Электроснабжение. Вопросы к экзамену по дисциплине Электроснабжение. Вопросы к экзамену по дисциплине Электроснабжение
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
Вопросы к экзамену по дисциплине «Электроснабжение» Общие сведения о системах электроснабжения. Основные понятия и определения. Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. СЭС промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др. Приёмником электроэнергии (электроприёмником, токоприёмником) называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая её в механическую, тепловую, химическую, световую и др. виды энергии. Характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др. Совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединённых с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называетсяэлектропотребителем. Совокупность электрических станций, линий электропередачи, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии, называется энергетической системой. Единая энергетическая система (ЕЭС) объединяет энергетические системы отдельных районов, соединяя их линиями электропередачи (ЛЭП). Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств (РУ), повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называют электроэнергетической системой. Электрической сетью называют совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями электропередачи и работающая на определенной территории. Электрическая сеть объекта электроснабжения, называемая СЭС объекта, является продолжением электрической системы. СЭС объекта объединяет понижающие подстанции, распределительные пункты, электроприемники и ЛЭП. Подразделение электрических сетей по признакам. Электрические сети подразделяются по следующим признакам: Напряжением сети. Сети могут быть напряжением до 1 кВ – низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1 кВ – высоковоль- тными, или высокого напряжения (ВН). Роду тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трехфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом снижается уровень потерь электроэнергии и может производиться трансформация электроэнергии. При большом числе однофазных приемников от трехфазных сетей осуществляются однофазные ответвления. 3. Назначением. По характеру потребителей и от назначения территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности. Кроме того, имеются районные сети, предназначенные для соединения крупных электрических станций и подстанций на напряжении выше 35 кВ; сети межсистемных связей, предназначенные для соединения крупных электроэнергетических систем на напряжении 330, 500 и 750 кВ. Кроме того, применяют понятия: питающие и распределительные сети. 4. Конструктивным выполнением сетей. Линии сети могут быть воздушными, кабельными и токопроводами. Подстанции – открытыми и закрытыми. Графическое изображение электроэнергетических систем. Для графического изображения электроэнергетических систем, а также отдельных элементов и связи между элементами используют общепринятые условные обозначения основных элементов электроэнергетической системы.  Категории электроприёмников и обеспечение надежности электроснабжения. В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории. 1 категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб. в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания 2 категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит нарушению механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. 3 категория – все оставшиеся электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения не превышают 1 суток. Системы электроснабжения городов. Наибольшее распространение в городских сетях получила петлевая схема, которую широко используют для электроснабжения потребителей второй категории. На рис. 2.1 в) приведена петлевая схема с резервной перемычкой, включаемая в случае повреждения на одном из участков сети.  Для питания потребителей третьей категории применяют радиальные не резервируемые или магистральные схемы с односторонним питанием. Магистральную схему можно применять для питания жилых домов и других потребителей при их относительно небольшой мощности. При электроснабжении зданий высотой выше 16 этажей с электроприемниками первой категории, такими как лифты, пожарные насосы, дежурное освещение и т. п., применяют схему с автоматическим их резервированием Для электроснабжения многоэтажных и многосекционных жилых домов, а также для питания крупных отдельно стоящих ресторанов и магазинов применяют схему с тремя резервируемыми кабелями Питание электроприемников зданий высотой 9... 14 этажей осуществляется по радиальной петлевой схеме Питание электроприемников зданий высотой 9... 14 этажей осуществляется по радиальной петлевой схеме (рис. 2.1, г).  Электроснабжение зданий высотой выше 16 этажей с электроприемниками первой категории. При электроснабжении зданий высотой выше 16 этажей с электроприемниками первой категории, такими как лифты, пожарные насосы, дежурное освещение и т. п., применяют схему с автоматическим их резервированием  Электроснабжение многоэтажных и многосекционных жилых домов. Для электроснабжения многоэтажных и многосекционных жилых домов, а также для питания крупных отдельно стоящих ресторанов и магазинов применяют схему с тремя резервируемыми кабелями.  Электроснабжение промышленных предприятий. Основным условием рационального проектирования сети электроснабжения промышленного объекта является принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппаратами) и одного электроприемника технологического агрегата, получающего питание от этой линии.  Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха, применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными  К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания Радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источника питания, например от КТП, отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприемники (рис. 2.8). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей.  В цехах машиностроительных и металлургических заводов находят применение схемы магистрального питания с взаимным резервированием питания отдельных магистралей.  Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними КТП -при радиальном питании  Большое влияние на принимаемые решения оказывают условия окружающей среды в проектируемом цехе. Системы электроснабжения объектов сельского хозяйства. Подстанции сельскохозяйственных районов проектируют с одним или с двумя трансформаторами напряжением 10/0,38; 35/10; 110/10 и 110/35/10 кВ, реже напряжением 10/2×0,22 кВ (с однофазными трансформаторами), 35/0,38 кВ, а в отдельных зонах 110/20 и 20/0,38 кВ. Подстанции питают распределительные трехфазные четырехпроводные линии 0,38 кВ с заземленной нейтралью. Такие подстанции, как правило, проектируются с применением КТП наружной установки. Проектирование закрытых подстанций должно быть специально обосновано и может производиться в тех случаях, когда совершенно исключается возможность использования КТП наружной установки. Электроснабжение транспортных систем. Различают системы централизованного, автономного и комбинированного электроснабжения городского электрического транспорта (ГЭТ). В системе централизованного электроснабжения различают субсистемы Контактного токосъема: подсистемы верхнего токосъема с однопроводной и двухпроводной контактной сетью бесконтактного токосъема: электромагнитная передача электрической энергии на ПЕ и электродуговая передача электрической энергии. централизованного привода подвижной единицы (ПЕ) подвижного состава. В системе автономного электроснабжения различают субсистемы: электрических источников энергии неэлектрических источников энергии. В системе комбинированного электроснабжения различают субсистемы: контактно-аккумуляторной тяги с ПЕ, питающимися на участках, оборудованных КС, от КС, от аккумуляторов, ДВС. контактномаховичной тяги с ПЕ, питающимися от КС, от аккумуляторов кинетической энергии (установленных на ПЕ маховиков). Основные современные системы электроснабжения ГЭТ – подсистемы централизованного электроснабжения с однопроводной контактной сетью (трамваи), двухпроводной контактной сетью (троллейбусы) и нижнего токосъема от «третьего рельса» (метрополитены) Типы электроприемников и режимы их работы. Режимы работы приемников электроэнергии разнообразны и изменяются во времени. Для характеристики потребляемой мощности пользуются следующими понятиями. Номинальная активная мощность приемника электроэнергии – это мощность при которой приемник электроэнергии должен работать. Для приемников повторно кратковременного режима (ПКР) работы номинальную мощность определяют  Под номинальной реактивной мощностью приемника электроэнергии понимают реактивную мощность, потребляемую им из сети (знак плюс) или отдаваемую в сеть (знак минус) при номинальной активной мощности и номинальном напряжении.  Номинальную мощность (активную Pном и реактивную Qном ) группы приемников определяют как алгебраическую сумму номинальных мощностей отдельных приемников   Для характеристики переменной нагрузки приемников электроэнергии за рассматриваемый интервал времени определяют средние нагрузки  В определенные промежутки времени значения активной, реактивной, полной мощности или тока представляют собой наибольшее из соответствующих средних значений – максимальные. максимальные длительные нагрузки (продолжительностью 10, 30, 60 мин и т.д.); максимальные кратковременные нагрузки – пиковые, длительность которых составляет 1-2 с. При расчете электрических нагрузок применяют различные коэффициенты графиков нагрузок, характеризующие режимы работы приемников электроэнергии по мощности или во времени. Коэффициент использования активной мощности одного ( Ки.а. k ) или группы приемников  Коэффициентом формы Кф.а  Коэффициент максимума Kм.а.  Коэффициентом спроса Kс.а.  Коэффициентом разновременности максимумов нагрузок по активной мощности Kр.м.а  Номинальная активная мощность приемника электроэнергии. Номинальная активная мощность приемника электроэнергии – это мощность при которой приемник электроэнергии должен работать. Для приемников повторно кратковременного режима (ПКР) работы номинальную мощность определяют Номинальная реактивная мощность приемника электроэнергии. Под номинальной реактивной мощностью приемника электроэнергии понимают реактивную мощность, потребляемую им из сети (знак плюс) или отдаваемую в сеть (знак минус) при номинальной активной мощности и номинальном напряжении. Номинальная мощность группы приемников. Номинальную мощность (активную Pном и реактивную Qном ) группы приемников определяют как алгебраическую сумму номинальных мощностей отдельных приемников Средние активная и реактивная мощности приемника. Максимальные нагрузки. Для характеристики переменной нагрузки приемников электроэнергии за рассматриваемый интервал времени определяют средние нагрузки. Средние активная и реактивная мощности приемника за интервал времени t определяют из выражений  Средняя (активная или реактивная) мощность группы приемников представляет собой алгебраическую сумму средних мощностей отдельных приемников, входящих в данную группу: Коэффициенты графиков нагрузок. При расчете электрических нагрузок применяют различные коэффициенты графиков нагрузок, характеризующие режимы работы приемников электроэнергии по мощности или во времени. Коэффициент использования активной мощности одного ( Ки.а.) или группы приемников Коэффициентом формы Кф.а Коэффициент максимума Kм.а. Коэффициентом спроса Kс.а. Коэффициентом разновременности максимумов нагрузок по активной мощности Kр.м.а Определение расчетных электрических нагрузок городских электрических сетей.     Определение расчетных электрических нагрузок промышленных предприятий. В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок, которые подразделяют на основные и вспомогательные. В первую группу входят методы расчета по: установленной мощности и коэффициенту спроса; средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней; средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузок; средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм). Вторая группа включает в себя методы расчета по: удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска продукции за определенный период времени; удельной нагрузке на единицу производственной площади.  Расчетную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащего группы приемников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учетом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп  Kр.м – коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приемников Выбор напряжения на различных ступенях системы электроснабжения. Капитальные затраты в общем случае изменяются по кривой К f U (где К - Величина капитальных затрат на сооружение системы) и имеют свой минимум при определенном значении напряжения, которое можно назвать рациональным напряжением по капитальным затратам и обозначить Uрац.К UА. Функция К f U построена при условии, что Sр и l постоянны. Эксплуатационные расходы определяются по кривой С э f U (где С- Эксплуатационные расходы) и имеют минимум при Uрац.Сэ UБ (рациональном напряжении по эксплуатационным расходам). Определение величины рационального напряжения данной ступени системы электроснабжения при рассмотрении двух вариантов производится согласно методу срока окупаемости по формуле   Выбор напряжения распределительной сети тесно связан с решением вопросов электроснабжения предприятия. Окончательное решение принимают в результате технико-экономического сравнения вариантов, учитывающих различное сочетание напряжений отдельных звеньев системы. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов подстанций системы электроснабжения. Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов: категории надежности; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ; перегрузочной способности в нормальном и аварийных режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки. при уменьшении числа ТП - уменьшается число ячеек РУ, суммарная длина линий и потери электроэнергии и напряжения в сетях 6 – 20 кВ, но возрастает стоимость сетей напряжением 0,4 кВ и потери в них. Увеличение числа ТП, наоборот, снижает затраты на цеховые сети, но увеличивает число ячеек РУ 6 – 20 кВ и затраты на сети напряжением 6 – 20 кВ. Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять для потребителей III и II категорий, а также при наличии в сети 380 – 660 В небольшого количества (до 20%) потребителей I категории. Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять в следующих случаях: при преобладании потребителей I категории и наличии потребителей особой группы; для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорные и насосные станции); для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5 – 0,7 кВА/м2 ).  Два метода выбора номинальной мощности трансформаторов: 1) по заданному суточному графику нагрузки цеха (корпуса, отделения) за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов; 2) по расчетной мощности для тех же режимов  Выбор сечений жил кабелей. Выбор сечений проводов воздушных линий. Сечение проводов и жил кабелей выбирают по техническим (по нагреву расчетным током, условиям коронирования, механической прочности) и экономическим условиям (когда затраты будут минимальны) Выбор сечений по нагреву осуществляют по расчетному току. Для параллельно работающих линий в качестве расчетного тока принимают ток послеаварийного режима. При выборе сечений кабельных линий учитывают допустимые кратковременные перегрузки. Перегрузка кабельных линий напряжением 20–35 кВ не допускается. По условию коронирования выбирают минимально допустимое сечение только для воздушных линий. Для жил кабелей самое малое стандартное сечение обеспечивает отсутствие коронирования. Выбор сечения кабеля по механической прочности также не производится, так как минимальное стандартное сечение при определенных уровнях напряжения удовлетворяет этому условию. Воздействие тока КЗ учитывается только при выборе сечения кабельной линии, защищаемой релейной защитой.    Выбор основных электрических аппаратов систем электроснабжения. Аппараты первичных цепей должны удовлетворять следующим требованиям: соответствию окружающей среды (температуру окружающей среды, влажность и загрязненность) и роду установки (в помещении, на открытом воздухе, в земле, в воде); необходимой прочности изоляции для надежной работы в длительном режиме и при кратковременных перенапряжениях (Номинальное напряжение электрооборудования Uном.э соответствует уровню его изоляции, причем всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющий аппарату работать при перенапряжении на 10... 15%); допустимому нагреву токами длительных режимов (Для большинства аппаратов перегрузка их током сверх номинального не допускается, если температура окружающего воздуха равна расчетной для данного аппарата); стойкости в режиме короткого замыкания; Режимы работы нейтрали в установках напряжением до 1 кВ. Электроустановки напряжением до 1 кВ работают как с глухозаземленной (четырехпроводные сети), так и с изолированной (трехпроводные сети) нейтралью. В наиболее распространенных четырехпроводных сетях напряжением до 380 В, общих для силовых и осветительных электроприемников, нейтраль и нейтральный провод обязательно заземляются. Необходимо также осуществить заземление всего оборудования на заземленную нейтраль.  В трехпроводных сетях (рис. 6.2) трехфазные двигатели, печи, сварочные аппараты и другие трехфазные электроприемники включаются только на линейное напряжение.  В установках напряжением до 1 кВ допустимы обе системы: при малоразветвленных сетях имеет преимущества система с изолированной нейтралью, при сильно разветвленных сетях целесообразно работать с заземленной нейтралью Режимы работы нейтрали в установках напряжением выше 1 кВ. Электротехнические установки напряжением выше 1 кВ ПУЭ разделяются на установки с большими токами замыкания на землю (Ik(1) >500 А) и установки с малыми токами замыкания на землю (Ik(1) < 500 А). Выбор режима нейтрали в установках напряжением выше 1 кВ производится при учете следующих факторов: экономических, возможности перехода однофазного замыкания в междуфазное, влияние на отключающую способность выключателей, возможности повреждения оборудования током замыкания на землю, релейной защиты и др. В электрических сетях РАО ЕЭС России приняты следующие режимы работы нейтрали: электрические сети с номинальными напряжениями 6...35 кВ работают с малыми токами замыкания на землю; при небольших емкостных токах замыкания на землю - с изолированными нейтралями; при определенных превышениях значений емкостных токов - с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. Электрические сети с номинальным напряжением 110 кВ и выше работают с эффективно заземленными нейтралями. Ресурсосберегающие технологии. Основными путями снижения потерь электроэнергии в промышленности являются: 1) рациональное построение системы электроснабжения при ее реконструкции, включающее в себя применение рациональных: напряжений; мощности и числа трансформаторов на трансформаторных подстанциях (ПС); общего числа трансформаций; места размещения ПС схемы электроснабжения; компенсации реактивной мощности и др. 2) снижение потерь электроэнергии в действующих системах электроснабжения, включающее в себя: управление режимами электропотребления; регулирование напряжения; ограничение холостого хода электроприемников; модернизацию существующего и применение нового, более экономичного и надежного технологического и электрического оборудования; повышение качества электроэнергии; применение экономически целесообразного режима работы силовых трансформаторов; замену асинхронных электродвигателей (АД) на синхронные (СД), где это возможно; автоматическое управление освещением в течение суток; применение рациональных способов регулирования режимами работы насосных и вентиляционных установок и др. 3) нормирование электропотребления, разработка научно обоснованных норм удельных расходов электроэнергии на единицу продукции; нормирование электропотребления предполагает наличие на предприятиях систем учета и контроля расхода электроэнергии; 4) составление электробалансов, которые осуществляют с отдельных энергоемких агрегатов и установок, переходя затем к цехам и предприятию в целом; 5) организационно-технические мероприятия, которые разрабатываются конкретно на каждом предприятии с учетом его специфики. |