Условные обозначения, система заземления нейтралей. Стандартная шкала мощностей и напряжений

РАЗДЕЛ 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

ЛЕКЦИЯ 1.

ТЕМА 1.1–1.3 (2 часа).

План

1.1. Введение. Краткая историческая справка о развитии электроэнергетики.

1.2. Условные обозначения, система заземления нейтралей. Стандартная шкала мощностей и напряжений.

1.3. Основные типы станций: ТЭЦ, КЭС, ГЭС, АЭС, ГТУ, ПГУ. Возобновляемые источники энергии: ГэоЭС, ВЭС, ПЭС и др.

Введение. Краткая историческая справка о развитии

Электроэнергетики

Топливно-энергетический комплекс страны охватывает получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов.

Электроэнергетика– ведущая составляющая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию хозяйства страны на основе рационального производства и распределения электроэнергии.

Основная часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями. Электростанции объединены между собой и с потребителями высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП) и образуют электрические системы.

Начало применения электричества положили открытие электрической дуги В. В. Петровым (1802 г.), изобретение П. Н. Яблочковым электрической дуговой свечи (1876 г.) и А. Н. Лодыгиным лампы накаливания (1873–1874 гг.).

Промышленное применение электроэнергии началось с создания Б. С. Якоби первого практически применимого электродвигателя с вращательным движением (1834–1837 гг.) и изобретения гальванопластики (1838 г.). В 1882 г. Н. Н. Бенардос открыл способ электросварки металлов.

Первые центральные электростанции постоянного тока мощностью несколько десятков, а позднее несколько сотен киловатт были сооружены в 80-х и начале 90-х годов XIX в. в Москве, Петербурге, Царском селе (ныне г. Пуш-кин) и ряде других городов. Эти электростанции почти не имели силовой нагрузки, и только с 1892 г., когда был пущен электрический трамвай в Киеве (первый трамвай в России), появляется некоторая силовая нагрузка у станций постоянного тока.

Небольшое напряжение станций постоянного тока (110–220 В) ограничивало радиус их действия, а тем самым и их мощность. Изобретение силового трансформатора (П. Н. Яблочков, 1876 г.) открыло возможность применения переменного тока высокого напряжения и значительно увеличило радиус действия электростанций.

Первые центральные электростанции однофазного переменного тока напряжением 2–2,4 кВ были сооружены в Одессе (1887 г.), Царском селе (1890 г.), Петербурге (1894 г.) и ряде других городов.

Переломным моментом в развитии электроснабжения вообще и электростанций в частности явилось создание в 1888–1889 гг. выдающимся русским инженером М. О. Доливо-Добровольским системы трёхфазного переменного тока. Им впервые были созданы трёхфазные синхронные генераторы, трёхфазные трансформаторы и, что особенно важно, трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным роторами.

Первая в России электростанция трёхфазного тока мощностью 1200 кВ∙А была сооружена инженером А. Н. Щенсновичем в 1893 г. в Новороссийске. Станция предназначалась для электрификации элеватора.

Подводя общие итоги развития электроэнергетики в дореволюционной России, можно сказать, что установленная мощность всех электростанций России в 1913 г. составляла около 1100 МВт при производстве электроэнергии около 2 млрд. кВт ∙ ч в год. По уровню производства электроэнергии Россия занимала 15-е место в мире.

План ГОЭЛРО, принятый в 1920 г., предусматривал увеличение объёма промышленного производства в стране примерно в 2 раза по сравнению с 1913 г. Основой такого роста промышленности, было намечавшееся в течение 10–15 лет сооружение 30 районных электростанций в различных регионах страны общей мощностью 1750 МВт. Выработку электроэнергии предполагалось довести до 8,8 млрд. кВт ∙ ч в год.

План ГОЭЛРО был выполнен к 1 января 1931 г., то есть за 10 лет. Установленная мощность электростанций и выработка электроэнергии в различные исторические периоды приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Руст млн. кВт	1,1	2,88	11,2	19,6	66,72
W, млрд. кВт ∙ ч	2,0	8,8	48,3	91,2	292,27

Окончание табл. 1.1

				1998–1999
Руст , млн. кВт	166,2	266,7	315,1
W, млрд. кВт ∙ ч		1293,9	1544,2

С начала 90-х годов XX в. в топливно-энергетическом комплексе происходят кризисные явления. В отдельных районах наблюдается дефицит электроэнергии. Возросли требования к охране окружающей среды. России нужна новая энергетическая политика, которая была бы достаточно гибкой. Обязательно должна быть сохранена целостность электроэнергетического комплекса и ЕЭС России. Важна поддержка независимых производителей энергоносителей, ориентированных на использование возобновляемых или местных энергетических ресурсов.

В итоге проведения реформы будут достигнуты следующие результаты:

– увеличится объём инвестиций в электроэнергетику, и как следствие, ускорится процесс модернизации отрасли, повысится её эффективность;

– изменения в электроэнергетике будут способствовать развитию смежных отраслей: поставщиков оборудования, топлива и т. д.;

– сократится средний удельный расход электроэнергии;

– возрастёт надежность энергоснабжения потребителей;

– возникнут рыночные, экономические стимулы для независимого производства электроэнергии и развития межсистемных связей.

Энергетическая стратегия определила объёмы вводов на электростанциях России на период до 2020 г. В оптимистическом варианте они оцениваются в 177 млн. кВт, в том числе на ГЭС и ГАЭС – 11,2 млн. кВт, на АЭС – 23 млн. кВт, на ТЭС – 143 млн. кВт (рис. 1.2). При этом объёмы вводов на замену устаревшего оборудования (техническое перевооружение) должны составить около 76 млн. кВт. В умеренном варианте потребность во вводе генерирующих мощностей составит 121 млн. кВт, из них 70 млн. кВт на техническое перевооружение.

С учётом увеличения экспорта производство электроэнергии к 2020 г. составит 1215–1365 млрд. кВт · ч. При этом намечается значительный рост производства электроэнергии: на АЭС – со 142 млрд. кВт · ч в 2002 г. до 230–300 млрд. кВт · ч в 2020 г., на ГЭС – со 164 млрд. кВт · ч в 2002 г. до 195–215 млрд. кВт · ч в 2020 г.

Как и в настоящее время, в перспективе особенности территориального размещения топливно-энергетических ресурсов будут определять структуру вводов мощностей.

Условные обозначения, система заземления нейтралей. Стандартная шкала мощностей и напряжений

В электрических схемах электроустановок приняты следующие буквенные и графические обозначения некоторых элементов при однолинейном изображении (табл. 1.2).

Выключатели (Q) предназначены для включения и отключения электрических присоединений в нормальном режиме, а также при коротких замыканиях (КЗ) с большими токами. Выключатели, предусмотренные в СШ, называют секционными (QB). В РУ при нормальной работе они замкнуты, но должны автоматически размыкаться при КЗ.

Разъединители (QS) изолируют (отделяют) на время ремонта в целях безопасности электрические машины, трансформаторы, линии электропередач, аппараты и другие элементы от смежных частей, находящихся под напряжением. Они способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе. Операции с разъединителями и выключателями должны выполняться в строго определённом порядке.

Разъединители размещают так, чтобы любой аппарат или часть РУ могли быть изолированы для безопасного доступа и ремонта. Необходимо также заземлить участок системы, подлежащей ремонту. Для этого у разъединителей предусматривают заземляющие ножи (QSG), с помощью которых изолированный участок может быть заземлен с двух сторон, т. е. соединён с заземляющим устройством. Заземляющие ножи снабжают отдельными приводами. Нормально заземляющие ножи отключены. Разъединители используют также для переключений с одной системы СШ на другую без разрыва тока в цепях.

Токоограничивающие реакторы (LR) представляют собой индуктивные сопротивления, предназначенные для ограничения тока КЗ в защищаемой зоне. В зависимости от места включения различают реакторы секционные и линейные.

Измерительные трансформаторы тока(ТА) предназначены для преобразования тока до значений, удобных для измерений.

Измерительные трансформаторы напряжения (TV) предназначены для напряжений, удобных для измерений.

В принципиальных схемах измерительные трансформаторы напряжения обычно не показывают.

Вентильные разрядники(FV), а также ограничители перенапряжений предназначены для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных перенапряжений. Они должны быть установлены около трансформаторов или электроаппаратов в пределах станции, подстанции, РУ.

Примеры обозначений условных графических и буквенных кодов элементов электрических схем приведены в в табл. 1.2.

Таблица 1.2

– замыкающий контакт (а);

– размыкающий контакт (б)

Наименование элемента схемы	Графическое обозначение	Буквенный код
А. Условные обозначения для схем первичных цепей
Машина электрическая. Общее обозначение Примечание. Внутри окружности допускается размещение квалифицирующих символов и дополнительной информации, при этом диаметр окружности, при необходимости, изменяют		G, M
Генератор переменного трёхфазного тока, например с обмоткой статора, соединённой в звезду с параллельными ветвями		G
Электродвигатель переменного тока		M
Генератор постоянного тока (возбудитель)		GE
Обмотка статора (каждой фазы) машины переменного тока		–
Обмотка возбуждения синхронного генератора		LG
Трансформатор (автотрансформатор) силовой. Общее обозначение Примечание. Внутри окружности допускается помещать квалифицирующие символы и дополнительную информацию. Допускается при этом увеличивать диаметр окружностей		T
Например, трансформатор и автотрансформатор с РПН с указанием группы соединений обмоток		T
Трансформатор силовой, трёхобмоточный		T
Обходной выключатель		QO
Аккумуляторная батарея
	GB
Б. Условные обозначения для схем дистанционного управления, сигнализации, блокировок и измерений
Контакты коммутационных устройств: – замыкающие (а); – размыкающие (б)
Ключ управления со сложной схемой коммутации		SA
Выключатель кнопочный: – с замыкающим контактом (а); – с размыкающим контактом (б)		SB SBC SBT
Диод, стабилитрон		VD
Транзистор		VT
Тиристор		VS
Устройства электромеханические с электромагнитным приводом: – электромагнит включения; – электромагнит отключения		YA YAC YAT
Обмотки реле, контакторов, магнитных пускателей в схемах управления: – реле тока; – реле напряжения; – реле времени; – реле промежуточное; – реле блокировки от многократных включений; – реле команды; – реле контроля давления; – реле положения; – реле фиксации команды		K KA KV KT KL KBS KC KSP KQ KQQ
Путевой выключатель:
	SQ SQT SQC
Лампа сигнальная: – с зелёной линзой; – с красной линзой		HL HLG HLR
Приборы измерительные показывающие. Общее обозначение Примечание. Внутри общего обозначения могут быть вписаны поясняющие буквы: – амперметр A – вольтметр V – ваттметр W – варметр var – частотомер Hz – синхроноскоп T		P PA PV PW PVA PF PS
Приборы регистрирующие. Общее обозначение. Например:   – амперметр регистрирующий;   – вольтметр регистрирующий;   – частотомер регистрирующий;   – осциллограф		PSA PSV PSF PO

Генераторы, трансформаторы и другие элементы электрическихсистем имеют нейтрали, режим работы которых (способ рабочего заземления) влияет на технико-экономические параметры и характеристики электрических сетей (уровень изоляции, требования к средствам защиты его от перенапряжений и других анормальных режимов, надёжность, капиталовложения и т. п.).

Электрические сети в зависимости от режима нейтрали условно можно разделить на четыре группы: сети незаземлённые (с изолированной нейтралью) – 660, 1140 В и 3–35 кВ, сети резонансно-заземлённые (сети с компенсацией ёмкостных токов) – 3–35 кВ, сети эффективно-заземлённые 110–220 кВ и сети глухозазёмленные – 220, 380 В и 330–1150 кВ.

При небольших значениях ёмкостного тока однофазного замыкания на землю I_C (для генераторов менее 5 А, для сетей до 35 кВ менее 10 А) дуга не возникает, либо гаснет без повторных зажиганий и сопровождающих их перенапряжений. Треугольник междуфазных напряжений остаётся неизменным, повреждённое оборудование и участки сети остаются в работе в течение нескольких часов, необходимых для отыскания и отключения места повреждения, электроснабжение потребителей не нарушается (положительный эффект). Напряжения неповреждённых фаз вырастают до междуфазного значения, что требует дополнительных расходов на изоляцию (отрицательный эффект). В целом, учитывая невысокий класс напряжения, имеем положительный экономический эффект.

Если ток однофазного замыкания на землю превышает указанные значения, дуга носит перемежающийся характер (неоднократные повторные зажигания дуги), сопровождается значительными перенапряжениями и возможностью перехода однофазного замыкания в междуфазные (многофазные). Компенсация ёмкостного тока на землю осуществляется с помощью регулируемых или нерегулируемых дугогосящих реакторов (резисторов), включаемых в нейтрали генераторов или трансформаторов. Если дуга не возникает, то замедляется процесс разрушения изоляции.

В электрических сетях с эффективно-заземлёнными нейтралями для выполнения желательного по условиям работы электрических аппаратов соотношения токов однофазного и трёхфазного коротких замыканий у части трансформаторов либо разземляют нейтрали, либо в нейтрали некоторых трансформаторов включают специальные активные, реактивные, комплексные или нелинейные сопротивления. Однофазные короткие замыкания отключаются быстродействующими защитами и выключателями. Воздействие перенапряжений кратковременно. Снижаются коммутационные перенапряжения. Напряжения при однофазном коротком замыкании не превышают 1,4 нормального фазного напряжения или 0,8 линейного. Перечисленные факторы позволяют снизить расходы на изоляцию, что даёт положительный экономический эффект.

В сетях 330 кВ и выше разземление нейтралей трансформаторов не допускается.

Согласно ГОСТ 724-74 и ГОСТ 21128-83 установлена шкала номинальных напряжений электрических сетей постоянного и переменного (50 Гц) токов: постоянный ток до 1000 В – 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 440 В; трёхфазный ток до 1000 В (междуфазное напряжение) – 12, 24, 36, 42, 220/127, 380/220, 600/380 В, более 1000 В – (3), 6, 10, 20, 35, 110, (150), 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Для турбогенераторов по ГОСТ 533-85 номинальные напряжения, кВ – 3,15, 6,3, 10,5, 15,75, 18, 20, 24, номинальная мощность, МВт – 2,5, 4, 6, 12, 32, 63, 110, 160, 220, 320, 500, 800, 1000, 1200.

Номинальные параметры электрооборудования – это параметры, определяющие свойства электрооборудования: U_н, I_н и многие другие. Их назначают заводы-изготовители. Они указываются в каталогах и справочниках, на щитках оборудования.

Номинальное напряжение – это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования. Действительные напряжения в различных точках системы могут несколько отличаются от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения, установленные для продолжительной работы.

Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии (электродвигателей, ламп и др.) называется то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

Таблица 1.3

Стандартные напряжения трёхфазного тока

Установки напряжением до 1000 В

Сети и приёмники электрической энергии, В

Установки напряжением свыше 1000 В

Сети и приёмники электрической энергии, кВ

Наибольшее рабочее напряжение, кВ

3,6

7,2

40,5

Номинальные напряжения для генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток силовых трансформаторов приняты на 5-10 % выше номинальных напряжений соответствующих сетей, чем учитываются потери напряжения при протекании тока по линиям.