9 Распределительные электрические сети

Назначение этих сетей — распределение электрической энергии, получаемой от источни­ков питания (электрических станций и пони­жающих напряжение подстанций), по террито­рии электроснабжаемого района и непосредст­венная ее подача к приемникам и потребителям. В современной электроэнергетике такую роль выполняют разветвленные электрические сети большого диапазона номинальных напряжений: сети до 1000 В — в пределах кварталов городов или некрупных поселков, цехов промышленных предприятий, производственных объектов сель­ского хозяйства, жилых и общественных зданий и т.п.; сети 6 и 10 кВ—в пределах микрорайонов городов, крупных поселков, промышленных предприятий, сельскохозяйственных районов, узлов железнодорожного транспорта; сети 35 и 110 кВ — на расстояния от единиц до несколь­ких десятков километров.

Характерными качествами распределитель­ных электрических сетей (РЭС) является их мас­совость (в СССР — более 4 млн. км). На РЭС рас­ходуется более 50 % проводниковых матери­алов, используемых для передачи и распределе­ния электроэнергии в энергосистемах; в них происходит более 50 % суммарных потерь элек­троэнергии.

Развитие РЭС характеризуется ускоряющим­ся повышением их количественных показателей:

протяженностью линий, численностью подстан­ций. схемными и структурными решениями, рос­том требований к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии у ее потребителей. Динамика характеристик РЭС определяется бы­стрым ростом численности городского населе­ния, количества городов, поселков, промышлен­ных предприятий, электрификацией транспорта и сельскохозяйственного производства — в ко­нечном счете ростом электрических нагрузок всех элементов электросетей и потребления электроэнергии. Яркой иллюстрацией является развитие РЭС Москвы, где их протяженность в конце XIX в. была около 60 км, в 1913 г. — 1400, в 70-х годах — более 20 тыс. и в настоящее время — более 42 тыс. км; в этой сети в 90-х го­дах работает более 12 тыс. двухтрансформаторных подстанций напряжением 6 и 10 кВ (ТП) и 2 тыс. распределительных пунктов этих же напряжений.

Протяженность единичных линий на началь­ной стадии образования РЭС городов (сети по­стоянного тока 110—127 В) составляла десятки и сотни метров. Линии 6 кВ в начале XX в. и до 20-х годов имели длину по 3—4 км, но в по­следующий период удлинились в городах до 6— 8, а в сельских местностях до 10—20 км. С развитием электрических нагрузок прослежи­вается тенденция снижения протяженности еди­ничных линий 380 В до 100—200 м в крупных городах и на промышленных предприятиях, ли­ний 6 и 10 кВ до 1-5—3 км.

До 30-х годов РЭС низшего напряжения вы­полнялись при номинальных напряжениях 127 и 220/127 В. Следующей ступенью стало напряжение 6 кВ, при котором хорошие экономичес­кие показатели реализовались для электростан­ций мощностью до 50 МВт, при электроснабже­нии промышленности с наиболее крупными дви­гателями мощностью до 1 МВт, а также при пе­редаче и распределении электроэнергии в горо­дах и сельских районах. Последующее углубле­ние электрификации промышленности, ком­мунально-бытового и сельского хозяйства обу­словило необходимость замены напряжений 220/127 В на 380/220 В, напряжения 6 кВ на 10 кВ, а также применения в некоторых отраслях промышленности (при двигателях 150—800 кВт) напряжений 660/380 Вив отдель­ных случаях — 1150/660 В. В ряде РЭС (в пер­вую очередь, городских и промышленных) при­шлось осуществить перевод действующих элек­тросетей напряжением 220/127 В на работу при напряжении 380/220 В и 6 кВ на работу при 10 кВ (В.А. Козлов- В.Д. Лордкипапидзс и др.) без замены основной части кабельных и воздуш­ных линий при минимальной реконструкции распределительных устройств, но с соответст­вующей заменой трансформаторов.

Развитие РЭС связано с выполнением сетей по различным схемным принципам. Здесь раз­личается применение трех основных типов схем:

1. Разомкнутые разветвленные сети без вза­имного резервирования линий и подстанций. Та­кие схемы пригодны для электроснабжения по­требителей, допускающих аварийные перерывы питания длительностью до 1 сут. Данный тип схем был характерен для начальных стадий раз­вития РЭС, но применяется и в настоящее время для питания некрупных помещений и хозяйств в сельской местности и при малоэтажной застрой­ке периферийных районов малых городов, допус­кающих указанные перерывы электроснабжения (И.А. Будзко, М.С. Левин, В.А. Козлов, В.В. Зо­рин и др.).

2. Петлевые (или кольцевые) сети с взаим­ным резервированием линий при однотрапсформаторных подстанциях (6)10/0,38 кВ. Резервиро­вание линий делает возможным сократить ава­рийные перерывы электроснабжения до 1—3 ч; при аварийных повреждениях трансформаторов (это наиболее редкие аварии в РЭС) электроснаб­жение части потребителей восстанавливается по резервирующим линиям низшего напряжения, а замена поврежденного трансформатора в боль­шинстве случаев может быть осуществлена в течение одной рабочей смены. Этот тип схемы применяется достаточно давно и является наибо­лее распространенным в электроснабжении жи­лых районов городов России и ряда европейских стран, сельскохозяйственных производств и крупных населенных пунктов, а также на про­мышленных предприятиях, если технологичес­кие процессы цехов допускают кратковременные перерывы питания (И.С. Бессмертный, В.Л. Коз­лов, Ю.Л. Мукосеев, В.Д. Лордкинанидзе идр,).

3. Разветвленные радиально-магистральные электросети с взаимным автоматизированным резервированием линий и трансформаторов под­станций. При этом тине схем применяются, как правило, кабельные двухцепные линии и двухтрансформаторные понижающие подстанция; при повреждении любого элемента сети напряже­нием 6—10 кВ потребители испытывают переры­вы подачи напряжения только на время от­ключения повреждения и включения резервного электрооборудования (0,1—2 с); такие сети при­годны для питания наиболее ответственных по­требителей (по условиям надежности электро­снабжения). Их применение получило распро­странение в современных условиях при появле­нии значительной группы промышленных потре­бителей, жилых многоэтажных и общественных зданий в городах, а также сельскохозяйственных производств, не допускающих перерывов элек­троснабжения (Ю.Л. Мукосеев, Г.В. Сербинов-ский, ГС. Коротков и др.).

С 1940—1950 гг. в системах электроснабже­ния крупных городов и промышленных пред­приятий применяются глубокие вводы высокого напряжения — питающие ЛЭП и подстанции напряжением 110 и 220 кВ, подающие мощность до 150 МВт непосредственно в центры зоны крупных нагрузок; аналогичное техническое ре­шение при напряжениях 35 и 110 кВ применяет­ся в сельскохозяйственных районах (Г.В. Серби-новский, В.А. Козлов, Л.А. Глазунов, Ю.Л- Му­косеев, И.А. Будзко и др.).

По техническому назначению в структурах схем РЭС следует указать на два основных типа решения задачи передачи и распределения элек­троэнергии:

1. От источников питания (электростанция, понижающие подстанции 110 и 220 кВ) непосред­ственно отходят линии распределительных сетей, к которым присоединены потребители электро­энергии. При этом требуется достаточно большое количество присоединений распределительных линий на источниках питания, что увеличивает соответствующие распределительные устройства питающих узлов и обусловливает большую протяженность распределительных линий.

2. К источникам питания присоединяется ог­раниченное число крупных (но сечениям прово­дов и кабелей) питающих линий, которые оканчиваются в распределительных пунктах на­пряжением 6 и 10 кВ или на распределительных щитах напряжением до 1000 В, к которым при­соединяется необходимое количество распреде­лительных линий. В распределительных пунктах и на щитах такого же назначения отсутствует трансформация напряжения и осуществляется только разделение потоков электроэнергии. Эко­номический смысл такого двухзвенного построе­ния РЭС заключается в снижении количества коммутационного электрооборудования в рас­пределительных устройствах источников пита­ния, а также в уменьшении протяженности линий на участках между источником питания и рай­оном концентрированного расположения по­требителей. В РЭС напряжением б и 10 кВ длины питающих линий могут составлять 2—5 км, в электросетях напряжением 380/220 В — десят­ки метров.

В РЭС применяются как воздушные, так и ка­бельные линии. С начального периода развития РЭС и до настоящего времени в сельской мест­ности применяются воздушные линии, что опре­деляется их значительно меньшей стоимостью, но сравнению с кабельными и прохождением трасс по малонаселенной местности. В совре­менных условиях все шире в РЭС 380 В и 10 кВ, в том числе и в районах городов используются изолированные провода, получившие за рубе­жом массовое применение.

В городах и в промышленности РЭС выпол­няются кабелями, прокладываемыми в грунте или в специальных каналах, блоках и туннелях. В последнее десятилетие за рубежом проклады­ваются только относительно дешевые кабели с синтетической изоляцией, что повышает на­дежность электроснабжения. Такие кабели нахо­дят применение и в сельской местности. Здесь широко используется открытая установка транс­форматоров (на повышенных фундаментах) и электрооборудования 6 (10) кВ в сочетании с закрытым шкафом распределительного щита 380/220 В. Для создания необходимой безопас­ности ТП окружается металлическим сетчатым ограждением.

На территориях городов большинства стран первоначальным типом ТП РЭС были отдельно-стоящие строения, внутри которых размещалось электрооборудование, включая трансформато­ры. С архитектурно-градостроительных пози­ций в настоящее время такие решения подверга­ются критической переоценке. Им на смену при­шли малогабаритные ТП, изготовляемые с при­менением современной синтетической и элегазовой изоляции, что в 2—3 раза снижает габариты подстанций, а также ТП, встроенных в под­земные или первые этажи жилых и обществен­ных зданий. При этом применяются конструктивные специальные решения, обеспечивающие пожаробезопасность и поглощение шумов (Л.Ф. Плетнев, В.А. Козлов, В.Д. Лордкипанидзе и др.). В США и других развитых странах при электроснабжении центров крупных городов применяются погруженные в грунт герметичес­кие конструкции ТП с некрупными трансформа­торами (25—50 кВ • А); распределительный щит 380/220 В, в таких случаях выносится в ближай­шее здание. В промышленном электроснабже­нии ТП в виде отдельных зданий заменяются ин­дустриально изготавливаемыми комплектными ТП, устанавливаемыми непосредственно в цехах предприятий (КТП) (Ю.Л. Мукосеев, А.А. Фе­доров и др.).

Отметим основные направления и создате­лей научно-методических основ прогрессивного развития РЭС в СССР и России. К ним. в первую очередь, относится создание методик расчетов РЭС на основе технических ограничений и тре­бований, обеспечивающих надежное питание потребителей электроэнергии (А.А. Глазунов — 1925—1940 гг., В.Г. Холмский— 1940—1960 гг., Н.А. Мельников, Л.А. Жуков — 1950—1970 гг. и др.). С 30-х годов начинают развиваться мето­дики оптимизации структур, схем, параметров линий и подстанций и режимов РЭС на основе усложняющихся технико-экономических крите­риев и с применением методов математической оптимизации. Здесь последовательно должны быть отмечены работы по общей теории форми­рования РЭС: В.М. Хрущева (Харьков), А.А. Глазунова (1935—1960 гг., Москва), В.Г, Холмского (1940—1960 гг., Киев) и др.; по промышленным РЭС: Г.М. Каялова (Но­вочеркасск), С.Д. Волобринского (Ленинград), А.А, Федорова (Москва), Л.М. Зельцбурга и Г.Я. Вагина (Горький) и др.; по городским РЭС:

В.А. Козлова (Ленинград), В.В. Зорина (Киев), В.Д. Лордкипанидзе и А.А. Глазунова (Москва) и др.; по РЭС сельскохозяйственного на­значения: И.А. Будзко, Л.М. Левина, Т.Б. Лещинской (Москва) и др.; по вопросам надежности электрических сетей: Ю.Б. Гука (Ленинград), Ю.А. Фокина (Москва) и др.; по оптимизации режимов и качеству напряжения: Л.А. Солдаткиной, Ю.С. Железко (Москва), И.В. Жежеленко (Мариуполь) и др.