Основные вопросы проектирования и расчетов СЭС

Исходные материалы и общие задачи проектирования. Общими исходными сведениями являются: район осуществления СЭС того или иного объекта, его климатические и геолого-географические условия; источники питания электроэнергией (ПС ЭЭС, ТЭЦ, ДЭС и т.п.).

Технические исходные сведения состоят из: генерального плана объекта электроснабжения, включающего схему-план застройки территории объекта, технологические характеристики всех цехов промышленного или сельскохозяйственного предприятия, зданий жилого района, населенных пунктов сельскохозяйственного региона, типа ПС электрического транспорта и т.п.; состав и установленные мощности всех ЭП, включая сведения о требованиях к надежности их питания, пожаро- или взрывобезопасности сырья и продукции, охраны экологической среды, см [5.6] и т.п.

Расчетные электрические нагрузки потребителей электроэнергии и электрических сетей. Понятие расчетной электрической нагрузки подразумевает то наибольшее значение мощности (кВт, квар, кВ · А), которое может потреблять конкретная группа ЭП или ПЭ в целом с учетом реальных технологических процессов и их взаимозависимостей. Расчетные электрические нагрузки линий и трансформаторов подстанций определяются аналогичными условиями комплексов однородных или неоднородных ПЭ, питаемых по этим элементам электрических сетей.

Приводимые в нормах расчетные электрические нагрузки указываются для наибольших их суточных значений длительностью 30 мин, что соответствует установившейся температуре нагрева проводников под действием протекающего тока.

В нормах проектирования СЭС приводятся расчетные нагрузки в виде потребления активной мощности характерными группами ЭП (металлорежущие станки, квартиры, животноводческие помещения и т.п.). Нормативные расчетные (активные) нагрузки устанавлива­ются на основе массовых их измерений в периоды и часы их наибольших значений (например, в декабре в рабочие дни с 16 до 20 ч). Полученные комплексы измеренных нагрузок обрабатываются с применением мето­дов математической статистики, на основе чего определяются для групп однородных ЭП:

среднестатистическое значение активной нагрузки

σ(Р_i) — среднеквадратическое отклонение измеренных нагрузок

от ;

где i - та или иная группа ЭП.

Расчетная активная нагрузка, кВт:

P_P.i=+ β[σ (Р_i) ]

=где β = 2—3 — мера рассеяния, обеспечивающая интегральную вероят­ность того, что реальные нагрузки не превзойдут ее расчетное значение в 97,5—99,9 % случаях.

Расчетные реактивные нагрузки в большинстве случаев определяются по расчетным активным нагрузкам и эмпирическим средним значениям коэффициентов реактивной мощности (tg φ). Подробнее см. [5.2, 5.11, 5.12, 5.13].

Для снижения потерь электроэнергии и потерь напряжения применя­ется выработка реактивной мощности непосредственно в узлах ее потребления в электрической сети — компенсация реактивных нагрузок. С этой целью применяются установки конденсаторов 0,4—10 кВ, стати­ческие тиристорные компенсирующие установки, а также выработка реактивной мощности синхронными двигателями, работающими в режиме перевозбуждения. В последнем случае используются лишь электродвигатели, необходимые по технологическим соображениям. Такое использование синхронных двигателей оправдано при их большой мощности (десятки и сотни киловатт) с высокой частотой вращения (более 150—200 об/мин) и загруженных по активной мощности не более 0,7—0,8 номинальной. Соотношение реактивной мощности, компенси­руемой синхронными двигателями и установками конденсаторов, уста­навливается специальными расчетами.

Компенсация реактивных нагрузок остро актуальна для СЭС про­мышленности, где большую часть электроэнергии потребляют асинхрон­ные двигатели и потому «естественный» коэффициент мощности состав­ляет 0,7—0,75. В СЭС коммунально-бытовых ПЭ, как правило, установка компенсирующих устройств не требуется, так как в периоды наибольших

нагрузок коэффициенты мощности на шинах 6—10 кВ понижающих ПС не менее 0,90—0,92.

Подробнее технически и экономически важная тема источников реак­тивной мощности изложена в [5.2, 5.7, 5.12].

Условия выбора параметров электрооборудования СЭС. Методы выбора параметров электроустановок изложены в [5.2, 5.11, 5.12, 5.27].

Отмечаются также возможности перегрузок (сверх нормативных) кабелей до 1 кВ и 6—20 кВ как систематических в нормальных режимах схем электрических сетей, так и кратковременных (1,15—1,3) при послеаварийных состояниях схемы [5.19]. Данные возможности обусловлены недоизносом теплового и изолирующего ресурса изоляции, связанного с неравномерностью суточных графиков активной и реактивной мощности ПЭ. Существуют аналогичные возможности перегрузок трансформаторов 6—20/0,4 кВ, особенно ощутимые для трансформаторных подстанций коммунально-бытовых и сельских ПЭ.

Задачи расчетов режимов электрических сетей. Расчеты режимов электрических сетей СЭС основываются на общих положениях теории электрических сетей. Основной задачей расчетов является выбор номи­нальных параметров основного электрооборудования СЭС (проводов, кабелей, трансформаторов, компенсирующих устройств), определение потоков мощностей во всех элементах сетей и рабочих напряжений при нормальных и аварийных состояниях схем в режимах наибольших и наи­меньших нагрузок ПЭ.

Особенностью расчетов режимов сетей до 1 кВ и 6—20 кВ является не учет активных и реактивных проводимостей линий. При кабельных линиях до 20 кВ допускается не учитывать реактивные сопротивления при сечениях жил до 70—95 мм² трёх- и четырехжильных кабелей.

Второй центральной задачей расчетов режимов рассматриваемых электросетей является определение рабочих напряжений на шинах' ПС 6—20/0,38—0,66 кВ и в узлах подключений ЭП. Конечная цель данных расчетов — определение рабочих отклонений напряжения на зажимах ЭП (во всех расчетных режимах) и сопоставление их с допустимыми нор­мативными. Сложности могут заключаться в подборе рабочих ответвле­ний трансформаторов типа ПБВ 6—20/0,38—0,66 кВ, при которых соблюдаются допустимые отклонения напряжения во всех режимах при одном и том же рабочем ответвлении трансформатора.

При наличии резкопеременных нагрузок и при пусковых режимах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором необходим расчет размаха изменений (колебаний) напряжения и сопоставление результатов данных расчетов с допустимыми значений колебаний. Для СЭС, содержа­щих выпрямительные установки, а также при резкопеременных перегрузках, необходима проверка соблюдения допустимых характеристик несинусоидальности напряжения. При крупных однофазных ЭП проводится расчет несимметрии фазных напряжений. Расчеты качества напряжения коммунально-бытовых ПЭ, в которых основная часть ЭП — однофазные, на стадии проектирования могут выполняться в предположении симмет­ричности нагрузок фаз на вводах в здание.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте структуры современных систем электроснабжения (крупные про­мышленные предприятия, населенные пункты, сельскохозяйственные районы и т.п.).

2.Назовите основные группы потребителей электроэнергии и характерные для этих групп составы электроприемников.

3. Каково назначение (в составе систем электроснабжения) электрических сетей, выполненных при номинальных напряжениях: 35— 110-—220 кВ; 6—10—20 кВ; 380/127—660/380 В?

4. Изобразите принципиальные схемы распределительных сетей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии, в составе которых имеются электроприем­ники, относящиеся (по требованиям надежности электроснабжения) к I категории; только II и IIIкатегории; только IIIкатегории.

5. По каким причинам нейтрали распределительных электрических сетей выполняются: до 1 кВ — эффективно («глухо») заземленными; 6—20 кВ заземленными через дугогасящие реакторы?

6. С учетом каких основных влияющих факторов определяются расчетные электриче­ские нагрузки групп электроприемников (цехов, жилых и общественных зданий и т.п.) на основе известной их установленной мощности?

7.С какими техническими экономическими целями осуществляется на промышленных предприятиях установка устройств компенсирующих реактивные нагрузки?

8. Каковы современные тенденции конструкций трансформаторных подстанций 6— 10—20/0,38 кВ, осуществляющих электроснабжение цехов промышленных предпри­ятий, жилых районов городов, сельскохозяйственных населенных пунктов и произ­водств?

9. Назовите области применения воздушных и кабельных линий 0,38—20 кВ.

10. Сформулируйте основные требования, которым должно отвечать проектирование современного электроснабжения производственных и гражданских объектов.

Литература для самостоятельного изучения

5.1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, 1991.

5.2. Будзко И.А., Лещинская Т.Б., Сукманов В.И. Электроснабжение сельского хозяй­ства. М.: Колос, 2000.

5.3. ГОСТ 13109—97. Нормы качества электрической энергии в системах электро­снабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1998.

Электроснабжение и электрооборудование цехов / В.И. Григорьев. Э.А. Киреева, В.А. Миронов и др. М.: Энергоатомиздат, 2003.

5.5. Электроснабжение и электрооборудование жилых и общественных зданий В.И. Григорьев, Э.А. Киреева, А.П. Минтюков и др. М: Энергоатомиздат, 2003.

5.6. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике. М.: Энергоатомиздат, 2003.

5.7. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электро­энергии. М: Энергоатомиздат, 1985.

5.8. Загайнов НА., Финкельштейн B.C., Кривов Л.Л. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. М.: Транспорт, 1988.

5.9. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский. Р.Г. Шамо-нов и др. М.: Издательский дом МЭИ, 2006.

5.10. Карпов Ф.Ф., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения ч электросетях про­мышленных предприятий. М.: Энергия, 1970.

5.11.Козлов В.А. Городские распределительные электрические сети. Л.: Энергоиздат, 1982.

5.12. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. М.: Мастерство, 2001.

5.13. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиз­дат, 1995.

5.14. Левин М.С., Мурадян А.Е., Сырых Н.Н. Качество электроэнергии в сетях сель­ских районов. М.: Энергия, 1975.

5.15. Лещинская Т.Б. Методы многокритериальной оптимизации систем электро­снабжения сельских районов в условиях неопределенности исходной информации. М.: Агроконсолот, 1998.

5.16. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М: Высшая школа, 1990.

5.17. Маркушевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электри­ческих сетях. М.: Энергия, 1975.

5.18. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1973.

5.19. Правила устройства электроустановок. Министерство топлива и энергетики Рос­сийской Федерации. — 6-е изд., перераб. и доп. с изменениями. М.: ЗАО «Энерго­сервис», 2000.

5.20. Слепцов М.А., Савина Т.А. Электроснабжение электрического транспорта. М.: Издательство МЭИ, 2001.

5.21. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисо-вича. М.: Издаетльство НЦ ЭНАС, 2005.

5.22. Тульчин И.К., Нудлер Г.И. Электрические сети жилых и общественных зданий. М.: Энергоатомиздат, 1990.

5.23. Фокин Ю.А., Туфанов В.А. Оценка надежности систем электроснабжения. М.: Энергоиздат, 1981.

5.24. Электротехнологические промышленные установки / под ред. А.Л. Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1982.

5.25. Экономика промышленности: учебное пособие для вузов. В трех томах. Т. 2. Эко­номика и управление энергообъектами. Кн. 2. РАО «ЕЭС России». Электростан­ции. Электрические сети / Н.Н. Кожевников, Т.Ф. Басова, Н.С. Чинокаева и др.; под ред. А.И. Барановского, Н.Н. Кожевникова, Н.В. Пирадовой. М.: Издательство МЭИ, 1998.

5.26. Электротехнический справочник. — 8-е изд. исправл. и доп. Т. 3. М.: Издатель­ство МЭИ, 2002.

5.27 Электрические системы. Электрические сети / В.А. Веников, А.А. Глазунов, Л.А. Жуков и др.; под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1998.

5.28. Глазунов А.А., Строев В.А., Шаров Ю.В. Системы электроснабжения — подсис­темы электроэнергетических систем // Электричество. 2007. № 9. С. 5—8.

Глава шестая

Дата добавления: 2014-10-15