КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ дисциплины Системы электроснабжения

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Институт высокоточных систем им. В. П. Грязева

Кафедра «Электроэнергетика»

 

	УТВЕРЖДАЮ Декан факультета систем автоматического управления _____________ А.Э. Соловьёв Дата
	В электронной версии утверждён деканом ____________ факультета Дата

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

дисциплины «Системы электроснабжения»

Специальность: 140211 «Электроснабжение»

 

Форма обучения очная

 

 

Тула 2009 г.

 

Конспект лекций составлен доцентом В.С. Косырихиным и обсужден на заседании кафедры «Электроэнергетика» факультета систем автоматического управления

протокол № от "___"______________2009 г.

Зав. кафедрой _______________________ В.М. Степанов

 

 

Конспект лекций пересмотрен и утвержден на заседании кафедры «Электроэнергетика» факультета систем автоматического управления

протокол №___ от "___"______________ 200_ г.

Зав. кафедрой _______________________ В.М. Степанов

 

Лекция № 1

 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ В СИСТЕМАХ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

План:

 

1.1. Предмет и задачи изучения дисциплины

1.2. Основные сведения об электрификации России и современных способах электроснабжения промышленных предприятий

1.3. Основные понятия и определения

1.4. Современное состояние систем промышленного электроснабжения

1.5. Основные проблемы в современных системах промышленного электроснабжения

1.6. Особенности технико-экономических расчётов в системе электроснабжения

1.7. Литература

 

Предмет и задачи изучения дисциплины

Дисциплина «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» (ЭППУ) для специализации 1804 является одной из основополагающих… В результате изучения дисциплины ЭППУ специалист должен знать требования… Изучение дисциплины основано на знаниях, полученных в общеобразовательных курсах «Высшая математика», «Вычислительная…

Основные сведения об электрификации России и современных способах электроснабжения промышленных предприятий

План ГОЭЛРО, принятый Всероссийским съездом Советов в 1920 г., воплощал ленинские принципы социалистической электрификации в форме конкретного… Осуществление плана ГОЭЛРО началось в тяжелых условиях, когда производство… Широко развернулось строительство гидростанций: в 1926 г. вступила в строй Волховская ГЭС, а за ней Ереванская,…

Основные понятия и определения

 

Электроснабжением согласно ГОСТ 19431-84 [1.1] называется обеспечение потребителей электроэнергией. Под потребителями при этом подразумевают предприятия, организации, территориально обособленные цехи, стройплощадки и т.п., у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электроэнергию; прием­никами электроэнергии (в дальнейшем

 

сокращенно электроприемниками) считаются устройства, в которых происходит преобразование электроэнергии в другие виды энергии для ее использования.

В настоящее время электроснабжение чаще всего централизованное — потребители подключены к сети энергоснабжающей организации, например энергосистемы, и являются абонентами этой организации. Возможно, однако, и децентрализованное электроснабжение, при котором потребители питаются от собственных источников электроэнергии, не имеющих связи с энергосистемой.

В данном курсе в соответствии с его названием рассматривается электроснабжение промышленных установок. Электроприемниками в этих установках являются электродвигатели, комплектные электроприводы, электросварочные агрегаты, электропечи, электролизные ванны, электрические светильники и другие устройства, в которых соответственно происходит преобразование электроэнергии в механическую, тепловую, химическую, лучистую и другие возможные виды; в качестве потребителей электроэнергии могут рассматриваться комплексы электроприемников производственных участков, цехи и другие производственные подразделения, а также предприятия в целом.

Промышленные электроприемники по своему характеру могут быть разделены на четыре различающиеся друг от друга группы - электропривод. электротехнологические установки, электрическое освещение и устройства управления и обработки информации (в том числе ЭВМ, широко применяемые не только в вычислительных центрах и на рабочих местах, но и на всех уровнях управления производством). Две первые группы по традиции объединяются под названием силовые электроприемники. Доля каждой из этих групп в электропотреблении предприятия зависит от отрасли промышленности и особенностей производственного процесса; так, на машиностроительных предприятиях основными электроприемниками являются электроприводы, а на предприятиях электрон­ной промышленности и в электрометаллургии - электротехнологические установки. Доля электрического освещения особенно велика в легкой и пищевой промышленности, а в полностью автоматизированных производствах она может оказаться ничтожно малой. Устройства управ­ления и вычислительные установки в потреблении электроэнергии существенной роли, как правило, не играют (за исключением, конечно, вычислительных центров), и выделение их в отдельную группу вызвано их особыми требованиями к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. Основные группы промышленных приемников электроэнергии представлены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1. Основные группы промышленных приемников электроэнергии
Наименование	Доля в общем полезном потреблении, %
пределы	в среднем
Электропривод Электротехнопогические установки Электрическое освещение Устройства управления и обработки информации	40.. .80 55 10.. .60 30 5...40 15 0.. .1 0,5

 

В табл. 1.1 не учтены потери электроэнергии, возникающие в трансформаторах и других преобразователях, а также в линиях заводских электрических сетей и составляющие обычно до 5 % общего потребления электроэнергии. Поступление электроэнергии и расход ее по цехам и другим производственным подразделениям, по группам электроприем­ников, а также потери электроэнергии отражаются в электробалансе предприятия, цеха или установки. По данным электробаланса опреде­ляется удельное потребление электроэнергии в установке, в цехе, на предприятии или отрасли промышленности, отнесенное к численности промышленно-производственного персонала, — электровооруженность труда. Важное значение для оценки рационального использования электро­энергии имеют также потребление электроэнергии, отнесенное к едини­це продукции, — удельный расход электроэнергии, и доля стоимости израсходованной электроэнергии в себестоимости продукции.

Для приёма и распределения. а иногда также для местного производства электроэнергии на промышленном предприятии создаются системы электроснабжения, состоящие из подстанций, электрических сетей и местных источников электроэнергии.

Подстанцией согласно [1.1] называают электроустановку, предназначенную для преобразования и распределения электроэнергии; по спо­собу преобразования различают трансформаторные, выпрямительные, инверторные и другие подстанции. Так как электроустановки промышленных предприятий в основном являются приемниками переменного тока одной и той же промышленной частоты, то наибольший интерес для промышленной энергетики представляют трансформаторные пони­зительные подстанции, состоящие, как правило, из трансформаторов и распределительных устройств высшего и низшего напряжений.

Электрическая сеть представляет собой согласно [1.1] совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электри­ческих линий, размещенных на территории района, населенного пункта или потребителя электроэнергии. В данном курсе по практическим со­ображениям под электрической сетью понимается гальванически соединенная совокупность линий и распределительных устройств одного на­пряжения; при таком определении подстанции входят в состав сети только своими распределительными устройствами высшего или низшего напряжения. По номинальному напряжению и, следовательно, по слож­ности достижения условий безопасности эксплуатации в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) [1.2] различают сети с номинальным междуфазным напряжением до 1 кВ (< 1 кВ) и выше 1 кВ (> 1 кВ). Первые из них принято также называть сетями низкого напряжения (сетями НН), вторые - сетями высокого напряжения (сетями ВН).

В отечественной, а также в зарубежной литературе по электрическим системам встречается деление номинальных напряжений выше 1 кВ на среднее (обычно до 35 кВ), высокое (60. . .220 кВ), сверхвысокое (330. . .1000 кВ) и ультравысокое (выше 1000 кВ). Встречаются также названия напряжений "районное", "системное" и "межсистемное", соответствующие приблизительно

 

среднему, высокому, сверх- и ультравысокому напряжениям. В электроснабжении промышленных предприятий, где номинальное напряжение относительно редко превышает 110 кВ, та­кое деление не является общепринятым, не входит в государственные стандарты СССР и поэтому в настоящей книге не используется.

В случае среднего или крупного предприятия система электроснабжения чаще всего состоит из следующих функциональных частей:

1) установки приема электроэнергии от энергосистемы — главной понизительной подстанции (ГПП); электроэнергия принимается обычно в зависимости от мощности предприятия на напряжении от 10 до 220 к В

(трансформируется на напряжение, удобное для распределения энергии то территории предприятия (обычно на 10, иногда на 6, а на крупных предприятиях на 20 или 35 кВ); если энергия принимается и распределяется на одном и том же напряжении, то вместо ГПП сооружается главный распределительный пункт (ГРП), часто совмещенный с какой-либо цеховой подстанцией;

2) распределительной сети высокого напряжения (ВН) предприятия; номинальное напряжение такой сети обычно находится в пределах от 6 до 35 кВ, но не исключается применение и других напряжений;

состав этой сети могут входить предназначенные для питания электроприемников ВН распределительные пункты; электроприемники ВН могут, однако, питаться и от распределительных устройств ВН цеховых подстанций;

3) подключаемых к распределительной сети цеховых трансформаторных и преобразовательных подстанций (ЦП);

4) подключаемых к распределительной сети предприятия местных источников активной и реактивной электроэнергии (заводские электростанции, резервные, пиковые и другие генераторные установки, конденсаторные батареи ВН и т.п.);

5) цеховых сетей низкого напряжения (НН) с номинальным напряжением обычно 380 В; в сетях, к которым подключены крупные электроприемники, применяют также более высокое напряжение (660 В), а небольших (главным образом, старых) установках может встречаться напряжение 220 В; не исключаются также цеховые сети высокого напряжения;

6) подключенных к цеховым сетям местных источников активной и активной энергии (резервные генераторные установки, аккумуляторные и другие установки гарантированного бесперебойного электропитания, конденсаторные батареи НН и т.п.).

Такая структура системы электроснабжения представлена на рис. 1.1.

При достаточной надежности электропитания со стороны энергосистемы и при отсутствии технико-экономической целесообразности производства электроэнергии на самом предприятии (при чисто централизованном электроснабжении) необходимость в местных источниках активной электроэнергии отпадает, и система электроснабжения соответствен­но упрощается. Однако встречаются случаи, когда предприятие не может питаться от энергосистемы, и тогда всю потребность в электроэнергии приходится покрывать децентрализованно, собственными источниками,

 

Границей, разделяющей систему электроснабжения предприятия от энергосистемы (границей ответственности за исправное функционирование электроустановок), обычно является место присоединения питающих линий к ГПП или ГРП предприятия (подробнее это оговаривается в договоре, заключенном между предприятием и энергоснабжающей организацией на основе Правил пользования электрической и тепловой энергией. Элементы энергосистемы, находящиеся за этой границей (питающие линии, подстанции, электростанции и т.п.), иногда называют внешним электроснабжением предприятия.

Систему электроснабжения вместе с электроприемниками называют электрохозяйством предприятия. Ведение электрохозяйства как сложной и высокоответственной системы строго регламентируется соответствующими правилами технической эксплуатации и техники безопасности.

Стрелками показано поступление электроэнергии (Р - активная. Q - реактивная мощность). Точки указывают на возможное наличие множества других таких же элементов. Устройства, не входящие в систему электроснабжения (электроприемники), показаны пунктиром

Большая часть данного курса посвящена исполнению, режимам работы и расчету электрических цепей, предназначенных для передачи, преобразования и распределения электроэнергии по предприятию, цеху или производственной установке, — основных цепей системы электроснабжения. «Однако не менее важным считается ознакомление со структурой и аппаратурой вспомогательных цепей – цепей управления, контроля и защиты элементов системы электроснабжения.

Материал курса относится прежде всего к цеховым сетям и подстанциям, однако для получения полного представления о проблемах электроснабжения предприятия в целом рассматриваются и отдельные вопросы заводских распределительных сетей и условия получения электроэнергии от энергосистемы. Приводятся также краткие сведения по основным характеристикам современных мощных энергосистем не только как главных поставщиков электроэнергии в народном хозяйстве, но и как органов, регулирующих электропотребление предприятий в соответствии с региональными и общегосударственными интересами.

 

Современное состояние систем промышленного электроснабжения

1) питание промышленных предприятий от собственных электростанций промышленно-городского значения, когда предприятие строится в удалённых и… Возникли задачи рационального использования электроэнергии и топлива.  

Основные проблемы в современных системах промышленного электроснабжения

 

Основной проблемой современных систем электроснабжения является оптимизация этих систем. Она включает в себя следующие важнейшие задачи:

1) выбор рационального числа трансформаторов;

2) выбор рациональных напряжений;

3) выбор рационального размещения подстанций;

4) выбор рационального числа и мощности трансформаторов;

5) выбор рационального сечения проводов и жил кабелей;

6) выбор рациональных средств компенсации реактивной мощности.

Другие важные проблемы систем электроснабжения:

1) определение допустимых перегрузок элементов систем электроснабжения;

2) автоматизация проектирования систем, а также обеспечение требуемой надёжности этих систем.

Оптимизация производственных процессов в сочетании с оптимизацией систем промышленного электроснабжения даёт значительный экономический эффект.

 

Особенности технико-экономических расчетов в системе электроснабжения

Задачей технико-экономических расчетов (ТЭР) является выбор оптимального варианта передачи, преобразования и распределения электроэнергии от…   в соответствии с «Методикой технико-экономических расчетов в энергетике» (19):

Библиографический список рекомендуемой литературы

 

а) основная литература:

 

1. Кудрин Б.Н. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 2005.

2. Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных установок. М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 400 с.

 

б) дополнительная литература:

 

1.. Степанов В.М., Косырихин В.С., Меркулов Н.М. Проектирование систем внутрицехового электроснабжения промышленных предприятий: Учебн. пособие с грифом УМО. Тульский гос. университет. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2005.- 90 с.

2. Степанов В.М., Косырихин В.С., Меркулов Н.М. Проектирование цеховых трансформаторных подстанций: Учебн. пособие с грифом УМО. Тульский гос. университет. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005.- 100 с.

3. Степанов В.М., Косырихин В.С. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебн. пособие с грифом УМО. - Тула: Изд-во «Шар», 2002.- 120 с.

4.. Степанов В.М., Косырихин В.С. Потери мощности и их снижение.

Учебн. пособие с грифом УМО. - Тула: Изд-во «Шар», 2002.- 130 с.

5. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчёт и проектирование систем электроснабжения. Учебно-методическое пособие по дипломному проектированию. Тульский гос. университет. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2005.- 110

6. Макаров Е. Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 - 3 кВ и

110-1150 кВ в 7 томах. Учебно-производственное издание. Под ред. главных специалистов АО Мосэнерго И. Т. Горюнова, А. А. Любимова – М.: Папирус Про, 2007 г.

7. Электротехнический справочник: В 4 т./Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др., стер. – М.: Издательство МЭИ, 2004.

8. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учеб. Пособие. – М.: ФОРУМ ИНФРА-М, 2006. – 480 с. – (Высшее образование).

9. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

10. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

11.. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

 

Лекция № 2

 

ПРИЁМНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

 

План:

2.1. Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании

2.2. Классификация производственных помещений по характеру

микроклимата

2.3. Потребители электроэнергии и их классификация

2.4. Характеристики электроприёмников

2.5. Категории электроприёмников и обеспечение надёжности

электроснабжения

2.6. Приведённое число приёмников электроэнергии

 

Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании

 

потребителями электроэнергии городов являются крупные промышленные предприятия, фабрики, заводы, электрический транспорт, жилые и общественные здания, предприятия коммунально-бытового назначения и предприятия, обслуживающие нужды города.

Основными группами электроприёмников (ЭП), составляющими суммарную нагрузку объектов, являются светильники всех видов искусственного света, электродвигатели производственных механизмов (станки, подъёмно-транспортные устройства, компрессоры, вентиляторы, насосы), сварочные установки, печные и силовые трансформаторы, электрические печи, выпрямительные установки и др.

Отдельные потребители электроэнергии (электроинструмент, специальные станки в деревообрабатывающих цехах, ряд шлифовальных станков в подшипниковой промышленности и др.) используют для питания высокоскоростных электродвигателей токи повышенной частоты (180 – 400 Гц). Установки индукционного и диэлектрического нагрева требуют токов повышенных и высоких частот, получаемых от машинных (до частот 10000 Гц) и электронных (свыше 10000 Гц) генераторов.

Для ряда производственных механизмов необходимы широкое регулирование скорости, поддержание постоянства скорости технологического процесса, повышенный перегрузочные момент при повторно-кратковременном режиме работы, частое реверсирование, быстрые разгоны и торможение, что вызывает необходимость применения электродвигателей постоянного тока для электроприводов этих механизмов. Цеха электролиза, электролитического получения металлов, гальванические цехи и некоторые виды электросварки требуют также постоянного тока. Поэтому при построении схемы

 

электроснабжения промышленного предприятия приходится считаться с наличием на предприятии потребителей постоянного тока и токов высокой частоты и, следовательно, предусматривать специальные преобразовательные установки для питания этих потребителей и обслуживания отдельных электроустановок или их групп.

При незначительном числе и небольшой мощности отдельных потребителей постоянного тока или токов высокой частоты, а также при их разбросанности по территории цехов у каждого из этих потребителей устанавливают индивидуальные преобразовательные агрегаты. Их устанавливают и у мощных электроприводов, управление которыми производится по специальным схемам. При достаточно большом числе и большой суммарной мощности потребителей предусматриваются централизованные преобразовательные подстанции со статическими полупроводниковыми выпрямителями или двигатель-генераторами. В системе электроснабжения предприятия эти преобразователи являются потребителям переменного тока.

 

Классификация производственных помещений по характеру микроклимата

 

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространённым является напряжение 380 В). На выбор и конструктивное исполнение цеховой сети оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности ЭП, режимы их работы и размещение по территории цеха, номинальные токи и напряжения. Существенное значение имеет микроклимат производственных помещений.

В соответствии с ПУЭ производственные помещения в зависимости от характера окружающей среды делят на следующие классы: помещения с нормальной средой, жаркой, влажной, сырой, особо сырой, пыльной, химически активной, с пожароопасными и взрывоопасными зонами.

Помещения со взрыво- и пожароопасными зонами имеют особую классификацию, обусловленную различными условиями образования взрыво- и пожароопасных веществ и смесей.

При проектировании СЭС необходимо установить характер среды, которая оказывает решающее влияние на степень защиты применяемого оборудования.

Возможные степени защиты электрооборудования установлены ГОСТ 14254-80 (СТ СЭВ 778-77), который предусматривает шесть степеней защиты от прикосновения к токоведущим частям, а также попадания твёрдых предметов и восемь степеней защиты от попадания воды.

В соответствии со стандартом степень защиты электрооборудования обозначается буквами 1Р и двумя цифрами. Первая цифра означает степень защиты от прикосновения к токоведущим частям и попадания твёрдых тел, вторая - степень защиты от попадания воды (табл. 2.1.).

В помещениях с нормальной средой электрооборудование должно быть защищено от механических повреждений, а также от случайных прикосновений к голым токоведущим частям. В помещениях с химически активной средой должна

 

быть предусмотрена защита электрооборудования от разрушения, что осуществляется применением специальных покрытий и материалов. Степень защиты в пожароопасных и взрывоопасных помещениях в зависимости от их классификации должна быть не ниже 1Р44. В сырых и особо сырых помещениях степень защиты от попадания воды принимается равной 2,4 и 8. Последние два исполнения создают герметичность оболочек.

 

Таблица 2.1. Степени защиты электрооборудования

Цифровое обозначение защиты	Степень защиты от прикосновения к токоведущим частям и попадания твёрдых тел	Степень защиты от попадания воды
	Отсутствие всякой защиты   Защита от твёрдых тел размером более 50 мм   Защита от твёрдых тел размером более 12 мм   Защита от твёрдых тел размером более 2,5 мм   Защита от твёрдых тел размером более 1 мм   Защита от пыли   Пыленепроницаемость   ––––   ––––	Отсутствие всякой защиты   Защита от капель воды   Защита от капель воды при наклоне до 15° Защита от дождя   Защита от брызг   Защита от водяных струй   Защита от волн воды   Защита от попадания воды или погружения в воду Защита при длительном погружении в воду

 

Потребители электроэнергии и их классификация

 

Потребителем электрической энергии называется электроприем­ник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Прием­ником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

Систематизацию потребителей электроэнергии, а следовательно, и их нагрузок осуществляют обычно по следующим основным эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению; производственным связям; режимам работы; мощности и на­пряжению; роду тока; требуемой степени надежности питания; тер­риториальному размещению; плотности нагрузки; стабильности расположения электроприемников. Однако при определении электриче­ских нагрузок промышленного предприятия достаточно системати­зировать потребителей электроэнергии по режимам работы, мощности, напряжению, роду тока и требуемой степени надёжности питания, считая остальные признаки вспомогательными.

 

Приёмником электроэнергии (электроприёмником) является электрическая часть технологической установки или механизма, получающая энергию из сети и расходующая её на выполнение технологических процессов. Потребляя электроэнергию из сети, электроприёмник, по существу, преобразует её в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или электроэнергию с иными параметрами (по роду тока, напряжению, частоте)о. Некоторые технологические установки имеют несколько электроприёмников: станки, краны, прокатные станы и т.п.

Электроприёмники промышленных предприятий классифицируются по следующим признакам: напряжению, роду тока, его частоте, единичной мощности, надёжности электроснабжения, режиму работы, технологическому назначению, производственным связям, территориальному размещению.

Потребитель электроэнергии объёдиняет несколько электроприёмников технологической установки, цеха, корпуса или предприятия, объединённых несколькими признаками, и характеризируется плотностью электрической нагрузки.

По напряжению ЭП подразделяются на две группы: до 1000 В и свыше 1000 В. номинальные напряжения ЭП определяются ГОСТ 721-77.

По роду тока ЭП подразделяются на приёмники переменного тока промышленной частоты (50 Гц), постоянного тока и переменного тока частотой, отличной от 50 Гц (повышенной или пониженной).

Номинальная частота вращения электродвигателей определяется ГОСТ 10683-73 и находится в пределах от 100 до 22000 об/мин.

Единичные мощности отдельных ЭП и электропотребителей различны – от десятых долей киловатта до нескольких десятков мегаватт.

Суммарная установленная мощность ЭП также различна. По этому признаку все предприятия принято подразделять на:

- небольшие (мелкие) – с установленной мощностью до 5 МВт;

- средние – от 5 до 75 МВт;

- крупные – от 75 до 1000 МВТ.

По виду преобразования электроэнергии ЭП подразделяют на электроприводы, электротехнологические установки и электроосветительные установки.

По общности технологического процесса ЭП можно разделить на производственные механизмы, общепромышленные установки, подъёмно-транспортное оборудование, преобразовательные установки, электросварочное оборудование, электронагревательные и электролизные установки.

По режиму работы ЭП делят на три группы, для которых предусматривают три режима работы:

- продолжительный в котором электрические машины могут работать длительное время, и превышение температуры отдельных частей машины не выходит за установленные пределы;

- кратковременный, при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько

 

длителен, что машина успевает охладиться до температуры окружающей

среды;

- повторно-кратковременный, характеризуемый коэффициентом продолжительности включения (%) ПВ=[tp/(t_P+t₀)]·100.

В этом режиме рабочие периоды t_P чередуются с периодами пауз t₀, а длительность цикла не превосходит допустимого, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.

 

2.4. Характеристики электроприёмников

 

К общепромышленным установкам относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки и т.п. В них применяются асинхронные и синхронные двигатели трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц, на напряжениях от 127 В до 10 кВ, а там, где требуется регулирование производительности, — двигатели постоянного тока. Диапазон их мощностей различен — от долей киловатта (электродвигатели задвижек, затворов, насосов подачи смазки и т. п.) до десятков мегаватт (воздуходувки доменных печей, кислородные турбокомпрессоры). Характер нагрузки ров­ный, толчки ее наблюдаются только при пуске. Основным агре­гатам (насосы, вентиляторы и т. п.) присущ продолжительный режим. Электродвигатели задвижек, затворов и т. п. работают в кратковременном режиме. Их коэффициент мощности находится в пределах 0.8—0,85. Синхронные двигатели работают в режиме перевозбуждения.

Данная группа электроприемников относится,как правило, к первой категории надежности, а на ряде производств, особенно химической промышленности, — к «особой» группе той же категории. Некоторые вентиляционные и компрессорные относятся к второй категории надежности.

На промышленных предприятиях преобладает электропривод производственных механизмов. В зависимости от технологических особенностей механизма или агрегата используются все виды двигателей переменного и постоянного тока мощностью от долей киловатта до нескольких мегаватт, на номинальные напряжения до 10 кВ.

Регулируемый электропривод технологических механизмов и двигатели станков с повышенной скоростью вращения получают питание от преобразовательных установок. Режимы их работы различны и определяются режимом механизма.

Режим работы некоторых агрегатов (прокатных станов) характеризуется частыми толчками нагрузки различной длитель­ности и частоты. Коэффициент мощности находится в широких пределах (0,5—0,85). Синхронные двигатели системы ДГД рабо­тают в режиме перевозбуждения.

Как правило, электропривод технологических механизмов относится к второй категории надежности. Исключение составляют те механизмы и установки, которые по своим показателям относятся к первой категории надежности (технологическое обо­рудование предприятий нефтехимической промышленности, некоторые уникальные металлообрабатывающие станки и т. п.).

 

Преобразовательные установки на промышленных предприятиях служат для питания электроприемников механизмов и установок, которые из-за особенностей технологических режимов должны работать либо на постоянном, либо на переменном токе с частотой, отличной от 50 Гц. Потребителями постоянного тока являются: электропривод механизмов с широким регулированием скорости и реверсированием, электрофильтры, электролизные установки, внутризаводской электротранспорт. Повышенная или пониженная частота переменного тока необходима для привода на асинхронных короткозамкнутых двигателях с плавным изменением скорости, нерегулируемого высокоскоростного привода переменного тока, электротермии.

Преобразователями тока служат двигатели-генераторы, ртутные и полупроводниковые выпрямители, питающиеся от трех­фазных сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ. Показатели и характер работы преобра­зовательных установок зависят от подключенного к ним технологического оборудования. Коэффициент мощности зависит от типа преобразователя и его назначения, он изменяется в пре­делах 0,7—0,9.

К электротехнологическим установкам относятся электронагревательные и электролизные установки, установки электрохимической, электроискровой и ультразвуковой обработки металлов, электромагнитные установки (сепараторы, муфты), электросварочное оборудование.

Электронагревательные установки объединяют электрические печи и электротермические установки, которые по способу превращения электроэнергии в тепловую разделяются на печи сопротивления, индукционные печи и установки, дуговые электрические печи, печи конденсаторного нагрева.

Печи сопротивления получают питание от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц, в основном на напряжении 380/220 В или на более высоком напряжении через понижающие трансформаторы. Выпускаются печи в одно- и трехфазном исполнении, мощностью до нескольких тысяч киловатт. Характер нагрузки их ровный, однако однофазные печи для трехфазных сетей представляют несимметричную нагрузку. Коэффициент мощности для печей прямого действия 0,7—0,9, для печей косвенного действия — 1,0.

Индукционные плавильные печи выпускаются со стальным сердечником и без него, мощностью до 4500 кВ-А. Питание индук­ционных печей и установок закалки и нагрева осуществляется от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц, на напряжении 380/220 В и выше в зависимости от мощности.

Индукционные плавильные печи без сердечника и установки для закалки и нагрева токами высокой частоты получают питание переменным током частотой до 40 МГц от преобразовательных установок, которые, в свою очередь, питаются от сетей переменного тока промышленной частоты.

Печи со стальными сердечниками выпускаются в одно-, двух- и трехфазном исполнении. Коэффициент мощности их колеблется в пределах 0,2—0,8 (у индукционных установок повышенной частоты — от 0, 06 до 0, 25).

Все перечисленные печи и установки индукционного нагрева относятся к приемникам второй категории надежности.

 

Дуговые электрические печи по способу нагрева разделяются на печи прямого, косвенного и смешанного нагрева. Дуговые печи получают питание от сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ через специальные понижающие печные трансформаторы. Мощности современных дуговых электропечей достигают 100-125 MB-A.

В период расплавления шихты возникают частые эксплуатационные короткие замыкания в процессе плавки и бестоковые паузы при выпуске стали и новой загрузке печи, в результате чего в питающих сетях наблюдаются толчковые нагрузки. Нагрузка от однофазных печей несимметричная. Коэффициент мощности 0,85 0,95. В отношении надежности электроснабжения дуговые печи относятся к приемникам первой категории.

Вакуумные электрические печи для выплавки высококаче­ственных сталей и специальных сплавов относятся к приемникам особой группы первой категории, так как перерыв в питании вакуумных насосов приводит к дорогостоящему браку.

Электротехнологические установки, работающие на постоянном или переменном токе частотой, отличной от 50 Гц, питаются от преобразовательных установок, характеристики которых определяются режимом электротехнологической установки. Например, мощности электролизных установок для получения алюминия зависят от их производительности и достигают 150— 180 MB-А. Питание преобразовательных установок электролиза осуществляется трехфазным переменным током частотой 50 Гц на напряжениях до 110 кВ (в зависимости от мощности). Нагрузка их равномерная, симметричная. Коэффициент мощности составляет 0,8-0,9. Электролизные установки относятся к приемникам первой категории надежности.

Электросварочное оборудование питается напряжением 380 или 220 В переменного тока промышленной частоты. Мощности электросварочного оборудования в зависимости от его типа могут быть от 100 В А до 10 MB-А. Дуговая электросварка на перемен­ном токе выполняется с помощью одно- или трехфазных сварочных трансформаторов или машинных преобразователей. На постоянном токе применяются сварочные двигатель-генераторы. Для контактной сварки используются одно- или трехфазные сварочные установки.

Электросварочное оборудование работает в повторно-кратко­временном режиме. Однофазные сварочные приемники (трансформаторы и установки) дают неравномерную нагрузку по фазам трехфазной питающей сети. Коэффициент их мощности колеблется в пределах 0,3—0,7. Сварочные установки по степени надежности относятся к второй категории.

Мощность электроприводов подъемно-транспортных устройств определяется условиями производства и колеблется от нескольких до сотен киловатт. Для их питания используется переменный ток 380 и 660 В и постоянный ток 220 и 440 В. Режим работы повторно-кратковременный. Нагрузка на стороне переменного трехфазного тока — симметричная. Коэффициент мощности меняется соответственно загрузке в пределах от 0,3 до 0,8. По надежности электроснабжения подъёмно-транспортное оборудование относится к первой или второй категории (в зависимости от назначения и места работы).

 

Электрические осветительные установки являются в основном однофазными приемниками. Лампы светильников имеют мощности от десятков ватт до нескольких киловатт и питаются на напряжениях до 380 В. Светильники общего освещения (с лампами накаливания или газоразрядными) питаются преимущественно от сетей 220 или 380 В. Светильники местного освещения с лам­пами накаливания па 12 и 36 В питаются через понижающие однофазные трансформаторы. Равномерная загрузка фаз трехфазной сети достигается путем группировки светильников по фазам. Характер нагрузки — продолжительный. Коэффициент мощности для светильников с лампами накаливания — 1,0, с газо­разрядными лампами — 0.96.

Электроосветительные установки относятся к второй категории надежности. В тех случаях, когда отключение освещения угро­жает безопасности людей или недопустимо по условиям технологического процесса, предусматриваются системы аварийного освещения. Лампы ДРЛ, для которых характерно длительное зажигание, в таких системах не применяются.

 

2.5. Категории электроприёмников и обеспечение надёжности электроснабжения

 

Надёжность электропитания в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.). Для выбора схемы и системы построения электрической сети необходимо учитывать мощность и число потребителей, уровень надёжности электроснабжения не потребителей в целом, а входящих в их состав отдельных ЭП.

Надёжность электроснабжения – способность системы электроснабжения обеспечить предприятие электроэнергией хорошего качества, без срыва плана производства и не допускать аварийных перерывов в электроснабжении.

По обеспечению надёжности электроснабжения ЭП разделяются на три категории:

1. ЭП, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса. ЭП I категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников питания, перерыв допускается лишь на время автоматического восстановления питания.

2. ЭП перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта, наpушениею нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Рекомендуется обеспечивать электропитанием от двух независимых источников, для них допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание от одного трансформатора, перерыв в электроснабжении разрешается не более 24 ч.

 

3. ЭП несерийного производства продукции, вспомогательные цехи, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы. Для этих ЭП электроснабжение может выполняться от одного ИП при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта и замены повреждённого элемента СЭ не превышают 24ч.

 

ПРИВЕДЕННОЕ ЧИСЛО ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Под приведенным (эффективным) числом приемников nЭ группы различных по номинальной мощности и режиму работы понимается такое число однородных по… Приведенное число приемников группы определяется достаточно точно по формуле …

Лекция № 3

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

 

План:

 

3.1. Понятие электрической нагрузки.

3.2. Технические показатели электроприёмников.

3.3. Тепловые воздействия электрической нагрузки на элементы передачи

электрической энергии.

 

Понятие электрической нагрузки

Электрической нагрузкой в соответствии с ГОСТ 19431—84 [1.1] называют мощность, потребляемую электроустановкой в установленный момент времени. Так… Электрические нагрузки в системах электроснабжения могут быть во времени… Пропускную способность элементов системы электроснабжения и номинальную мощность источников электроэнергии выбирают по…

Технические показатели электроприемников

 

В данном курсе все многообразные электроприемники рассматриваются как устройства, формирующие определенную электрическую нагрузку и предъявляющие определенные требования к способам обеспечения их электроэнергией. Поэтому ниже представлены только те их технические показатели, которые нужны для проектирования систем электроснабжения.

1. По роду тока различают электроприемники переменного, постоянного и импульсного тока (к последним относятся, например, машины контактной сварки). В настоящее время практически все электроприемники постоянного тока, среди которых наибольшее распространение имеет электропривод постоянного тока, снабжаются индивидуальными преобразователями переменного тока в постоянный. Наиболее часто для этой цели применяются управляемые и неуправляемые полупроводниковые (тиристорные, транзисторные) выпрямители. Электроприем­ник постоянного тока вместе с преобразователем может рассматриваться как некоторый условный комплектный электроприемник переменного тока (рис. 3.1,а). Сети постоянного тока в настоящее время встречаются редко и поэтому в данном курсе не рассматриваются. Исключением являются системы постоянного тока вспомогательных цепей.

Для питания электроприемников импульсного тока также используются индивидуальные преобразователи, снабженные энергонакопительными устройствами (конденсаторами, большими вращающимися массами и т.п.). Эти приемники вместе со своими преобразователями и накопителями рассматриваются как электроприемники переменного тока (рис. 3.1,б).

В данном курсе в дальнейшем рассматриваются только системы электроснабжения переменного тока.

2. Число фаз электроприемников переменного тока составляет чаще всего 3 или 1 (трех- или однофазные электроприемники). Так как оба типа этих электроприемников, как правило, питаются от трехфазных сетей, то однофазные сети в данном курсе не рассматриваются. При относительно редко встречающемся другом числе фаз (2, 5, 6, 12) электроприемники, как и на рис. 3.1, питаются от индивидуальных преобразователей числа фаз и в итоге превращаются в трехфазные приемники.

3. Почастоте переменного тока различают электроприемники промышленной, повышенной и пониженной частоты.

Промышленной называют частоту, на которой работают электростанции, энергосистемы и системы электроснабжения потребителей (в том числе промышленных предприятий). В СССР, во всех европейских странах и во многих странах других континентов используется промышленная частота 50 Гц, а в Северной Америке и в большинстве стран Южной Америки, Азии и Африки 60

 

Рис. 3.1. Питание электроприемников постоянного (а) и импульсного (б) тока от сети переменного тока через индивидуальные преобразователи:

1 - сеть; 2 - выпрямитель; 3 -электроприемник постоянного тока; 4 - конденсаторный накопитель энергии; 5 - электроприемник импульсного тока; 6 - блок "преобразователь - приемник" (электроприемник переменного тока)

 

Гц. Сравнение этих двух частот по различным параметрам на основании достаточно долгого опыта их применения показывает, что частота 60 Гц экономически более целесообразна. Так, магнитный поток всех электромагнитных устройств (машин переменного тока, трансформаторов, дросселей и т.п.) одинаковой мощности при номинальной частоте 60 Гц на 17% ниже, чем при частоте 50 Гц, и соответственно меньше также сечение и масса магнитопровода, средняя длина витков обмотки и общая материалоемкость этих устройств. В то же время на 20% увеличивается индуктивное сопротивление Х=L всех элементов сетей, что приводит к увеличению потерь напряжения и реак­тивной мощности. Приведенные в 1930-х годах технико-экономические расчеты показывают, что оптимальной следовало бы считать частоту около 100 Гц; однако переход современных развитых энергосистем и предприятий на новую частоту был бы связанно настолько большими расходами, что в настоящее время такой переход приходится признать неосуществимым.

Рис. 3.2. Питание электроприемника повышенной частоты от сети промышленной частоты:

1 - сеть; 2 - индивидуальный преобразователь частоты; 3 - высокочастотный электроприемник;

4 - высокочастотная конденсаторная батарея для повышения коэффициента мощности;

5 — блок "пре­образователь - конденсатор - приемник" (электроприемник промышленной

частоты)

 

Повышенной называется частота выше промышленной. В качестве примеров можно указать, что на промышленных предприятиях частота от 200 до 400 Гц встречается в переносных электроинструментах (для снижения их массы), до 20 кГц - в высокочастотных устройствах на­грева и расплавления металла, 20. . .40 кГц — для питания люминесцент­ных ламп, до 100 кГц — в установках поверхностной закалки, до 20 МГц — для нагрева полупроводниковых и диэлектрических материа­лов (для сушки древесины, быстрой полимеризации клея, термообработки пищевых продуктов и т.п.). Во всех этих случаях электроприемники повышенной частоты питаются через индивидуальные преобразователи частоты и могут в комплекте с ними рассматриваться как прием­ники промышленной частоты (рис. 3.2).

То же самое относится к электроприемникам пониженной частоты (частота ниже промышленной), например к некоторым электротермическим устройствам, в которых понижение частоты необходимо для увеличения глубины проникновения электромагнитного поля в нагре­ваемое крупногабаритное изделие. Частота в таких устройствах обычно составляет от 1 до 25 Гц и достигается применением индивидуальных преобразователей (рис. 3.2).

Благодаря широкому применению индивидуальных преобразователей специфические вопросы электроснабжения на непромышленной частоте в данном курсе на рассматриваются.

Пониженная частота (обычно 16 или 25 Гц) использовалась раньше в электроприводах с коллекторными двигателями переменного тока. В настоящее время такие приводы еще встречаются на некоторых зарубежных электрифици­рованных железных дорогах переменного тока.

4. Одним из наиболее важных показателей электроприемников являетсяустановленная мощность, определяемая как сумма номинальных мощностей однородных электроприемников. При определении этой величины следует не забывать, что у различных электроприемников номинальная мощность понимается по-разному. Так, у электродвигателей номинальная мощность равна мощности на валу при номинальной продолжительности включения, а у электротехнологических установок равна полной мощности, потребляемой в номинальном режиме из сети. Номинальная мощность светильников с лампами накаливания совпадает с потребляемой мощностью, а светильников с разрядными лампами — с мощностью только ламп (без учета потерь мощности в пускорегулирующих устройствах). Поэтому установленные мощности разнохарактерных групп электроприемников суммируются, если это нужно, только после приведения их к одинаковым условиям определения; так, номинальные мощности электродвигателей, предназначенных для различных повторно-кратковременных режимов работы, суммируются после приведенияих к длительному режиму работы по формуле

 

Ру = Рном i (3.1)

 

где Ру - установленная мощность; Рном i - номинальная мощность;

— номинальная относительная продолжительность включения i-го двигателя.

5. Пономинальному напряжению электроприемников выбирают напряжение питающей сети и выходное напряжение индивидуальных преобразователей или других источников питания. Номинальное напряжение трехфазной сети определяется как номинальное междуфазное (линейное) напряжение присоединенных к этой сети электроприемников. Как уже отмечалось, по условиям электробезопасности различают напряжение до 1 кВ (в дальнейшем низкое напряжение — НН) и напряжение выше 1 кВ (в дальнейшем высокое напряжение — ВН).

В области низких напряжений отдельно выделяется диапазон малых напряжений, к которым относят малое рабочее напряжение (например, для питания некоторых электронных устройств) и малое напряжение безопасности (по ПУЭ до 42 В переменного или до 110 В постоянного тока).

6. Потребление реактивной мощности электроприемниками иихгруппами характеризуется коэффициентом мощности

 

Cos = Р/ S (3.2)

 

где Р - активная мощность; S — полная мощность, или отношением реактивной мощности к активной

tg= Q/ Р (3.3)

где Q — реактивная мощность.

При расчетах по электроснабжению в этих формулах используют усредненные значения мощности

Р = Wа / t и Q = Wр / t (3.4)

 

где Wа и Wр — соответственно активная и реактивная энергии за время t, определенные при помощи счетчиков электроэнергии; t — время усреднения, принимаемое обычно равным 15 или 30 мин, а в некоторых расчетах — длительности одной смены.

Раньше использовалось понятие средневзвешенного коэффициента мощности, определяемого за большее время усреднения (неделю, месяц, квартал, год); в свое время эта величина использовалась для определения скидок и надбавок к плате за электроэнергию.

Выражения (3.2) и (3.3) справедливы только в случае синусоидаль­ных напряжения и тока. Однако благодаря тому, что отклонения от синусоидальности в системах электроснабжения достаточно малы, эти формулы в дальнейшем применяются без оговорок.

Коэффициент мощности обычно считается высоким при его значениях более 0,85, средним при значениях от 0,65 до 0,85, низким при значениях от 0,4 до 0,65 и особо низким при значениях менее 0,4 (см. табл. 3.1).

7. Пусковые токи электроприемников и длительность этих токов необходимо знать для правильного выбора пропускной способности элементов

 

системы электроснабжения и для расчета колебаний напряжения в сети при пуске электроприемников.

Пусковые токи и их длительность следует считать существенными, когда их учет приводит к корректировке параметров какого-либо элемента системы электроснабжения (сечения проводника, тока срабатывания аппарата защиты и т.п.), выбранного по токам нормального режима. Таким свойством обладают прежде всего пусковые токи асинхронных короткозамкнутых двигателей, превышающих номинальный ток в 4. . .7 раз и длящихся обычно от долей секунды до нескольких секунд. Существенными могут оказаться и регулируемые пусковые токи других двигателей и токи, возникающие в процессе зажигания разрядных ламп высокого давления (1, 5. . .2-кратный номинальный ток в течение нескольких минут).

Несущественными благодаря очень малой длительности (порядка нескольких миллисекунд), несмотря на большую кратность относительно номинального, могут считаться пусковые токи ламп накаливания (с кратностью до 6) и конденсаторных установок (с кратностью до 20).

8. Степень симметрии электроприемников (степень равномерности распределения мощности по фазам) определяет равномерность нагрузки фаз питающей сети и симметричность фазных напряжений, влияет на потери напряжения и мощности в этой сети. Большинство промышленных силовых электроприемников симметричны, благодаря чему названные выше проблемы редко становятся решающими. В определенной степени несимметричными могут оказаться осветительные установки, где не всегда удается распределить однофазные светильники равномерно по всем трем фазам. Наибольшие затруднения вызывают крупные однофазные электротермические устройства (однофазные электропечи и сварочные агрегаты); мощность однофазных дуговых печей может доходить до нескольких мегавольт-ампер.

9. Линейность (постоянство сопротивлений электрических цепей электроприемников за один период) является главным условием сохранения синусоидальности напряжений и токов в сети. Многие электроприемники, однако, нелинейны, что приводит к появлению высших гармоник и заставляет принимать меры их подавления; число таких электроприемников постоянно растет. Наиболее часто нелинейность электроприемников вызвана их электронными, насыщенными ферромагнитными или электроразрядными элементами; типичными примерами являются полу­проводниковые преобразователи, ферромагнитные регуляторы, разрядные лампы, электродуговые печи, сварочные установки. Степень нелинейности характеризуется чаще всего вольт-амперными характеристиками и спектрами высших гармоник электроприемников.

10.Режим работы электроприемников может быть длительным, кратковременным, повторно-кратковременным или более сложным. Все эти режимы на практике чаще всего нерегулярны, т.е. длительности включенного состояния и пауз, а также мощность во время включенного состояния непостоянны. Такие режимы характеризуются некоторыми средними показателями за период времени, охватывающий достаточно большое число циклов включения, отключения и изменения нагрузки, например за одну смену.

 

Такие показатели справедливы, естественно, и для регулярных режимов и поэтому универсальны.

Если суммарная длительность включения электроприемника с номинальной мощностью р_ном в течение некоторого периода t (например, в течение смены) равна t_В, а потребление электроэнергии за это время равно Wа, то электроприемник может характеризоваться:

коэффициентом включения

кв = t_В / t (3.5)

коэффициентом загрузки

кз = ; (3.6)

коэффициентом использования

ки = = ; (3.7)

где Рср = Wa/t ^— средняя мощность электроприемника за время t.

Очевидно, что

ки = кв кз. (3.8)

 

Группа однородных (с одинаковым способом определения номинальной мощности) электроприемников с установленной мощностью Ру и с потреблением за время t электроэнергии Wа.гр характеризуется групповым коэффициентом использования.

Ки = = ; (3.9)

где - Рср.гр - средняя мощность группы за время t.

Так как номинальные мощности отдельных электроприемников, установленная мощность группы и время t известны, а потребление энергии Wа при Wа.гр измеряется при помощи счетчиков, то коэффициенты использования k_И, и Ки могут определяться опытным путем. На основании проведенных многочисленных исследований составлены систематизированные справочные таблицы, приведенные в справочниках по электроснабжению и используемые при расчете электрических нагрузок. В качестве примеров в табл. 3.1 даны некоторые значения групповых коэффициентов использования и коэффициентов мощности для групп однотипных электроприемников машиностроительных предприятий.

Режим работы больших групп разнородных электроприемников, а также потребителей в целом характеризуется графиками нагрузки.

11. По подвижности различают стационарные и нестационарные (подвижные, переносные и др.) электроприемники. Первые из них питаются от стационарных элементов электрических сетей, вторые требуют применения гибких элементов (например, гибких кабелей), устройств временного присоединения в разных точках сети, контактных (например, троллейных) проводников, подвижных или встроенных индивидуальных источников питания, что приводит к определенному усложнению систем электроснабжения.

 

Таблица 3.1. Групповые коэффициенты использования и коэффициенты мощности некоторых электроприемников (средние значения)

 

Электроприемники	Коэффициент использования Ки	Коэффициент мощности сos(j)
Переносный электроинструмент   Металлорежущие станки мелкосерийного производства   Кузнечно-прессовые машины крупносерийного производства   Механизмы поточного транспорта   Печи сопротивления   Насосы и компрессоры с асинхронными двигателями	0,06   0,12     0,2     0,4   0,7   До 0.9	0,5   0,4     0,65     0.75   0,95   До 0,85

 

12.Требования к качеству электроэнергии заключаются в нормативных указаниях:

- по допустимым отклонениям напряжения и частоты от номинальных значений;

- по допустимой несимметрии трёхфазной системы напряжений;

- по допустимому содержанию высших гармоник в напряжении;

- по допустимому уровню коммутационных перенапряжений и других нерегулярных искажений сетевого напряжения;

Эти требования приведены в ГОСТ, ПУЭ и в других нормативных документах. Сохранение требуемого качества электроэнергии при больших колебаниях и толчках нагрузки, при вносимых электроприёмниками нелинейностях и при частых коммутациях в силовых цепях ЭП – одна из сложных задач в электроснабжении современных промышленных предприятий и установок.

 

 

Тепловые воздействия электрической нагрузки на элементы передачи электрической энергии

Электрические нагрузки характеризуются расчетным током. При длительной нагрузке проводника током неизменного значения I установившееся превышение…   УСТ = Н /(I/IНОМ) (3.10)

Лекция № 4

ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

 

План:

 

4.1. Основные характеристики электрических нагрузок.

4.2. Назначение и классификация графиков нагрузок.

4.3. Показатели (коэффициенты) графиков электрических нагрузок.

 

Основные характеристики электрических нагрузок

Электрическая нагрузка характеризует потребление электроэнергии отдельными приёмниками, группой приёмников в цехе, цехом и заводом в целом. Первым этапом проектирования СЭ является определение электрических нагрузок.… При проектировании СЭ или анализе режимов её работы потребители электроэнергии (отдельный приёмник электроэнергии,…

Назначение и классификация графиков нагрузок

 

Электрическая нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам. Регистрировать изменения нагрузки во времени можно самопишущим прибором (рис. 4.1).

Рис. 4.1. График нагрузок по записи Рис. 4.2. График нагрузок по показа-

регистрирующим прибором. ниям счётчика активной энергии.

 

В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и реактивной мощности во времени записывают, как правило в виде ступенчатой кривой по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии, снятым через одинаковые определённые интервалы времени t_U (рис. 4.2).

 

Кривые изменений активной и реактивной мощностей и тока во времени называются графиками нагрузок соответственно по активной мощности, реактивной мощности и току.

Различают следующие характерные графики нагрузок: суточные (рис. 4.3, а) и годовые (рис. 4.3, б) графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности, характерные для отдельных отраслей промышленности; индивидуальные – для отдельных приёмников электроэнергии и групповые – для группы приёмников электроэнергии (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Суточные (а) и годовые (б) графики активных (Р) и реактивных (Q) нагрузок

 

Рис. 4.4. Групповые графики нагрузок

 

Рис. 4.5. Индивидуальные графики нагрузок (а) – периодический; (б) – цикличный

 

Суточные графики нагрузки могут быть построены для отдельных звеньев СЭ (сетей, цеховых и заводских подстанций, отдельных установок), а также для всей энергетической системы или её части, обеспечивающей электроэнергией определённый район.

Чтобы характеризировать работу отдельных установок и устройств в течение года, необходимо иметь основные суточные графики года – зимний и летний.

Площадь суточного графика представляет собой количество электроэнергии (кВ·ч), выработанной или потребляемой данной установкой за сутки.

Среднюю суточную мощность нагрузки Р_СР (кВ·т) определяют, зная количество электроэнергии W (кВт·ч), выработанной или потребляемой за сутки.

 

Р_CР.СУТ = W / t = W /24. (4.9)

 

Площадь годового графика по продолжительности представляет собой количество электроэнергии W (кВт·ч), выработанной или потреблённой электроустановкой в течение года (8760 ч).

Средняя годовая мощность нагрузки

 

Р_CР.ГОД = W / Т = W /8760. (4.10)

 

Систематической наблюдение за графиками нагрузки и правильное их построение обеспечивают повышение энергетических показателей при эксплуатации энергетического хозяйства предприятий.

Чтобы построить суммарный суточный график нагрузки промышленного предприятия необходимо подсчитать нагрузки потребителей Р_t и учесть потери ΔР_t (зависящие от нагрева проводов сети и обмоток трансформаторов, нагрева стали трансформаторов) и мощность подстанции Р_МАКС.

Из рис. 4.6 следует, что нагрузка подстанции в любой момент суток определяется нагрузкой потребителя и потерями в сети и трансформаторах.

Рис. 4.6. Суточный график нагрузки промышленного предприятия:

1 – график подстанции; 2 – график потребления; 3 – график потерь

 

Показатели графиков электрических нагрузок

При расчётах и исследовании силовых электрических нагрузок применяют расчётные коэффициенты, характеризующие режимы работы ЭП, потребление энергии,… Показатели графиков нагрузок – некоторые безразмерные коэффициенты,… Коэффициенты графиков нагрузок определяются как для индивидуального, так и для группового графиков как активной, так и…

Лекция № 5

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЁТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК   План:

Лекция № 6

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЁТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК   План:

Лекция № 7

 

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

ЦЕХОВ И ПРЕДПРИЯТИЙ (ЗАВОДОВ)

 

План:

 

7.1. Определение расчётных электрических нагрузок однофазных
электроприёмников.

7.2. Определение расчётных электрических нагрузок цехов и
предприятий (заводов).

7.3. Определение центра электрических нагрузок и выбор
местоположения подстанций.

 

7.1. Определение расчётных электрических нагрузок однофазных
электроприёмников

 

На промышленном предприятии наряду с трёхфазными приемниками электроэнергии имеют место стационарные и передвижные электроприёмники.

Однофазные ЭП, включённые на фазные и междуфазные напряжения и распределённые по фазам с неравномерностью не выше 15%, учитываются, как трёхфазные той же суммарной мощности. При превышении указанной неравномерности расчётная нагрузка однофазных ЭП принимается равной тройной нагрузке наиболее загруженной фазы.

При числе однофазных ЭП до трёх условная трёхфазная номинальная мощность Р_НОМ.У определяется следующим способом:

1) при включении ЭП на фазное напряжение

 

Р_НОМ.У = 3 S_П = 3 Р_НОМ.Ф, (7.1)

 

где S_П – паспортная мощность; Р_НОМ.Ф – номинальная мощность максимально нагруженной фазы;

2) при включении однофазных ЭП на линейное напряжение при одном ЭП

 

Р_НОМ.У = 3 Р_НОМ; (7.2)

 

при двух-трёх ЭП

Р_НОМ.У = 3 Р_НОМ.Ф; (7.3)

 

Максимальная нагрузка однофазных ЭП, включённых на фазное или линейное напряжение при числе их более трёх при одинаковых Ки и cosj, определяется по формулам

Р_МАКС. = 3 Ки Кмакс Р_НОМ.Ф; (7.4)

 

Q_МАКС. = 1,1 Ки Q_НОМ.Ф; (7.5)

 

7.2. Определение расчётных электрических нагрузок

Цехов и предприятий (заводов)

 

Расчёт электрических нагрузок цехов и предприятий (заводов) производят в следующем порядке.

1. Для определения электрических нагрузок составляют сводную ведомость установленной, расчётной и суммарной расчётной мощности по установке, цеху или предприятию.

2. Силовые нагрузки определяют методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм) с применением для каждой группы ЭП соответствующих расчётных коэффициентов.

3. Осветительные нагрузки рассчитывают методом удельной мощности на освещаемую площадь (вт/м²).

4. Суммарную нагрузку на стороне НН трансформатора S₂ определяют без компенсации и с компенсацией реактивной мощности до заданного cosj.

5. Мощность нагрузки S₁ на стороне ВН трансформатора предварительно рассчитывают с учётом активных (2%) и реактивных (10%) потерь в трансформаторе от номинальной мощности предварительно намеченного к установке трансформатора:

S₁ = K S₂ (7.6)

где коэффициент K зависит от значения cosj нагрузки;

cosj . . . . . . . .1 0,9 0,8 0,7 0,6

К . . . . . . . . .1,02 1,06 1,08 1,085 1,09

 

6. При проектировании СЭ по данным расчётной нагрузки составляют таблицу электрических нагрузок отдельных цехов, позволяющую выбрать число и мощность трансформаторов с учётом компенсации реактивной мощности, а также определить число и мощность трансформаторов цеховых и заводских подстанций.

7. Далее, в соответствии с указанными параметрами СЭ, местоположением ИП (ТЭЦ, районная подстанция энергосистемы и др.) и категорией потребителя определяют местоположение, число и мощность трансформаторов на ГПП.

8. После выбора схемы питания цеховых ТП от ГПП или ЦРП определяют токовые нагрузки, сечения и потери в сети внутреннего электроснабжения напряжением 6-10 кВ.

9. Окончательные сечения сети уточняют после расчёта токов КЗ.

 

 

 

Определение центра электрических нагрузок

И выбор местоположения подстанции

Проектирование системы электроснабжения предприятия предусматривает рациональное размещение на ее территории заводской и цеховых подстанций. Для…   Ri = Рi / (7.7)

Лекция № 8

 

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

 

План:

 

8.1. Выбор схемы замещения элемента системы электроснабжения.

8.2. Определение параметров схем замещения
трансформаторов и преобразователей.

8.3. Определение параметров схем замещения промышленных

электрических сетей.

8.4. Потери мощности в трансформаторах и преобразователях.

8.5. Потери мощности в реакторах.

8.6. Потери мощности в электродвигателях.

 

Выбор схемы замещения элемента системы электроснабжения

Расчёт потерь мощности в линиях, трансформаторах, и преобразователях при проектировании систем промышленного электроснабжения необходим в двух… 1) для корректировки расчётных нагрузок; 2) Для определения технико-экономических показателей элементов системы электроснабжения, в частности потерь…

Определение параметров схем замещения

Трансформаторов и преобразователей

Параметры схем замещения трансформаторов и преобразователей определяют по номинальным данным этих устройств. Так например, в случае трёхфазных… I1НОМ = ; (8.5.)  

Определение параметров схем замещения линий промышленных сетей

В случае кабельных, воздушных и других линий длиной l и сечением s активное сопротивление определяют по известным формулам   R = ; (8.11)

Потери мощности в трансформаторах и преобразователях

Потери активной и реактивной мощности в элементе системы электроснабжения, имеющем схему замещения, приведённую на рис. 8.1.   Р = 3; (8.15а)

Потери мощности и электроэнергии в реакторах

Потери активной мощности в реакторах   РР = К3 3РНОМ. Ф (8.21)

Потери мощности в электродвигателях

Основные соотношения параметров для асинхронных двигателей можно получить из схемы замещения асинхронного двигателя, приведённой на рис. 8.3. Определение основных данных можно осуществить по круговым диаграммам.… Потери энергии в электродвигателе определяют расход энергии и КПД двигателя; от распределения потерь в двигателе…

Лекция № 9

 

ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ И ИХ РАСЧЁТЫ

 

План:

9.1. Общие сведения.

9.2. Основные требования к качеству электроэнергии.

9.3. Расчёт сетей с симметричной нагрузкой на конце по потере напряжения.

9.4. Расчёт потери напряжения в линии с несколькими распределёнными нагрузками.

9.5. Расчёт потерь напряжений в магистральной линии по сумме моментов

нагрузки

9.6. Расчёт падения и потери напряжения.

 

Общие сведения

 

Обеспечение качества электроэнергии на зажимах электроприёмников – одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения. Появление в СЭ мощных вентильных электроприводов, дуговых электропечей и других ЭП с резкопеременной нагрузкой создало проблему их электромагнитной совместимости с СЭ, успешное решение которой обеспечивает рациональную работу как таких ЭП, так и ЭП со спокойной нагрузкой, присоединённой к той же системе (освещение, электродвигатели и др.).

Показатели качества электроэнергии регламентируются требованиями ГОСТ 13109-87. показателями качества электроэнергии для трёхфазных сетей переменного тока являются:

Отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебаний частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения; коэффициент несимметрии и неуравновешенности напряжений.

Высокое качество электроэнергии по всем перечисленным параметрам способствует увеличению выпуска продукции и общей рентабельности производства.

Отклонения напряжения.

Поддержание напряжения в центрах питания имеет важное значение для нормальной работы ЭП. Отклонение напряжения в ту или иную сторону от номинальных… При понижении напряжения возрастает скольжение и уменьшается частота вращения…  

Основные требования к качеству электроэнергии

ГОСТ 13109-87 допускает отклонение напряжения: - на зажимах электроосветительных приборов от -2,5 до +5%; - на зажимах электродвигателей, станций их управления – от –5 до +10%;

РАСЧЕТЫ ПАДЕНИЯ И ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ

П а д е н и е н а п р я ж е н и я: геометрическая разность векторов напряжения в начале и в конце рассматриваемого элемента схемы; потеря напряжения… Например, для линии Л1 (рис. 9.5, 9.6), если известно напряжение в конце линии… UА = (9.22)

Лекция № 10

 

ПОТЕРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

План:

 

10.1. Потери электроэнергии в элементе системы электроснабжения.

10.2. Потери электроэнергии в трансформаторах.

10.3. Потери электроэнергии в воздушных и кабельных линиях.

10.4. Потери электроэнергии в шинопроводах.

10.5. Потери электроэнергии в осветительных сетях.

10.6. Регулирование графиков электрических нагрузок.

 

Потери электроэнергии в элементе системы электроснабжения

Передача электрической энергии от источника питания к потребителям связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения… Следовательно, умение правильно рассчитать потери во всех звеньях системы… Общая нагрузка потребителей складывается из мощности его активных и реактивных нагрузок.

Потери электроэнергии в трансформаторах

Потери мощности в трансформаторах слагаются из потерь активной (Р) и реактивной (Q) мощности. Потери активной мощности состоят в свою очередь из потерь на нагревание… Потери мощности на нагревание обмоток трансформатора

Потери электроэнергии в воздушных и кабельных линиях

Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер, поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях зависят от изменения нагрузки. В… Среднеквадратичный ток представляет собой эквивалентный ток, который, проходя… Время потерь - это расчётное время, в течение которого линия, работая с неизменной максимальной нагрузкой IМАКС, имела…

Потери электроэнергии в шинопроводах

 

Потери электрической энергии в шинопроводах в значительной степени определяются активным сопротивлением, которое обычно больше их омического

 

сопротивления в 2-4 раза из-за поверхностного эффекта и дополнительных потерь в крепящих строительных конструкциях (железобетоне, головках и фланцах изоляторов), а также диэлектрических потерь в кабелях и др.

Потери электроэнергии в шинопроводах можно снизить за счёт уменьшения активного и частично индуктивного сопротивления, вызываемого «эффектом близости шинопроводов». Это достигается соответствующим расположением шин и конфигурацией шинного пакета (2-4 полосы в пакете), применением спаренных фаз или бифиляра и др.

Потери электроэнергии в шинопроводах можно также снизить за счёт правильного выбора экономической плотности тока. Особенно важно это учитывать в электролизных установках с большими токами.

 

Потери электроэнергии в осветительных сетях

 

Эти потери составляют: в машиностроении – до 7%, в лёгкой и пищевой промышленности – до 10% от общего количества потребляемой электроэнергии, расходуемой на электрическое освещение.

В электрическом освещении экономию электроэнергии получают за счёт следующих основных мероприятий по снижению потерь, экономному и рациональному расходованию электроэнергии:

1) применения источников света с высокой световой отдачей (энергоэкономичных люминесцентных ламп, натриевых ламп высокого давления и др.);

2) внедрения высокочастотных электронных пускорегулирующих устройств;

3) автоматического включения, отключения и регулирования освещения;

4) уменьшения потерь света путём регулярной очистки световых приборов и световых проёмов помещений, применения светлой окраски светоотражающих поверхностей помещений и т.п.;

5) рационального размещения осветительных приборов.

 

Регулирование графиков электрических нагрузок

Под регулированием электрических нагрузок понимают комплекс целенаправленных мероприятий по сокращению расхода электроэнергии (по экономии… В результате этих мероприятий существенно уменьшаются потери электроэнергии в… Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузки, определяемый технологическим процессом и…

Лекция № 11

 

ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВКАХ

 

План:

 

11.1. Общие положения.

11.2. Снижение потерь и экономия электроэнергии в компрессорных

установках.

11.3. Потери электроэнергии в вентиляционных установках.

11.4. Снижение расхода электроэнергии в насосных установках.

11.5. Потери электроэнергии в транспортных установках.

11.6. Основные меры для снижения расхода электроэнергии

и рационального использования электроосветительных установок.

*■ ^v

 

Общие положения

Расход электроэнергии в промышленных установках составляет 50 - 60% от общего расхода электроэнергии, и его сокращение может значительно снизить… Компрессорные установки -20-25 Вентиляторные установки -10-20 :

Снижение потерь и экономия электроэнергии в компрессорных установках

Потребление сжатого воздуха в машиностроении на отдельных предприятиях измеряется десятками тысяч кубических метров в час. На выработку 1000 м3… 1) поддержание необходимого давления и допустимое снижение рабочего  

Потери электроэнергии в вентиляционных установках

  (приточно-вытяжная и циркулярно-калориферная вентиляция, тепловые завесы) и… В производственной вентиляции для обеспечения технологического про­цесса производства применяют воздуходувки, в…

Снижение расхода электроэнергии в насосных установках

1) регулирования производительности и давления насосных агрегатов; 2) сокращения расхода воды на производственные нужды. Регулирование производительности и давления при одиночной работе на­сосов достигается установкой регулируемых…

Потери электроэнергии в транспортных установках

 

Из транспортных средств, наибольшее потребление электроэнергии приходится на мостовые краны, у которых мощность электродвигателей в ряде случаев значительно превышает мощность, необходимую для текущих рабочих перевозок. Это объясняется тем, что грузоподъемность крана и мощность двигателей нередко выбирают с учетом использования крана для монтажа многотонного оборудования. Снижение расхода электроэнергии в этом случае можно получить за счет применения крана с двумя подъемами или установки второго крана с меньшей грузоподъемностью.

 

Значительную экономию электроэнергии в транспортных средствах дает также замена кранов подвесными конвейерами, а в межцеховом транспорте — замена электрокар конвейерами толкающего типа с автоматической адресовкой грузов.

Основные меры для снижения расхода электроэнергии

И рационального использования электроосветительных установок

Электрическое освещение. Как указано выше, на электрическое освещение расходуется до 10% от общего расхода электроэнергии предприятиями. Основными мерами для снижения расхода электроэнергии и рационального использования электроосветительных установок являются: содержание в чистоте световых проемов и полное использование естественного света, систематическая очистка осветительной арматуры и электрических ламп, своевременная по белка потолков и стен, правильное размещение осветительных приборов, применение наиболее экономичных светильников и источников света, схем автоматического управления для включения и отключения внутреннего и наружного освещения.

 

Лекция № 12

 

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ И ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

План:

12.1. Общие положения по экономии электроэнергии в

промышленном производстве.

12.2. Экономия электроэнергии в машиностроении.

12.3. Экономия электроэнергии в металлургическом производстве.

 

Общие положения по экономии электроэнергии в промышленном производстве

Экономию электроэнергии в промышленном производстве, являющуюся одной из актуальнейших современных задач, получают за счет проведения разнообразных… Конструкционными называют мероприятия, принимаемые в стадии разработки… в уменьшении материалоемкости изделий, что обеспечивает меньшие энергозатраты при их обработке, сборке,…

Экономия электрической энергии в машиностроении

Снижение потерь и экономия электрической энергии усовершенствованием технологического процесса.Экономия электрической энергии в машиностроении.… Отношение энергии WPЕЗ, затраченной на процесс резания, к энергии W,… ц= WPЕЗ /W. Эта величина характеризует конструктивное совершенство станка и электродвигателя, а также рациональность…

Экономия электроэнергии в металлургическом производстве

Эк о н о м и я электроэнергии в металлургическом произведстве. Металлургическое производство является весьма крупным   потребителем электроэнергии, поэтому снижение потерь и экономия электроэнергии в нем имеют большое…

Лекция № 13

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

 

План:

 

13.1. Потребители реактивной мощности и регулирование реактивных

нагрузок.

13.2. Снижение потребления реактивной мощности без применения

компенсирующих устройств.

13.3. Снижение потребления реактивной мощности компенсирующими

устройствами.

13.4. Технико-экономические расчёты при выборе компенсирующих

устройств.

Потребители реактивной мощности и регулирование реактивных

Нагрузок

Снижение реактивных нагрузок потребителей может осуществляться: выполнением мероприятий, не требующих установки компенсирующих устройств, снижающих… Реактивная мощность потребляется как электроприемниками, так и элементами… Вследствие неэкономичности передачи реактивной мощности потребителям компенсирующие устройства устанавливают…

Снижение потребления реактивной мощности без применения

Компенсирующих устройств

К мероприятиям для снижения реактивной мощности в этом случае относятся: 1) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического… 2) переключение статорных обмоток асинхронных двигателей, напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их…

Снижение потребления реактивной мощности компенсирующими устройствами

Основные принципы компенсации реактивной мощности: 1. Выбор типа, мощности, места установки и режима работы компенсирующих… 2. Компенсирующие устройства выбираются одновременно со всеми элементами питающих и распределительных сетей.

Устройств

  Технико-экономические расчеты при выборе компенсирующих устройств должны…  

Лекция № 14

 

ВНУТРИЦЕХОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

 

14.1. Назначение и особенности цеховых электрических сетей

напряжением до 1 кВ.

14.2. Классификация внутрицеховых сетей напряжением до 1 кВ.

14. 3. Общие требования к выбору и прокладке электрических сетей.

14.4. Выбор электрических сетей.

 

Назначение и особенности цеховых электрических сетей напряжением до 1 кВ

Электрической сетью в данном курсе называется совокупность соединенных между собой линий одного номинального напряжения для передачи электроэнергии… Сети промышленных предприятий разделяют на цеховые сети, питающие цеховые… Распределительная сеть предприятия может питаться от понизительных подстанций предприятия, подключенных к…

Классификация внутрицеховых сетей напряжением до 1 кВ

 

Внутрицеховые электрические сети напряжением до 1 кВ различаются между собой по многим конструктивным признакам. Конструкции сетей зависят от материала проводников, способов изоляции, условий окружающей среды, от степени ответственности электроустановки, от расстояния источника питания до потребителя, от характера нагрузки (спокойная, ударная) и других факторов.

По способам изоляции сети напряжением до 1 кВ можно разделить на две большие группы: выполняемые из шин и неизолированных проводов и из изолированных проводов и кабелей. К сетям напряжением до 1 кВ, выполняемым неизолированными проводами, относятся ВЛ, которые на промышленных предприятиях имеют крайне ограниченное применение. Из неизолированных и изолированных шин выполняют шинопроводы. Электропроводки и КЛ

 

относятся к сетям, выполненным из изолированных проводников.

Примерная классификация сетей напряжением до 1 кВ по конструктивным признакам приведена на рис. 14.1.

 

 

Рис. 14.1. Классификация по конструктивным признакам внутрицеховых сетей напряжением до 1 кВ

 

В зависимости от принятой схемы электроснабжения и условий окружающей среды цеховые электрические сети выполняют шинопроводами. кабельными линиями и проводами.

Прокладка электрических цепей производится изолированными и неизолированными проводниками. Изолированные проводники выполняются защищенными и незащищенными. Защищенные проводники поверх электрической

 

изоляции имеют металлическую или другую оболочку, предохраняющую изоляцию от механических повреждений. Незащищенные проводники таких оболочек не имеют.

Изолированные проводники делятся на провода и кабели. К неизолированным проводникам относятся алюминиевые, медные, стальные шины и голые провода.

В электрических сетях предприятий широко применяют также шинопроводы. Они могут быть открытыми и закрытыми. По назначению их распределяют на магистральные и распределительные. Магистральные шинопроводы выполняют из алюминиевых шин, распределительные - из алюминиевых или медных шин.

Силовые кабели применяют в сетях до 1000 В и выше.

Кабельные линии напряжением до 1000 В больших сечений предназначаются для питания мощных ЭП, установленных в среде с особыми условиями, где ограничена прокладка проводов в трубах.

Шинопроводы напряжением до 1 кВ общепромышленного назначения подразделяют на:

магистральные переменного тока, предназначенные для выполнения в производственных помещениях магистральных четырехпроводных электрических сетей с заземленной нейтралью напряжением до 660 В, частотой 50-60 Гц;

магистральные постоянного тока, предназначенные для * выполнения электрических соединений источников питания - машинных или статических преобразователей - с электродвигателями главных приводов прокатных станов и других механизмов, а так же для выполнения электрических сетей установки общего назначения напряжением до 1200 В;

распределительные переменного тока, предназначе­ны для выполнения внутри помещений распределенных электрических сетей с зазем­ленной нейтралью напряжением 380/220 В, частотой 50-60 Гц;

осветительные, предназначены для выполнения в производственных помещениях осветительных двухпроводных и четырехпроводных электрических сетей, а также для питания электрифицированного ручного инструмента и других ЭП небольшой мощности;

троллейные, предназначенные для выполнения в производственных по­мещениях (только в цехах, не содержащих токопроводящую пыль, и там, где имеется опасность повреждения открыто проложенных троллеев или прикосновения к ним) троллейных линий в сетях трехфазного переменного тока напряжением 660 В, частотой 50-60 Гц, питающих мостовые краны, электроталл, передаточные .тележки и др. (подключение электрифицированных инструментов к трехфазным шинопроводам недопустимо);

распределительные, предназначенные для вертикальной прокладки внутри общественных и административных зданий повышенной важности;

распределительные п ы л е з а щ и щ'е н н ы е , предназначенные для выполнения распределительных электрических сетей переменного тока с глухозаземленной нейтралью в помещениях с пыльной средой (в том числе в пожароопасных зонах класса П-П и П-Па), характеризуемая тем, что пыль во взвешенном состоянии не образует взрывоопасные смеси.

 

Сети энергосистемы и другие сети за пределами предприятия называют внешними сетями.

Каждая сеть может иметь одно или несколько питающих устройств - источников активной и реактивной мощности.

Электрические сети служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители электроэнергии подсоединяются через внутрицеховые подстанции й распределительные уст­ройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети напряжением до 1 кВ имеют весьма огра­ниченное распространение, так как на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от внутрицеховых встроенных или пристроенных трансформаторных подстанций.

Основными элементами сети являются линии, распределительные узлы, узлы ответвления.

Основным элементом линии являются проводники (провода, кабели, шины, ком­плектные шинопроводы и др.). Совокупность проводников цеховой сети или ее части называют обычно проводкой. Проводники могут быть одножильными или состоять * из многих изолированных друг от друга токоведущих жил. Проводники (или жилы многожильного проводника) разделяют на рабочие (например, фазные и нейтральные проводники линий переменного тока), защитные (например, заземляющие, выравни­вающие потенциалы и т.п.). заземленные нейтральные проводники, используемые часто одновременно в качестве защитных (например, для зануления в сетях до 1 кВ переменного тока), называют нулевыми. Линии НН или ее ответвление может содержать и два нулевых проводника - рабочий и защитный. Совокупность соединенных между собой нейтральных проводников и нейтральных точек источников и приемни­ков электроэнергии называют нейтралью сети.

В распределительных узлах размещают коммутационные и защитные аппараты

линии, а при необходимости так же контрольные и измерительные приборы. Линии присоединяю с помощью коммутационных аппаратов к сборным шинам.

 

 

Общие требования к выбору и прокладке электрических сетей

В соответствии с ПУЭ производственные помещения в зависимости от характера окружающей среды делят на сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, с… Для электрических сетей следует применять проводники с алюминиевыми жилами.…  

Выбор электрических сетей

отвечать определенным требованиям надежности, экономичности, безопасности и эксплуатационного удобства. Поэтому при выборе типов, конструктивных… При выборе проводников и способов их прокладки внутри зданий оказывают влияние следующие факторы:

Лекция № 15

Системы внутреннего (внутризаводского) электроснабжения промышленных предприятий и установок

План:

 

15.1. Общие принципы построения схем внутризаводского распределения

электроэнергии.

15.2. Выбор схемы распределительной сети предприятия.

15.3. Одноступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии.

15.4. Двухступенчатая схема распределения электроэнергии.

15.5. Одиночные магистральные схемы.

15.6. Двойные сквозные магистрали.

 

Общие принципы построения схем внутризаводского распределения электроэнергии

Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества… С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требует… При проектировании схемы важное значение приобретает правильное решение вопросов питания силовых и осветительных…

Выбор схемы распределительной сети предприятия

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной, радиальной или смешанной схеме. Выбор схемы определяется категорией… Под радиальной схемой подразумевается такая, при которой от ТП (районной… Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются только в тех случаях, когда нагрузки рассредоточены от…

Одноступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии

 

Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших и средних по мощности предприятиях для питания сосредоточенных ЭП (насосные станции, печи, преобразовательные установки, цеховые п/ст), расположенные в различных направлениях от центра питания.

 

Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей СЭС начиная от ИП и кончая сборными шинами до 1 кВ цеховых п/ст (рис. 15.1).

Питание крупных п/ст и п/ст или РП с преобладанием потребителей I категории осуществляют не менее чем двумя радиальными линиями, отходящими от разных секций ИП.

Отдельно расположенные ТП мощностью 400-630 кВ∙А получают питание по одиночным радиальным линиям без резервирования, если отсутствуют потребители I и II категорий и по условиям прокладки линии возможен ее быстрый ремонт.

 

 

Рис. 15.1. Одноступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии

 

Если обособленные п/ст имеют потребителя I категории, то их питание должно осуществляться двух кабельной линией с разъединителями на каждом кабеле (п/ст ТП4 на рис. 15.1).

Преимущества радиальных схем – простота выполнения и надежность эксплуатации, возможность простой и надежной защиты и автоматизации. Недостатком такой схемы является то, что при аварийном отключении питающей радиальной линии на цеховом РП нарушается электроснабжение нескольких цеховых ТП. Для устранения этого недостатка радиальную схему питания иногда дополняют резервной линией от ГПП, которая заводится на цеховые п/ст.

Кроме того, для повышения надежности при питании по радиальной схеме применяют АВР. При нарушении питания одной из секций шин цехового РП автоматически включается нормально разомкнутый секционный выключатель и питание обеих секций осуществляется по одной линии.

Применение радиальных схем электроснабжения увеличивает количество высоковольтных аппаратов, что в свою очередь, увеличивает капитальные затраты.

 

Двухступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии

 

Двухступенчатые радиальные схемы (рис. 15.2) промежуточными РП применяют на больших и средних по мощности предприятиях для питания через РП крупных пунктов потребителей, так как нецелесообразно загружать основной центр питания предприятия с дорогими ячейками РУ большим количеством мелких отходящих линий. От вторичных РП питание подается на цеховые п/ст без сборных шин ВН. В этом случае используют глухое присоединение трансформаторов или предусматривают выключатель нагрузки, реже – разъединитель. Коммутационно-защитную аппаратуру при этом устанавливают на РП.

На рис. 15.2 показан пример двухступенчатой радиальной схемы распределения электроэнергии в районе крупного предприятия.

 

 

Рис. 15.2. Двухступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии

 

ГПП этого района подключена к глубокому вводу 110 кВ. Каждый РП питается двумя линиями 10 кВ (первая ступень). На второй ступени электроэнергия распределяется между двух трансформаторными цеховыми ТП. Резервирование РП I категории на одно-трансформаторных п/ст осуществляется перемычками 400 В между ближайшими ТП. Предусматривается глубокое секционирование с возможностью АВР на всех ступенях от ГПП до шин НН цеховых п/ст.

 

Одиночные магистральные схемы

Магистральные схемы распределения электроэнергии применяют в том случае, когда потребителей много и радиальные схемы нецелесообразны.   Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Магистральные схемы…

Двойные сквозные магистрали

Схемы с двумя и более сквозными магистралями имеет высокую надежность и могут применяться для потребителей любой категории надежности. Двойные сквозные магистрали целесообразны для цеховых п/ст или РП с двумя…  

Лекция №16

Внутризаводские электрические сети промышленных предприятий

План:

16.1. Назначение и особенности электрических сетей внутризаводского электроснабжения напряжением выше 1 кВ.

16.2. Выбор рационального напряжения распределительной сети.

16.3. Выбор рациональной системы электроснабжения (СЭ) промышленного предприятия.

16.4. Технико-экономический расчет выбора напряжения и схем внутризаводского электроснабжения.

Назначение и особенности электрических сетей внутризаводского электроснабжения напряжением выше 1 кВ

Системы электроснабжения промышленного предприятия (СЭС), представляющая собой сочетание отдельных элементов, может быть условно разделена на:… К внутренней части СЭС (внутреннее электроснабжение) относятся… Для электроснабжения крупных предприятий применяют глубокие вводы ВН, при которых питающие линии напряжением 35-220…

Выбор рационального напряжения распределительной сети

С применением схем глубокого ввода напряжение первых ступеней распределения электроэнергии возросло до 220 кВ. Широкому распространению напряжения… Напряжение 35 кВ применяют для питания предприятий средней мощности и для… На предприятиях большой мощности напряжение 35 кВ нерационально использовать в качестве основного. Оно может быть…

Выбор рациональной системы электроснабжения (СЭ) промышленного предприятия

Внутризаводское электроснабжение по сравнению с внешним характеризуется решением большего количества вопросов, что обусловлено разнообразием… Технико-экономические показатели СЭС в целом определяются суммированием…

Технико-экономический расчет выбора напряжений и схем внутризаводского электроснабжения

Капитальные затраты на сооружение кабельных и воздушных линий определяются по укрупненным показателям стоимости сооружения 1 км линии и стоимости… Ежегодные эксплуатационные расходы (16.1) годовые издержки производства

Лекция № 17

ТОКОПРОВОДЫ 6-35 кВ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

План:

 

17.1. Определения и условия рационального применения токопроводов 6-35 кВ.

17.2. Классификация токопроводов напряжением 6-35 кВ.

17.3. Конструктивное исполнение токопроводов.

17.4. Выбор и расчет токопроводов.

 

Определения и условия рационального применения токопроводов 6-35 кВ

Токопроводы напряжением 6-35 кВ применяют для магистрального питания энергоемких потребителей промышленных предприятий с токами нагрузки 1500-6000 А… Под токопроводом 6-35 кВ подразумевается линия электропередачи повышенной по… Применение токопроводов вместо большего числа КЛ и ВЛ позволяет повысить надежность электроснабжения, упростить…

Классификация токопроводов напряжением 6-35 кВ

 

В настоящее время для внутреннего и внешнего электроснабжения промышленных предприятий применяют токопроводы различных исполнений.

В зависимости от вида проводников токопроводы различают на:

1) гибкие (при использовании проводов и лент);

2) жесткие (при использовании труб, шин прямоугольного или другого сечения).

Токопроводы с фазами, расположенными по вертикали равностороннего треугольника, называют симметричными (фазы цепи имеют одинаковое активное и реактивное сопротивления). Магистральные токопроводы можно рассматривать как сборные шины источника питания (ГПП), вынесенные за пределы РУ и проложенные до центров электрических нагрузок.

По способу защиты от воздействий от окружающей среды токопроводы разделяют на:

1) открытые;

2) закрытые.

Открытые токопроводы с жесткой ошиновкой используют при напряжениях 6-10 кВ, реже при напряжениях 35 кВ. их конструкции различаются взаимным расположением фаз, типом изоляторов и их

 

креплений, материалом, формой и размерами шин, что определяется значением напряжения и токовой нагрузки.

Шины токопроводов изготавливают в основном из алюминия или его сплавов. При токах до 2000 А пакет состоит из плоских шин, а при больших токах – из шин швеллерного профиля.

У подвесных токопроводов с жесткими шинами и опорными изоляторами токоведущие шины расположены по углам равностороннего треугольника.

Гибкие трехфазные токопроводы выполняют на напряжение 6-20 кВ. Их используют для соединения генераторов с трансформаторами, а также генераторов и трансформаторов с шинами РУ ГПП напряжением 110 кВ. При этом каждая фаза выполняется из нескольких голых гибких проводов, скрепленных с помощью специальных крепежных деталей. Фазы размещают в горизонтальной плоскости или по углам равностороннего треугольника и крепят на подвесных изоляторах.

Токопроводы изготавливают, как правило, из алюминиевых и сталеалюминевых проводов. Медные провода применяют лишь в исключительных случаях (в среде агрессивной по отношению к алюминию).

Закрытые токопроводы выполняют на токи до 20 кА и напряжение до 35 кВ. по сравнению с открытыми они имеют ряд преимуществ:

1) уменьшают вероятность междуфазных КЗ;

2) повышают безопасность обслуживания;

3) ограничивают место возникновения электродинамических усилий между фазными шинами при КЗ.

Применяют следующие исполнения закрытых токопроводов:

а) фазы размещены в одном кожухе, не разделены перегородками;

б) фазы находятся в общем кожухе, разделенном перегородками;

в) каждая фаза заключена в отдельный кожух из алюминия или алюминиевого сплава.

Закрытые токопроводы значительно дороже открытых и поэтому менее распространены. Такие токопроводы применяют при блочной схеме генератор – трансформатор.

 

Конструктивные исполнения токопроводов

В сетях 6-35 кВ промышленных предприятий распространение получила система канализации электроэнергии токопроводами. Фазы токопроводов образованы из… 1) с жесткими шинами, закрепленных на опорных изоляторах с расположением фаз…  

Выбор и расчет токопроводов

Токопроводы по сравнению с линиями, выполненными из большого числа параллельно проложенных кабелей, имеют преимущества по надежности, перегрузочной… Из открытых токопроводов напряжением 6-10 кВ наилучшими показателями обладают…  

Экономическая плотность тока для проводов различного профиля

  Примечание. Здесь Со = Спо*Тп – стоимость 1 кВт потерь, руб./(кВт*год); Спо –… Выбранное сечение токопровода проверяют на термическую и электродинамическую стойкость к токам КЗ.