Магистральная схема. Область применения.

Магистральная схема. Область применения.

Магистральные схемы широко применяются в помещениях с нормальной средой и равномерным распределением технологического оборудования. При этом нередко трансформатор цеховой подстанции не имеет распределительного щита на низкой стороне и магистральная сеть выполняется по схеме блока трансформатор-магистраль (рис. 3.2).

Магистральную сеть наиболее просто выполнить с использованием шинопроводов. Сети, выполненные из шинопроводов, по гибкости и универсальности являются наиболее совершенными. В качестве магистральных шинопроводов используется комплектный шинопровод типа ШМА, в качестве распределительного – ШРА. В цехах, где имеется несколько подстанций, для повышения надежности электроснабжения магистральные сети питают, как правило, от нескольких подстанций и секционируют нормально отключенными автоматическими выключателями

Магистральная схема цеховой электрической сети:

1 – магистральный шинопровод; 2 – распределительный шинопровод;

3 – троллейный шинопровод; 4 – электроприемники

Смешанная схема.

В чистом виде магистральные или радиальные схемы применяются редко. На практике наибольшее распространение получили смешанные схемы. В зависимости от характера производства, размещения электроприемников и условий окружающей среды силовые сети могут выполняться по смешанной схеме. В этих схемах ШР часто запитываются не от щита ТП. Мощные ЭП обычно присоединяются непосредственно к щиту ТП или магистральному шинопроводу (ШМА).

Часть электроприемников получает питание от магистралей, часть — oт силовых РП, которые, в свою очередь, питаются либо от щита ТП, либо от магистральных или распределительных шинопроводов. Модульные проводки могут получать питание от распределительных шинопроводов или от силовых РП, включенных по радиальной схеме. Такое сочетание позволяет более полно использовать достоинства радиальных и магистральных схем.

Ø Типовые схемы внешнего электроснабжения горных предприятий

Карьеры (разрезы), являясь крупными потребителями электроэнергии, получают ток, как правило, от энергетической системы, а точнее, от ее районных понизительных подстанций систем (РПС) по воздушным и кабельным линиям электропередач (ЛЭП).

Горные предприятия имеют две системы электроснабжения: внешнюю и внутреннюю. К первой относятся линии электропередач от выводов районной понизительной подстанции до вводов на шины главной понизительной подстанции ГПП предприятия. Электроэнергия на ГПП подводится на напряжение 6, 10, 35, 110 и 220 кВ. При этом отдается предпочтение более высоким напряжениям, т.к. при подводе на ГПП 35, 110 или 220 кВ снижаются потери электроэнергии из-за уменьшения числа ступеней трансформации и используемых аппаратов. Такая система получила название – «глубокий» ввод. При этом, как правило, в глубь предприятия к подстанциям глубокого ввода 110-220 кВ (ПГВ), располагаемым непосредственно у наиболее крупных узлов потребления электроэнергии, заводится одна или несколько двухцепных воздушных линий электропередач. На предприятии обычно сооружается не менее двух подстанций ПГВ с установкой на каждой из них двух трансформаторов и загрузкой каждого в нормальном (номинальном) режиме на 70-80% их номинальной мощности. Небольшие предприятия имеют одну подстанцию ГПП (ПГВ). Схема коммутации главной понизительной подстанции (ГПП) должна обеспечивать раздельную работу питающих линий электропередач (ЛЭП) и трансформаторов при нормальном режиме эксплуатации. Их параллельная работа допустима только на время ликвидации аварии в сети. Поэтому каждая из питающих ЛЭП рассчитывается на полную нагрузку предприятия. Нейтрали трансформаторов подстанций ГПП со стороны низшего напряжения не имеют соединения с землей, т.к. на карьерах (разрезах) принята система электроснабжения с изолированной нейтралью.

Если в числе приемников или потребителей карьера (разреза) имеется хотя бы один, относящийся к первой категории по степени ответственности, то число источников питания (например, линий электропередач) должно быть не менее двух и перерыв в их питании может быть только на время автоматического ввода резервного питания (АВР).

Выбор схем внешнего электроснабжения во многом определяется категориями потребителей.

Замкнутые сети

Это резервированные сети. Здесь потребитель получает питание не менее чем по двум ветвям.

В простых замкнутых каждый узел питается не более чем по двум ветвям, в сложнозамкнутых сетях – несколько контуров.

Общие положения

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных (ГПП) и цеховых трансформаторных (ЦТП) подстанций промышленных предприятий должен быть правильным, технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

При выборе числа и мощности силовых трансформаторов важными критериями являются надёжность электроснабжения, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. Оптимальный вариант выбирается на основе сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов, определяемых по выражению:

; (6.1)

где - затраты;

- нормативный коэффициент экономической эффективности;

- капитальные вложения;

- эксплуатационные расходы.

Рассмотрим некоторые рекомендации общего характера по выбору силовых трансформаторов и сопутствующего им коммутационного оборудования.

Для удобства эксплуатации систем электроснабжения следует стремиться выбирать не более двух-трёх стандартных мощностей основных трансформаторов (не считая вспомогательных). Это ведёт к сокращению складского резерва и облегчает замену повреждённых трансформаторов. Желательна установка трансформаторов одинаковой мощности, однако такое решение не всегда выполнимо.

В целях удешевления ГПП напряжением 35-220 кВ рекомендуется применять схемы без установки выключателей на стороне высшего напряжения. У цеховых трансформаторов не следует использовать распределительное устройство на стороне высшего напряжения, а применять непосредственное (глухое) присоединение питающей кабельной линии к трансформатору при радиальных схемах питания трансформатора или присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при магистральных схемах питания. При магистральной схеме питания трансформатора мощностью 1000 кВА и выше вместо разъединителя необходимо устанавливать выключатель нагрузки, так как при напряжении 6-20 кВ разъединителем можно отключать холостой ход трансформатора мощностью не более 630 кВА.

При проектировании схем внутризаводского питания желательно использовать комплектные трансформаторные подстанции (КТП), т.к. их блочно-модульное исполнение обеспечивает наиболее дешёвый и быстрый способ монтажа (5 - 10дней).

Предпочтение КТП для внутренней установки следует отдавать только при наличии вредных агрессивных факторов.

Выбор числа трансформаторов

Число трансформаторов на ГПП и ЦТП определяется требованиями надёжности электроснабжения. Надёжность электроснабжения потребителей I-ой категории обеспечивается за счёт наличия двух независимых источников питания, при этом необходимо осуществлять резервирование питания и иметь на одном вводе минимум один трансформатор (желательно два, т.к. при этом не производят отключения II-ой категории потребителей, если возможна замена вышедшего из строя трансформатора в течение нескольких часов).

При проектировании цеховых трансформаторных подстанций желательно использовать КТП. Правильное определение мощности КТП и их числа производят на основании технико-экономических расчётов (ТЭР) с учётом компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ. Выбор количества трансформаторов определяют из диапазона:

где - минимальное число цеховых трансформаторов (при полной компенсации реактивных нагрузок); - максимальное число цеховых трансформаторов (при отсутствии компенсирующих устройств); - расчётная нагрузка цеха; - средний коэффициент загрузки для всех ТП; - номинальная мощность цехового трансформатора.

На рис. 1 приведена схема электроснабжения с установкой одного и двух трансформаторов, а на рис. 2 даны схемы их замещения. В схеме на рис. 2 изображены элементы цепи (с одним и двумя трансформаторами), соединенные последовательно: шинный разъединитель, выключатель на стороне высшего напряжения, трансформатор, выключатель на стороне низшего напряжения или автоматический выключатель и разъединитель или штепсельный разъём на стороне низшего напряжения.

Рис. 1. Схема электроснабжения: а) с одним трансформатором; б) с двумя трансформаторами.	Рис. 2. Схема замещения для расчёта схемы электроснабжения: а) с одним трансформатором; б) с двумя трансформаторами.

Задача заключается в том, чтобы из двух намеченных вариантов схем (рис. 1,а и б) выбрать одну с лучшими технико-экономическими показателями. Оптимальный вариант схемы выбирается на основе сравнения приведенных годовых затрат по каждому варианту:

(6.3)

где -эксплуатационные расходы i-говарианта; -капитальные затраты i-говарианта; - убытки потребителя электроэнергии от перерывов электроснабжения.

По схеме на рис. 1,а наступает полный перерыв питания, а по схеме на рис. 1, б оставшийся в работе трансформатор с перегрузкой обеспечивает питание всех потребителей. Для схемы на рис. 1,а питание со стороны низшего напряжения трансформатора по резервной кабельной линии от соседней трансформаторной подстанции осуществлять нецелесообразно, так как такая схема аналогична схеме подстанции с двумя трансформаторами, но имеет худшие показатели за счёт длинной кабельной линии между системами шин двух удалённых друг от друга подстанций.

Объективная оценка при выборе числа трансформаторов должна быть произведена с учётом фактора надёжности.

Под надёжностью системы электроснабжения понимается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования.

Показатели надёжности -это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих надёжность. Одним из основных показателей надежности является вероятность безотказной работы . Это вероятность того, что в пределах заданного времени отказа не возникнет.

Надёжность системы с точки зрения продолжительности работы до отказа оценивается наработкой на отказ или средним временем безотказной работы.

Сооружение однотрансформаторных подстанций не всегда обеспечивает наименьшие затраты. Если же по условиям резервирования питания потребителей необходима установка более одного трансформатора, то нужно стремиться к тому, чтобы их было не более 2.

При использовании двухтрансформаторных подстанций, выход из строя одного из трансформаторов, обеспечивается 100%-ная надёжность питания в течение времени, необходимого для ремонта поврежденного трансформатора или его замены.

Выбор числа трансформаторов связан также с режимом работы подстанции. График нагрузки может быть таким, при котором по экономическим соображениям необходимо установить не один, а два трансформатора. Это имеет место, как правило, при низком коэффициенте заполнения графика нагрузки (0,5и ниже). В этом случае необходима установка отключающих аппаратов для оперативных действий (производящихся дежурным персоналом или происходящих автоматически) с силовыми трансформаторами при соблюдении экономически целесообразного режима их работы.

С учётом вышесказанного использование двухтрансформаторных подстанций экономически более целесообразно, чем подстанций с одним или большим числом трансформаторов. Схемы электрических соединений на стороне высшего напряжения подстанций представлены на рис. 3.

Рис. 3. Однолинейные схемы электрических соединений главных понизительных подстанций с двумя трансформаторами: а, б – без выключателей на стороне высшего напряжения; в – с выключателем на стороне высшего напряжения.

Схему рис. 3, а (два блока линия -трансформатор с отделителями и автоматически действующей перемычкой) применяют для ответвительных или тупиковых подстанций, когда необходимо автоматическое восстановление питания трансформатора после аварийного отключения его линии. Схему рис. 3,б (блок линия -трансформатор с отделителем) рекомендуют для подстанций, присоединяемых к линии, питающей несколько подстанций. Применение короткозамыкателей на линиях длиной10—12 км не рекомендуется из-за возможности появления километрического эффекта. Тогда вместо короткозамыкателя используют телепередачу отключающего импульса по каналам связи. Схему рис. 3,в (мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепи трансформаторов) применяют при двустороннем питании или транзите мощности по одной линии при отсутствии АПВ. Применение простых схем (рис. 3)особенно выгодно, когда стоимость выключателя на стороне высшего напряжения соизмерима со стоимостью установки трансформатора. Для снижения токов КЗ и облегчения работы аппаратов напряжением до 1 кВ в нормальном режиме обычно применяют раздельную работу трансформаторов. Для резервирования части нагрузки при отключении одного из работающих трансформаторов второй включается с помощью секционного автоматического выключателя, обеспечивает электроснабжение потребителей и работает с перегрузкой до восстановления схемы нормального режима работы. Ввод резервного питания для потребителей первой категории должен осуществляться автоматически.

Магистральная схема. Область применения.

Магистральные схемы широко применяются в помещениях с нормальной средой и равномерным распределением технологического оборудования. При этом нередко трансформатор цеховой подстанции не имеет распределительного щита на низкой стороне и магистральная сеть выполняется по схеме блока трансформатор-магистраль (рис. 3.2).

Магистральную сеть наиболее просто выполнить с использованием шинопроводов. Сети, выполненные из шинопроводов, по гибкости и универсальности являются наиболее совершенными. В качестве магистральных шинопроводов используется комплектный шинопровод типа ШМА, в качестве распределительного – ШРА. В цехах, где имеется несколько подстанций, для повышения надежности электроснабжения магистральные сети питают, как правило, от нескольких подстанций и секционируют нормально отключенными автоматическими выключателями

Магистральная схема цеховой электрической сети:

1 – магистральный шинопровод; 2 – распределительный шинопровод;

3 – троллейный шинопровод; 4 – электроприемники

Смешанная схема.

В чистом виде магистральные или радиальные схемы применяются редко. На практике наибольшее распространение получили смешанные схемы. В зависимости от характера производства, размещения электроприемников и условий окружающей среды силовые сети могут выполняться по смешанной схеме. В этих схемах ШР часто запитываются не от щита ТП. Мощные ЭП обычно присоединяются непосредственно к щиту ТП или магистральному шинопроводу (ШМА).

Часть электроприемников получает питание от магистралей, часть — oт силовых РП, которые, в свою очередь, питаются либо от щита ТП, либо от магистральных или распределительных шинопроводов. Модульные проводки могут получать питание от распределительных шинопроводов или от силовых РП, включенных по радиальной схеме. Такое сочетание позволяет более полно использовать достоинства радиальных и магистральных схем.

Ø Типовые схемы внешнего электроснабжения горных предприятий

Карьеры (разрезы), являясь крупными потребителями электроэнергии, получают ток, как правило, от энергетической системы, а точнее, от ее районных понизительных подстанций систем (РПС) по воздушным и кабельным линиям электропередач (ЛЭП).

Горные предприятия имеют две системы электроснабжения: внешнюю и внутреннюю. К первой относятся линии электропередач от выводов районной понизительной подстанции до вводов на шины главной понизительной подстанции ГПП предприятия. Электроэнергия на ГПП подводится на напряжение 6, 10, 35, 110 и 220 кВ. При этом отдается предпочтение более высоким напряжениям, т.к. при подводе на ГПП 35, 110 или 220 кВ снижаются потери электроэнергии из-за уменьшения числа ступеней трансформации и используемых аппаратов. Такая система получила название – «глубокий» ввод. При этом, как правило, в глубь предприятия к подстанциям глубокого ввода 110-220 кВ (ПГВ), располагаемым непосредственно у наиболее крупных узлов потребления электроэнергии, заводится одна или несколько двухцепных воздушных линий электропередач. На предприятии обычно сооружается не менее двух подстанций ПГВ с установкой на каждой из них двух трансформаторов и загрузкой каждого в нормальном (номинальном) режиме на 70-80% их номинальной мощности. Небольшие предприятия имеют одну подстанцию ГПП (ПГВ). Схема коммутации главной понизительной подстанции (ГПП) должна обеспечивать раздельную работу питающих линий электропередач (ЛЭП) и трансформаторов при нормальном режиме эксплуатации. Их параллельная работа допустима только на время ликвидации аварии в сети. Поэтому каждая из питающих ЛЭП рассчитывается на полную нагрузку предприятия. Нейтрали трансформаторов подстанций ГПП со стороны низшего напряжения не имеют соединения с землей, т.к. на карьерах (разрезах) принята система электроснабжения с изолированной нейтралью.

Если в числе приемников или потребителей карьера (разреза) имеется хотя бы один, относящийся к первой категории по степени ответственности, то число источников питания (например, линий электропередач) должно быть не менее двух и перерыв в их питании может быть только на время автоматического ввода резервного питания (АВР).

Выбор схем внешнего электроснабжения во многом определяется категориями потребителей.