Виды электроснабжения

Виды электроснабжения

Различают:

· электроснабжение города;

· электроснабжение жилых и общественных зданий;

· электроснабжение интеллектуальных зданий (компьютерных и телекоммуникационных систем);

· электроснабжение предприятий;

· централизованное электроснабжение;

· децентрализованное электроснабжение.

Электроснабжение города

Под системой электроснабжения города понимается совокупность электрических сетей и трансформаторных подстанций, расположенных на территории города и предназначенных для электроснабжения его потребителей.

Система ограничивается с одной стороны источниками питания, с другой стороны — вводами электрических сетей к потребителям. В качестве источников питания служат местные электростанции и понижающие подстанции напряжением 35−110 кВ и выше, питание которых осуществляется в свою очередь от электрических сетей энергосистем.

Основные показатели системы определяются местными условиями: размерами города, наличием источников питания, характеристиками потребителей и т. п. Система электроснабжения малого города может иметь вид, указанный на рис. 1. Для электроснабжения города предусматриваются местная электростанция и районная подстанция, питающаяся от энергосистемы. Обычно указанные источники питания служат также для электроснабжения промышленных предприятий, расположенных поблизости от города.

Питание городских потребителей осуществляется с помощью распределительных сетей напряжениями 6−10 и 0,38 кВ. Распределительная сеть 6−10 кВ выполняется по петлевой схеме; в нормальном режиме петли разомкнуты.

Рис. 1. Упрощенная структурная схема электроснабжения города

Трансформаторные подстанции ТП с трансформаторами различной мощности питают распределительную сеть 0,38 кВ (сеть общего пользования), которая выполняется в зависимости от характера потребителей. Для питания промышленных предприятий и коммунально-бытовых потребителей могут предусматриваться самостоятельные подстанции ТПП, не связанные с сетью общего пользования. В зависимости от ответственности потребителя ТП могут быть автоматизированы, т. е. снабжены устройствами для автоматического переключения питания потребителя на резервную линию при внезапном выходе из работы основной линии.

По мере увеличения размеров города распределительная сеть 6 — 10 кВ становится недостаточной для охвата всех потребителей, расположенных на его территории. В систему электроснабжения вводятся дополнительные элементы, в частности питающая сеть 6 — 10 кВ, а также сети более высоких напряжений.

В числе потребителей города встречаются также крупные промышленные потребители, электроснабжение которых осуществляется отдельными питающими линиями 6−10 кВ и трансформаторными распределительными подстанциями РТП. От РТП производится питание внутризаводской распределительной сети 6−10 кВ.

Аналогично электроснабжение крупных коммунальных предприятий, как, например, главной водопроводной станции, трамвайных подстанций и т. д., относящихся, как правило, к электроприемникам I категории, также осуществляется с помощью самостоятельных питающих сетей 6−10 кВ, опирающихся на разные источники питания.

Система электроснабжения крупного города характеризуется большим количеством источников питания и их мощностью.

Электроснабжение центральных районов города осуществляется за счет сетей промежуточного напряжения 35 кВ и городских подстанций 35/6−10 кВ. Сеть 35 кВ выполняется, как правило, по радиальной резервируемой схеме. Подстанции 35/6−10 кВ имеют развитые распределительные устройства (РУ) 35 кВ и их мощность может доходить до 30−40 МВА в зависимости от размеров города.

Распределительная сеть 6−10 кВ характеризуется еще большей степенью автоматизации. Электроснабжение крупных промышленных потребителей может осуществляться при более высоких напряжениях чем 6−10 кВ. Поскольку система электроснабжения крупного города, содержит большое количество источников питания и сетей различных напряжений, точное определение границ системы со стороны высокого напряжения представляет определенные трудности, так как некоторые ее элементы могут быть отнесены к элементам энергосистемы.

.

Рис. 2. Система электроснабжения крупного города

Параметры кольцевой сети 110 кВ между подстанциями I к II определяются только условиями питания потребителей города, если иметь в виду подстанцию IV (рис.2). С другой стороны, следует учитывать условия энергосистемы, так как, кроме городских подстанций III и VI, с кольцевой сетью связана также электростанция VII.

Из рассмотренного следует, что основные показатели системы электроснабжения города определяются его размерами, условиями энергосистемы, характеристиками потребителей и другими местными особенностями.

Уточним наименования основных элементов системы. Электрическая сеть 35 — 110 кВ и выше, включая понижающие подстанции этого же напряжения, называется электроснабжающей сетью. Она включает сеть, связывающую между собой источники питания и распределяющую энергию между районами города, и сеть, используемую для ввода высокого напряжения в центральные районы или непосредственно к крупным потребителям города.

Первая сеть выполняется в виде кольца, охватывающего город, и по этой причине может быть названа кольцевой сетью. Вторая называется сетью глубокого ввода. Согласно ПУЭ, глубоким вводом называется система электроснабжения с приближением высшего напряжения к электроустановкам потребителей с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов. Схема кольцевой сети определяется местными условиями и может быть достаточно сложной. Сеть глубоких вводов 35−110 кВ независимо от особенностей города выполняется, как правило, по простейшей схеме в виде двух взаимно резервируемых радиальных линий 35−110 кВ. В системах с тремя напряжениями сеть промежуточного напряжения 35 кВ при наличии кольцевой сети 110кВ и выше по существу является также сетью глубокого ввода.

Соответственно указанному делению сетей можно различать понижающие подстанции: первичные или опорные подстанции, соединяющие энергосистему и генерирующие источники с кольцевой сетью; кольцевые подстанции и подстанции глубокого ввода; вторичные понижающие подстанции промежуточного напряжения 35 кВ — при их наличии. Параметры, схемы и конструктивное выполнение указанных подстанций определяются их местом в системе электроснабжения города.

Согласно ПУЭ, распределительной линией, являющейся элементом распределительной сети, называется линия, питающая ряд ТП от центра питания или РП, или вводы к электроустановкам потребителей. Питающей линией называется линия, питающая РП или подстанции от центра питания, без распределения электроэнергии по ее длине. Распределительным пунктом (РП) называется подстанция промышленного предприятия или городской электрической сети, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без ее преобразования и трансформации.

Анализ принципов построения систем электроснабжения городов позволяет установить основные задачи, возникающие при выборе рационального осуществления таких систем. К ним относятся: выбор схемы построения системы; величины напряжения сетей и количества трансформаций энергии; определение оптимальных параметров основных элементов электроснабжающей и распределительных сетей.

Если принцип построения системы определяется местными особенностями города, включая характеристики источников питания, напряжением электрических сетей энергосистемы, географическим положением города и т. п., то решение остальных вопросов допускает обобщенный подход, независимо от местных условий.

Все указанные вопросы рационального выполнения городской системы электроснабжения имеют технико-экономический характер, в связи с чем их решение должно базироваться на использовании соответствующей методики технико-экономических расчетов.

Выбор напряжения распределительных сетей

Выбор напряжения городских распределительных сетей производится, как правило, в соответствии с рекомендациями ВСН 97−83. В ряде случаев могут требоваться технико-экономические обоснования При выборе напряжения во всех случаях следует учитывать перспективу развития распределительных сетей в пределах расчетного срока генерального плана города.

Сети до 1000 В должны выполняться трехфазными четырехпроводными с глухим заземлением нейтрали напряжением 380/220 В. При реконструкции действующих сетей 220/127 В и 3×220 В следует переходить на напряжение 380/220 В. При этом допускается использование существующих трехжильных кабелей и их свинцовых или алюминиевых оболочек в качестве четвертой жилы.

Городские электрические сети напряжением выше 1000 В должны выполняться трехфазными с изолированной нейтралью, как правило, при напряжении не ниже 10 кВ. При расширении или реконструкции действующих сетей 6 кВ рекомендуется переводить их на напряжение 10 кВ с использованием установленного оборудования и кабелей 6 кВ.

При генераторном напряжении 6 кВ электроснабжение прилегающих к электростанции районов целесообразно осуществлять при этом же напряжении. Для более отдаленных районов, в схеме питания которых имеется дополнительная ступень напряжения 35−110 кВ, следует предусматривать распределительные сети при напряжении 10 кВ.

На действующих районных подстанциях с вторичным напряжением 6 кВ можно предусматривать установку дополнительных понижающих трансформаторов с напряжением 10 кВ или трехобмоточных трансформаторов 110/10/6 кВ.

Наличие на подстанции трехобмоточпого трансформатора 110/10/6 кВ или дополнительного трансформатора с обмоткой 10 кВ позволит одновременно с осуществлением новых распределительных сетей переводить и действующие сети 6 кВ на напряжение 10 кВ.

Городские распределительные сети 6−35 кВ должны выполняться трехфазными с изолированной пли заземленной через дугогасящие аппараты нейтралью. Требования к компенсации емкостных токов в этих сетях указаны там же.

Основные требования к системе электроснабжения города

До сих пор вопросы рационального построения системы мы рассматривали в объеме решения частных задач, например выявления технико-экономических особенностей отдельных элементов электроснабжения.

В системе электроснабжения города элементы представляют одно целое, поэтому выбор рационального построения системы включает совокупность вопросов, в процессе рассмотрения которых должны быть найдены требуемые соотношения между отдельными элементами системы, с тем чтобы ее суммарные технико-экономические показатели находились в наивыгоднейших пределах, при этом должны быть учтены местные особенности города.

При определении рациональных путей построения системы электроснабжения устанавливаются общие принципы ее выполнения, конфигурация сетей принятых напряжений, размещение подстанций и источников питания, очередность сооружения отдельных элементов системы, выбор схемы электроснабжения (т.е. определение необходимых электрических связей между всеми элементами системы).

Схема электроснабжения города в первую очередь должна базироваться на установленных оптимальных параметрах и уровнях напряжений отдельных элементов системы, а также количестве трансформаций энергии. Она должна учитывать, что некоторые элементы системы электроснабжения города являются одновременно элементами энергетической системы района, т. е. с их помощью может предусматриваться параллельная работа источников питания энергосистемы и осуществление необходимых режимов ее работы.

Следует принимать во внимание, что система предназначается для питания энергией очень большого количества потребителей. При этом выбор схемы электроснабжения города производится независимо от характера потребителей и требуемого уровня надежности питания их приемников энергии. Только суммарная мощность потребителей является критерием, с помощью которого определяется уровень надежности их питания. В частности, совокупность приемников всех категорий мощностью более 10 МВА относится к приемникам I категории. Совокупность мощностью от 400 кВ-А до 10 МВА при выполнении сетей кабелями является приемником II категории (за исключением приемников I категории).

Схема электроснабжения города базируется на заданных источниках питания. Вместе с этим должны быть выбраны, с одной стороны, источники для питания отдельных городских районов и крупных потребителей в виде городских или промышленных подстанций. С другой стороны, должны быть установлены источники, предназначенные непосредственно для питания системы электроснабжения города — районные подстанции энергосистемы.

Основной особенностью электропотребления города является беспрерывное увеличение его как за счет естественного роста, так и за счет новых потребителей.

Надежность электроснабжения, создаваемая системой, должна находиться в пределах, регламентируемых ПУЭ, который устанавливает объем резервных элементов системы для обеспечения питания потребителей города на полную мощность при различных режимах ее работы. Выбор расчетных режимов производится согласно требованиям соответствующих разделов ПУЭ, учитывающих плановые и аварийные отключения отдельных элементов системы, возможность совпадения этих отключений и т. д.

Система должна обеспечивать питание каждого узла потребителей с общей нагрузкой выше 10 МВ-А от двух независимых источников с автоматическими вводом резервных элементов и переключением питания с одного источника на другой.

При выборе схемы электроснабжения следует учитывать гибкость системы, т. е. ее приспособляемость к разным режимам распределения мощности, возникающим в процессе работы. Особенно резкое изменение режима работы возникает при внезапных отключениях отдельных элементов системы вследствие аварийного повреждения различного оборудования, кабелей и т. д. Следует считаться с необходимостью отключения элементов системы для ремонтных работ, испытаний, осмотров и других эксплуатационных надобностей.

При определении принципов построения системы электроснабжения города необходимо стремиться к тому, чтобы система обеспечивала потребность в энергии во все возрастающих размерах, имея в виду беспрерывный рост нагрузки в течение длительного времени, не требуя каких-либо коренных изменений как ее отдельных элементов, так и системы в целом. Одновременно с этим, если возникает необходимость из-за увеличения нагрузки после длительного промежутка времени или появления нового оборудования с улучшенными технико-экономическими показателями, система должна иметь возможность быть преобразованной в другую систему электроснабжения.

Проектирование системы электроснабжения должно выполняться с выявлением очередности развития на срок не менее 10 лет и возможности последующего ее расширения.

Существенным требованием является необходимость поддержания мощности короткого замыкания в пределах, допустимых для используемой аппаратуры, на всех стадиях развития системы. Последнее может осуществляться за счет деления системы на части, раздельной работы трансформаторов, использования реакторов и т. д. (в зависимости от этапа развития системы).

При всех расчетных режимах работы системы должно обеспечиваться требуемое качество энергии, подаваемой потребителям.

Требуемый уровень напряжения обеспечивается соответствующим выбором параметров отдельных элементов системы, а также за счет применения специальных мер, например, установки на ЦП трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой, использованием 'конденсаторных установок промышленных предприятий не только для компенсации реактивной мощности, но также для регулирования напряжения и т. п.

Подчеркнем экономическую целесообразность использования средств регулирования напряжения в системе электроснабжения города, так как в этом случае речь идет об использовании средств для значительной совокупности потребителей.

При выборе отдельных элементов системы электроснабжения необходимо стремиться к осуществлению совместного питания различных групп потребителей.

Согласно ПУЭ, вопросы электроснабжения потребителей должны решаться комплексно с учетом состояния энергетики данного района и выявления всех его потребителей. С целью уменьшения в электрических сетях резервов рекомендуется устройство связей между сетями различных ведомств (промышленные предприятия, коммунально-бытовые потребители и т. д.) для взаимного резервирования нагрузок.

Идеальная система электроснабжения города

Отмеченные основные требования к рациональной системе электроснабжения города послужили основанием для разработки идеальной системы, которая удовлетворяла бы всем поставленным выше условиям и была практически осуществима.

Применительно к крупным и средним городам, в частности, может быть рассмотрена система питания, базирующаяся на использовании только двух напряжений: 110 и 10 кВ. Сеть 110кВ выполняется в виде кольца, охватывающего город. Принципиальная схема идеальной системы указана на рис. 3.

Территория города для выбора параметров основных элементов системы рассматривается состоящей из трех частей: центральной, с наибольшей плотностью нагрузки, средней части и окраины города, имеющей наименьшую плотность нагрузки.

Рис. 3. Идеальная система электроснабжения города

Для электроснабжения центральной части города предусматривается сооружение достаточно мощной подстанции 110/10 кВ, питание которой осуществляется за счет диаметральной электрической связи 110 кВ, проходящей через город (рис.3).

Источники питания, расположенные на территории города и вне его пределов, отдают энергию непосредственно в кольцо 110 кВ, которое является как бы сборными шинами всех источников питания города. С помощью кольца осуществляется их параллельная работа.

Одновременно с этим за счет городских подстанций 110/10 кВ, расположенных вдоль кольца, в центрах нагрузки отдельных районов города производится отвод энергии в распределительные сети 10 кВ. Количество кольцевых подстанций 110/10 кВ определяется местными условиями, в частности, оптимальной мощностью подстанций, или нагрузкой крупных потребителей.

Для создания наиболее благоприятных условий распределения энергии в системе и осуществления наивыгоднейших режимов ее работы рекомендуется соответствующее чередование по длине кольца 110 кВ присоединений источников питания и понизительных подстанций.

Число линий кольца ПО кВ, а также их конструктивное выполнение определяется местными условиями. На окраинах города оно может быть в виде воздушных линий, что удешевляет систему электроснабжения, диаметральная связь 110 кВ выполняется во всех случаях кабелями.

Общая пропускная способность кольца 110 кВ должна быть такой, чтобы электроснабжение города сохранялось при различных аварийных режимах: при повреждениях и внезапном выходе из строя отдельных частей системы. Режим работы кольца 110 кВ и схемы кольцевых подстанций, кроме того, учитывают допустимые условия мощности короткого замыкания в распределительных сетях 10 кВ.

Рассматриваемая система на протяжении длительного промежутка времени будет удовлетворять всем отмеченным выше условиям и прежде всего возможностям се дальнейшего расширения без коренной ломки. При этом по мере увеличения нагрузки городских потребителей и появления новых объектов соответствующее развитие системы может производиться разными путями. В частности, пропускная способность сети 110 кВ практически может как угодно увеличиваться за счет увеличения числа линий 110 кВ, т. е. путем многократного повторения кольца 110 кВ. При этом новые линии 110 кВ могут прокладываться по другим трассам города с сооружением доолнительных подстанций 110/10 кВ в центрах нагрузки.

Вместе с этим могут предусматриваться дополнительные диаметральные связи 110 кВ с новыми подстанциями 110/10 кВ, а также подстанции глубокого ввода ПО кВ.

В зависимости от нагрузки системы электроснабжения и местных условий ее питание может усиливаться путем подачи энергии от внешних источников питания при более высоком напряжении, например 380 кВ. При этом в узловых пунктах отдельные части кольца 110 кВ соединяются таким образом, чтобы мощность короткого замыкания в каждой точке сети 110 кВ находилась в заданных пределах. В связи с этим каждое кольцо 110 кВ системы по местным условиям может работать независимо одно от другого, и в этом случае имеются как бы две самостоятельные системы электроснабжения, которые связываются между собой только на более высоком напряжении 380 кВ.

По мере роста нагрузки города дальнейшее развитие его системы электроснабжения выполняется за счет создания кольцевой сети 380 кВ и увеличения количества опорных подстанций 380/110 кВ. С развитием сети 380 кВ кольцевая сеть 110 кВ начинает терять свое значение и постепенно преобразуется в распределительную сеть. Ее развитие ограничивается. Усиление пропускной способности системы электроснабжения производится путем размыкания кольцевой сети 110 кВ и заводки ее линий на новые подстанции 380/110 кВ. При этом сеть 110 кВ в системе электроснабжения города начинает выполнять только функцию глубокого ввода. Таким образом происходит естественный процесс введения в систему более высокого напряжения, что диктуется беспрерывным увеличением электрической нагрузки городов.

электроснабжение централизованное децентрализованное показатель

1. Козлов В. А. Электроснабжение городов. Изд.2-е перераб. М.: Издательство «Энергия», 1977. — 280с.

2. Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М.: Издательство «Мастерство», 2002. — 320 с: ил.

3. Макаров Е. Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4−35 кВ и 110−1150 кВ — М.: Папирус Про, 2005.

4. ВСН 97−83 Инструкция по проектированию городских и поселковых электрических сетей.

5. Правила устройства электроустановок. М.: СК-Промсервис, 2009.