3.3 Электроснабжение потребителей

Потребителем электроэнергии называется электроприёмник или группа электроприёмников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. Потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, строительные площадки, административные и жилые комплексы и т.д.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок(ПУЭ) потребители электроэнергии относятся к разным категориям по степени обеспечения надёжности их электроснабжения.

К первой категорииотносятся потребители, перерыв в электроснабжении которых недопустим, т.к. связан с угрозой человеческим жизням, возможностью крупных аварий, нарушением обороноспособности страны и т.д. Электроснабжение таких потребителей производится от двух независимых источников энергии с автоматическим включением резерва в пределах 1–2 с. Отметим, что есть особые потребители, которые требуют практически бесперебойного питания, например, система защиты и управления на АЭС, которые для повышения надёжности снабжаются третьим автономным источником питания.

Ко второй категории относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых приводит к значительному экономическому ущербу. Такие потребители электроэнергии подключаются к двум независимым источникам питания и допускают перерыв в электроснабжении на время переключения с основного источника на резервный. К этой группе относится большинство промышленных объектов.

Все остальные потребители относятся к третьей категории, подключаются к одному источнику питания и допускают перерыв в электроснабжении на время ремонта или замены этого источника. К этой группе относятся, например, многие коммунальные потребители.

Промышленные предприятия потребляют от 30 до 70 % электроэнергии, вырабатываемой в составе электроэнергетической системы. Суммарные установленные мощностипотребителей и соответствующие им электрические нагрузки промышленных предприятий изменяются в весьма широких пределах, ориентировочно от единиц мегаватт (металлообработка, мелкое машиностроение и т.п.) до 300–500 МВт и более (крупное машиностроение, черная металлургия, электролиз алюминия и иных цветных металлов). Вместе с тем для основной части предприятий характерны мощности в пределах 30–150 МВт.

Электроэнергия от электростанции или энергосистемы подается по воздушной ЛЭП на главную понизительную подстанцию предприятия (или по двум независимым ЛЭП на две подстанции для предприятий первой или второй категории). При этом, в основном, применяется напряжение 110 кВ, обеспечивающее возможности передачи мощностей до 50–80 MB·А на расстояния в десятки километров. Напряжение 220 кВ используется при необходимости передачи мощности более 100 МВт (города с населением более 5–7 млн. жителей, крупнейшие предприятия черной и цветной металлургии и т.п.).

Распределение электроэнергии по территориям промышленных предприятий, городов, сельских районов и других потребителей в настоящее время производится при напряжениях 6–10 кВ. Помимо распределения электроэнергии вне зданий напряжения 6–10 кВ применяются внутри цехов промышленных предприятий. Напряжения 6 и 10 кВ применяются для непосредственного питания наиболее крупных электродвигателей (соответственно 0,5–1 МВт и 1–2 МВт и более).

При формировании новых и реконструкции действующих систем электроснабжения должно применяться напряжение 10 кВ. Применение напряжения 6 кВ допустимо лишь при специальных технико-экономических обоснованиях (развитие существующих сетей 6 кВ, применение двигателей мощностью 0,5–1 МВт и т.п.).

К электросетям напряжений 6 или 10 кВ присоединяются трансформаторные подстанции(ТП) с вторичным напряжением до 1 кВ. Электроосветительные установки и приборы практически во всех случаях питаются при напряжениях 380/220 В. Это же напряжение используется в промышленном электроснабжении для питания электродвигателей мощностью до 150–200 кВт. При мощностях электродвигателей 200–800 кВт экономически оправдано применение напряжения 660/380 В.

В распределительных электрических сетях 6–10 кВ и 380–660 В применяются радиальные, магистральные и кольцевые типы схем, а также их комбинации.

При радиальных схемах по каждой линии питается один потребитель. Линии могут быть одноцепными или двухцепными в зависимости от требований надежности электроснабжения конкретных потребителей. По одноцепным воздушным линиям могут питаться ПЭ, допускающие перерывы питания на время ремонта линии и относящиеся к III категории по надежности электроснабжения. Потребители электроэнергии I и II категорий, во всех случаях должны питаться по двухцепным радиальным линиям.

Магистральные линиихарактеризуются последовательным присоединением к ним нескольких потребителей, располагающихся по одному направлению относительно главной подстанции.

Кольцевые(петлевые) конфигурации схем распределительных электрических сетей применяются как при воздушных, так и при кабельных линиях. Характерным для таких электрических сетей 6–10 и 0,4 кВ является применение одноцепных линий. В связи с замкнутой конфигурацией схем данного типа в нормальных эксплуатационных режимах сети одна из линий должна быть отключена.

Электрические сети 380/220 В выполняются четырехпроводными с глухим заземлением нейтрали трансформаторов на стороне 380/220 В. Электрические сети 660/380 В часто выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются только крупные трехфазные потребители (двигатели, термические установки).

Электрические сети 6–10 кВ выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются в основном трехфазные трансформаторы данных напряжений (ТП 6–10/0,4 кВ), а также весьма крупные трехфазные двигатели. Фазные проводники данных сетей, особенно при кабельном исполнении, обладают значительной емкостью по отношению к земле. Последнее приводит к тому, что при коротком замыкании одной из фаз на землю образуются контуры протекания токов короткого замыкания через емкостные проводимости всех фаз и землю. Значения этих токов могут достигать десятков ампер и быть опасными для нагрева изоляции токоведущих проводников. Считается необходимым ограничивать токи данных замыканий значениями 30 А при номинальном напряжении 6 кВ и 25 А — при 10 кВ. Ограничение токов однофазных замыканий достигается включением в нейтраль сети 6–10 кВдугогасящего реактораL, индуктивность которого равна или несколько больше емкости фаз сети (рис. 3.14). Такой режим работы нейтрали получил название режима компенсированной нейтрали. В этом режиме допускается кратковременная работа сети (2–4 ч) при токах однофазных замыканий на землю, меньших указанных выше.

На рис. 3.15 приведен пример схемы электроснабжения промышленного предприятия. По воздушной ЛЭП W1электроэнергия подается от электростанции или из энергосистемы на главную понизительную подстанцию (ГПП) предприятия, где трансформаторТ1 понижает напряжение со 110 кВ до 10 кВ. По кабельным линиям 10 кВW2…W5к ГПП подключаются трансформаторыТ2,ТЗ,Т4цеховых подстанций (ТП). На цеховых ТП напряжение понижается до 380/220 В, что обеспечивает возможность подключения непосредственно электроприемников общего назначения. Эти приемники подключается либо к шинам низкого напряжения цеховой TП, например, двигательМ1, либо к магистральному или распределительному шинопроводуW6(нагрузкаS3), либо проводом или кабелем к распределительному пункту РП (нагрузкаS4). Высоковольтные двигателиМ2, например, компрессорных установок, подключаются на соответствующее напряжение через трансформаторТ5.