Категория электроприемников по надежности электроснабжения

При построении схем электроснабжения необходимо руковод­ствоваться требованием надежного обеспечения потребителей элек­троэнергией стандартных параметров и в необходимом объеме. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники по степени надежности электроснабжения подразделяются на три категории. К перпой категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых может представлять опасность для жизни людей и приводить к значитель­ному материальному ущербу из-за выхода из строя оборудования, брака продукции, расстройства технологических процессов и на­рушения функционирования систем жизнеобеспечения города. В жилых зданиях к электроприемникам I категории относятся: лиф­ты, пожарные насосы, системы автоматического дымоудалепия. аварийное освещение, заградительные огни. Такие электроприем­ники должны обеспечиваться электроэнергией от двух независи­мых взаимно резервирующих источников питания по схеме с авто­матическим включением резерва (АВР).

II категория электроприемников допускает перерывы в элек­троснабжении на то время, которое необходимо для включения ре­зервного питания силами оперативного персонала. К этой группе относятся электроприемники большинства коммунальных пред­приятий, жилые здания свыше 5 этажей, любые здания с электро­плитами, лечебные и детские учреждения, школы и учебные заве­дения, общежития, гостиницы и другие здания. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

К III категории относятся все остальные электроприемники. электроснабжение которых может выполняться от одного источни­ка питания при условии, что перерыв в электроснабжении не будет превышать сутки.

Надежность электроустановок определяется безотказностью, работоспособностью, долговечностью, ремонтопригодностью и со­храняемостью. Безопасность - это свойство сохранять работоспо-

собность в течение наработки определенного времени, количества циклов, переключений и т. п. При этом под работоспособностью понимают такое состояние устройства (элемента), при котором оно способно выполнять заданные функции и сохранять значения ос­новных параметров в пределах, установленных нармативно-технической документацией. Сохранение работоспособности до определенного состояния, после которого требуется ремонт или за­мена уаройства (элемента), называют долговечностью. Свойство ремонтопригодности связано с возможностью восстановления ра­ботоспособности за счет ремонта или замены изношенных частей и элементов по истечении срока их долговечности. Понятие сохра­няемости, как свойство электроустановок, связано с локализацией последствий нарушения работоспособности в виде постепенного или внезапного отказа устройства (элемента).

Обеспечение требуемой категории надежности и безопасно­сти эксплуатации систем электроснабжения требует соблюдения ряда принципиальных положений при проектировании, монтаже и эксплуатации. В проектах систем электроснабжения должны быть обеспечены: 1) требуемый уровень надежности электро­снабжения; 2) экономичность и прогрессивность технических ре­шений; 3) удобство и безопасность обслуживания.

Надежность электроснабжения потребителей I и II категорий обеспечивается за счет резервирования распределительных и пи­тающих сетей, а также возможности создания схем с независимыми взаимно резервируемыми источниками питания. К числу независи­мых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций. При условии, что каждая секция имеет питание от независимого источника.

7.2.2. Схемы городских электрических сетей

Для выбора системы построения электрических сетей необхо­димо учитывать мощность и число потреби гелей, их расположение и расстояние до центров питания, условия надежности электроснабже­ния, возможность и необходимость резервирования отдельных эле­ментов, способы коммутации линий электропередачи, конструкцию трансформаторных подстанций, используемые средства защиты и ав­томатики. Поэтому схемы отличаются большим разнообразием.

По принципу построения схемы сети разделяются на разомк­нутые и замкнутые. Разомкнутые сети состоят из отдельных линий и получают питание с одной стороны. Несмотря на свою простоту, эти сети не всегда являются оптимальными, особенно при большом числе присоединенных потребителей и высоком уровне нагрузок. Замкнутые сети могут иметь один, два и более источников пита­ния. Преимуществом этой сети является более высокий уровень на­дежности электроснабжения.

В городах распределение электроэнергии напряжением 6-10 кВ осуществляется по радиальным, магистральным и смешанным схе­мам (рис. 7.2). При радиальной схеме каждая подстанция питается отдельными линиями. Эти схемы просты и надежны, но требуют больших расходов проводов, кабелей и оборудования.

Рис. 7.2. Схемы питания распределительных пунктов:

а - одна радиальная линия; б - радиальная с двумя параллельными линиями;

в - то же с тремя линиями: г - параллельная работа двух РП с петлей;

д - то же с автоматическим включением резерва (АВР); е - комбинированная схема питания РП от двух независимых источников

При магистральных схемах (рис. 7.3) к одной линии присое­диняется группа из нескольких трансформаторных подстанций. Эти

схемы дешевле радиальных, но менее надежны. Поэтому для по­вышения надежности электроснабжения городские подстанции вы­полняются с двумя трансформаторами и подключаются по двухлу-чевой или петлевой схемам. Двухлучевая схема обходится дороже петлевой с резервными перемычками. Однако двухлучевая схема имеет значительные преимущества, так как надежна в эксплуатации и обладает высоким быстродействием. При выходе из строя одного из лучей или трансформатора нагрузка автоматически переключа­ется на вторую линию и второй трансформатор (за 0,2-0,3 с). Кроме того, эта схема является самовосстаиавливающейся. При возникно­вении напряжения на отключившейся линии схема автоматически приходит в исходное положение. При петлевой схеме переключе­ния производятся вручную выездными бригадами.

Рис. 7.3. Схемы магистральных электрических сетей:

а и б - разомкнутые; в - петлевая

Для питаний зданий высотой 9-16 этажей используют ради­альные или магистральные схемы с переключателями на вводах. При выходе из строя одной питающей линии все электроприемники здания подключаются к линии, оставшейся в работе. Для питания зданий высотой 7 этажей и больше, имеющих потребителей 1 кате­гории, применяют радиальные схемы с АВР на вводах в здание.

Линии электропередачи

Линии электропередачи - это сооружения, которые служат для передачи электроэнергии от источника к потребителям. Они входят в состав основных элементов электрической сети. Линии электропередачи бывают кабельными для напряжения до 35 кВ и воздушными для напряжения до 1150 кВ.

Конструктивные элементы и параметры ЛЭП определяются в соответствии с требованиями Правил устройства электроуста­новок и СНиП. К основным параметрам ЛЭП относятся род тока, величина напряжения, число цепей, материал опор, марки прово­дов и кабелей.

В электрических сетях применяют изолированные и неизоли­рованные провода. Неизолированные провода изготавливают из меди, алюминия и стали. Провода делятся на однопроволочные и многопроволочные. При равных сечениях многопроволочные про­вода более гибкие, прочные и устойчивые к вибрациям. Медные провода имеют преимущества перед другими, так как имеют более низкое удельное электрическое сопротивление. Неизолированные провода маркируются следующим образом: М-25 - медный сече­нием 25 мм", А-70 - алюминиевый сечением 70 мм², АС 120 -сталь-алюминиевый сечением 120 мм", ПС 50 - стальной сечением 50 мм". Сталь-алюминиевые провода со стальным сердечником и алюминиевой оболочкой обладают высокой прочностью и поэтому используются при сооружении воздушных ЛЭП напряжением 35 кВ и выше.

Изолированные провода имеют жилы из меди или алюминия, заключенные в изоляционную и защитную оболочки. Марки про­водов расшифровываются следующим образом; А - алюминий; П (первая) - провод; Р - (резиновая; В - поливинилхлоридная; Н - не­горючая изоляция; П (вторая) - плоский; П (третья) - с раздели­тельным основанием. Например, марка АПППВ - провод с алюми­ниевыми жилами, плоский с разделительным основанием в поли-винилхлоридной изоляции. У проводов с медными жилами в обо­значении отсутствует буква А. Изолированные провода, как прави­ло, используются в силовых и осветительных сетях здании.

В системах электроснабжения широко используются силовые кабели на напряжение до 35 кВ. Токоведущие жилы кабелей вы-

полняются из меди или алюминия с изоляцией из бумажной ленты, пропитанной специальным составом, резины или пластмассы. Для защиты кабелей от внешних воздействий используются бронепо-крытия из стальной ленты, оболочки из свинца и алюминия, а так­же защитные покровы из битума и кабельной пряжи. Марки кабе­лей включают в себя буквенные обозначения и цифры, характери­зующие количество и сечение отдельных жил. Буквы расшифровы­ваются так: А - с алюминиевыми жилами; В - поливинилхлорид-ной изоляцией; Р - резиновой изоляцией; С - свинцовой оболочкой; Г - голый, но имеющий поверхностной оболочки; В (вторая) - в поливннилхлоридной оболочке; П - полиэтиленовой оболочке; Б -бронированный стальной лентой. Например, кабель марки АСБГ (3x50 1x16) обозначает кабель с алюминиевыми жилами, свинцо­вой оболочкой, бронированный, голый, четырехжильный (три жи­лы сечением 50 мм²и одна- 16 мм²).

Распределение электроэнергии в городах производится с по­мощью воздушных и кабельных линий. Воздушной линией элек­тропередачи (ВЛ) называется инженерное сооружение (устройство) для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на от­крытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арма­туры к опорам, кронштейнам или стойкам. Для ВЛ используют унифицированные опоры. Вид и материал опоры обозначают бук­вами: П - промежуточная; У - анкерно-угловая; С - специальная; Б - бетонная; Д - деревянная, а в обозначении металлических опор опускается. Напряжение ВЛ обозначают цифрами. Дополнительно ставится номер типоразмера опоры для одноцепных - нечетный, для двухцепных - четный. Например, П-110-6 - промежуточная, стальная, ПО кВ, двухцепная, типоразмер 6. УБ-35-3 - анкерно-угловая, одноцепная, железобетонная, 35 кВ, типоразмер 3. Для крепления проводов к опорам ВЛ используют подвесные и штыре­вые изоляторы, изготовленные из электротехнического фарфора, стекла или полимеров.

При прокладке ВЛ в городских условиях должны быть выпол­нены требования ПУЭ, регламентирующие пересечение и сближение ВЛ с различными сооружениями, зданиями и коммуникациями на терришрии города. Ширина коридора для ВЛ зависит от уровня на­пряжения и количества цепей. Так, например, для ВЛ ПО кВ - 50 м для одной цепи и 70 м для двух.

Кабельной линией называют инженерное сооружение для пе­редачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких па­раллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. К кабельным со­оружениям относятся: кабельные туннели, каналы, короба, блоки, шахты, эстакады, галереи, камеры и другие объекты. Проектирова­ние и сооружение кабельных линий должно производиться на ос­новании технико-экономических расчетов с учетом требований ПУЭ, конструкции кабелей, характера трассы, способа прокладки и др. Трасса кабеля должна выбираться с учетом наименьшего расхо­да кабеля. При выборе способа прокладки необходимо руково­дствоваться следующим:

• при прокладке в земле в одной траншее размещают не более
шести силовых кабелей, а при большем количестве их следует про­
кладывать в отдельных траншеях с расстоянием не менее 0,5 м ме­
жду группами или в специальных кабельных сооружениях;

• при количестве силовых кабелей более 20 их рекомендуется
прокладывать в туннелях, по эстакадам или в галереях;

• при прокладке кабелей по территории города должны учи­
тываться капитальные вложения и затраты, связанные с производ­
ством ремонтно-эксплуатационных работ;

• внутри зданий кабельные линии можно прокладывать непо­
средственно по конструкциям, открыто, в коробах или трубах.

Выбор конструкции кабелей следует производить по участку с наиболее тяжелыми условиями, если длина участков с более лег­кими условиями не превышает строительной длины кабеля (100-300 м). В настоящее время применяют преимущественно четы-рехжильные кабели с алюминиевыми жилами в алюминиевой обо­лочке. Для кабельных линий, прокладываемых в земле и воде, должны применяться бронированные кабели.

7.2.4. Подстанции и распределительные устройства

Городские подстанции глубокого ввода. 35-110 кВ выполня­ются со стороны высокого напряжения по упрощенной схеме -блочной или мостиковой. На подстанциях устанавливается, как правило, два трансформатора и предусматривается взаимное резер­вирование со стороны напряжения 6-10 кВ путем установки меж-

секционных выключателей сборных шин с АВР двустороннего дей­ствия. Блочная схема «линия - трансформатор» применяется для подстанций питаемых от самостоятельных линий.

Подстанции, как правило, должны проектироваться по про­стейшим схемам и с учетом их эксплуатации без обслуживающего персонала. Подстанции глубокого ввода могут иметь открытые (ОРУ) и закрытые распределительные устройства (ЗРУ). ОРУ назы­вают устройство, основное оборудование которого находится на от­крытом воздухе; ЗРУ - основное оборудование находится в здании. В настоящее время применяют комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из полностью или частично закрытых шкафов - блоков с встроенными в них аппаратами, выключателями, устройствами защиты и автоматики, поставляемых в полностью подготовленном для сборки виде.

Трансформаторные подстанции и распределительные пункты сооружаются как отдельно стоящие здания. Сооружения встроен­ных и пристроенных подстанций в жилых зданиях, учебных и ле­чебных заведениях, гостиницах и других строениях не допускается. ТП с воздушными вводами размещают в отдельно стоящем двух­этажном здании, где трансформаторы и РУ 0,4 кВ находятся на первом этаже, а РУ 6-10 кВ - на втором этаже. ТП с кабельными вводами размещаются в одноэтажном здании, где силовые транс­форматоры, РУ 6-10 кВ и щиты 0,4 кВ расположены в отдельных помещениях. Трансформаторные подстанции единой серии разли­чаются числом (1 или 2) и мощностью (100-630 кВЛ) устанавли­ваемых трансформаторов, количеством кабельных и воздушных линий, наличием секционированных шин. В последние годы все больше используются комплектные трансформаторные подстанции заводского изготовления для внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установки. КТП выполняются из отдельных шкафов-вво­дов, отходящих линий, секционных выключателей и соединяются между собой и трансформаторами встык. Шкафы различаются ти­пом и номинальными (паспортными) данными установленного оборудования. Стоимость сооружения таких подстанций в 1,5-2 ра­за ниже стоимости ТП с внутренним обслуживанием. Полное заво­дское изготовление и небольшой объем строительных работ значи­тельно сокращает сроки сооружения КТП.

Силовые трансформаторы, устанавливаемые на городских подстанциях, предназначены для снижения и регулирования на­пряжения в электрических сетях. Силовые трансформаторы выпус­каются трех- (Т) и однофазные (О) с естественным воздушным (С), масляным (М), с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д), с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ), масляно-водяным охлаждением с естественной (MB) и принудительной (Ц) циркуляцией. После обозначения указывается номинальная мощ­ность трансформатора, кВА и класс напряжения обмотки высокого напряжения, кВ. Ряд номинальных мощностей трансформаторов 100, 160, 250, 630, 1000, 1600. 6300, 10 000, 16 000, 25 000, 32 000, 40 000, 63 000 кВА. Например, ТМ 630/6 - трехфазный трансфор­матор с масляным охлаждением, мощностью 630 кВЛ, первичным напряжением 6 кВ.

ТП должны размещаться с максимальным приближением к центру нагрузок, питаемых потребителей. Двухтрансформаторные подстанции следует применять при преобладании потребителей I и II категории.

7.3. Расчет и выбор параметров электрических сетей

7.3.1. Выбор напряжения питания сетей

Важным моментом при проектировании электрических сетей является выбор напряжения. По условиям безопасности все элек­троустановки разделяются ПУЭ на установки до 1 кВ и выше I кВ. Опыт проектных организаций в ряде случаев дает однозначный от­вет при выборе напряжения для сетей до 1 кВ. Распределительные сети низкого напряжения промышленных и коммунальных пред­приятий, жилых и общественных зданий сооружаются на напряже­ние 660/380/220 В.

Распределительные сети свыше 1 кВ выполняются на напря­жение 6-10 кВ. Напряжение питающих линий можно определить по эмпирическим формулам:

• при длине ЛЭГТ до 250 км и передаваемой мощности до 60 МВт

при длине ЛЭП свыше 1000 км и больших мощностях

или

где Р - максимальная передаваемая мощность, МВт;

l - протяженность ЛЭП, км.

Окончательный выбор напряжения обосновывается технико-экономическим сравнением двух вариантов электрической сети. При этом в одном варианте напряжение берется ближайшим меньшим полученного расчетом, а во втором - ближайшим большим стан­дартным напряжением. Шкала стандартных напряжений принята следующая: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.

7.3.2. Составление электрических схем

Выбор параметров электрической сети представляет собой технико-экономическую задачу и должен производиться совместно с выбором схемы электроснабжения. При этом следует определить: Г) расчетную мощность нагрузок; 2) расположение и мощность ис­точников и центров питания, распределительных пунктов и транс­форматорных подстанций; 3) наиболее целесообразную конфигура­цию сети; 4) номинальное напряжение на всех участках сети и 5) сечение воздушных и кабельных линий электропередачи. Оче­видно, что при решении этих задач приходится сравнивать не­сколько технически возможных и допустимых ПУЭ вариантов схем. В частности, местоположение центров питания в первом при­ближении может быть выбрано в центре электрических нагрузок. Этот центр находят по методу центра тяжести плоской фигуры, а для этого необходимо построить картограмму нагрузок. Центры электрических нагрузок отдельных ТП при этом совпадают с коор­динатами мест сооружения этих ТП на плане города. Выбранное таким образом место расположения при необходимости корректи­руется с учетом местных условий, наличия свободных площадей, возможности подхода питающих ВЛ и других факторов. При этом наиболее целесообразно смещение центра питания или подстанции в сторону источника питания.

При выборе схемы питания городских районов рекомендуется рассмотреть следующие варианты:

• двухцепные линии без резервирования;

• двухцепная и одноцепная линия с резервированием;

• две двухцепные линии с резервированием.

Схема распределения электроэнергии по территории города должна строиться так, чтобы все ее элементы постоянно находи­лись под нагрузкой. В случае аварии с одним из элементов сети ос­тавшиеся в работе могли воспринять его нагрузку путем ее пере­распределения между собой с учетом допустимой перегрузки.

Схемы могут быть одно- и двухступенчатые. На первой ступе­ни распределения электроэнергии от ЦП до РП рекомендуются ра­диальные схемы, так как магистральные здесь не имеют существен­ных преимуществ. При этом отдельные секции РП, нормально рабо­тающие раздельно с АВР на секционном выключателе, присоединя­ются к разным линиям. Следует учитывать, что сооружение РП це­лесообразно, если количество отходящих линий будет больше 10.

Схемы распределения энергии от РП до ТП могут быть как ра­диальные, так и магистральные. Радиальные схемы следует приме­нять для питания больших сосредоточенных нагрузок или когда на­грузки расположены в различных направлениях от источника пита­ния. Радиальное питание двух трансформаторных ТП без сборных шин на первичном напряжении следует осуществлять от разных секций РП отдельными линиями для каждого трансформатора. Ма­гистральные схемы 6-10 кВ должны применятся при соответствую­щем (линейном) расположении подстанций. Число трансформато­ров, присоединяемых к одной магистрали, может быть принято от 2 до 4. Магистральные схемы, с точки зрения надежности питания, могут быть с двумя и более параллельными цепями. В частности, двухцепные магистрали применяются для присоединения двух-трансформаторных подстанций без сборных шин первичного на­пряжения или подстанций с двумя секциями сборных шин.

Число трансформаторных пунктов можно определить исходя из плотности нагрузки на 1 га площади застройки (F, га):

где P_∑ - активная нагрузка площади застройки, кВт.

Тогда оптимальная мощность трансформаторного пункта составит

нительных затрат на технико-экономическое обоснование принимае­мых решений. При выборе сечения проводов (кабелей) по экономи­ческой плотности тока нагрузки нормального режима необходимо определить число часов использования максимума нагрузки.

а количество ТП на район застройки

где т - число линий, отходящих от ТП, шт.

Исходя из этого, можно в первом приближении определить протяженность распределительных линий электропередачи напря­жением 10 и 0.4 кВ:

Зная число часов использования максимума нагрузки опреде­ляют экономическую плотность тока (j_ЭК. А/мм²) по справочным данным. Тогда величина сечения проводов:

где I - расчетныйток нагрузки, А, определяется по формуле

При разработке схем необходимо учитывать технические ус­ловия на присоединение, выдаваемые энергосистемой на основании представленных данных о предполагаемых нагрузках на ближай­шие 5 лет, расположение основных объектов и возможные схемы электроснабжения до и выше 1 кВ. Эти схемы являются основой для расчета сетей и выбора основного электрооборудования.