История развития электроснабжения промышленных предприятий (ЭСПП), прогнозирование развития систем ЭСПП.

Концентрация крупных производств на сравнительно малой территории приводит к созданию крупных нагрузочных узлов. Многообразие конкретных условий, которые нужно учесть при проектировании электроснабжения предприятий разных отраслей, приводит к многообразию схем внешнего электроснабжения. Однако практика проектирования выявила для этих потребителей характерные особенности, определила общий подход и создала ряд характерных схем.

Выбор схемы и напряжения сети внешнего электроснабжения производится на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов с учетом перспективы развития предприятия, чтобы осуществление первой очереди не приводило к большим затратам, связанным с последующим развитием.

При проектировании схемы электроснабжения промышленного предприятия следует учитывать потребность в электроэнергии всех потребителей района - городов и поселков, сельского хозяйства. Схема должна оптимизироваться с учетом интересов всех рассматриваемых потребителей.

Основным источником электроснабжения, как правило, являются энергетические системы. Исключение составляют предприятия с большим теплопотреблением, для которых основным источником может являться ТЭЦ. При этом обязательно предусматривать связь ТЭЦ с энергосистемой, как правило, на напряжении 110 кВ и выше.

Общей тенденцией построения современных схем электроснабжения промышленных предприятий является применение глубоких вводов - максимальное приближение источников питания к электроустановкам предприятий, сведение к минимуму количества сетевых звеньев и ступеней трансформации, дробление ПС ВН при размещении предприятий на значительной территории.

Применяемые для внешнего электроснабжения промпредприятий напряжения зависят от напряжения электрических сетей энергосистемы в районе размещения предприятий и от их нагрузки.

Для электроснабжения предприятий с небольшой нагрузкой используются сети 10 кВ с питанием их от ближайших ПС 110 кВ энергосистемы; для электроснабжения средних и крупных предприятий, как правило, применяются сети 110 кВ, в отдельных случаях - 220-500 кВ.

Используются следующие основные схемы распределения электроэнергии:

- главная понижающая ПС (ГПП) предприятия 220-500/110 кВ для распределения электроэнергии между ПС глубоких вводов (ПГВ) 110/10(6) кВ; ГПП в отдельных случаях целесообразно совмещать с ПС энергосистемы, предназначенной для электроснабжения района;

- ряд ПС 110/10(6) кВ, присоединяемых к сети 110 кВ системы;

- ПГВ 220/10(6) кВ - для крупных предприятий с сосредоточенной нагрузкой.

Подавляющее большинство крупных промышленных предприятий имеет потребителей 1-й и 2-й категорий, поэтому их внешнее электроснабжение осуществляется не менее чем подиум линиям. Предпочтительной является схема, при которой линии выполняются на отдельных опорах и идут по разным трассам (или каждая ПС питается по двум цепям, подвешенным на опорах разных двухцепных ВЛ). Выбор пропускной способности питающих линий производится таким образом, чтобы при выходе из работы одной из них оставшиеся обеспечивали питание приемников электроэнергии 1-й и 2-й категорий, необходимых для функционирования основных производств.

ПГВ выполняются, как правило, по простейшим схемам с минимальным количеством оборудования на напряжении ВН.

2. Основные понятия и определения.

Работа современных промышленных предприятий связана с потреблением электрической энергии, вырабатываемой электростанциями.

Электрическая станция- это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее её передачу потребителям по электрической сети.

Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии, называется электрической подстанцией.

Линией электропередачи (ЛЭП) называют электроустановку, предназначенную для передачи электрической энергии.

Электрическая сеть- это совокупность воздушных и кабельных ЛЭП и подстанций, работающих на определённой территории. Совокупность электростанций, электрических сетей и электропотребителей, связанных общностью процесса производства, передачи и использования электроэнергии, называют энергетической системой. На некоторых электростанциях вырабатывается не только электрическая, но и тепловая энергия.

Рис.1.1. Принципиальная схема электрической системы: ТЭЦ, АЭС, ТЭС, ГЭС- теплоцентраль, атомная, тепловая, гидравлическая станции; СН- собственные нужды; СК- синхронные компенсаторы; СШ- сборные шины; НГ- нагрузка на генераторном напряжении; П/ст- трансформаторные подстанции.

Поэтому энергосистема охватывает и установки производства, распределение и использование теплоты. Электрическую часть энергосистемы называют электрической системой.

Источниками питания электрических систем служат электрические станции.

Основными типами электростанций являются гидроэлектрические тепловые и атомные электростанции. На гидроэлектростанции (ГЭС) в электрическую энергию преобразуют механическую энергию водного потока реки- гидравлическую энергию.

На тепловых электростанциях (ТЭС) в электрическую преобразуют энергию, выделяемую при сгорании каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и других видов топлива.

Главный недостаток тепловых электростанций- низкий коэффициент полезного действия. Лишь 30- 40% теплоты, полученной при сгорании топлива, используется полезно, а остальная часть - отдаётся охлаждающей воде при конденсации пара и дымовыми газами. Эта энергия безвозвратно теряется в процессе производства электроэнергии.

Атомные электростанции (АЭС)– это тоже тепловые паротурбинные станции, но использующие в качестве топлива ядерное горючие.

В технологической схеме АЭС роль котла выполняет атомный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при делении ядер урана или плутония, передаётся теплоносителю– тяжёлой воде, гелию и т.п. От теплоносителя тепловая энергия передаётся парогенератору. Далее та же схема преобразования энергии пара в механическую энергию паровой турбины и в электрическую энергию, что и на ТЭС.

В настоящее время преимущественное развитие имеют ТЭС. Это обусловлено двумя основными факторами: удельными капиталовложениями и сроками строительства ТЭС. По мере совершенствования оборудования освоение больших единичных мощностей реакторов показатели АЭС постепенно приближаются к показателям ТЭС. В качестве резервного источника питания, а также в начальный период эксплуатации предприятий, размещенных в районах Сибири и Крайнего Севера, для временного электроснабжения применяют дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда.

Основным элементом дизельных электростанций (ДЭС) является дизель – генератор. В качестве первичных двигателей в основном применяют безкомпрессорные четырёх– и двухтактные дизели мощностью 5– 1000 кВт, имеющие частоту вращения 375– 1500 об/мин. Дизели комплектуют генераторами переменного тока. В настоящее время исследуют возможность более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров– на геотермальных станциях, электростанций с магнитогидродинамическими генераторами, энергии ветра– на ветроэлектростанциях, энергии приливов и отливов– на приливных электростанциях. Опытные промышленные установки, работающие на этих видах энергии, уже имеются.