Глава 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ

И ГОРОДСКИХ СЕТЕЙ

Основные понятия. Классификация подстанций

Системы электроснабжения являются частью энергосистемы, обеспечивающей комплексное снабжение электроэнергией промышленных, транспортных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей данного района. Они состоят из питающих, распределительных подстанций, связывающих их кабельных, воздушных и распределительных сетей, а также токопроводов.

Одним из основных элементов электроснабжения промышленных предприятий является подстанция.

Подстанцией называется электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (тока и напряжения) и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов и других преобразователей энергии, распределительных устройств и устройств управления. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанции называют трансформаторными или преобразовательными.

Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и т.д.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Распределительным пунктом (РП) называется РУ с аппаратурой для управления его работой, не входящее в состав подстанции. Подстанции и РУ могут быть открытые, закрытые и комплектные.

Комплектным распределительным устройством (КРУ) называется РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты или автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Комплектной трансформаторной (КТП) или преобразовательной (КПП) подстанцией называется подстанция, состоящая из трансформатора или преобразователей и блоков КРУ, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Как КРУ, так и КТП, КПП могут быть внутренней или наружной установки. Подстанция и РУ внутренней установки, кроме того, подразделяются на пристроенные, встроенные и внутрицеховые. В зависимости от назначения подстанции подразделяются:

- на узловые распределительные (УРП) напряжением 110-500 кВ;

- главные понизительные (ГПП) напряжением 110-220/6-10-35 кВ;

- подстанции глубоких вводов (ПГВ) напряжением 35-330/6-10 кВ;

- цеховые трансформаторные (ТП) напряжением 6-10/0,38-0,66 кВ;

- опорные подстанции (ОПС).

Узловые распределительные подстанции получают энергию от энергосистемы и передают ее на предприятие. На УРП электроэнергия может не трансформироваться.

Система электроснабжения промпредприятий зависит от потребляемой им мощности и технологии производства. Она должна быть экономичной, надежной и безопасной в обслуживании, обеспечивая требуемое качество электроэнергии в нормальном и послеаварийном режиме. Электроснабжающей сетью города являются линии электропередачи напряжением 35-220 кВ вместе с опорными подстанциями и подстанциями глубокого ввода.

Опорной подстанцией называется подстанция, получающая электроэнергию от источника питания и распределяющая ее по кольцевой или магистральной сети.

Питающая сеть 10 (6) кВ состоит из линий электропередачи от шин 10 (6) кВ опорных подстанций или подстанций глубокого ввода до шин 10 (6) кВ РП и связей между РП.

Распределительная сеть 10 (6) кВ – это сеть от шин 10 (6) кВ РП до трансформаторных подстанций 10 (6) кВ.

Распределительная сеть 380 В – это сеть от шин 0,4 кВ ТП до вводных распределительных устройств зданий и сооружений.

Глубоким вводом называется система электроснабжения с максимально возможным приближением высокого напряжения к электроустановкам потребителей с минимальным количеством аппаратов и ступеней трансформации. На крупные предприятия часть электроэнергии, минуя ПГВ, может быть заведена через ГПП. ПГВ располагаются у наиболее крупных потребителей энергии. К таким потребителям, например, относятся мощные электропечи (дуговые и руднотермические).

Распределение электроэнергии внутри промышленного предприятия осуществляется несколькими ступенями, число которых зависит от мощности предприятия и характера распределения нагрузок на его территории (рис.1.1) [6]. Для уменьшения потребления реактивной мощности и потерь электроэнергии количество ступеней напряжения желательно свести к наименьшей величине, обычно это 2-3 ступени. На первой ступени электроэнергия распределяется между ПГВ или заводскими пунктами питания (ГПП, ТЭЦ) и промежуточными распределительными пунктами РП и РУ.

Рис.1.1. Схема распределения электроэнергии внутри предприятия

При системе глубокого ввода распределение электроэнергии между ПГВ осуществляется воздушными или кабельными линиями 35…220 кВ. При выполнении глубокого ввода происходит совмещение ввода электроэнергии на предприятие с ее распределением на первой ступени.

На предприятии средней мощности при отсутствии значительного числа электродвигателей с напряжением 6-10 кВ при распределении электроэнергии на первой ступени применяется напряжение 35 кВ.

Под второй ступенью распределения энергии подразумевается звено распределения между РУ или распределительным пунктом вторичного напряжения ПГВ или ГПП и цеховыми трансформаторными подстанциями или же отдельными электроприемниками высокого напряжения (например, электропечами). На крупных предприятиях на этой ступени используется напряжение 35 кВ. Наиболее распространенным напряжением является 6-10 кВ. Применение менее экономичного, чем 10 кВ, напряжения 6 кВ вызвано наличием на многих предприятиях большого числа электродвигателей мощностью 200…1000 кВт на это напряжение. Для их питания приходится устанавливать понижающие трансформаторы 10/6 кВ. Третья ступень трансформации обеспечивает снижение на цеховых трансформаторных подстанциях напряжения до 0,38 кВ цеховых распределительных сетей.

Выбор типа, числа, мощности, места расположения ПВГ и цеховых трансформаторных подстанций зависит от численного значения и характера электрических нагрузок, их размещения на генеральном плане завода и в производственных помещениях, от архитектурно-строительных и эксплуатационных требований.

При построении системы электроснабжения необходимо учитывать особенности отдельных производств и технологических процессов. Наличие особой группы электроприемников, требующих повышенной надежности электроснабжения, графики нагрузки крупных потребителей, их технические характеристики оказывают влияние на систему электроснабжения. Особого внимания требуют электроприемники постоянного тока и установки средней частоты. Необходимость установки преобразовательных агрегатов усложняет схему электроснабжения и требует дополнительных капитальных затрат.

Важным моментом при проектировании системы электроснабжения является выбор питающего напряжения, максимальное приближение источника высокого напряжения к мощным электроустановкам потребителей, выбор простых и дешевых аппаратов, учет их перегрузочной способности в послеаварийном режиме. Все звенья схем электроснабжения должны быть секционированы. Отдельно может быть рассмотрена необходимость сооружения у потребителя генерирующих мощностей в виде ТЭЦ.

Первой и основной группой промышленных потребителей электроэнергии являются электрические двигатели, представленные в большом многообразии. Синхронные и асинхронные, напряжением до и свыше 1 кВ, мощностью от 0,25 кВт до нескольких сотен, требующие регулирования скорости или требующие плавного изменения частоты вращения и т.д.

Различные электротехнологические установки составляют вторую обширную по назначению группу потребителей. Это дуговые, индукционные, сварочные, электролизные, гальванические, плазменные, электронно-лучевые установки и т.д. В эту группу входят различного рода установки, плавильные и нагревательные, преобразующие электрическую энергию в тепловую. Они чрезвычайно многообразны по мощности, питающему напряжению, технологическому процессу, а следовательно, и по схеме электроснабжения. Единичная мощность питающего трансформатора достигает десятков МВт.

Обязательную группу любого предприятия составляет элект-роосвещение (по нагрузке до десятков процентов). На всех предприятиях для наружного и внутреннего освещения применяют установки электроосвещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми. Удельная плотность нагрузки электроосвещения в производственных цехах зависит от уровня нормированной освещенности и может составлять в производственных помещениях 10…100 Вт/м² (например, в цехах металлообработки, литья, в котельных и термических цехах – 10…12, в инструментальных, шлифовальных цехах и цехах точной обработки – 13…20 Вт/ м²).

Желательно, чтобы подстанции располагались как можно ближе к центру питаемых ими нагрузок для уменьшения расхода электроэнергии и проводникового материала. При наличии нескольких одинаковых нагрузок подстанции располагают у нагрузки с большим числом часов работы. Распределительные пункты, наоборот, располагают на границе питаемых от них участков во избежание обратных потоков электроэнергии.

В современных условиях при рассмотрении вопросов структуры электроснабжения промышленных предприятий кроме ступеней напряжения вводится понятие уровней, которые характеризуют особенности проектирования, планирования, управления, обеспечение функционирования подобного оборудования, но находящегося в разных местах схемы электроснабжения [23]. Многоуровневость нужно учитывать при расчете электрических нагрузок, регулировании электропотребления и электросбережения, компенсации реактивной мощности, оптимизации потерь в сетях и т.д. На крупном предприятии теоретически и практически следует различать 6-7 уровней, начиная от одиночного электроприемника и заканчивая границей раздела предприятия и электроснабжающей организацией. Подобный подход следует применять и к системе обслуживания и ремонта электрооборудования.