Особенности электроснабжения городского хозяйства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Потребление энергии одно из условий существования современной цивилизации. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни. История человечества -- история изобретения новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.

Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. За последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, -- оно возросло в 30 раз и достигло в 2001 г. 14,3 Гт у.т/год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек, и живет в 4 раза дольше.

По данным последней сплошной переписи населения России, проведенной в 2002 году, 106429 тысяч россиян были жителями городских поселений (73,3 %), а 38738 тысяч человек (26,7 %) - сельских.

Энергоснабжение городов, крупных промышленных районов имеет приоритетное значение для общества. Потребители 1-ой категории, как правило, расположены в городах (жилые дома выше 17 этажа и др.). Функционирование городского хозяйства невозможно без надежного энергоснабжения.

1. Краткая характеристика потребителей

Электроэнергетические комплексы, обеспечивающие непосредственное питание электроэнергией городского хозяйства, имеют сложное структурное, техническое устройство. Современные плотности электрических нагрузок городов составляют от 5 до 50 МВт/км2. Соответствующие продолжительности использования наибольших нагрузок 4500--5000 ч/год. Потребители электроэнергии при этом могут быть разных категорий, разной мощности. При этом потребляемая мощность колеблется в значительных пределах в течение суток, в течение года.

Из графиков распределения нагрузки очевидно, что снабжение электроэнергией городского хозяйства достаточно сложная задача. Потребление электроэнергии напрямую связано с производством электроэнергии, диапазон нагрузки для генераторов имеет разную степень КПД. Оптимальная нагрузка генераторов 0,7-0,8 от номинальной нагрузки. Регулирование производства электроэнергии на малых нагрузках - большой потенциал для повышения экономичности энергосистемы.

2. Структура системы электроснабжения

Условно потребителей электроэнергии в городских условиях можно поделить на следующие группы:

· Группа коммунально-бытовых потребителей. К данной группе относятся жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.

· Группа потребителей электроэнергии электрифицированного городского транспорта (трамвай, троллейбус, метрополитен).

· Группа потребителей электроэнергии промышленных предприятий, расположенных в городской черте.

Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей:

Установленные мощности составляют от 100--200 кВт до единиц мегаватт. Крупные потребители в этой группе можно выделить лишь как мегаполисы с количеством населения свыше 1 млн человек. Учитывая нагрузки можно оценить коэффициент мощности для данного потребителя как 0,9-0,95 в часы суточных максимумов нагрузок. Жилой сектор в массе своей относится к 2 категории. Вместе с тем лифтовые и пожарные установки жилых зданий в 17 этажей и более, крупные учебные и зрелищные заведения, как и особо ответственные административные здания, теплофикационные и водопроводные пункты и т.п., должны обеспечиваться автоматическим вводом резервного питания (АВР) в течение 1,5--2 с. Современные плотности электрических нагрузок жилых районов городов составляют от 5 до 50 МВт/км2. Соответствующие продолжительности использования наибольших нагрузок 4500--5000 ч/год. Электроснабжение таких потребителей реализовано сетями 6-10-35 кВ, 0,4 кВ.

Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей. Соответственно ПС городского электротранспорта (трамвай, троллейбус, метрополитен) располагаются на территориях городов и являются потребителями электроэнергии городских сетей. Понижающие подстанции междугороднего транспорта, питающиеся непосредственно от электрических сетей, также располагаются на территории населенных пунктов. Понижающие подстанции междугороднего электротранспорта питаются по сетям 35--110--220 кВ. Электрические нагрузки подстанций в зависимости от объемов перевозок и номинальных напряжений питающих электросетей находятся в пределах 15--50 МВт. Аналогичные нагрузки ПС трамвая и троллейбуса, питающихся при напряжениях 6--10 кВ, находятся в пределах 0,5--2,5 МВт. Системы электроснабжения электрического транспорта требуют высокой надежности электроснабжения - 1 категории. Потребители электроэнергии электрического транспорта оказывают существенное влияние на показатели качества напряжения в питающих электрических сетях от 6--10 до 110 кВ. Это связано: а) с применением установок выпрямления тока, что обусловливает не синусоидальность напряжения; б) с не симметрией напряжения при электротяге на однофазном переменном токе (27,5 кВ); в) с колебаниями напряжения в сетях 6--10 кВ, вызываемыми пусковыми токами двигателей трамваев и троллейбусов. Коротко охарактеризованные потребители электроэнергии в значительной части располагаются на территориях городов и в ближних пригородных зонах и поэтому в большинстве случаев питаются от общих ПС 35--220 кВ.

Наибольшая часть потребленной электроэнергии в производстве приходиться на электропривод, вооруженный различного типа электродвигателями : асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, синхронные с фазным ротором, шаговые, и другие (60--90 %). В некоторых технологических цепях конвейерного и другого производства применяют пневмопривод, однако роль рабочего тела играет сжатый воздух, связанный с работой компрессоров в массе своей с электрическим приводом. Основная часть это электродвигатели 10--50 кВт (0,4кВт). Синхронные двигатели и крупные асинхронные с регулируемым пуском применяются в 10--20 % электроприводных установок. Пусковые токи (в основном кратность к рабочему току составляет 6-7 раз) оказывают большое влияние на эксплуатацию всей инфраструктуры энергетического снабжения; от производства, трансформации, транспортировки, потребления. Создается возможность массового торможения асинхронных двигателей при снижениях рабочего напряжения до 70--80 % номинального значения , так называемая «лавина напряжения». Так же следует отметить увеличение реактивной составляющей, увеличение cos ц. Для уменьшения реактивной мощности индуктивного происхождения (угол ц положительный) предусмотрены компенсирующие устройства, дающие возможность увеличить значения cos ц до 0,9-0,95. Компенсирующие устройства конденсаторного типа, как правило, устанавливаются в вводных устройствах потребителей. Могут быть автоматические батареи конденсаторов.

Источниками питания электроэнергией в основном являются понижающие подстанции 35--220/6--10 кВ ЭЭС, а также местные электрические станции. Последними могут быть городские теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) различной мощности, дизельные электростанции и другие. Следует отметить, работа ТЭЦ состоит в выработке тепловой и электрической энергии. Следовательно, их доля в общем энергетическом балансе должна быть оптимизирована в связи с сезонными колебаниями нагрузки. Происхождение генерирующих мощностей местного значения в городских условиях могут быть самыми различными. Интересные проекты реализуются по выработке электроэнергии с помощью ВЭУ (ветровой энергетической установки).

Электрические сети состоят из:

· внешних воздушных линий 35--220 кВ.

· понижающих подстанций (ПС) 35--220/6--10 кВ.

Распределение электроэнергии по территориям объектов электроснабжения и внутри зданий промышленного, гражданского и другого назначения выполняется линиями 6--10 кВ, подстанциями 6--10/0,38--0,66 кВ и линиями до 1 кВ. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все потребители делятся на три категории:

*I категория -- электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства. Такие потребители должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, иметь 100 %-ный резерв по питающим линиям электропередачи. Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается лишь на время автоматического ввода резервного питания (АВР), допустимого по условию самозапуска электродвигателей.

*II категория -- электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного числа городских жителей. Для таких потребителей допускается перерыв в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Питание таких потребителей допускается осуществлять через один силовой трансформатор (при наличии передвижного резерва) по одной линии электропередачи.

*III категория -- все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий (например, электроприемники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольших поселков и т.п.). Для таких потребителей допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента сети, но не более одних суток.

3. Надежность электроснабжения объектов городского хозяйства

Большая часть России территории находится в суровых климатических зонах. Высокие требования к надежности систем электроснабжения исходят из климатических условий. Теплоснабжение населенных пунктов, как составляющая энергетики, также зависит от электроснабжения. На современном этапе требуется повышение надежности электроснабжения крупных и крупнейших городов (от 500 тыс. чел. и выше) В связи с массовой многоэтажной застройкой административных и жилых районов городов, возрастающей электрификацией бытовой и коммунальной сфер, ростом разнообразия, единичных мощностей повышение надежности становится приоритетной задачей. На практике безотказность энергообеспечения городского электрохозяйства на уровне абсолютно бесперебойного электроснабжения обеспечить невозможно. Поэтому отдельные кратковременные погашения части электроприемников неизбежны из-за случайных отказов электрооборудования. Предусматривая такие ситуации, проектирующие организации должны в проектах рассчитывать защиту от таких аварийных случаев. Основные проблемы электроснабжения городов связаны с живучестью и безопасностью. Под живучестью понимается способность системы электроснабжения противостоять массовым погашениям потребителей на большой территории и на длительное время . Актуальна и безопасность, характеризующаяся экологической, социальной и техногенной защищенностью населения и окружающей среды

Повышение надежности электроснабжения - задача связанная, прежде всего с электрическими сетями. Электрические сети находятся в ведомственном подчинении таких предприятий городского хозяйства как:

· Учреждения здравоохранения;

· Водоснабжения и канализации;

· Теплоснабжения;

· Городского транспорта;

Для ликвидации дефицита электрической мощности, повышения пропускной способности линий электропередачи 110, 220 кВ, необходимо создавать дополнительные генерирующие и трансформаторные мощности. В результате образуется резерв для преодоления пиковых нагрузок, для ликвидации аварийных ситуаций и смягчения их последствий. Для анализа состояния городского электрохозяйства необходимо проводить мониторинг, плановые осмотры. Анализ статистических данных по объектам городского хозяйства показывает рост числа отключений, связанных с:

· технологическими нарушениями в электроустановках, срок эксплуатации которых превышает нормативный;

· несоответствием современным нормам и правилам категории надежности электроснабжения объектов городского хозяйства;

· физическим и моральным износом электрооборудования.

Следует отметить тот факт, что значительная доля оборудования ведомственных сетей установлена в 50-60-е годы прошлого века. Моральный и физический износ во многих случаях составляет более 50 %. Системы защит и автоматики построены на электромагнитных реле. На сегодняшний день электромагнитные реле уступили бесконтактным реле, контроллерам. Степень их отказоустойчивости, надежность в работе значительно выше старых схем РЗА, реализованных на реле. Схемы защит, АВР, АПВ и другие реализованные на базе микропроцессорной техники, на аппаратном уровне отказов имеют на порядок меньше, чем с применением релейных устройств.

4. Современные технологии в городском электрохозяйстве

Одно из нововведений в строительстве электросетей в городской черте - использование самонесущих изолированных проводов (СИП).

Внешне СИП представляет собой скрученные токопроводящие алюминиевые жилы, покрытые изоляцией из специального полиэтилена. Качество изоляционного материала позволяет длительное время выдерживать действие солнечного света. Срок службы СИП составляет не менее 25 лет. Каждая жила имеет круглую форму и скручена из проволок алюминиевого сплава (их количество зависит от сечения самого СИПа). Применение самонесущего изолированного провода в современном городском электрохозяйстве дает ряд преимуществ:

· Существенное сокращение затрат, как на обслуживание, так и на монтаж линий. Это обусловлено надёжностью работы линий - отсутствием замыканий при схлёстывании проводов из-за сильного ветра, попадания посторонних предметов благодаря хорошей изоляции жил, «пляски проводов» - налипания снега, гололёдообразования.

· При монтаже СИПа все крепления проводов производятся специальной арматурой, отпадает необходимость использования траверс, изоляторов, что тоже даёт хорошее сокращение затрат.

· Возможность монтажа СИП на уже существующих ВЛ низкого, высокого напряжения, связи.

· Благодаря хорошей изоляции снижаются электропотери в линиях (связано с сильным уменьшением реактивного емкостного и индуктивного сопротивления проводов).

· Возможность подключения к линии под напряжением (если линия выполнена СИП).

· Возможность применения в ЛЭП, «совместный подвес», классов напряжения 0,6/1 кВ и 20 кВ при температуре от -50 °С до +50 °С.

· Более высокая пожаробезопасность СИП (отсутствие схлёстывания проводов).

Городское освещение в последнее время оснащается фотореле, реле звука. Уличное освещение с фотореле на каждом светильнике повышает экономичность; освещение подъездов, дворов, автостоянок реализуется с датчиками движения, реле звука. В связи с удешевлением светотехнической продукции накопительного света в последнее время светильники-накопители получили широкое применение в городском освещении. Праздничная иллюминация на светодиодных лампах, ввиду низкого электропотребления, так же широко применяется в городском электрохозяйстве.

Усовершенствование старых и строительство новых ТП повышает надежность электроснабжения города. В последнее время хорошо себя зарекомендовала технология постройки КТП из сэндвич-панелей. Так, например, время на строительство и ввод в эксплуатацию КТП из сэндвич-панели на 400 кВА - 2 недели. Что существенно влияет на конечную стоимость.

Заключение

Потребители электроэнергии в городе имеют различные установленные мощности, различные категории снабжения, различные нагрузочные характеристики. Управление таким сложным хозяйством требует высокой организованности, трудовой дисциплины. Квалификация электротехнического персонала городского электрохозяйства должна соответствовать уровню решаемых задач. Городское электрохозяйство имеет ряд специфических отличий от других крупных объектов энергопотребления.

Модернизация, внедрение в практику современных технологий, новых технических решений - все эти задачи требуют от специалистов постоянного профессионального роста, непрерывного обучения. Мотивация электротехнического персонала направленная на развитие должна поддерживаться руководителями. Компания будет успешна тогда, когда успешен каждый ее сотрудник.

выпрямительный электротранспорт подстанция

Список литературы

1. Алиев И.И. «Справочник по электронной технике и электрооборудованию». Москва, издательство «Высшая школа», 2000 г.

2. Основы современной энергетики. Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. Учебное электронное издание.

3. Сибикин Ю.Д. «Электроснабжение промышленных и гражданских зданий». Москва, издательство «Академия», 2006 г.

4. Конюхова Е.А. «Электроснабжение объектов». Москва, издательство «Мастерство», 2001 г.

Размещено на Allbest.ru