Общие сведенья об инженерных сетях. По дисциплине Общие сведения об инженерных сетях территорий и зданий
 Скачать 3.96 Mb.
|
|
Раздел 5. Электрические сети и сети связи населенных мест Введение в раздел Главной целью изучения данного раздела является получение общетеоретических сведений об электрических сетях, расположенных в черте населенного пункта и предназначенных для энергоснабжения потребителей, а также таких слаботочных сетей, как телефонные сети, сети коммутации. Целью изучения раздела является изучение общих понятий системы электроснабжения, основных источников и режимов электроснабжения, изучить основные схемы и устройство городских электрических сетей, а также освоение понятий слаботочных систем, изучение основной стратегии развития цифровых телефонных городских сетей. Вопрос 1. Общие понятия системы электроснабжения. Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения создают для обеспечения питания приемников электроэнергии, к которым относят: электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др. Энергетической системой называют совокупность электростанций, подстанций и приемников электроэнергии, связанных между собой линиями электрической сети. Электрической системой называют часть энергетической системы, состоящую из генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии. Различие между энергетической и электрической системами заключается в том, что в электрическую систему не входит тепловая или гидравлическая часть энергетической системы, то есть часть, относящаяся к первичным двигателям и устройствам, которые обеспечивают их питание. Электрическими сетями называют части электрической системы, состоящие из подстанций и линий различных напряжений. Электрические сети подразделяют по напряжению. Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от мест ее производства к местам потребления и распределения между потребителями. Электрическая сеть состоит из системы проводов, надлежащим образом изолированной и снабженной соответствующими аппаратами и приборами для переключений, измерений, трансформаций, регулирования напряжений и т. п. 125 Линии, связывающие электростанцию с понизительной подстанцией, называют линиями электропередач. Электрическую часть всех вновь сооружаемых, реконструируемых, технически перевооружаемых промышленных предприятий и гражданских зданий выполняют в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). К промышленным предприятиям относят: заводы (в том числе опытные заводы научно-исследовательских институтов), комбинаты, фабрики, шахты, карьеры, производственные и ремонтные базы, типографии, предприятия железнодорожного, водного, воздушного, трубопроводного и городского транспорта и др. К гражданским зданиям относят жилые и общественные объекты. Действующими считают электроустановки, которые имеют источники электроэнергии (в том числе химические, гальванические и др.) и находятся под напряжением полностью либо частично, или электроустановки, на которые в любой момент времени может быть подано напряжение включением коммутационной аппаратуры. Электроснабжение предприятий подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее электроснабжение; это комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от выбранной точки присоединения к энергосистеме до приемных подстанций предприятий или гражданских зданий. Внутреннее электроснабжение; это комплекс сетей и подстанций, расположенных, как правило, на территории предприятия и в его цехах. Проектированию внешнего электроснабжения отдельного предприятия или комплекса гражданских зданий предшествует разработка перспективного плана развития производительных сил района на ближайшие 10-15 лет. На основе этого плана разрабатывается проект развития энергетической системы, в том числе сетевых устройств. В проекте развития энергосистемы намечают источники электроэнергии для данного района, их мощность и очередность строительства, определяют места расположения и схемы основных подстанций энергосистемы, от которых предполагается осуществлять питание промышленных предприятий, городов и поселков. Разработку проекта электроснабжения промышленного предприятия начинают с изучения технологического процесса и его особенностей. На первой стадии анализируют взаимосвязь отдельных технологических процессов и агрегатов, возможные последствия перерывов в электроснабжении всего предприятия, а также отдельных агрегатов или цехов. Рассчитывают ожидаемые электрические нагрузки цехов и отдельных крупных технологических агрегатов, а также ожидаемую расчетную нагрузку предприятия в целом. Для крупных предприятий, строящихся очередями, определяют рост нагрузок по годам. 126 Электроэнергия на пути от источника питания до электроприемника на современных промышленных предприятиях (независимо от их энергоемкости и характера производства), как правило, преобразуется один или несколько раз (по напряжению и току), а потоки ее, по мере приближения к потребителям, дробятся на более мелкие и разветвляются. Преобразования электроэнергии по напряжению производят на трансформаторных подстанциях, которые (в зависимости от места расположения в схеме электроснабжения) называют главными понизительными подстанциями (ГПП) и цеховыми трансформаторными подстанциями (ТП). Коммутационные устройства, служащие для разделения потоков электроэнергии без их преобразования по напряжению или другим электрическим параметрам, называют распределительными пунктами (РП). Последние могут являться элементом как сети высокого напряжения 6 (10) кВ, так и сети низкого напряжения 380/220 В. Вопрос 2. Источники и режимы электроснабжения. Одним из основных элементов генерального плана развития города является схема его электроснабжения, которая разрабатывается комплексно с учетом развития энергетики всего энергетического района. 127 Рис. 29. Схема электроснабжения города: I-звено; электроснабжающая сеть напряжением 35 кВ и выше, в состав которой входят также понижающие подстанции, питающие их линии; II-звено; питающая сеть 6-10 кВ как совокупность распределительных подстанций; III-звено; распределительная сеть 6-10 кВ, ее питание осуществляется от РП и непосредственно от центров питания; IV-звено; трансформаторные подстанции распределительных сетей; V-звено; распределительная сеть 0,38 кВ. Подобные схемы позволяют предусматривать при планировании города или микрорайона места для размещения энергетических сооружений (ЭС), понижающих станций и трансформаторных подстанций (ПС, ТП), питающих и распределительных линий, электроприемников и других источников. Согласно существующим директивным положениям, населенные места снабжаются электроэнергией централизованно, то есть от действующих в данном месте электроэнергетических объектов (воздушных линий, электростанций), являющихся элементами энергосистем. Только при невозможности подобного присоединения требуется проектирование самостоятельных электростанций. Энергетической системой называется совокупность электростанций, энергетических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения энергии. Режим потребления электроэнергии зависит от вида потребления (коммунально-бытовые потребители, промышленные предприятия, электрифицированный транспорт). Кроме того, на режим электропотребления оказывает влияние колебание электрической 128 нагрузки по часам суток и временам года. В течение суток нагрузка регулярно снижается в ночные часы, а в течение недели снижение нагрузки имеет место в нерабочие дни. Распределение нагрузки энергосистемы между электростанциями производится по критериям минимума расхода топлива. Основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, являются промышленные предприятия, жилищно-бытовые объекты, электрифицированный транспорт. Часть вырабатываемой энергии расходуется на собственные нужды электростанций. Основным методом расчета и прогнозирования электропотребления является прямой счет, основанный на применении укрупненных удельных норм или обобщенных показателей расхода электроэнергии с учетом плановых данных по развитию отраслей народного хозяйства. Для промышленных нужд нагрузки устанавливаются по технологическим данным, а для остальных рассчитываются по действующим нормативам. Вопрос 3. Схемы и устройство городских электрических сетей. Система электроснабжения города включает в себя элементы энергетической системы, обеспечивающие распределение электроэнергии потребителям. К городским электрическим сетям относятся: электроснабжающие сети напряжением 110 (35) кВ и выше, содержащие кольцевые сети с понижающими подстанциями (ПС), линии и подстанции глубоких вводов; распределительные сети напряжением 10 (6) - 20 кВ, содержащие трансформаторные подстанции (ТП) и линии, соединяющие центры питания с ТП и ТП между собой; распределительные сети до 1000 В. К понижающим подстанциям относятся: городские подстанции (35-220 кВ), располагающиеся в непосредственной близости к границам города; подстанции глубоких вводов (110-220 кВ), сооруженные непосредственно на территории районов и в промышленных зонах крупных городов; трансформаторные подстанции (10-20/0,38 кВ) коммунально- бытовых и промышленных потребителей энергии. Подстанции и распределительные пункты (РП) обычно сооружаются как отдельно стоящие здания. Подстанции глубоких вводов напряжением 110 кВ и выше сооружаются в закрытом исполнении. Для открытых вариантов подстанций проводят шумозащитные мероприятия, а расстояния от ТП до жилых домов и коммунальных сооружений 129 определяются акустическим расчетом. В настоящее время широко используются следующие основные направления развития систем энергосбережения городов: внедрение прогрессивной системы напряжения 110/10 кВ с переводом действующих сетей 6 кВ на напряжение 10 кВ и сетей 35 кВ на напряжение 110 кВ; образование сети временного электроснабжения города, обеспечивающей связь с внешними источниками питания и центрами питания города 220 кВ и выше между собой; организация внутригородских систем глубоких вводов 110 кВ; применение подстанций 110/10 кВ; использование кабельных линий 110 кВ и выше с пластмассовой изоляцией. Решающая роль электроэнергии в обеспечении нормальной жизнедеятельности города требует высокой надежности электроснабжения. Электроприемники потребителей делятся на три категории. К первой категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Особая по надежности группа электроприемников первой категории должна предусматривать дополнительное питание от третьего независимого взаимного резервирующего источника питания. Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроэнергии которых приводит к массовому уменьшению выработки продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности жителей города. Электроприемники второй категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы, необходимые для включения резервного питания дежурным персоналом. Допустимо питание электроприемников одной воздушной линией (ВЛ) или двухцепной кабельной при обеспечении аварийного ремонта этой линии за время не более суток. 130 К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не подходящие к первым двум. Питание этих приемников допускается от одного источника питания при условии ремонта системы в течение не более суток. Сложность выбора и обоснование схемы электроснабжения городских территорий обусловлена наличием на них потребителей всех трех категорий. Повышение этажности домов, рост благоустройства и инженерного обеспечения ведут к непрерывному увеличению электрических нагрузок и доли потребителей I и II категорий. В городах создают сложные системы электроснабжения, обслуживающие всех потребителей, независимо от ведомственной принадлежности. Основное направление в обслуживании потребителей электроэнергией - обеспечение надежности и бесперебойности питания с заданными характеристиками по частоте и напряжению тока. Современные электрические приборы (компьютеры, телевизоры, кондиционеры посудомоечные и стиральные машины и т. д.) очень чувствительны к колебанию напряжения в сети. Даже при работе ламп накаливания снижение напряжения на 5 % уменьшает световой поток на 20 %, а повышение напряжения на 5 % несколько увеличит светоотдачу, но в 2,5 раза сократит срок службы. Использование в городских электрических системах трансформаторных подстанций различного назначения позволяет оптимизировать схемы электроснабжения, сократить потери при передаче электроэнергии, а также уменьшить затраты на строительство и эксплуатацию систем электроснабжения в городах. При проектировании систем электроснабжения необходимо разработать конкретные предложения по комплексному и рациональному использованию энергетических ресурсов и составлению принципиальной схемы, обеспечивающей потребности производства и населения. В соответствии с этим необходимо: охарактеризовать энергоресурсы, энергетические сети и системы района; выявить недостатки и диспропорции в существующей структуре энергопотребления в энергетическом хозяйстве и определить пути их преодоления в перспективе; рассчитать энергопотребление на первую очередь и расчетный срок; составить энергетические балансы; разработать принципиальные предложения по энергоснабжению города, поселков, населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных объектов и зон массового отдыха. 131 Характеристика современного электроснабжения включает: показатели общего состояния электрических сетей и сетевых устройств; показатели источников электроснабжения и их связь с данной и соседними энергосистемами; краткий обзор развития энергоснабжения в прошедшие годы с указанием основных экономических показателей энергосистемы и электроустановок; структуру потребления по отраслям хозяйства; удельные нормы электропотребления и отчетный баланс активной мощности и электроэнергии энергосистемы. Вопрос 4. Примеры структурных схем электроснабжения городов. Структурная схема электроснабжения крупного города, пример которой представлен на рисунке 30, содержит комплекс сложных сооружений. Основными звеньями этого комплекса являются: источник питания; районная электростанция 1 с ус-тановленными повысительными трансформаторами 2; воздуш-ная линия электропередачи 3 напряжением 220 кВ на металли-ческих опорах; подстанция глубокого ввода 4 напряжением 220 кВ с распределительными устройствами (РУ) 5 напряжени-ем 35 и 6 или 10 кВ; питающая кабельная линия 6; распредели-тельный пункт 7, на шины которого подается напряжение 6(10) кВ; распределительная кабельная линия 8; питающая трансформаторную понизительную подстанцию 9; кабельная линия 10 напряжением 0,4 кВ, питающая вводно-распределительное устройство 11 жилого дома. От РУ 35 кВ по кабельной линии 12 напряжением 35 кВ получает питание глав-ная понизительная подстанция 13 промышленного предприятия города, от которой по кабельным линиям 14 напряжение 0,4 кВ поступает на распределительные щиты 15 цехов. 132 Рис. 30. Структурная схема электроснабжения города: 1 ; районная электростанция; 2 ; повысительный трансформатор; 3 ; воздушная линия электропередачи напряжением 220 кВ; 4 ; подстанция глубокого ввода (центр питания); 5 ; распределительное устройство; 6 ; питающая кабельная линия; 7 ; распределительный пункт; 8 ; распределительная кабельная линия; 9 ; трансформаторная понизительная подстанция; 10, 14 ; кабельные линии напряжением 0,4 кВ; 11 ; вводно-распределительное устройство; 12 ; кабельная линия напряжением 35 кВ; 13 ; главная понизительная подстанция предприятия; 15 ; распределительный щит на напряжение 0,4/0,23 кВ Опорные районные понизительные подстанции, электро-станции и подстанции глубокого ввода в системе электроснаб-жения города являются центрами питания (ЦП). Число и разновидность ЦП зависят от ряда факторов: размера города, его общей электрической нагрузки и принятого способа электроснабжения. Подстанции глубокого ввода предназначены для прибли-жения ЦП к нагрузкам, что позволяет уменьшить протяженность распределительных электросетей и снизить в них потери элек-троэнергии. Несмотря на принципиальное единство схем электроснабжения городов, эти схемы весьма разнообразны. Они различаются по уровню напряжения, схемам коммутации, конструкции распределительных устройств и взаимному расположению электрических сетей разных напряжений. Один из вариантов принципиальной схемы электроснабжения города представлен на рисунке 31. Опорная 133 понизительная районная подстанция I питается от сетей энергетической системы, а ТЭЦ II связана с этими сетями и опорной подстанцией I через трансформаторы, установленные при ТЭЦ. От шин высшего напряжения опорной подстанции I питается подстанция глубокого ввода III. От шин напряжением 6 (10) кВ опорной подстанции I, ТЭЦ II и подстанции глубокого ввода III отходят питающие линии, снабжающие электроэнергией распределительные пункты (РП). Последние могут быть связаны между собой линиями и иметь одну, две или три секции. Распределительные пункты и их секции могут работать параллельно и раздельно. При отключении питающей линии электроснабжение РП может осуществляться от соседнего РП по соединяющей их линии. По условиям надежности электроснабжения гражданских зданий и возможности отключения секций ЦП для ремонтных работ питающая сеть напряжением 6 (10) кВ может быть выпол-нена по следующим схемам: питание РП по двум линиям от разных секций одного ЦП или от разных ЦП; питание РП по трем линиям (каждая на свою секцию), две из которых подключены к одной секции ЦП, а третья; к другой секции того же или другого ЦП. 134 Рис. 31. Принципиальная схема электроснабжения города: I; опорная понизительная районная подстанция; II; ТЭЦ; III; подстанция глубокого ввода; 1; воздушные или кабельные линии напряжением 110 (220) кВ; 2; питающие линии напряжением 6 (10) кВ; 3; распределительный пункт, совмещенный с трансформаторной подстанцией для электроснабжения крупного промышленного предприятия; 4; линии распределительной сети напряжением 6 (10) кВ; 5; распределительный пункт; 6; сетевая трансформаторная подстанция; 7; вводы в жилые и общественные здания; 8; трансформаторная подстанция для электроснабжения промышленного предприятия средней мощности;9; линии распределительной сети напряжением 380/220 В От каждого РП отходят распределительные линии напряжением 6 (10) кВ, выполняемые по магистральным схемам. От этих распределительных линий питаются трансформаторные подстанции (ТП) с одним или двумя трансформаторами, которые могут быть оборудованы устройствами автоматического включения резерва (АВР). 135 Линии напряжением 0,4 кВ в нормальном режиме работают по разомкнутой схеме, но при необходимости могут резерви-ровать друг друга, так как их пропускная способность и оборудование ТП рассчитаны на дополнительную нагрузку. В схеме, показанной на рисунке 31, каждый элемент сети имеет резерв, который вводится вручную, автоматически или телемеханически. В средних и малых городах общие электрические нагрузки меньше. Поэтому схемы электроснабжения таких городов зна-чительно упрощаются: уменьшается число ЦП, протяженность питающей сети напряжением 6 (10) кВ, а также число и мощ-ность ТП; реже используются устройства АВР из-за меньшего числа ответственных потребителей. Для обеспечения надежного электроснабжения ЦП выпол-няют с двойными или одинарными секционированными сборны-ми шинами. В нормальных ус-ловиях они подключены к первой системе шин и работают па-раллельно благодаря соединению секций этой системы секционными выключателями 4. Такая схема обеспечивает бесперебой-ность электроснабжения потребителей при отключении любого генератора или трансформатора 1, связывающего ЦП с электри-ческой системой. При необходимости ремонта любой секции первой системы шин все присоединения переводятся на вторую систему шин. Возможность параллельной работы с остающимися под напряжением секциями первой системы шин обеспечивается шиносоединительными выключателями. В сельской местности, как правило, электроснабжение зданий осуществляется от воздушных линий изолированными вводами в здания на щиток учета электроэнергии и от него, по внутренней электропроводке, к местам потребления. В городских условиях электроснабжение многоэтажных и других ответственных зданий осуществляется путем проклад-ки подземных кабельных линий (КЛ) от двух различных трансформаторных подстанций (ТП) для обеспечения большей на-дежности в электроснабжении. Эти питающие сети отходят от источников питания к распределительным шкафам (РШ), от которых по стоякам (поподъездно) и поэтажно через щитки учета электроэнергии по внутренней электропроводке к местам по-требления. 136 Внутренняя электропроводка выполняется алюминиевым (реже медным) изолированным проводом, как правило, скрытой (под штукатуркой, в трубах и т. д.) и открытой на роликах. Для защиты внутренней электропроводки и сетей от токов короткого замыкания (КЗ) служат плавкие предохранители. Это простейшие аппараты токовой защиты, действие которых осно-вано на перегорании плавкой вставки. Предохранитель включа-ют последовательно в фазу защищаемой цепи. Электроснабжение зданий и сооружений осуществляется, как правило, по сетям, имеющим напряжение до 1 кВ. Исключе-ние составляют крупные уникальные сооружения со встроен-ным ТП, к которым подводятся линии 6-10 кВ. Распределение электрической энергии осуществляется по сетям, имеющим раз-личные схемы. Построение схемы зависит от ряда факторов, ос-новными из которых являются: напряжение сети, уровень элек-трических нагрузок, требования к надежности электроснабже-ния, экономичность, простота и удобство обслуживания, конст-руктивные и планировочные особенности здания. Кроме того, схема электроснабжения должна обеспечивать применение инду-стриальных методов монтажа. Необходимость рационального по-строения схемы распределения энергии, помимо вышеуказанного, определяется еще высоким удельным весом капитальных вложе-ний на строительство внутренних сетей. Напряжение сети, как правило, принимается равным 380/220 В при глухом заземлении нейтрали трансформаторов на питающей подстанции (ТП). Это напряжение является наиболее экономичным для жилых и общественных зданий. Помимо экономичности должно уделяться достаточное внимание удобству экс-плуатации, наглядности и простоте схемы. Иногда эти требова-ния превалируют над требованиями экономичности. Отсюда вытекает необходимость удобного расположения ВРУ здания, обеспечивающего наиболее простой ввод питающих линий и прокладку распределительной сети, а также безопасность обслуживания. Схема сети должна строиться таким образом, что-бы поврежденный участок сети легко обнаруживался и заменялся, а также чтобы при этом отключалось по возможности меньшее количество потребителей. 137 Конструктивные особенности здания оказывают влияние на построение схемы. В тех случаях, например, когда в жилое здание встраиваются различные предприятия или учреждения, схема сети усложняется в связи с необходимостью комплексного питания потребителей собственно здания и встроенных по-мещений. При этом схема должна отвечать требованиям надеж-ности электроснабжения всех потребителей. При построении схемы внутренних сетей очень важно учитывать решения строительных конструкций зданий для экономичного и индустриального осуществления электромонтажных работ. Таким образом, рационально построенная схема электрической сети является синтезом комплекса факторов, определяющих ее параметры. Оценка и выбор схемы могут производиться только по совокупности всех показателей применительно к конкретным условиям сооружаемой электроустановки. Вопрос 5. Общие сведения об электрических станциях и производстве электроэнергии. Электрическая станция (ЭС) - это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо при-родного источника в механическую энергию вращения турбины, а далее с помощью электрических генераторов - в электроэнергию. От того, какой природный источник энергии используется, зависит тип электростанции. Электростанции делят на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На гидроэлектростанциях в электроэнергию преобразуется механическая энергия водного потока, то есть гидравлическая энергия; на тепловых электростанциях - тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива; на атомных электростанциях - тепловая энергия, выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и других тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров на геотермальных станциях, солнечной энергии - на гелиоэлектростанциях, энергии ветра - на ветроэлектростанциях, энергии приливов и отливов - на приливных электростанциях. Имеются опытные промышлен-ные установки, использующие эти виды энергии. Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих ее к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции. 138 Технологическая схема работы ГЭС (рисунок 32) выгодно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов. Рис. 32. Технологическая схема работы ГЭС: 1 - верхний бьеф; 2 - нижний бьеф; 3 - турбина; ЛЭП - линия электропередачи; Т - трансформатор; G - генератор; СН - электроэнергия, отбираемая на собственные нужды ГЭС На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании топлива (каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и др.), преобразуется в электроэнергию в соответствии с технологической схемой, указанной на рисунке 33. Добыча, дос-тавка и подготовка топлива к сжиганию в котлоагрегатах - сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате перегретого пара высокого давления (до 30 МПа) и темпера-туры (до 650 °С). Рис. 33. Технологическая схема работы ТЭС: 1 - котлоагрегат; 2 - турбина; 3 - источник холодной воды; 4 - конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - деаэратор; 7 - насос Получение, передача к турбине и использование в турбине пара с такими параметрами - также сложные процессы. Но все технические вопросы работы ТЭС решены, и тепловые электростанции являются основой современной энергетики. Однако не устранен главный недостаток ТЭС - низкий коэффициент полезного действия (КПД). Лишь 30-40 % теплоты, полученной при сгорании топлива, используется 139 полезно, а остальная ее часть (70-60 %) отдается охлаждающей воде при конденсации пара дымовым газам, то есть безвозвратно теряется. Атомные электростанции (АЭС) - это тоже тепловые паротурбинные станции, но использующие в качестве природного источника энергии топливо особого вида - ядерное. В технологической схеме работы АЭС (рисунок 34) роль котла выполняет ядерный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при делении ядер урана и плутония, передается теплоносителю - тяжелой воде, гелию и др. От теплоносителя тепловая энергия передается парогенератору. Далее используется та же схема преобразования энергии пара в механическую энергию паровой турбины, а затем в электроэнергию, что и на ТЭС. Рис. 34. Технологическая схема работы АЭС: 1 - ядерный реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - источник холодной воды; 5 - конденсатный насос; 6 – насос. В настоящее время основную часть всей вырабатываемой в стране электроэнергии обеспечивают ТЭС на органическом топливе. Тем не менее их доля в суммарном производстве электроэнергии имела в последние годы устойчивую тенденцию к снижению, тогда как доля атомных и гидравлических электростанций, не требующих закупки быстро дорожающего топлива, увеличивалась. В условиях общего спада производства энергии АЭС и ГЭС практически сохранили выработку электроэнергии на уровне своих мощностных и системных возможностей. Тип вновь сооружаемых электростанций выбирают на основании технико-экономических расчетов с учетом наличия природных ресурсов и типа существующих электростанций в данном районе, потребности в тепловой и электрической энергии и др. При этом стремятся обеспечить наиболее эффективное сочетание электростанций разного типа с учетом изменений выработки и потребления энергии в различные сезоны года. 140 Часто при освоении новых регионов в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда. Основной элемент дизельных электростанций (ДЭС) - дизель- генератор. Как правило, в качестве первичных двигателей применяют бескомпрессорные четырех- и двухтактные дизели мощностью 5-1000 кВт, имеющие частоту вращения 375-1500 об/мин. Дизели комплектуются синхронными генераторами переменного тока. По назначению ДЭС подразделяются на основные, резервные и аварийные. Установленная мощность электростанций в мире ежегодно увеличивается в среднем на 1,5 %. Доля атомных электростанций в общем производстве электроэнергии в мире составляет 17 %. Доля нетрадиционных возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии весьма незначительна - около 2 %. Электроснабжение потребителей осуществляется в основном от сетей энергосистем - через сетевые районы или сети распределительных компаний. Суммарная мощность электростанций самоснабжающихся предприятий составляет 7 % обшей мощности электростанций в мире, производство электроэнергии - 7,1 %. К числу крупнейших в мире производителей и потребителей электроэнергии относятся: США, Китай, Япония, Россия, Канада, Германия и Франция. Около 2/3 всей электроэнергии в мире вырабатывается на органическом топливе, немного менее 1/6 - на ядерном, почти 1/5 - на гидроэнергии. Вопрос 6. Основные понятия слаботочных систем. В основу методологии планирования потребности в городской телефонной связи должен быть положен принцип дифференци-рованного изучения потребителей. Потребителей городской телефонной связи можно объединить в три основные группы: население (квартирная группа); промышленные предприятия (производственная группа); учреждения (непроизводственная группа). 141 Метод определения числа телефонных аппаратов по каждой из групп потребителей в отдельности должен вытекать из тех функций, которые выполняет телефонный аппарат в жизни той или иной группы. Именно на выявлении роли телефонной связи в жизни каждой из указанных групп потребителей должен опи-раться метод планирования телефонной емкости. Методология планирования телефонной емкости для кон-кретного промышленного предприятия должна базироваться на выявлении роли и значения телефонной связи в процессе про-изводства данного предприятия. Поэтому наиболее правильно планировать потребность данно-го объекта в телефонной связи путем конкретного изучения структуры предприятия, схемы технологических процессов, систе-мы руководства производственными процессами и системы опе-ративного контроля. Размещение телефонных аппаратов должно быть запроектировано там, где так или иначе соприкасаются от-дельные производственные процессы, где сосредоточивается про-изводственно-техническое руководство отдельными цехами, агре-гатами, машинами и т. д., то есть там, где образуются узлы управ-ления определенным количеством труда или системой машин. Количественным выражением пунктов руководства на данном предприятии может служить число руководителей, которые являются инженерно-техническими работниками. Современное крупное промышленное предприятие состоит из нескольких достаточно больших по объему цехов с законченным циклом производства, хозяйственных служб и управленческих ор-ганизаций. Подробным изучением структуры предприятия и его деятельности выявляются те конкретные места, где требуется установка телефонных аппаратов. Суммированием намеченных телефонных точек определяется нужное количество телефонных аппаратов для каждого цеха, службы и организации в отдельно-сти и затем для предприятия в целом. Однако планирование телефонной емкости в производствен-ной группе путем сплошного обследования предприятий для выявления их потребности в телефонных аппаратах возможно только при техническом проектировании, которое охватывает, в основном, действующие предприятия. 142 При генеральном проектировании сплошное обследование предприятий невозможно как по причине чрезмерной трудоем-кости процесса, так и потому, что за период, охватываемый генеральным проектом, возникнут новые предприятия, отсутствую-щие в момент составления проекта. Поэтому необходимо иметь метод, позволяющий планировать телефонную емкость на буду-щее время, исходя из конкретных материалов перспективного плана развития промышленности. Изучая роль и значение телефонной связи в отдельных отрас-лях промышленности, можно определить нормы насыщения те-лефонными аппаратами промышленных предприятий в зависимости от характера и способа производства в данном предприя-тии: индивидуального, серийно-массового или поточного. Техника производства непрерывно совершенствуется. Глав-ные линии технического прогресса – это комплексная механизация труда, автоматизация промышленного производства, химизация и электрификация всего народного хозяйства. Эти основные пути технического прогресса тесно связаны между собой. Повышение техники производства усложняет систему управ-ления производственными процессами, следовательно, увеличивает и потребность в средствах телефонной связи. Поэтому количественная потребность в телефонных аппаратах связана с уровнем техники производства. Это положение справедливо, конечно, только до периода полной автоматизации производственных процессов. Потребность в телефонной связи повышается также с увеличением объема предприятия. Таким образом, для определения потребности в телефонной связи промышленности должен быть принят показатель, отра-жающий собой объем предприятия (отрасли производства) и степень развития техники. Распределение телефонных аппаратов на территории города производится примерно по следующей схеме: телефонные аппараты промышленных, административно- хозяйственных и социально-культурных учреждений и предприя-тий распределяются в соответствии с их размещением; телефонные аппараты социально-бытовых учреждений и населения – согласно размещению населения. По крупным предприятиям и центральным учреждениям те-лефонные аппараты размещаются по титульному списку и по адресам, а по мелким предприятиям и учреждениям – суммарно по кварталам или участкам города. 143 Квартирные телефонные аппараты размещаются на террито-рии в соответствии с размещением телефонизируемых групп на-селения, с жилой площадью, с числом квартир, а также в зависи-мости от принципа расчета насыщения телефонной связью на-селения. При составлении проекта любого производственного сооруже-ния основными исходными данными являются: характер и изме-ритель предполагаемой к выпуску продукции, начальная и конечная производственные мощности, этапы развития этой мощ-ности по времени, способ производства и т. д., то есть главные ко-личественные и качественные показатели. Если, например, требуется запроектировать новый мост, то должны быть заданы следующие его показатели: длина, ширина, нагрузка, высота над уровнем воды, тип конструкции и топографические данные. Неточность хотя бы одного из этих показателей неизбежно при-ведет к недоброкачественности проекта. Поэтому при составле-нии технического проекта особо важное значение придается точности определения исходных данных. Эти основные исходные дан-ные проектировщик получает из проектного задания. В основу проекта городской телефонной сети кладутся исход-ные данные, отражающие количественные и качественные показатели будущей сети. Городская телефонная сеть как органическая часть всей элек-тросвязи Российской Федерации должна обеспечить телефонную связь как городских абонентов между собой, так и каждого городского абонента с абонентами пригородов, других городов и сельских местностей. В задачу проектировщика входит расчет не-обходимого объема оборудования, обеспечивающего городскому абоненту все эти возможности с нормальным заданным качест-вом обслуживания. Объем оборудования городской телефонной сети зависит от емкости сети и от величины телефонного сообщения. Все обо-рудование городской телефонной сети можно разделить на две группы: оборудование, объем которого зависит только от емкости станции и не зависит от интенсивности пользования телефонной связью, то есть от величины телефонного сообщения; к этой группе оборудования относятся абонентские линии, абонентские аппараты, а на станции – абонентские комплекты и кросс абонентских линий; оборудование, объем которого зависит от величины телефонного сообщения, емкости сети и станции; к этому оборудованию относятся: соединительные линии (СЛ) между телефонными станциями, приборы соединения и силовое оборудование на станции, здание станции и др. 144 Объем оборудования первой группы находится в прямой за-висимости от емкости станции и определяется непосредственно на основе данных о ее емкости. Что же касается объема оборудования второй группы, то для его определения решающее значение имеет установление точного размера и структуры телефонного сообщения в полном соответствии с действительными потребно-стями. Чем интенсивнее телефонное сообщение, то есть чем чаще каждый абонент пользуется связью в единицу времени и чем на более длительный срок он занимает каждый раз средства телефонной связи, тем больше потребуется иметь на сети соответ-ствующего оборудования для обслуживания этого сообщения. Все необходимое для осуществления связи между двумя абонентами оборудование предоставляется по требованию вызы-вающего (инициативного) абонента, поэтому размер интенсив-ности телефонного сообщения определяется по частоте и длитель-ности пользования связью вызывающим абонентом. Таким обра-зом, величина телефонного сообщения на данной АТС может быть измерена частотой требований на предоставление связи, поступающих за единицу времени от всех абонентов этой станции, и длительностью занятия оборудования в результате каждого требования. Приборы соединения и соединительные линии, необ-ходимые для осуществления одной связи, обычно одновременно обслуживают только эту одну связь и освобождаются лишь пос-ле ее прекращения. Кроме того, все абоненты совместно пользуются таким об-щим оборудованием, как силовое, сигнальное оборудование. Чем интенсивнее поступают требования от абонентов на те-лефонную связь, тем большую работу должны выполнить стан-ционные приборы. Таким образом, объем работы приборов телефонной станции зависит от интенсивности телефонного сообщения. В дальнейшем интенсивность телефонного сообщения будем называть телефонной нагрузкой. В практике ранее был принят для этой цели термин «трафик»; однако этот термин, заимствованный из иностранной литературы, не отражает существа этого понятия. Телефонная нагрузка может быть исчислена за отдельный отрезок времени как для станции в целом, так и для части стан-ции или отдельной группы абонентов в зависимости от того, для какой цели она определяется. Так как станционное оборудование и межстанционные соединительные линии по требованию вызы-вающего абонента занимаются в момент вызова и освобождают-ся при отбое, то источниками нагрузки для станции в целом яв-ляются абоненты, а для 145 приборов отдельных этапов соедине-ния – приборы предыдущих этапов соединения. Вопрос 7. Стратегии развития цифровых ГТС. С начала 90-х годов в нашей стране на городских телефонных сетях начали широко внедряться цифровые системы коммутации. По сравнению с электромеханическими системами они обладают рядом преимуществ: большая емкость станции; малая занимаемая площадь; высокая надежность; возможность организации практически любого числа направлений; возможность организации в сети развитой системы обходных путей; возможность анализа любого числа цифр номера; возможность централизованного управления; возможность организации полнодоступных пучков линий любой емкости и др. В настоящее время аналоговые и аналого-цифровые городские те-лефонные сети в зависимости от их емкости строятся по следующим принципам: районированная сеть при связи АТС «каждая с каждой» (сеть до 80 000 номеров); районированная сеть с УВС (до 800 000 номеров); сеть с УВС и УИС (до 8 млн номеров). При вводе в действие новой АТС доли затрат на станционное и ли-нейное оборудование соответственно составляют примерно 30 % и 70 %. Дальнейшее усовершенствование станционного оборудования не приво-дит к существенному снижению затрат на него, а затраты на линейное оборудование практически не изменились и составляют большую часть от общих затрат на ввод телефонной станции (в основном это затраты на по-купку и прокладку соединительных кабелей). Кроме того, на ГТС в настоящее время отсутствует единая транс-портная сеть передачи информации, а имеются жестко закрепленные со-единительные линии с малой скоростью передачи информации (до 8 Мбит/с). Поэтому при вводе новой станции на сети необходимо все время проводить работы по расширению линейно- аппаратных цехов (даже не имеющих прямого отношения к 146 строительству конкретной телефонной станции), увеличивается потребление электроэнергии и расход кабельной продукции. Из изложенного выше можно сделать вывод, что основной упор при модернизации ГТС следует делать на разработку новой перспективной структуры сети, при которой: капитальные затраты на линейные сооружения при вводе новой телефонной станции были бы как можно меньше; максимально бы использовались все преимущества цифровых телефонных станций над телефонными станциями электромеханических систем. Для выполнения условий старая структура аналоговой сети не годится. Существует три различных способа перехода к цифровой сети: стратегия наложения, островная стратегия и прагматическая. Стратегия наложения состоит в том, что цифровая телефонная сеть как бы накладывается на существующую аналоговую телефонную сеть (территориально цифровые АТС располагаются по всей аналоговой сети), причем между ними существует лишь несколько соединительных трактов. Отсюда название новой сети – «наложенная» сеть связи. В этом случае не возникает проблем, характерных для смешанной анало-гово- цифровой сети (в части обеспечения устойчивости каналов, избы-точного количества последовательных аналого-цифровых преобразований, выполнения нормы на затухание, эхо и др.). Однако практическая реализа-ция стратегии наложения связана с большими капитальными затратами за сравнительно короткий промежуток времени. Чем больше существующая аналоговая сеть и чем больше наложенная сеть, тем больше потребность в оборудовании и капиталах. В этом заключается основная трудность при-менения подобной стратегии для ГТС большой емкости. Островная стратегия предполагает внедрение цифровой переда-чи и коммутации в ограниченных районах города, территориально не ох-ватываемых аналоговой сетью. По мере роста числа «цифровых островов» и их размера они будут составлять все большую часть сети. На заключи-тельном этапе цифровые острова будут соединены между собой, и вся сеть превратится в цифровую. Для этого варианта также существуют некоторые экономические и технические проблемы, в том числе большие затраты на замену действующего аналогового оборудования передачи и коммутации на цифровое. Поэтому островная стратегия также не может рассматриваться в качестве универсальной. 147 Прагматическая стратегия предусматривает эксплуатацию ана-логового оборудования на сети возможно более длительные сроки, замена на цифровое оборудование производится только в случае, когда это оправ-данно технически и экономически. При реализации этой стратегии требуется тщательное долгосрочное планирование. Цель прагматической стратегии состоит в переходе к цифровой телефонной сети с тем условием, чтобы добиться наилучших результатов с технической точки зрения, при одновременном использовании аналогового оборудования настолько долго, сколь это возможно, с постепенной, шаг за шагом, заменой его цифровым оборудованием. Внедрение цифрового коммутационного оборудования необходимо осуществлять таким образом, чтобы в будущем способствовать переходу к полностью цифровой телефонной сети, в которой будут интегрированы цифровые системы коммутации и передачи. В любом соединении между двумя АТС одной телефонной сети допускается иметь не более одного перехода «аналог–цифра–аналог»; в соединении между двумя оконечными абонентскими устройствами допуска-ется до трех таких переходов. На практике для каждой конкретной сети должны быть выбраны наиболее подходящие стратегии ее «цифровизации». Иногда целесообраз-но применять их, комбинируя на различных этапах развития цифровой телефонной сети, а также в зависимости от места и условий перехода к цифровой телефонной сети. Так, например, в городских условиях, где большая телефонная плотность и быстрее идет цифровизация сети, целесообразно применять стратегию наложения и островную стратегию. 148 Рис. 35. Построение цифровой наложенной сети На сельских телефонных сетях, где малая телефонная плотность и большая протяженность линий, а цифровизация требует больших капитальных вложений, целесообразно применять прагматическую стратегию и, в некоторых случаях, стратегию наложения. Вопрос 8. Особенности организации наложенных цифровых сетей. Варианты построения наложенной цифровой сети зависят от емкости и структуры существующей аналоговой сети. Далее будут рассмотре-ны два основных сценария построения наложенных сетей: районированная цифровая ГТС, коммутационные станции которой связаны между собой по принципы «каждая с каждой; цифровая ГТС, имеющая оконечные и транзитные коммутационные станции. Цифровая сеть, построенная по принципу связи АТС «каждая с каждой», может служить моделью эволюции для районированных ГТС без узлов, с УВС и, возможно, с УИС и УВС. Последний вариант может рассматриваться как чисто теоретический, так как только две российские ГТС (в Москве и Санкт-Петербурге) построены с использованием УИС и УВС. Цифровизация этих ГТС осуществляется уже достаточно долго и 149 основана на топологии, подразумевающей применение транзитных станций. По этой причине вариант преобразования таких крупных ГС в цифровую сеть без транзитных станций далее не рассматривается. Структура цифровой ГТС по принципу связи АТС «каждая с каж-дой» будет оптимальна в определенных границах номерной емкости. Нижняя граница определяется вариантом использования одной цифровой АТС и переходом к цифровой нерайонированной сети, ее величина мо-жет быть оценена как 100 тысяч номеров. Верхнюю границу определить достаточно сложно, но косвенным оценкам она лежит в пределах 1-2 миллионов номеров. При создании «наложенной сети» на аналоговой ГТС без узлов вновь вводимая цифровая АТС должна быть связана со всеми РАТС данной ГТС цифровыми трактами с установкой оборудования АЦП на стороне электромеханических станций. При введении следующей цифровой станции необходимо решить вопрос рационального построения межстанционных связей. Эти связи могут быть реализованы тремя основными способами: организация прямых пучков СЛ между каждой цифровой коммутационной станцией и каждой аналоговой РАТС; временное использование цифровой станции, которая была внедрена ранее, в качестве транзитной для вновь вводимых цифровых станций с аналоговой ГТС; комбинированное решение, основанное на сочетании перечис-ленных выше вариантов. Первый вариант выглядит наиболее предпочтительным. Учитывая возможность быстрой цифровизации первичной сети за счет использования цифровых кроссовых узлов, организацию прямых пучков СЛ можно считать основным сценарием для построения межстан-ционных связей на районированной ГТС. На аналоговой ГТС с УВС при создании цифровой сети без узлов необходимо учитывать определенные требования на план нумерации. При внедрении цифровых АТС на ГТС с УВС необходимо организовывать от-дельный сто-, двухсот- и т. д. тысячный узловой район, для которого вы-деляются отдельные стотысячные индексы из резервной номерной емко-сти. Этот район будет являться базой для создания «наложенной сети». Территории ранее существовавших и вновь организуемого узловых рай-онов могут взаимно перекрываться. В отдельных случаях может оказаться целесообразным создание нескольких узловых районов в пределах одной «наложенной сети». 150 Перспективной структурой «наложенной сети» на ГТС является кольцевая структура на базе волоконно-оптического кабеля и цифровых систем передачи. Преимущества использования кольцевой структуры сети: оптимальное использование оптического кабеля; высокая живучесть сети; возможность управления сетью. В кольцо включаются: опорные станции (ОПС), в которые включены абоненты; транзитные станции (ТС), которые обеспечивают только транзит нагрузки между другими станциями, в них не включаются абоненты (обычно используются на ГТС больших городов); опорно-транзитные станции (ОПТС), сочетающие в себе функции опорной и транзитной станций. Все станции, включаемые в кольцо, логически соединяются между собой по принципу «каждая с каждой» по оптическому кабелю. Использование транзитных и опорно-транзитных станций позволяет улучшить ис-пользование соединительных линий. Они также позволяют упростить ин-терфейс строящихся телефонных станций с существующей сетью. Транзитная станция может быть построена: с использованием управляющего комплекса опорных станций, то есть создание опорно-транзитных станций. Такой способ организации межстанционных связей возможен при небольшой емкости транзитной станции и наличии свободной мощности управляющего комплекса; с разделением функций опорной и транзитной станций, то есть транзитная станция имеет свой управляющий комплекс; смешанный способ, когда на сети могут быть выделенные тран-зитные станции и опорно-транзитные станции. Емкость транзитной или опорно-транзитной станции зависит от то-го, какие связи будут пропущены через нее. Исходя из принципа построе-ния радиально-узловой сети, через транзитную или опорно- транзитную станцию могут быть организованы следующие связи: внутри цифровой части ГТС (связь Ц-Ц-Ц); выход цифровой части ГТС на АМТС, УСС и аналоговую часть ГТС (связь Ц-Ц-А); выход аналоговой части ГТС на цифровую (связь А-Ц-Ц). 151 Организация связи внутри аналоговой ГТС через транзитную или опорно-транзитную станцию нецелесообразна, так как для этого потребуется переориентировать большинство существующих пучков соедини-тельных линий, и, как следствие, возрастает емкость ТС или ОПТС. Однако при некоторых условиях целесообразно реализовать связь А-Ц через ТC или ОПТС. Число транзитных станций на сети зависит от количества соедини-тельных линий, включаемых в транзитные станции, мощности управляю-щего комплекса. В соответствии с расчетами для перспективной емкости 400-500 тысяч номеров количество транзитных станций должно составлять 2-3 станции. В настоящее время на сетях более экономически выгодным является способ построения сети с использованием опорно-транзитных станций. Предварительные расчеты показали, что при этом для сети емкостью 250-300 тысяч номеров достаточно иметь 2-3 ОПТС, при емкости 400-500 ты-сяч номеров – не более 4-5 ОПТС. |