Системы электроснабжения объектов
Общие сведения
В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без электричества. Оно уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и быт людей. Основное достоинство электрической энергии — относительная простота производства, передачи, дробления и преобразования.
Потребление энергии в России (тепловой и электрической) сейчас составляет около 1 млрд т условного топлива (ТУТ) в год. Из них не возобновляемые источники (нефть, газ и пр.) дают 97,9 %. При переработке топлива образуются окислы вредных веществ (ЫО, СО, СН), нанося невосполнимый ущерб окружающей среде. Однако, несмотря на это, около 15 % населения и 70 % территории страны испытывают недостаток в электрической и тепловой энергии.
Проведенные исследования энерго- и ресурсосбережения показывают, что нетрадиционные возобновляемые источники энергии могут обеспечить всю потребность в энергоснабжении страны. Потенциал нетрадиционной энергетики очень перспективен:
• ветроэнергетика — 2,0 млрд ТУТ в год;
• солнечная энергетика — 2,3 млрд ТУТ в год;
• малая гидроэнергетика — 125 млн ТУТ в год;
• низкопотенциальное тепло — 105 млн ТУТ в год.
В настоящее время в связи с экологическими и топливными проблемами в России восполняемые источники энергии начина ют приобретать приоритетное значение. для решения задач энергоснабжения Правительство РФ специальным постановлением от 24 января 1998 г. утвердило Федеральную целевую программу «Энергоснабжение Россию» на 1998— 2005 гг. Энергоснабжение страны будет осуществляться комплексно как электро- и теплоснабжение, с привлечением новейших разработок в области нетрадиционной энергетики.
Наиболее дешевым ц доступным энергетическим ресурсом является ветер, поэтому целесообразно создать энергетические комплексы на основе ветроэлектростанций и тепловых машин с высоким КПД. Применение такого оборудования позволит существенно снизить как начальные капиталовложения, так и эксплуатационные затраты.
Современный город представляет собой сложный комплекс различных потребителей электрической энергии. Основная ее часть потребляется промышленностью (около 70 %).
В последние годы область применения электроэнергии для коммунально-бытовых нужд, составляющая в среднем 20 % от общего потребления, заметно расширилась. В зависимости от величины города, климатических условий, уровня развития в нем промышленности и многих других факторов доля коммунально-бытовой нагрузки и удельное электропотребление (на одного жителя или на 1 м жилой площади) могут меняться в широких пределах.
Согласно генеральному плану реконструкции и развития города в Москве ежегодно строится более З млн м жилья. Использование самых современных энергосберегающих строительных технологий позволяет добиться суммарного (тепло плюс электричество) по требления энергии жилым домом 50 Вт/м (МГСН 2.01—99) или 150 МВт дополнительной мощности на все вновь построенное жилье. для обеспечения этого количества энергии необходимо 510 МВт тепловой мощности или 307 млн м природного газа, что соответствует 386 тыс. ТУТ.
В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок:
• по производству электроэнергии — электрические станции;
• по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии — электрические сети и подстанции;
• по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах — приемники электроэнергии.
Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и др.) с помошью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие электрические станции разделяют на следуюшие основные группы: тепловыте, гидравлические, атомные, ветряные и др.
Приемником электроэнергии называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая ее в механическую, тепловую, свето в энергию, энергию электростатического и электромагнитного полей.
По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические ‚установки; электрохимические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки ультразвука и т.д.). Электроприемники характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др.
Совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называет ся электропотребителем.
Совокупность электрических станции, линий электропередачи, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных одним и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии, называется знергетической системой. Единая энергетическая система (ЕЭС) объединяет энергетические системы отдельных районов, соеди няя их линиями электропередачи.
Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительньтх устройств, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называют электроэнергетической системой.
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из под станций и распределительных устройств, которые соединены линиями электропередачи, и работающая на определенной территории.
Электрическая сеть объекта электроснабжения, называемая системой электроснабжения объекта, является продолжением электрической системы. Система электроснабжения объекта объединяет понижающие и преобразовательные подстанции, распределительные пункты, электроприемники и ЛЭП.
Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции — электроустановке, состоящей из трансформаторов или иных преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств.
Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на распределительных подстанциях (РП).
Электрические сети подразделяются по следующим признакам.
1. Напряжение сети. Сети могут быть напряжением до 1 кВ — низковольтными, или низкого напряжения (НИ), и выше 1 кВ — высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).
2. Род тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трех фазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом электроэнергия может трансформироваться. При большом числе однофазных приемников от трехфазных сетей делают однофазные ответвления. Принятая частота переменного тока в ЕЭС России равна 50 Гц.
3. Назначение. По характеру потребителей и в зависимости от назначения территории, на которой они находятся, различают сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности. Кроме того, имеются районные сети, служащие для соединения крупных электрических станций и подстанций на напряжении выше 35 кВ; сети межсистемных связей, предназначенные для соединения крупных электроэнергетических систем на напряжении 330, 450 и 500 кВ.
Рис. 17.1. Схема электрической системы
Вместе с тем применяют понятия «питающие сети» и «распределительные сети».
4. Конструктивное выполнение сетей. Линии могут быть воздушными, кабельными и токопроводами. Подстанции могут быть открытыми и закрытыми.
Примерная схема относительно простой электроэнергетической системы приведена на рис. 17.1. Здесь электрическая энергия, вырабатываемая на двух электростанциях различных типов — тепловой электростанции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — подводится к потребителям, удаленным друг от друга. для того чтобы передать электроэнергию на расстояние, ее предварительно преобразовывают, повышая напряжения трансформаторами. У мест потребления электроэнергии напряжение понижают до нужной величины. Из схемы можно понять, что электроэнергия пере дается по воздушным линиям. Схема представлена в однолинейном изображении.
В действительности элементы системы, работающие на переменном токе, имеют трехфазное исполнение. Однако для выявления структуры системы и анализа ее работы нет необходимости в ее трехфазном изображении, вполне достаточно однолинейного.