Общая характеристика систем электроснабжения

Системы электроснабжения

(Учебно-методическое пособие для студентов заочников по специальности 140211 «Электроснабжение»)

Нижнекамск 2009

Составитель: ст. препод. Файрушин Р.Р.

Рецензент: проф.Кузнецов А.В.

Предназначена для студентов заочной формы обучения по специальности 140211 «Электроснабжения»

Содержание

Введение

1. Теоретические основы по СЭС

Общая характеристика систем электроснабжения

Основные группы потребителей электроэнергии

Основные условия и задачи формирования систем электроснабжения

Номинальные напряжения электроустановок

Основные типы схем электрических сетей

Режим нейтрали электрических сетей

Классификация режимов ЭЭС

Переходные режимы и процессы

Нормативные показатели устойчивости и их обеспечение

Средства управления режимами и их функции

Основные принципы диспетчерского управления

Временные уровни управления режимами ЭЭС

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

Потребители и источники реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности

Регулирование напряжения в электрических сетях

2. Вопросы для переаттестации

3. Задания к выполнению контрольных работ

Примеры решения задач

Задания для контрольных работ

4. Задания к выполнению курсовой работы

Список литератур

Введение

В учебном пособии представлены краткий теоретический курс по дисциплине «Системы Электроснабжения», вопросы для переаттестации, задания к выполнению контрольных работ и образцы их выполнения а также задания к выполнению курсовой работы.

Справочный материал представлен в приложении. Приложение А содержит технические данные аппаратов В ходе выполнения контрольных заданий и курсовой работы студенты должны изучить: режимы работы электрических систем, основные параметры расчета электрических сетей; методику определения расчетных нагрузок цехов и электроснабжения низковольтных и высоковольтных предприятия в целом; схемы сетей.

Теоретические основы по СЭС

Классификация режимов ЭЭС

Электроэнергетическая система состоит из элементов, которые можно разделить на три группы:

основные (силовые) элементы - генерирующие агрегаты электростанций, преобразующие энергию воды или пара в электроэнергию; трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямительные установки, преобразующие значения и вид тока и напряжения; линии электропередач (ЛЭП), передающие электроэнергию на расстояние; коммутирующая аппаратура (выключатели, разъединители), предназначенные для изменения схемы ЭЭС и отключения поврежденных элементов;

измерительные элементы - трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для подключения измерительных приборов, средств управления и регулирования;

средства управления - релейная защита, регуляторы, автоматика, телемеханика, связь, обеспечивающие оперативное и автоматическое управление схемой и работой ЭЭС.

Состояние ЭЭС на заданный момент или отрезок времени называется режимом. Режим определяется составом включенных основных элементов ЭЭС и их загрузкой. Значения напряжений, мощностей и токов элементов, а также частоты, определяющие процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, называются параметрами режима.

Если параметры режима неизменны во времени, то режим ЭЭС называется установившимся, если изменяются - то переходным.

Строго говоря, понятие установившегося режима в ЭЭС условное, так как в ней всегда существует переходный режим, вызванный малыми колебаниями нагрузки. Установившийся режим понимается в том смысле, что параметры режима генераторов электростанций и крупных подстанций практически постоянны во времени.

Основная задача энергосистемы - экономичное и надежное электроснабжение потребителей без перегрузок основных элементов ЭЭС и при обеспечении заданного качества электроэнергии. В этом смысле основной режим ЭЭС - нормальный установившийся. В таких режимах ЭЭС работает большую часть времени.

По тем или иным причинам допускается работа ЭЭС в утяжеленных установившихся (вынужденных) режимах, которые характеризуются меньшей надежностью, некоторой перегрузкой отдельных элементов и, возможно, ухудшением качества электроэнергии. Длительное существование утяжеленного режима нежелательно, так как при этом существует повышенная опасность возникновения аварийной ситуации.

Наиболее опасными для ЭЭС являются аварийные режимы, вызванные короткими замыканиями и разрывами цепи передачи электроэнергии, в частности, вследствие ложных срабатываний защит и автоматики, а также ошибок эксплуатационного персонала. Длительное существование аварийного режима недопустимо, так как при этом не обеспечивается нормальное электроснабжение потребителей и существует опасность дальнейшего развития аварии и распространения ее на соседние районы. Для предотвращения возникновения аварии и прекращения ее развития применяются средства автоматического и оперативного управления, которыми оснащаются диспетчерские центры, электростанции и подстанции.

После ликвидации аварии ЭЭС переходит в послеаварийный установившийся режим, который не удовлетворяет требованиям экономичности и не полностью соответствует требованиям надежности и качества электроснабжения. Он допускается только как кратковременный для последующего перехода к нормальному режиму.

Для завершения классификации режимов ЭЭС отметим еще нормальные переходные режимы, вызванные значительными изменениями нагрузки и выводом оборудования в ремонт.

Уже из перечисления возможных режимов ЭЭС следует, что этими режимами необходимо управлять, причем для разных режимов задачи управления различаются:

для нормальных режимов - это обеспечение экономичного и надежного электроснабжения;

для утяжеленных режимов - это обеспечение надежного электроснабжения при длительно допустимых перегрузках основных элементов ЭЭС;

для аварийных режимов - это максимальная локализация аварии и быстрая ликвидация ее последствий;

для послеаварийных режимов - быстрый и надежный переход к нормальному установившемуся режиму;

для нормальных переходных режимов - быстрое затухание колебаний.

Вопросы для переаттестации

1. Что такое энергетические комплексы?

2. Чем определяется СЭС как части ЭЭС?

3. Что такое электрические станций?

4. Зарисуйте структурную электрическую схему электроэнергетической системы.

5. Из чего состоит СЭС?

6. Основные группы потребителей электроэнергии.

7. Как характеризуется СЭС?

8. Какие ЭП влияют на режим СЭС?

9. Перечислите категории надежности электроснабжения?

10. В чем отличия электроснабжения производств от электроснабжения коммунально-бытовых потребителей?

11. Установленная мощность коммунально-бытовых потребителей?

12.Основные типы современных ЭП коммунально-бытовых потребителей?

13. Коммунально-бытовых потребителей категории надежности электроснабжения?

14. Электроснабжение электрифицированного транспорта?

15.Электрофецированный транспорт категории надежности электроснабжения?

16. Чем связано влияние электрического транспорта на показатели качества электроэнергии?

17. Что включает в СЭС сельского хозяйства?

18. На какие напряжения питаются сельские сети?

19. К какой категории надежности электроснабжения относится сельское хозяйства?

20. Какие определяющие условия формирования СЭС?

21.Что такое номинальное напряжение электроустановок?

22.Перечислите основные типы схем электрических сетей?

23.Радиальные схемы?

24.Магистральные схемы?

25.Кольцевые схемы?

26.Многоконтурные сложнозамкнутые схемы?

27.Радиальные и магистральные схемы?

28.Петлевые схемы?

29.Режим нейтрали электрических сетей?

30.Группы электроэнергетических систем?

31.Что такое режим СЭС?

32.Что значит параметр режима?

33.Что такое установившимся режим?

34.Что такое переходной режим?

35.Что такое нормальный установившийся режим?

36.Что такое утяжеленный установившися (вынужденных) режим?

37.Что такое аварийныережим?

38. Управления режимами?

39.Переходные режимы и процессы?

40.Статическая устойчивость?

41.Динамическая устойчивость?

42.Результирующей устойчивость?

43.Скоростью протекания переходных режим ЭЭС?

44.Задачи управления переходными процессами?

45.Нормативные показатели устойчивости и их обеспечение?

46.Статическая устойчивость?

47.Динамическая устойчивость?

48.Средства управления режимами и их функции?

49.Кем осуществляется управление режимами ЭЭС?

50.Автоматические регуляторы возбуждения?

51.Автоматические регуляторы частоты вращения?

52.Автоматическое регулирование частоты и активной мощности?

53.Релейная защита?

54.Автоматическое включение резерва?

55.Автоматическое повторное включение?

56.Автоматическая частотная разгрузка?

57.Автоматический частотный пуск (АЧП)?

58.Основные принципы диспетчерского управления?

59.Временные уровни управления режимами ЭЭС?

60.Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением?

61.Потребители и источники реактивной мощности?

62.Компенсация реактивной мощности?

63.Регулирование напряжения в электрических сетях?

Задания к выполнению контрольных работ

Примеры решения задач

Задания для контрольных работ

Задание 1

Требуется:

- рассчитать и выбрать компенсирующее устройство КУ;

- выбрать трансформатор с учетом КУ;

Данные для расчетов взять из табл. А1 (прилож. А).

Содержание отчета

1. Начертить расчетную схему подключения компенсирующих устройств.

2. Расчетные данные внести в таблицу.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Составить баланс реактивной мощности.

Контрольные вопросы

1. Виды, условные обозначения, назначение компенсирующих устройств.

2. Методика расчета компенсирующего устройства.

3. Способы компенсации реактивной мощности.

Задание 2.

1. Составить схему линии электроснабжения.

2. Выбрать аппарат защиты.

3. Выбрать сечение проводника.

4. Проверить правильность выбора проводника на соответствие выбранному аппарату защиты.

Данные взять из табл. 9.8

Таблица 3.6 Варианты индивидуальных заданий

Вариант	Категория ЭСН	S, м2	Номера электроприемников	Вариант

Примечание. Наименования электроприемников даны в табл. А1 (прилож. А).

Содержание отчета

1. Начертить схему линии электроснабжения.

2. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Виды, назначение, условные обозначения аппаратов защиты.

2. Условия выбора линий электроснабжения с учетом соответствия аппарату защиты.

3. Условия выбора автоматических выключателей.

4. Условия выбора предохранителей.

5. Условия выбора тепловых реле.

Задание 3

Требуется: Расчесать токи короткого замыкания

Таблица 3.7Варианты индивидуальных заданий

Примечание. Наименования электроприемников даны в табл. А1 (прилож. А).

Содержание отчета

1. Начертить расчетную схему, схему замещения.

2. Расчеты оформить в тетради.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Основные понятия и соотношения токов КЗ.

2. Способы расчетов токов КЗ.

3. Электродинамическое и термическое действие токов КЗ.

Задания к выполнению курсовой работы

Введение

Для определения расчетных нагрузок групп приемников

необходимо знать установленную мощность (сумму номинальных мощностей) всех электроприемников группы и характер технологического процесса.

Расчет нагрузки может осуществляться:

1. по удельным расходам электроэнергии и плотностям нагрузки;

2. по коэффициенту спроса К_с. Определение расчетной нагрузки по коэффициента спроса применяется при отсутствии данных и числе электроприемников и их мощности, об удельном потреблении электроэнергии на единицу продукции или удельной плотности нагрузок на 1 м² площади цеха. В соответствии с методом коэффициента спроса допускается (на стадии проектного задания и при других ориентировочных расчетах) определять нагрузку предприятия

Р_расч.=К_сР_ном

Значения коэффициента спроса зависят от технологии производства и приводятся в отраслевых инструкциях и справочниках.

3. По коэффициенту расчетной активной мощности К_р. Определение расчетной нагрузки по коэффициенту расчетной активной мощности применяются при наличии данных о числе ЭП, их мощности режиме работы для определения нагрузки на всех ступенях распределительных и питающих сетей (включая трансформаторы и преобразователи).

Цель курсовой работы. Определение расчетной нагрузок на низшем и высшем напряжении и расчет осветительной нагрузки:

Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок при проектировании элементов системы электроснабжения является основой для рационального решения всего комплекса вопросов связанных с электроснабжением промышленного предприятия.

Предварительная оценка электрических нагрузок завода связана с правильным выбором необходимого количества и мощности трансформаторов, защитных и компенсирующих устройств, проверки токоведущих элементов по току, по нагреву и потере напряжения.

Пример расчета на низшем напряжении

Расчетный максимум нагрузок Р _{расч.нн} элемента систем электроснабжения, питающих нагрузку напряжением до 1 КВ определяется по коэффициенту расчетной активной мощности.

Расчет производится по коэффициенту спроса к_с.

Р_{расч.ин}= Р_уст • к_с

где Рр - расчетная активная нагрузка цеха, кВт;

Р уст. установленная мощность цеха, кВТ;

к_с - коэффициент спроса.

Q_р= Р_уст

где Q_p - расчетная реактивная нагрузка цеха, кВАр;

tgφ - коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cosφ, характерному для электроприемников данного режима работы.

Алгоритм расчета нагрузок рассмотрим на примере цеха (заводоуправление)

Р_уст. = 350кВт.

Коэффициент спроса и cos φ зависят от технологии производства и приводятся в отраслевых инструкциях и справочниках (2).

Для первого цеха они таковы к_с1=0.6; cos φ₁=0.8; tgφ₁=0.75

Р_Р1нн = 350 • 0,06 =210 кВт.

Q _Р1нн = 350 • 0,6 • 0,75 = 157,5кВАр .

где Р_Р1нн и Q _Р1нн - расчетная активная и реактивная мощность.

Пример расчета на высшем напряжении

Расчет нагрузок на высшем напряжении осуществляется с помощью коэффициента использования.

В проектируемом предприятии будет 4 потребителя на высшем напряжении - два компрессорных цеха, цех выработки конечной продукции и цех водоснабжения и канализации.

Пример расчета эл. нагрузок для компрессорного цеха завода.

Данные этого цеха: Р_уст11вн=6700 кВт, к_и11вн=0,8, cosφ_11.BH=0,8 tgφ_llBH=0,75

Р_р11вн=Р_уст11вн*к_и11вн

Р_р11вн =6700*0,8=5360кВт

Q_р11вн= Р_р11вн *к_и11вн* tgφ_llBH

Q_р11вн =6700*0,8*0,75=4020 кВАр.

где Р_р11вн и Q_р11вн - расчетная активная и реактивная мощность цеха.

к_и - коэффициент использования активной мощности.

Исходные данные для расчета

№ варианта	Pycтi, КВТ	Kci	cos φi
		0,6	0,8
		0,7	0,8
		0,4	0,8
		0,4	0,8
		0,4	0,8
	2119,5	0,5	0,8
		0,35	0,7
		0,7	0,8
		0,75	0,9
		0,7	0,85
		0,8	0,9
		0,8	0,9
		0,7	0,8
		0,8	0,9
		0,8	0,92
		0,8	0,8
		0,8	0,8
		0,75	0,8
		0,8	0,8

Исходные данные

№ варианта	F,м2	Pуд, Вт/ м2	ксо
		16,9	0,85
		10,8	0,8
		10,8	0,9
		10,6	0,8
		15,9	0,9
		2,7	0,6
		3,98	0,6
		15,9	0,9
		5,3	0,8
		10,6	0,75
		8,0	0,8
		5,3	0,8
		10,6	0,75
		10,6	0,75
		10,6	0,8
		10,6	0,75
		8,0	0,8
		10,6	0,75
		12,3	0,8

Приложение А

Таблица А1 Технические данные электроприемников

№ п/п 1	Наименование электроприемника	Рн, кВт	n	Ки	cosφ	tgφ
	Трехфазный ДР Компрессорная установка			0,65	0,8
	Вентиляторная установка			0,7		0,75
	Насосная установка
	Станок фрезерный	11,5		0,14	0,5	1,73
	Станок токарный
	Станок строгальный
	Станок карусельный
	Станок наждачный	2,8
	Станок винторезный
	Станок расточный
	Станок шлифовальный
	Станок слиткообдирочный
	Станок галтовочный
	Молот ковочный			0,24	0,65	1,17
	Пресс штамповочный	4,5
	Автомат фрезерный	7,5		0,17
	Печь индукционная			0,75	0,35	2,67
	Печь дуговая			0,87	0,56
	Печь сопротивления			0,8	0,95	0,33
	Конвейер ленточный			0,55	0,75	0,88
	Транспортер роликовый
	Трехфазный ПКР Кран мостовой, ПВ = 25 %			0,05	0,5	1,73
	Тележка подвесная, ПВ = 40 %			0,1	0,5	1,73
	Тельфер транспортный, ПВ = 60 %
	Однофазный ПКР Трансформатор сварочный, ПВ = 40 %	28 кВ-А		0,2	0,4	2,29
	Аппарат дуговой сварки, ПВ = 60 %	16 кВА		0,3 0,35 2,67	0,35	2,67
	Аппарат стыковой сварки, ПВ = 25 %	14 кВ-А		0,35 0,55 1,51	0,55	1,51
	Осветительная установка Лампы накаливания	9 ... 11 Вт/м2
	Газоразрядные лампы			0,85 0,95	0,95	0,33

Системы электроснабжения

(Учебно-методическое пособие для студентов заочников по специальности 140211 «Электроснабжение»)

Нижнекамск 2009

Составитель: ст. препод. Файрушин Р.Р.

Рецензент: проф.Кузнецов А.В.

Предназначена для студентов заочной формы обучения по специальности 140211 «Электроснабжения»

Содержание

Введение

1. Теоретические основы по СЭС

Общая характеристика систем электроснабжения

Основные группы потребителей электроэнергии

Основные условия и задачи формирования систем электроснабжения

Номинальные напряжения электроустановок

Основные типы схем электрических сетей

Режим нейтрали электрических сетей

Классификация режимов ЭЭС

Переходные режимы и процессы

Нормативные показатели устойчивости и их обеспечение

Средства управления режимами и их функции

Основные принципы диспетчерского управления

Временные уровни управления режимами ЭЭС

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

Потребители и источники реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности

Регулирование напряжения в электрических сетях

2. Вопросы для переаттестации

3. Задания к выполнению контрольных работ

Примеры решения задач

Задания для контрольных работ

4. Задания к выполнению курсовой работы

Список литератур

Введение

В учебном пособии представлены краткий теоретический курс по дисциплине «Системы Электроснабжения», вопросы для переаттестации, задания к выполнению контрольных работ и образцы их выполнения а также задания к выполнению курсовой работы.

Справочный материал представлен в приложении. Приложение А содержит технические данные аппаратов В ходе выполнения контрольных заданий и курсовой работы студенты должны изучить: режимы работы электрических систем, основные параметры расчета электрических сетей; методику определения расчетных нагрузок цехов и электроснабжения низковольтных и высоковольтных предприятия в целом; схемы сетей.

Теоретические основы по СЭС

Общая характеристика систем электроснабжения

Системами электроснабжения (СЭС) объектов хозяйства страны называются электроэнергетические комплексы, обеспечивающие непосредственное питание электроэнергией конкретных потребителей или их групп. В данные комплексы входят местные электрические станции, электрические сети всех необходимых номинальных напряжений и конструктивных исполнений, а также электроприемники всех технологических назначений. Из сказанного следует, что СЭС являются неотъемлемой частью электроэнергетических систем (ЭЭС). Изложенная принципиальная трактовка современных СЭС как части ЭЭС определяется: а) формированием графиков нагрузок ЭЭС технологическими графиками всех групп потребителей электроэнергии (ПЭ); б) высокими требованиями к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии современных ПЭ и отдельных электроприемников (ЭП); в) существенным влиянием на качество электроэнергии в питающей ЭЭС, оказываемым некоторыми крупными промышленными и электротранспортными установками (электродуговые сталеплавильные печи, выпрямительные установки электролиза и транспорта и т.п.).

Источниками питания (ИП) электроэнергией СЭС в основном являются понижающие подстанции 35-220/6-10 кВ ЭЭС, а также местные электрические станции. Последними могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) городов и крупнейших промышленных предприятий, осуществляющие как электро-, так и теплоснабжение потребителей, а также дизельные электростанции (ДЭС) в сельскохозяйственных и удаленных от ЭЭС районах.

Электрические сети, питающие СЭС, состоят из внешних воздушных линий 35-220 кВ и 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.

Электроприемники различных технологических назначений преобразуют электроэнергию в механическую, тепловую, электрических и магнитных полей и т.п.

Рис 1.1. Структурная электрическая схема электроэнергетической системы (ЭЭС) и системы электроснабжения (СЭС):

ПС- подстанции 35-220/6-10 кВ; ТЭЦ- теплоэлектроцентраль городская или промышленного предприятия; ГПП, ПГВ - главная понижающая подстанция или подстанция глубокого ввода; РП- распределительный пункт; ТП - трансформаторная подстанция б-10/0,38 (0,66) кВ; РЭС- распределительная электрическая сеть; ЭТ- электротермические установки; ЭО - электрическое освещение; ЭПр - электропривод; ПЭТ- подстанция электрического транспорта; ЭП - электроприемники; ПЛ- питающая линия