Элетроснабжение

1.  схемы электрических сетей   U до 1 кВ

 Схема  электроснабжения промышленного  предприятия показывает связь  между источником питания и  потребителями электроэнергии предприятия  и должна удовлетворять следующим  основным требованиям: 1) обеспечивать  необходимую надежность питания  потребителей; 2) быть простой и  удобной в эксплуатации; 3) все  элементы схемы должны находиться  в работе и иметь такие параметры,  чтобы при аварии оставшиеся  в работе элементы схемы могли  принять на себя полностью  или частично нагрузку отключившегося  элемента; 4) учитывать перспективы  развития предприятия (подключение  дополнительных мощностей).

Электроснабжение  промышленных предприятий осуществляется по ступенчатому принципу построения схем. Ступень электроснабжения –  узлы схемы, между которыми энергия, получаемая от ИП, передается определенному  числу потребителей.

Схемы бывают одно- и двухступенчатыми.

Одноступенчатые схемы  - для предприятий малой  мощности и с небольшой территорией.

Многоступенчатые  схемы – когда в сеть последовательно  включено несколько промежуточных  РП одного напряжения. Промежуточные  РП позволяют освободить шины ГПП  с дорогостоящими выключателями  от большого количества отходящих линий.

Уменьшение  ступеней в схемах упрощает коммутацию, защиту и автоматику сетей, снижает  потери электроэнергии.

При построении электрических сетей напряжением 6-220 кВ промышленных предприятий в  зависимости от категории надежности электроснабжения, мощности и расположения нагрузок применяются радиальные и  магистральные схемы распределения  энергии. Часто обе схемы используются одновременно, дополняя друг друга.

 

 

 

 

2. Радиальные схемы, как правило, применяются, когда ТП размещены в различных направлениях от ИП и сети выполняются независимыми друг от друга и без ответвлений по пути следования. Радиальные схемы содержат большое количество коммутационных аппаратов и линий 6-10 кВ. Поэтому применять их нужно при надлежащем обосновании, для питания достаточно мощных и ответственных потребителей. Достоинствами радиальных схем являются удобство эксплуатации, высокая надежность работы, возможность применения простой и надежной защиты и автоматики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Магистральной схемой называется такая схема, при которой питание нескольких ТП осуществляется ответвлением от одной или двух проходящих рядом параллельных линий (одиночных и двойных магистралей). Такие схемы применяются при одностороннем от ИП расположении электрических нагрузок.

При магистральных  схемах уменьшается число коммутационных аппаратов, а следовательно, и капитальных  вложений в строительство сетей, они более удобны при выполнении резервирования цеховых ТП от второго  источника питания.

Недостатками  магистральных схем являются усложнения конструктивного исполнения высоковольтного  вводного устройства цеховых ТП по сравнению с радиальными схемами, в которых трансформаторы в большинстве  случаев присоединяются наглухо, а  также одновременное отключение нескольких трансформаторов, присоединенных к магистрали, при ее повреждении. Число трансформаторов, подключаемых к одной магистрали, обычно не превышает 2-3 при мощности трансформаторов 1000-2500 кВА и 4-5 при мощности 250-630 кВА.

Наибольшее  распространение на практике получили смешанные схемы, при которых  питание крупных и ответственных  приемников и потребителей электроэнергии осуществляется по радиальной схеме, а  средних и мелких, при упорядоченном  расположении ТП, - по магистральным  линиям. Такие комбинированные схемы  внутреннего электроснабжения, как  правило, имеют лучшие технико-экономические  показатели.

 

 

 

 

 

4-5.Факторы, определяющие  выбор рационального напряжения  систем электроснабжения

 

 

6. Картограммы электрических  нагрузок промышленных предприятий.

При определении  мест установки ТП, РП, ГПП, ПГВ и  компенсирующих устройств реактивной мощности необходимо иметь информацию о величине и распределении электрических  нагрузок по территории промышленного  объекта. С этой целью строят картограмму  электрических нагрузок. На картограмме  электрические нагрузки отдельных  крупных электроприемников, групп  электроприемников или цехов  изображают в виде кругов. Площади  кругов в определенном масштабе отображают величины электрических нагрузок. Центром  круга является условный центр электрической  нагрузки приемника, группы или цеха. При равномерном распределении  нагрузок по площади объекта центр  электрической нагрузки совпадает  с центром геометрической фигуры, изображающей цех на генплане предприятия.

Как правило, строится картограмма активных нагрузок. При этом для каждого i-го цеха расчетная активная нагрузка определяется

Р_р.i = Р_р.ci + Р_р.oi ,  где Р_р.сi и Р_р.oi – расчетные активные силовая и осветительная нагрузки i-го цеха.

Для каждого  цеха(группы электроприемников) радиус круга r_i находят из условия равенства активной мощности нагрузки площади круга

Р_pi = π∙r²_i∙m, где m – принятый масштаб картограммы, кВт/мм².

Каждый круг может быть разделен на секторы, соответствующие  величинам силовой и осветительной  нагрузок. Угол сектора осветительной  нагрузки в градусах определяется                   α = Р_р.оi ∙360 / Р_рi .

При выборе мест размещения источников реактивной мощности рекомендуется также иметь  картограмму реактивных нагрузок, которая  строится аналогично.

Условный  центр электрических нагрузок (ЦЭН) объекта находят с целью рационального  размещения ТП, РП, ГПП и ПГВ. Его  обычно вычисляют, используя известные  из теоретической механики правила  для определения центра тяжести  плоского тела. Предварительно на план промышленного объекта наносится  декартова система координат  и определяются координаты X и Y каждой нагрузки Р_р. После этого искомые координаты Х_центр и Y_центр условного ЦЭН определяются по формулам:

Х_центр           Y_центр

При нахождении ЦЭН цеха используется его план с  расположением отдельных электроприемников, а предприятия в целом –  генплан с указанием структурных  подразделений предприятия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Определение условного центра электрических нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.Выбор  места расположения распределительных  (РП) и понизительных (ТП, ГПП) подстанций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.Схемы  присоединения электродвигателей  на напряжение выше 1 кВ.

 

 

 

 

10. Электрические схемы соединений ГПП, РП.

 

 

11.Кабельные  линии и способы их прокладки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 Расчет электрических  нагрузок  напряжением выше 1 кВ

Расчетная нагрузка электропримеников напряжением  выше 1 кВ (высокого напряжения – ВН), т.е. активная нагрузка синхронного  двигателя СД и асинхронного двигателя  АД, а также реактивная нагрузка нагрузка АД, подключенных к распределительной  подстанции напряжением 6-10 кВ, принимается  равной средней мощности. Тогда расчетная  нагрузка (активная Р_{расч ВН} и реактивная Q_{расч ВН}) группы приемников цеха определяется из соотношений

Р_{расч ВН} = Σ k_и р_ном;    Q_{расч ВН} = Σ k_и р_ном tgφ,

 где р_ном – активная установленная (номинальная) мощность п-ого электроприемника высшего напряжения, принимаемая по исходным данным; tgφ соответствует характерному для приемников данной группы средневзвешенному значению коэффициента мощности; k_и – коэффициент использования п-ого электроприемника напряжением выше 1 кВ.

Расчетные мощности промышленного предприятия, отнесенные к шинам вторичного напряжения главной  понижающей подстанции, определяются по расчетным активным и реактивным нагрузкам цехов (как силовым  – до и выше 1кВ – Р_{расч НН}, Р_{расч ВН},  Q_{расч НН},  Q_{расч ВН}, так и осветительным -  Р_{расч О}, Q_{расч О}) с учетом потерь мощности в трансформаторах цеховых подстанций и цеховых сетях напряжением до 1 кВ – ΔР_ц , ΔQц и коэффициента одновременности максимумов силовой нагрузки k_{о max}:

Р_расчПП = (ΣР_расчНН + ΣР_расчВН) k_{о max} + ΣР_{расч О} + ΔР_ц ;

Q_{расч ПП} = (ΣQ_{расч НН} + ΣQ_{расч ВН} - ΣQ_CД) k_{о max} + ΣQ_{расч О} + ΔQ_ц

S_{расч ПП} =

Суммарные потери активной и реактивной мощности в трансформаторах цеховых  подстанций и цеховых сетях напряжением  до 1кВ приближенно принимаются равными  соответственно 3 и 10% от полной трансформируемой мощности S_расч.                ΔР_ц = 0,03 S_расч ;             ΔQ_ц = 0,1 S_расч

Потери активной и реактивной мощности в кабелях  высшего напряжения в предварительных  расчетах не учитываются вследствие их малой значимости.

Значения  коэффициента одновременности максимумов для шин ГПП k_оmax принимают по справочным таблицам, k_omax = 0,9 – 0,95.

 

 

 

13Как выбираются  сечения кабелей, питающих РП  – 6 (10) кВ?

 

 

 

14Как  выбираются сечения кабелей, питающих  цеховые ТП?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15, 16, 17

  Под реактивной мощностью  понимается электрическая нагрузка, создаваемая колебаниями энергии  электромагнитного поля. В отличие  от активной мощности реактивная, циркулируя между источниками  и потребителями, не выполняет  полезной работы. Принято считать,  что реактивная мощность потребляется (Q_L), если нагрузка носит индуктивный характер (ток отстает по фазе от напряжения), и генерируется (Q_с) при емкостном характере нагрузки (ток опережаетпо фазе напряжение).

Реактивная  мощность запасается в виде магнитного и электрического полей в элементах  электрической сети, электроприемниках, обладающих индуктивностью и емкостью.

Основными электроприемниками реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные  двигатели - на их долю приходится 60 ... 65 % потребляемой реактивной мощности, 20 ... 25 % приходятся на трансформаторы, 10 ... 15 % - на другие электроприемники (преобразователи, реакторы, газоразрядные источники  света) и линии электропередачи.

Под компенсацией реактивной мощности понимается снижение реактивной мощности, циркулирующей между источниками тока и электроприемниками, а, следовательно, и снижение тока в генераторах и сетях.

Проведение  мероприятий по компенсации реактивной мощности дает значительный технико-экономический  эффект, заключающийся в снижении потерь активной мощности:

                                        (1.37)

потерь напряжения

                                          (1.38)

в лучшем использовании основного  оборудования, в увеличении пропускной способности элементов сети по активной мощности:

                                             (1.39)

где Q_к - мощность компенсирующих устройств.

Во вновь  проектируемых электрических сетях  компенсация реактивной мощности позволяет  снизить число и мощность силовых  трансформаторов, сечения проводников  линий и габариты аппаратов распределительных  устройств.

Компенсировать  реактивную мощность экономически целесообразно  до определенных, нормативных значений, установленных для характерных  узлов электрической сети.

До 1974г. основным нормативным показателем, характеризующим  потребляемую реактивную мощность, был  коэффициент мощности (cosj), определяющий, какую часть при неизменной полной мощности (S) составляет активная мощность (Р).

При снижении потребления реактивной мощности Q до значения (Q – Q_к) величина угла j₁ уменьшается до угла j₂ (рис. 1.4), что приводит к увеличению коэффициента мощности при постоянной величине передаваемой активной мощности до значения

 

 

 

Рис. 1.4. Диаграмма, иллюстрирующая работу компенсирующего устройства

 

На границе  раздела потребителя и энергоснабжающей организации в зависимости от места присоединения потребителя  в энергетической системе средневзвешенное значение коэффициента мощности должно было находиться в пределах 0,85 ... 0,95.