Общая характеристика систем электроснабжения

Электричество является универсальным видом энергии, кото­рую можно передавать на большие расстояния, легко распределять и эффективно использовать, превращая в любой другой вид энер­гии или работу. В городском хозяйстве электроэнергия широко ис­пользуется в жилых и общественных зданиях для освещения; при­вода силовых установок лифтов, холодильных и стиральных ма­шин, насосов и вентиляторов; приготовления пищи и горячей воды; в системах теплоснабжения, водоснабжения и канализации, благо­устройства территории города, городского электрифицированного транспорта, а также в качестве источника энергии для средств свя­зи, радио и телевидения.

Надежное обеспечение потребителей электрической энергией стандартных параметров и в необходимом объеме является основной целью функционирования городской системы электроснабжения.

Систему электроснабжения города следует рассматривать как часть энергетической системы страны, в состав которой входят: 1) центры питания (ЦП) энергосистемы, служащие для приема, преобразования и распределения электроэнергии в городе; 2) рас­пределительные устройства (РУ) - электроустановки, предназна­ченные для приема и распределения электроэнергии, в состав кото­рых входят сборные и соединительные шины, коммутационные ап­параты, устройства защиты и автоматики; 3) подстанции - это ком­плекс электроустановок для преобразования и распределения энер­гии, состоящий из трансформаторов и других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, уст­ройств управления, защиты и автоматики; 4) распределительные пункты (РП) - подстанции городской распределительной сети, предназначенные для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации; 5) транс­форматорные пункты - подстанции, предназначенные для преобра-

зования напряжения и распределения электроэнергии между потре­бителями; 6) линии электропередачи (ЛЭП) - это инженерные со­оружения, служащие для передачи электроэнергии от электростан­ций к потребителям; 7) электроприемники потребителей - устрой­ства (трансформаторы, электродвигатели, преобразователи, све­тильники и пр.), в которых электроэнергия преобразуется в другие виды энергии или работу.

Городская система электроснабжения (рис. 7.1) состоит из трех взаимосвязанных подсистем: 1) электроснабжающая, предна­значенная для распределения электроэнергии между отдельными районами города с помощью центров питания и линий электропе­редачи напряжением 35-110 кВ; 2) распределительной, предназна­ченной для распределения энергии между отдельными городскими потребителями с помощью распределительных и трансформатор­ных пунктов, питающих и распределительных ЛЭП; 3) внутренней, предназначенной для распределения электроэнергии между груп­пами или отдельным электроприемниками потребителей.

Рис. 7.1. Схема электроснабжения города

Например, к внутренней подсистеме зданий относятся: 1) ввод-но-распределителыюе устройство, соединяющее городскую элек­тросеть с внутридомовой через главный щит с коммутационной ап­паратурой, устройствами управления, защиты и автоматики; 2) вер­тикальные магистральные линии (стояки) с этажными щитками для питания квартир; 3) силовые линии лифтовых, насосных и других установок; 4) линии освещения и др.

Современные системы электроснабжения базируются на трех­фазном неременном токе с частотой 50 Гц. Применение трехфазного переменного тока объясняется простотой конструкции, надежностью и экономичностью электрических машин, а также возможностью простого и эффективного преобразования напряжения в трансформа­торах для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Основными недостатками переменного тока являются техни­ческие ограничения, возникающие вследствие наличия реактивных сопротивлений и необходимости генерирования реактивной мощ­ности, недостаточной экономичности и плавности регулирования скорости вращения двигателей, невозможности аккумулирования энергии и неприемлемости прямого использования для некоторых целей. Поэтому наряду с трехфазным переменным током в город­ском хозяйстве применяется и постоянный ток, главным образом, для электроснабжения электрифицированного транспорта.

Городские системы электроснабжения имеют несколько уров­ней напряжения: 1) электроснабжающие сети высокого напряжения 35-110(150)-220(330) кВ; 2) питающие и распределительные сети среднего напряжения 6-10-20 кВ. Напряжения 220 (330) кВ приме­няются для связи мощных электростанций в энергосистемах, а так­же для межсистемных связей. Напряжения 35 и 110 кВ применяют­ся для связи электростанций между собой и в распределительных сетях для питания крупных потребителей или районов города. В городских питающих и распределительных сетях в качестве основ­ного рекомендуется применять напряжение 10 кВ. Для питания жи­лых и общественных зданий применяют трехфазные четырех про­водные сети напряжением 380/220 В.

Таким образом, для электрических сетей современных горо­дов рекомендуется система напряжения 110/10/0,4 кВ, которая ха-

растеризуется меньшими капиталовложениями и потерями элек­троэнергии по сравнению с системой 110/35/10(6)/0,4 кВ.

7.1.2. Основы проектирования систем электроснабжения

Проектирование городских систем электроснабжения условно разбивается на несколько взаимосвязанных этапов, касающихся разработки: 1) схемы электроснабжения в составе генерального плана развития города; 2) схемы развития электрических сетей го­рода; 3) проектов отдельных объектов электроснабжающих сетей (ЛЭП и ЦП) и 4) проекта распределительных сетей города.

Схема электроснабжения города должна содержать общие све­дения о составе и величине электрических нагрузок (суммарной мощности всех городских потребителей), источниках питания, раз­мещении главных электрических подстанций и коридоров воздуш­ных ЛЭП на период 10, 15 и 20-25 лет. Данная схема утверждается в составе генерального плана развития и, следовательно, является основой для построения перспективной системы электроснабжения города.

Схема развития электрических сетей города разбивается на этапы. Она должна включать в себя: 1) расчет по укрупненным по­казателям электрических нагрузок и нанесение их на план города; 2) определение источников покрытия электрических нагрузок; 3) рас­чет мощности и количества центров питания; 4) выбор схемы и на­пряжения сетей 35 кВ и выше; 5) план города с нанесением на нем трасс ЛЭП 35 кВ и выше; 6) определение объемов работ и затрат по этапам строительства сетей. Дополнительно в схеме рассматрива­ются балансы активных и реактивных мощностей, разрабатываются меры по регулированию напряжения и ограничению токов коротко­го замыкания, вопросы автоматизации и телемеханизации сетей. Утвержденная схема развития электрических сетей города является основой для проектирования линий электропередачи и подстанций напряжением 35 кВ и выше. Как правило, такие проекты выполня­ются путем разработки технорабочего проекта.

Проектирование распределительных городских сетей напря­жением до 20 кВ выполняется в две стадии: 1) технический проект развития (реконструкции) сетей 0,4-20 кВ и 2) рабочие чертежи по

отдельным сетевым узлам объектов. Технический проект развития электрических сетей 0,4-20 кВ должен содержать: 1) расчет нагруз­ки коммунально-бытовых, промышленных и общегородских потре­бителей, центры которых наносятся на план застройки районов го­рода; 2) баланс активных и реактивных нагрузок с распределением их по ЦП; 3) схему электроснабжения собоснованием принципа ее построения, анализом существующей сети, выбором напряжения питающей и распределительной сети, количества, мощности и рас­положения ТП. РП и других объектов; 4) мероприятия по регулиро­ванию напряжения, ограничению токов короткого замыкания, ком­пенсации реактивной мощности, защите, автоматизации и телеме­ханизации сетей.

В техническом проекте разрабатываются чертежи-планы квар­талов с нанесением трасс сетей в масштабе 1:2000, чертеж и рас­четную схему сетей с указанием нагрузок потребителей, расчетных сечений и длин отдельных участков сетей, расположением и мощ­ностью ТП, РП и ЦП. Дополнительно разрабатывается документа­ция, в которой отражается спецификация на основное оборудова­ние и материалы, определяется объем и сметная стоимость работ, связанных с реализацией проекта развития распределительных се­тей города. Проект должен иметь технико-экономическое обосно­вание, в состав которого входит сравнение нескольких технически осуществимых вариантов развития сетей города. Сравнение вари­антов осуществляется на базе расчета комплекса технико-экономических показателей, характеризующих различные вариан­ты развития сетей. В качестве общих ТЭП используются: 1) жилая площадь, м^Л; 2) земельная площадь кварталов, га; 3) количество ТП. шт.; 4) расчетная мощность, кВт; 5) установленная мощность трансформаторов, кВА; 6) общая длина сетей (высоко- и низко­вольтной, кабельной и воздушной), м; 7) стоимость всех ТП (с уче­том строительной части), руб.; 8) вес проводниковых материалов, кг, и др. Удельные показатели: 1) расчетная мощность на единицу площади. кВт<Чг, кВт/га; 2) средняя длина сети до и выше 1000 В, м/м" и м/кВт, кабельной и воздушной, м/м² и м/кВт; 3) количество ТП на 1000 м²; 4) удельная стоимость ТП, руб./м² и руб./кВт; 5) удельная стоимость сети (высоко-, низковольтной, кабельной и воздушной), руб./кВт.