Системы электроснабжения предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров. Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения.

Требуемый уровень надежности и безопасности схемы электроснабжения обеспечивается строгим соблюдением, при выборе оборудования и элементов защиты, норм и правил изложенных в ПУЭ, CНиПах и ГОСТах.



1. Напряжение электрических цепей

Номинальным напряжением приёмников электрической энергии, генераторов и трансформаторов называют то напряжение, при котором обеспечивается их нормальная и бесперебойная работа. Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приёмников электроэнергии, которые от неё питаются. К приёмникам электроэнергии в данном случае относят также первичные обмотки трансформаторов.

Правилами устройствами электроустановок (ПУЭ) они разделены на установки напряжением до 1000 В и напряжением выше 1000 В.

Рассмотрим линию местной сети, питающуюся непосредственно от генератора Г с номинальным напряжением Ur = U1. В линии имеет место потеря напряжения, поэтому приёмники электроэнергии, подключённые к ней, будут находиться под разными напряжениями.

Изменение напряжения вдоль линии при заданных нагрузках изображено на рис. прямой линией U1 = U2, причём для частного случая взято U1 = 230 В и U2 = 210 В.

Рис.1.1. Номинальное напряжение сети

Работа приёмников будет тем лучше, чем меньше на их зажимах отклонения напряжения от номинального. За номинальное напряжение электрической сети берут среднее арифметическое значение напряжений в начале U1и в конце U2 линии, т.е.



Uн. = (U1 + U2)/2

Под этим напряжением будут находиться приёмники, расположенные, например, при равномерной нагрузке линии в середине её. В нашем случае Uн.=(230+210)/2 = 220 В.

Номинальным напряжением электросети называют среднее арифметическое значении рабочих напряжений в начале и конце линии сети. Напряжение генераторов, на которое их конструируют, берется на 5% выше номинального напряжения сети. Например, при номинальном напряжении сети 6 кВ номинальное напряжение генераторов будет 6,3 кВ.

Для электроустановок до 1000 В приняты номинальные напряжения, приведённые в таблице 1. 1.

Таблица 1.1. Номинальные напряжения систем электроснабжения приёмников, В

Постоянный ток	Переменный ток (частота f=50 Гц)
источники	приемники	источники	приемники
		однофазные	трехфазные	однофазные	трехфазные
28,5 115 230 460	27 110 220 440	42 230 - -	42 230 400 690	40 220 380 660	40 220 380 660

Для установок выше 1000 В применяют следующие стандартные напряжения: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Для питания электродвигателей небольшой мощности (до 100 - 150 кВт) применяют напряжение 380 В.



2. Режимы работы нейтрали в установках напряжением до 1 кВ

Нейтралями электроустановок называют общие точки трехфазных обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

Электроустановки напряжением до 1 кВ в отношении мер электробезопасности разделяются на электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью и электроустановки в сетях с изолированной нейтралью.

Глухозаземленная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

Изолированная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

Рассмотрим некоторые (не все!) системы заземления сетей переменного тока.

Система TN - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

Система TN-С - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис. 1.2).



Рис. 1.2

1 - заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания;

2 - открытые проводящие части;

N - - нулевой рабочий (нейтральный) проводник;

РЕ - - защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник);

PEN - - совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.

Система TN-S - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис. 1.3).

Рис. 1.3

Система IT - система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены (рис. 1.4).

Рис. 1.4

1 - сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется);

2 - заземлитель; 3 - открытые проводящие части; 4 - заземляющее устройство электроустановки.



3. Воздушные линии электропередач

Электрической воздушной линией электропередачи называется устройство для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам инженерных сооружений.

Главные элементы воздушной ЛЭП:

провода, которые служат для передачи электроэнергии;

грозозащитные тросы для защиты от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов). Они монтируются в верхней части опор;

опоры, поддерживающие провода и тросы на определенной высоте над поверхностью;

изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;

арматура, при помощи которой провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опоре.

По конструктивному исполнению различают одноцепные и двухцепные ЛЭП. Под цепью понимают три провода (трехфазная цепь) одной ЛЭП.

Конструктивная часть ВЛЭП характеризуется типами опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фазы и типами гирлянд изоляторов.

По типу опоры ВЛЭП делятся на промежуточные и анкерные. Промежуточные и анкерные различаются способом подвески проводов. На промежуточной опоре провод подвешивается с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. На анкерных опорах провода закреплены жестко и натянуты до заданного натяжения при помощи натяжной гирлянды изоляторов.

По назначению различают опоры угловые, концевые, специального назначения.

По материалу опор различают деревянные (до 220 кВ), железобетонные (35 - 330 кВ) и металлические (35 кВ и выше).

3.1 Провода воздушных линий

На ВЛЭП применяют голые провода и тросы. Находясь на открытом воздухе, они подвергаются атмосферным воздействиям. Поэтому материал проводов, кроме хорошей проводимости, должен быть устойчивым к коррозии, обладать механической прочностью. Для проводов применяют следующие материалы:

медь;

алюминий;

сталь;

сплавы алюминия и меди с другими металлами (железом, магнием, кремнием).

Медь имеет удельную проводимость - 53 Ч10--³ См·км/мм². Отличается механической прочностью. Пленка окиси защищает ее от коррозии и химических воздействий. Обладает устойчивостью контакта.

Алюминий имеет удельную проводимость - 31,7 Ч10--³ См·км/мм². Механическая прочность хуже, чем у меди. Следовательно, чаще следует ставить опоры. Пленка окиси защищает ее от коррозии. Плохо противостоит химическим воздействиям. Не обладает устойчивостью контакта.

Стальные провода имеют плохую проводимость. Отличаются большой механической прочностью. Не обладают устойчивостью к коррозии. Активное сопротивление зависит от протекающего тока.

Выполняют провода и из двух металлов - стали и алюминия. Сталь находится внутри провода и служит для увеличения механической прочности. Алюминий находится снаружи и является токопроводящей частью.

В маркировке проводов сначала указывается материал, а затем сечение в мм². Медные провода маркируют буквой М, алюминиевые провода - буквой А, стальные провода - буквами ПС и ПСО и сталеалюминевые - буквами АС. В маркировке сталеалюминевых проводов сначала указывают сечение алюминия, а затем стали. Например, АС-120/19. Провода марки АС выпускаются с различным отношением сечений алюминия и стали при одном и том же сечении алюминия. В зависимости от этого отношения различают провода облегченной конструкции, средней, усиленной и особо усиленной прочности.

Для защиты проводов марки АС от коррозии и химических воздействий используют специальные защитные средства. Тип защиты отражается в маркировке провода:

марки АСКС, АСКП - провод сталеалюминевый коррозионностойкий с заполнением стального сердечника (С) или всего провода (П) смазкой;

марка АСК - как и АСКС, стальной сердечник изолирован полиэтиленовой пленкой.

На опоре могут быть смонтированы несколько ЛЭП различных напряжений.

По конструкции проводов различают:

однопроволочные, состоящие из одной проволоки сплошного сечения;

многопроволочные из одного металла, состоящие в зависимости от сечения провода из нечетного количества проволок (от 7 до 61);

многопроволочные из двух металлов. Количество проводов стального сердечника - нечетное (1, 7 или 19). Количество проволок токопроводящей части - четное.

Провода ВЛЭП располагают на опоре различными способами:

на одноцепных опорах - треугольником или горизонтально;

на двухцепных опорах - обратной елкой или шестиугольником в виде “бочки”.



3.2 Изоляторы воздушных линий

Изоляторы предназначены для изоляции находящихся под напряжением проводов ВЛ от конструктивных частей опоры. Изоляторы ВЛ работают в естественных климатических условиях и подвержены как электрическим, так и механическим воздействиям. Основными требованиями, предъявляемыми к изоляторам, являются: высокая электрическая и механическая прочность, экономичность и стойкость к воздействию внешней среды. Для изготовления изоляторов используются фарфор и закаленное стекло.

Конструктивно изоляторы ВЛ изготавливаются двух основных типов: штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы применяются для ВЛ напряжением до 20 кВ и представляют собой монолитное тело специальной формы с канавками для укладки провода и посадочным местом для металлического штыря или крюка. К штыревым изоляторам провода привязываются мягкой проволокой того же металла, что и сам провод.

Для ВЛ напряжением 35 кВ и выше применяются подвесные изоляторы. Такой изолятор состоит из изолирующей части, шапки из ковкого чугуна, стального стержня. Шапка и стержень с изолирующей частью соединяются цементной связкой.

В верхней части чугунной шапки имеется гнездо, совпадающее по форме с нижней головкой стального стержня. Эти элементы позволяют собирать подвесные изоляторы в гибкие гирлянды. Гирлянды изоляторов удобны при монтаже и эксплуатации в связи с несложной заменой поврежденного изолятора в гирлянде.

В буквенном обозначении изолятора указывается его тип (П - подвесной, Ш - штыревой), материал (С - стеклянный, Ф - фарфоровый). В цифровом обозначении изолятора указывается разрушающая механическая нагрузка. Например: ПФ-60- изолятор подвесной, фарфоровый, с разрушающей механической нагрузкой 60 кН.

3.3 Опоры воздушных линий

Опоры воздушных линий в зависимости от назначения и места установки на трассе могут быть промежуточными, анкерными, угловыми, концевыми и специальными.

Промежуточные опоры служат для поддержания проводов на прямых участках линий. На промежуточных опорах провода крепят штыревыми изоляторами. Пролеты между опорами для линий напряжением до 1000В составляют 35 -- 45 метров, а для линий до 10кВ -- 60 метров.

Анкерные опоры устанавливают также на прямых участках трассы и на пересеченных с различными сооружениями. Они имеют жесткую и прочную конструкцию, поскольку в нормальных условиях воспринимают усилия от разности натяжения по проводам, направленные вдоль воздушной линии, а при обрыве проводов должны выдержать натяжение всех оставшихся проводов в анкерном пролете. Провода на анкерных опорах крепят наглухо к подвесным или штыревым изоляторам. Анкерные опоры для воздушных линий напряжением 10кВ ставят на расстоянии около 250 метров

Концевые опоры, являющиеся разновидностью анкерных, устанавливают в начале и конце линии. Концевые опоры должны выдерживать постоянно действующее одностороннее натяжение проводов, а угловые -- в местах, где меняется направление трассы воздушной линии.

К специальным относят переходные опоры, размещаемые в местах пересечений линиями электропередачи различных сооружений или препятствий (например, рек, железных дорог и т.п.). Эти опоры отличаются от других данной линии высотой или конструкцией.

Опоры изготовляют из дерева, металла, железобетона, а также выполняют составными, сопрягая деревянную стойку опоры с деревянной или железобетонной приставкой.

Для воздушных линий напряжением до 10кВ достаточно долго применяли в основном деревянные опоры, что было обусловлено простотой обработки древесины и ее дешевизной по сравнению со сталью и железобетоном. Опоры изготовляли из сосны, реже из лиственницы, ели или пихты. Диаметр в верхнем отрубе сосновых бревен для опор и основных деталей должен быть не менее 15 см для линий напряжением до 1000В и 16 см -- для линий напряжением 1 -- 10кВ. Основным недостатком деревянных непропитанных опор является их недолговечность. Так, срок службы сосновых опор в среднем равен 4 -- 5 годам, а опор из ели или пихты 3 -- 4 годам.

В настоящее время железобетонные опоры ввиду их долговечности и в целях экономии лесных ресурсов страны находят широкое применение при строительстве новых воздушных сетей.

По конструкции деревянные опоры разделяют: на одинарные; А-образные из двух стоек, расходящихся к основанию; трехногие из трех стоек, сходящихся к вершине; П-образные из двух стоек и соединительной горизонтальной траверсы вверху (поперечный брус); АП-образные из двух А-образных опор и соединительной горизонтальной траверсы.

Применяют также составные опоры, состоящие из стойки и приставки (пасынка). В этих случаях участок сопряжения стойки с приставкой должен быть не менее 1300 мм.

Стойки соединяют с приставками при помощи бандажей из стальной проволоки. Для промежуточных опор бандажи выполняют из десяти витков проволоки диаметром 4 мм, для анкерных, угловых и концевых опор -- из восьми витков проволоки диаметром 5 мм. Проволочные бандажи закрепляют болтами, подкладывая под головку болтов и под гайки прямоугольные шайбы из полосовой стали.

Стальные опоры изготовляют из труб или профильной стали. Железобетонные опоры выпускаются заводами в виде полых стоек круглого сечения с уменьшающимся по ступеням наружным диаметром и прямоугольные также с уменьшающимся сечением к вершине опоры. На заводах также производят и железобетонные приставки круглого или прямоугольного профиля. При использовании железобетонных приставок и деревянных стоек, пропитанных антисептиком, значительно удлиняется срок службы опор.

Опоры воздушных линий электропередачи независимо от их типа могут выполняться с подкосами или оттяжками. На всех опорах воздушных линий на высоте 2,5 -- 3,0 метра от земли указывают их порядковый номер и год установки.



4. Коммутационная аппаратура напряжением выше 1 кВ

К коммутационным аппаратам выше 1 кВ относятся: разъединители, короткозамыкатели, отделители, плавкие предохранители, ограничители ударного тока, высоковольтные выключатели.

Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения эл. цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами, в отключенном положении, изоляционный промежуток. При ремонтных работах разъединителем создаётся видимый разрыв между частями, оставшимся под U, и аппаратами, выведенными в ремонт. Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, т.к. контактная система их не имеет дугогасительных устройств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать: незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов (U = 10 кВ, S_НОМ = до 630 кВА; U = 35 кВ, S_НОМ = до 20000 кВА; U = 110 кВ, S_НОМ = до 40500 кВА); уравнительный ток линий при разности напряжений не более 2%; токи замыкания на землю (не превышающие 5А при U = 35 кВ и 10А при U = 10 кВ); зарядный ток ВЛ и КЛ.

Отделитель (ОД) - внешне не отличается от разъединителя, но у него для отключения имеется пружинный привод. Включение отделителя производится вручную. ОД могут иметь заземляющие ножи с одной и двух сторон. Недостатком ОД является довольно большое время отключения (0,4 - 0,5с). ОД могут отключать обесточенную цепь или ток намагничивания трансформатора.

Короткозамыкатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного КЗ в эл. цепи. Короткозамыкатели применяются в упрощённых схемах подстанций для того, чтобы обеспечить отключение повреждённого тр - ра после создания искусственного КЗ действием РЗ питающей линии. В установках 35 кВ применяют два полюса короткозамыкателя, при срабатывании которых создаётся искусственное двухфазное КЗ. В установках 110 кВ и выше (с заземлённой нейтралью) применяется один полюс короткозамыкателя.

Конструкция короткозамыкателя: привод короткозамыкателей имеет пружину, которая обеспечивает включение заземляющего ножа на неподвижный контакт, находящийся под U. Импульс для работы привода подаётся от РЗ. Отключение производится вручную. При включении короткозамыкателя во избежание возникновения дуги и повреждения аппарата необходимо обеспечить большую скорость движения ножа.

Выбор разъединителей и отделителей:

1. по U установки: U_УСТ ? U_НОМ;

2. по роду I и его значению: I_MAX ? I_НОМ;

3. по конструктивному выполнению;

4. по электродинамической стойкости: iУ ? iПР,С, где iПР,С - идеальный сквозной ток (амплитудное значение), кА;

5. по термической стойкости: ВК ? I2ТЕР tТЕР, где ВК - тепловой импульс, кА 2с; I_ТЕР - предельный ток термической стойкости, кА; t_ТЕР - время протекания I_ТЕР, с.

Короткозамыкатели выбираются по тем же условиям, но без проверки по току нагрузки (условие 2).

Предохранитель - это коммутационный эл. аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, который превышает определённое значение. Отключение цепи происходит за счёт расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через неё током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Предохранитель типа ПК состоит из фарфоровой трубки (патрона предохранителя), армированной латунными колпачками с торцевыми крышками и указателем срабатывания. Внутри патрона размещены медные или серебряные плавкие вставки с шариками из олова и кварцевый песок.

Выбор предохранителей:

1. по U: U_УСТ ? U_НОМ;

2. по I предохранителя: I_MAX ? I_НОМ;

3. по конструкции и току установки;

4. по I отключения: I_П.О. ? I_ОТК, где I_ОТК - предельно отключаемый ток.

Высоковольтный выключатель (В.В.) - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока - при длительной нагрузке, перегрузке, КЗ, холостом ходе, несинхронной работе. К высоковольтным выключателям предъявляются следующие требования: быстрое и надёжное отключение любых токов; пригодность для быстродействующего АПВ; взрыво- и пожаробезопасность; лёгкость ревизии и осмотра контактов; удобство транспортировки и эксплуатации.

Параметры высоковольтных выключателей:

1. Номинальный ток отключения I_{ОТК.НОМ} - наибольший ток КЗ, который выключатель способен отключить при U, равном наибольшему рабочему U при заданных условиях и заданном цикле операций.

2. Цикл операций - выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданными интервалами между ними.

3. Стойкость при сквозных токах - которая характеризуется токами: термической стойкости I_ТЕР и электродинамической стойкости I_ДИН (действующее значение), i_ДИН - наибольший пик (амплитудное значение). Эти токи выключатель выдерживает во включенном положении без повреждений, препятствующих дальнейшей работе. Завод - изготовитель должен выдерживать соотношение: i_ДИН = 2,55 I_{ОТК.НОМ}.

4. Номинальный ток включения - ток КЗ, который выключатель способен включить без приваривания контактов и других повреждений, при номинальном U и заданном цикле.

5. Собственное время отключения t С.В - интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента соприкосновения прекращения дугогасительных контактов.

6. Время отключения t ОТК,В - интервал времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах.

7. Время включения t ВКЛ,В - интервал времени от момента подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы В.В.: масляные баковые (масляные многообъёмные); маломасляные (масляные малообъёмные); воздушные; элегазовые; электромагнитные; вакуумные. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима.

По роду установки различают: В.В. для внутренней установки; В.В. для наружной установки; В.В. для КТП.

Условия выбора и проверки В.В.:

1. по U установки: U_УСТ ? U_НОМ;

2. по длительному I: I_MAX ? I_НОМ; I_НОРМ ? I_НОМ;

3. по отключающей способности на симметричный ток отключения, где IП.ф- периодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов ф; I_ОТК. _НОМ - номинальное допустимое значение периодической составляющей, кА; U_НОМ, I_НОМ- номинальные U и I выключателя;

4. по отключающей способности на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ: ia,ф? ia, ном, где ia, ном- номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени ф, кА; ia,ф- апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения котактов ф, кА; ф - наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов,с;

5. по включающей способности: iу? iвкл, Iп,0? Iвкл- где iу- ударный ток КЗ в цепи выключателя, кА; Iп,0- начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя, кА; Iвкл- номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей), кА; iвкл- наибольший пик тока включения, кА. Заводами - изготовителями соблюдается условие: iвкл= kуv2 Iвкл, где kу- 1,8 - ударный коэф. нормированный для выключателей.

6. на электродинамическую стойкость: iу? iдин, Iп,0? Iдин- где Iдин- действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ; iдин- наибольший пиковый ток (ток электродинамической стойкости).

7. на термическую стойкость: ВК ? I2ТЕРtТЕР, где ВК - тепловой импульс тока КЗ по расчёту, А2с; IТЕР- среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по каталогу, кА; tТЕР- длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с.

4.1 Выключатели напряжением выше 1 кВ

Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание.

Выключатели бывают масляные: многообъемные, масло в них служит для изоляции токоведущих частей и бака и для гашения дуги; малообъемные выключатели с малым объемом масла, используемого только для гашения дуги. Эти выключатели используются в установках 6-10 кВ и в распределительных устройствах напряжением 110кВ и выше.

В настоящее время получили широкое распространение вакуумные выключатели, имеющие несомненное преимущество перед масляными. Вакуумные выключатели используются в распределительных устройствах (РУ) высокого и низкого напряжения.

Воздушные выключатели используются в РУ высокого напряжения, как правило, на подстанциях Энергосистемы. В настоящее время на подстанциях устанавливают новые выключатели серии ВВБК - выключатели воздушные быстродействующие, крупномодульные.

Элегазовые выключатели. Элегаз обладает высокими дугогасящими свойствами, которые используются в различных аппаратах высокого напряжения. напряжения.

4.2 Выключатели нагрузки напряжением выше 1 кВ

В сетях 6--10 кВ электроснабжения городских промышленных и сельскохозяйственных предприятий возникает необходимость отключения и включения токов нормальной нагрузки. Такая операция разъединителями не производится, так как они не имеют устройств для гашения возникающей дуги. Простейшим коммутационным аппаратом, позволяющим отключать и включать токи нагрузки в нормальном режиме, является автогазовый выключатель нагрузки ВНПР (рис.1.5,а). Выключатели нагрузки ВНП созданы на базе разъединителей рубящего типа. На опорном изоляторе с неподвижным главным контактом 3 укреплена простейшая дугогасительная камера 2 с газогенерирующими вкладышами 7 из органического стекла (рис. 1.5,б). К главному подвижному контакту-ножу 5 присоединена скоба с дугогасительным контактом 4, который во включенном положении находится внутри камеры между контактами 6. При отключении под действием пружины привода движение от вала 1 передается главным контакт- ножам 5, которые размыкаются в воздухе первыми, но дуги не образуется, так как весь ток проходит по дугогасительным контактам. При дальнейшем движении ножа 5 размыкаются дугогасительные контакты, возникшая дуга воздействует на вкладыши, из которых выделяется газ. Давление в камере повышается, а при выходе дугогасительного ножа из камеры создается выхлоп газа и дуга гаснет. При включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, затем -- главные. Без ревизии допустимое количество циклов ВО: 30 -- при номинальном токе 630 А и coscj > 0,7; 10 -- при номинальном токе 630 А и cosj > 0,3; 20 -- при 5 % номинального тока и cosj > 0,7; 10 -- при отключении зарядного тока кабеля 10 А и более.

Выключатель ВНПР выдерживает сквозной ток КЗ I_пр._скв= 41 кА, а ток термической стойкости I_тер= 16 кА. Допустимо двукратное включение на короткое замыкание, после чего производится ревизия с заменой дугогасительных камер.

Выключатели нагрузки ВНП могут дополняться предохранителями ПКЭ, заземляющими ножами и приводами разного типа: ручным (ПР), ручным с дистанционным отключением (ПРА) или электромагнитным (ПЭ).

4.3 Плавкие предохранители напряжением выше 1 кВ

Плавкие предохранители выполняют операцию автоматического отключения цепи при превышении определенного значения тока. После срабатывания предохранителя необходимо сменить плавкую вставку или патрон, чтобы подготовить аппарат для дальнейшей работы. Ценными свойствами плавких предохранителей являются простота устройства, относительно малая стоимость, быстрое отключение цепи при коротком замыкании (меньше одного периода), способность предохранителей типа ПК ограничивать ток в цепи при КЗ.



Рис. 1.5. Выключатель нагрузки ВНПР:

а -- общий вид;

б -- дугогасительная камера;

1 -- вал привода;

2 -- дугогасительная камера;

3 -- главный неподвижный контакт;

4 -- подвижный дугогасительный контакт;

5 -- главный подвижный контакт-нож;

6 -- неподвижный дугогасительный контакт;

7 -- газогенерирующие вкладыши

К недостаткам плавких предохранителей относятся следующие: предохранители срабатывают при токе, значительно превышающем номинальный ток плавкой вставки, и поэтому избирательность (селективность) отключения не обеспечивает безопасность отдельных участков сети; отключение цепи плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжением; возможно однофазное отключение и последующая ненормальная работа установок.

Несмотря на указанные недостатки, плавкие предохранители широко применяются для защиты силовых трансформаторов мощностью до 2500 кВ-А на напряжении 10 кВ, электродвигателей, распределительных сетей и измерительных трансформаторов напряжения.

Наибольшее распространение получили кварцевые и газогенерирующие предохранители. В кварцевых предохранителях (ПК) патрон заполнен кварцевым песком и дуга гасится путем удлинения, дробления и соприкосновения с твердым диэлектриком. В газогенерирующих предохранителях для гашения дуги используются твердые газогенерирующие материалы (фибра, винипласт и др.). Газогенерирующие предохранители выполняются с выхлопом и без выхлопа газа из патрона при срабатывании. Предохранители с выхлопом газа из патрона называют также стреляющими (ПСН - 10 и ПС - 35), поскольку срабатывание их сопровождается звуком, похожим на ружейный выстрел. Предохранители напряжением выше 1 кВ выполняются как для внутренней, так и для наружной установки.



5. Источники питания и пункты приема электроэнергии объектов на напряжении выше 1 кВ

Система электроснабжения может быть выполнена в нескольких вариантах, из которых выбирается оптимальный. При его выборе учитываются степень надежности, обеспечение качества электроэнергии, удобство и безопасность эксплуатации, возможность применения прогрессивных методов электромонтажных работ.

При проектировании систем электроснабжения и реконструкции электроустановок должны рассматриваться следующие вопросы:

1) перспектива развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжения;

2) обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей электрической энергии, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их принадлежности;

3) ограничение токов КЗ предельными уровнями, определяемыми на перспективу;

4) снижение потерь электрической энергии;

5) соответствие принимаемых решений условиям охраны окружающей среды.

5.1 Источники питания и требования к надежности электроснабжения

Требования, предъявляемые к надежности электроснабжения от источников питания, определяются потребляемой мощностью объекта и его видом.

Приемники электрической энергии в отношении обеспечения надежности электроснабжения разделяются на несколько категорий.

Первая категория - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции.

К электроприемникам первой категории в промышленных установках относятся электроприемники насосных станций противопожарных установок, системы вентиляции в химически опасных цехах, водоотливных и подъемных установок в шахтах и т. п. В городских сетях к первой категории относят центральные канализационные и водопроводные станции, АТС, радио и телевидение, а также лифтовые установки высотных зданий.

Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприемников первой категории не более 1 мин.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа (нулевая категория) электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.

К электроприемникам нулевой категории относятся операционные помещения больниц, аварийное освещение.

Вторая категория - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовым недоотпускам продукции, Iмассовым простоям рабочих, механизмов.

Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприемников второй категории не более 30 мин.

Примером электроприемников второй категории в промышленных установках являются приемники прокатных цехов, основных цехов машиностроения, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. школы, детские учреждения и жилые дома до пяти этажей и т. п. обычно относят к приемникам второй категории.

Третья категория - все остальные электроприемники, не подходящие под определение первой и второй категорий. К третьей категории относятся установки вспомогательного производства, склады неответственного назначения.

Приемники электроэнергии I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении их электроснабжения от одного из источников питания допускается перерыв электроснабжения лишь на время автоматического восстановления питания.

При наличии особой группы приемников электроэнергии I категории предусматривают дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника.

Независимым считают такой источник питания, на котором сохраняется напряжение в пределах, регламентированных ПУЭ для послеаварийного режима, при исчезновении его на другом или других источниках, питающих эти же приемники электроэнергии. Две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций считают независимыми источниками питания, если одновременно соблюдаются следующие условия:

а) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин;

б) каждая из секций (систем) шин в свою очередь имеют питание от независимого источника.

Кроме того, к независимым источникам питания относят также местные электростанции, агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. д.

Для приемников электроэнергии I категории правила устройства электроустановок (ПУЭ) допускают питание по одной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

Для электроснабжения электроприемников особой группы должен предусматриваться дополнительный третий источник питания, мощность которого должна обеспечивать безаварийную остановку процесса.

Приемники электроэнергии II категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Однако при нарушении их электроснабжения от одного из источников питания допускается перерыв электроснабжения на время, необходимое для восстановления питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. ПУЭ допускают питание приемников электроэнергии II категории: по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток от одного трансформатора при наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток. Для приемников электроэнергии III категории электроснабжение выполняют от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

5.2 Схемы подключения источников питания

Система ЭС промышленного предприятия состоит из питающих, распределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций (ПС) и связывающих их КЛ и ВЛ, а также токопроводов.

Основные принципы построения схем ЭС промышленных предприятий:

1) мах приближение источника питания высокого U35-330 кВ к электроустановкам потребителей с ПС глубокого ввода (ПГВ);

2)резервирование питания для категорий потребителей;

3) секционирование шин всех звеньев системы электроснабжения, а при I и II категории установка АВР

Схема ЭС подразделяется на системы внешнего (ВЛ и КЛ от узловых подстанций энергосистемы до ГПП и ЦРП) и внутреннего электроснабжения (распределительные линии от ГПП, ЦРП до цеховых ТП).

Схема подключения ИП.

ЭС от собственной эл. станции (рис. 1.6), вблизи объектов, при совпадении U распределительной сети и генераторов эл. станции путем присоединения трансформаторов к шинам РУ эл. станции или непосредственно с помощью линий электропередачи.

Рис. 1.6. Рис. 1.7. Рис. 1.8.

Схема снабжения от энергетической системы при отсутствии собственной электростанции в зависимости от U ИП осуществляется двумя способами:

1) на рис. 1.7 при U 6-20 кВ;

2) на рис. 1.8 при U 35-220 кВ

При компактном расположении потребителей и отсутствии особых требований к надёжности вся эл. энергия от ИП может быть подведена к одной трансформаторной или распределительной ПС.

При разбросанных потребителях и повышенных требованиях к бесперебойности питания следует подводить к двум ПС.

Распределительные ПС служат для приёма и распределения эл. энергии без ее преобразования или трансформации

От РП эл. энергия подводится к ТП и к приёмникам напряжением выше 1 кВ, в этом случае напряжения питающей и распределительной сети совпадают. Если же объект потребляет значит (более 40 MBА) мощность, а ИП удалён, то приём эл. энергии производится на узловых распределительных ПС или на ГПП.

Узловая распределительная ПС - называется центральная ПС объекта напряжением 35-220 кВ, получающая питание от энергосистемы и распределяющая её по ПС глубоких вводов (ПГВ) на территории объекта.

5.3 Типы электроподстанций

Электрическая подстанция -- электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств

Функционально подстанции делятся на:

Трансформаторные подстанции - подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов.

Преобразовательные подстанции - подстанции, предназначенные для преобразования рода тока или его частоты.

Электрическое распределительное устройство, не входящее в состав подстанции, называется распределительным пунктом. Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты называется вставкой постоянного тока.

Число и тип приемных пунктов электроэнергии (подстанций) зависят от мощности, потребляемой объектом электроснабжения, и характера размещения электропотребителей на территории объекта. При сравнительно компактном расположении потребителей и отсутствии особых требований к надежности электроснабжения вся электроэнергия от источника питания может быть подведена к одной трансформаторной (ТП) или распределительной подстанции (РП). При разбросанности потребителей и повышенных требованиях к бесперебойности электроснабжения питание следует подводить к двум и более подстанциям.

При близости источника питания к объекту и потребляемой им мощности в пределах пропускной способности линий напряжением 6 и 10 кВ электроэнергия подводится к распределительной подстанции (РП) или к главной распределительной подстанции (ГРП). РП служат для приема и распределения электроэнергии без ее преобразования или трансформации.

Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная подстанция объекта напряжением 35... 220 кВ, получающая питание от энергосистемы и распределяющая ее по подстанциям глубоких вводов на территории объекта.

Главной понижающей подстанцией (ГПП) называется подстанция, получающая питание непосредственно от районной энергосистемы и распределяющая энергию на более низком напряжении (6 или 10 кВ) по объекту.

Подстанцией глубокого ввода (ПГВ) называется подстанция на напряжение 35...220 кВ, выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, получающая питание непосредственно от энергосистемы или от УРП. ПГВ обычно предназначается для питания отдельного объекта (крупного цеха) или района предприятия.

Система электроснабжения может быть выполнена в нескольких вариантах, из которых выбирается оптимальный. При его выборе учитываются степень надежности, обеспечение качества электроэнергии, удобство и безопасность эксплуатации, возможность применения прогрессивных методов электромонтажных работ.



Заключение

В результате выполнения контрольной работы мы ознакомились с электроснабжением промышленных предприятий и коммунально-бытовых объектов. Изучили начальные сведения об электроэнергетических системах и организации взаимоотношений между питающей энергосистемой и потребителями. Рассмотрели конструктивное выполнение электрических сетей и подстанций различных номинальных напряжений, основное оборудование электрических сетей и подстанций.

Правильное проектирование системы электроснабжения объектов жилого, промышленного и общественного назначения является основой электрической безопасности и способом экономичного распределения денежных средств. Ведь удачный проект не только учтет все расходы, но также обеспечит надежную и, следовательно, длительную эксплуатацию системы электроснабжения. Все электромонтажные работы должны проводиться в точном соответствии с планом работ, составленном компетентным специалистом. В качестве такого плана выступает проектная документация, которая должна учесть множество деталей.

электроснабжение напряжение изолятор провод



Список литературы и источников

1. Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. -- М.: Высшая школа, 1991. -- 208 с.

2. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Энергоатомиздат, 1987. -- 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

3. Проектирование электрической части станций и подстанций: Учеб. пособие / Петрова С. С.; Под ред. С. А. Мартынова. -- Л.: ЛПИ им. М. И. Калинина, 1980. -- 76 с. -- УДК 621.311.2(0.75.8)

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети/ Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. -- 2-е изд. перераб. и доп. -- М.: Энергия, 1980. -- 575 с.

5. Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: https://online-electric.ru

Размещено на Allbest.ru

...