Основы электроснабжения
Основы электроснабжения
Лекция 1 Основные термины и определения
Электроснабжение – это обеспечение потребителей электроэнергией.
Потребителем электроэнергии называется электроприемник или совокупность электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Приемник электрической энергии (электроприемник) – устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в другие виды энергии.
Практическое использование электрической энергией началось в конце девятнадцатого столетия. Производство электрической энергии, ее передача потребителям и использование ими происходит одновременно. Электроэнергию нельзя запасать и хранить, ее необходимо произвести в данное время и в таком количестве, которое требуется потребителю. Поэтому производство электроэнергии должно возрастать или уменьшаться пропорционально ее потреблению. Для хранения электрической энергии необходимы специальные методы ее преобразование в другие виды энергии (например, в химическую в аккумуляторах).
Для промышленных предприятий основным источником электроснабжения являются электрические станции, объединенные в энергетические системы.
Рассмотрим производство (генерация), распределение и потребление электрической и тепловой энергии с помощью следующей схемы.
 |
Электростанция производит (или генерирует) электрическую энергию, а теплофикационная электростанция – электрическую и тепловую энергию.
По виду первичного источника энергии, преобразуемого в электрическую или тепловую энергию, эл/ст делятся на:
1.ТЭС (тепловая электростанция) первичный источник энергии – органическое топливо (уголь, газ, нефть) 75%;
а) ГРЭС (государственная районная электростанция), вырабатывающие только электроэнергию;
б) КЭС (конденсационная электростанция);
в) ТЭЦ (теплоэлектроцентраль, теплофикационные станции), вырабатывающие и электроэнергию и тепло.
2. АЭС (атомные электростанции) работают на урановом концентрате 11%.
3. ГЭС (гидроэлектростанции) основа вода 14%.
Незначительную часть энергии вырабатывают дизельные электростанции (ДЭС), а также ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ). Особое место занимают электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии: солнечные (СЭС), ветровые (ВЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Однако суммарная мощность этих станций незначительна.
Тепловые конденсационные электрические станции (КЭС). В настоящее время в энергосистемах на долю КЭС приходится ¾ всей вырабатываемой энергии. Мощность отдельных электростанций этого типа достигает 6 000 МВт и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению до 8 000 МВт. Основным условием, определяющим строительство мощной КЭС, является наличие источника водоснабжения. КПД КЭС с учетом расхода электроэнергии на собственные нужды не превышает 0,32– 0,4. КЭС недостаточно маневренны, т. е. подготовка к пуску, синхронизация и набор нагрузки блока требуют от 3 до 6 часов. Поэтому для турбогенераторов КЭС предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой.
Теплофикационные станции (ТЭЦ) предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов теплом и электроэнергией. Они отличаются от КЭС использованием тепла «отработавшего» в турбинах пара для нужд производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электрической и тепловой энергии достигается значительная экономия топлива сравнительно с раздельным энергоснабжением, т. е. выработкой электроэнергией на КЭС и получением тепла от местных котельных. Режим ТЭЦ суточный и сезонный определяется в основном потреблением тепла. Станция работает более экономично, если ее электрическая мощность соответствует отпуску тепла.
Атомные электрические станции (АЭС) – это тепловые станции, использующие энергию ядерных реакций. Единичная мощность ядерных энергоблоков достигает 1500 МВт. В настоящее время считается, что единичная мощность энергоблока АЭС ограничивается не техническими соображениями, а условиями безопасности при авариях с реактором. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. потребовала во много раз повысить безопасность АЭС и отказаться от их строительства в густонаселенных и сейсмоактивных районах. Тем не менее, с учетом экологической ситуации атомную энергетику рассматривают как перспективную.
Гидроэлектростанции (ГЭС). Удельная стоимость ГЭС (руб/МВт) выше удельной стоимости ТЭС той же мощности из-за большего объема строительных работ. Время сооружения ГЭС так же больше времени сооружения ТЭС. Однако себестоимость электроэнергии на ГЭС, значительно ниже себестоимости энергии ТЭС, так как в состав эксплуатационных расходов не входит стоимость топлива. Большим преимуществом ГЭС является возобновляемость энергетических ресурсов рек. ГЭС обладает высокой маневренностью, что позволяет развивать достаточно быстро нужную мощность.
Самая мощная гидроэлектростанция находится за рубежом ее мощность 12,6 млн. кВт. В России одной из крупных ГЭС является Саяно-Шушенская, которая вырабатывает 6,4 млн. кВт (на ней стоит 8 агрегатов по 800 МВт). Красноярская ГЭС вырабатывает 6 млн. кВт (12 агрегатов по 500 МВт).
Электрическая часть электростанциивключает в себя разнообразное основное и вспомогательное оборудование.
Основное оборудование предназначено для производства и распределения электроэнергии. К нему относятся:
- синхронные генераторы, вырабатывающие электроэнергию (на ТЭС – турбогенераторы);
- сборные шины, которые необходимы для приема электроэнергии от генераторов и распределения ее к потребителям;
- коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, отделители и т.д.)
- электроприемники собственных нужд (насосы, вентиляторы, аварийное электрическое освещение и т.д.)
Вспомогательное оборудование предназначено для выполнения функций измерения, сигнализации, защиты и автоматики и т.д.
Так как все электростанции находятся достаточно далеко от потребителей, то возникает необходимость связать станции с потребителями. Для этого используются электрические сети.
Электрическая сеть- это совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств (РУ) и линий электропередач (ЛЭП) работающих на определенной территории.
Подстанция – электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии с трансформацией напряжения.
Распределительное устройство – это совокупность сооружений, предназначенных для приема и распределения электроэнергии: шины, выключатели, разъединители и др. (шкаф с аппаратами защиты и коммутации, предназначенный для присоединения электроприемников)
Линия электропередачи (воздушная или кабельная) – электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.
Электрические сети классифицируют
ПО РОДУ ТОКА: сети постоянного тока и сети переменного тока
1.Линии сверх высокого напряжения Uном >330 кВ 2.Линии высокого напряжения Uном = 220 кВ 3.Линии низкого напряжения Uном < 1 кВПреимущество энергосистем.
1.Возможность применения энергоблоков большой мощности.
2.Возможность перераспределения мощностей за счет различных временных поясов, т. е. в часы максимальных нагрузок можно передать мощность с другой системы.
3.Возможность уменьшения резерва мощностей.
4.Повышение надежности электроснабжения потребителей.
Лекция 2
Развитие и современное состояние электроснабжения
Промышленных установок
Источниками питания предприятия могут быть: РУ (распределительное устройство) генераторного напряжения электростанции либо РУ вторичного напряжения… Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная п/ст… Главные понизительные подстанции (ГПП) получают питание от энергосистемы на напряжение 35 – 220 кВ и распределяют…Схема электроснабжения крупного или среднего предприятия
Nbsp; ЛЭП 110 кВ от системы
… … …Основные принципы проектирования систем электроснабжения
Предприятий
2. Применение рациональных напряжений систем электроснабжения. 3. Применение современных методик расчета электрических нагрузок. В настоящее… 4. Выбор рационального месторасположения ГПП и РП.Лекция 3
Электрические нагрузки промышленных предприятий
Технические показатели электроприемников
Электрической нагрузкой называют мощность, которую электрическое устройство или отдельный потребитель получает от сети, для электростанций – генерируемая ими мощность.
Определение электрических нагрузок является первым этапом при проектировании системы электроснабжения. От правильного определения расчетной нагрузки зависит правильный выбор всего электрооборудования (мощность трансформаторов, их число и п/ст, сечения проводов, аппараты коммутации и защиты, средства регулирования напряжения, мощность компенсирующих устройств и т. д.). Если расчетная нагрузка будет занижена, то все оборудование будет выбрано меньшей мощности, и будет работать в режиме перегрузке, срок службы сократится, качество напряжения будет плохим. Если же расчетная нагрузка будет завышена, то это приведет к завышению капиталовложений.
При определении нагрузки допускается погрешность ± 10 %. Это обусловлено тем, что параметры всего оборудования стандартизированы. Расчетная мощность может иметь любое значение, а мощность трансформатора только стандартное значение (Sтном = 100, 160, 250, 400, 630 кВА). Разница между соседними мощностями составляет 50 – 60 %. При выборе проводов пользуются максимальнодопустимыми токами для каждого сечения проводов (50 мм2 – 155 А, 70 мм2 – 215 А, 95 мм2 – 265 А). Разница между соседними значениями токов около 20 %.
Перед расчетом нагрузок на различных ступенях системы электроснабжения, нужно произвести классификацию всех ЭП как по всему предприятию, так и по отдельным его цехам, отделениям и корпусам по следующим основным признакам:
- технологическому назначению, технологическим связям, режимам работы;
- мощности, напряжению, роду тока, частоте тока;
- требуемой степени бесперебойности питания и степени резервирования;
- территориальному размещению и стабильности расположения ЭП;
- плотности нагрузки на 1 м2 площади цеха или корпуса.
Классификация электроприемников
1. по напряжению – электроприемники до 1000 В и выше 1000 В.
2. по роду тока – ЭП постоянного тока и переменного тока.
3. по числу фаз – однофазные и трехфазные.
4. по частоте – промышленной частоты, повышенной частоты, пониженной частоты.
5. по степени надежности электроснабжения – ЭП первой категории, второй и третьей категории.
Первой категории. ЭП перерыв которых в электроснабжении может вызвать опасность для жизни людей или привести к расстройству сложных технологических производств, перерыв в электроснабжении для этой категории приемников допускается на время автоматического ввода электроисточника . Все электроприборы должны быть снабжены автоматическим устройством подключения резерва.
Второй категории. ЭП нарушение электроснабжения которых, может вызвать простой рабочих и механизмов, недоотпуск продукции и нарушение нормальной жизни деятельности большого количества людей. Для этих ЭП перерыв электроснабжения допускается на время работы оперативного ремонтного персонала (не более суток).
Третьей категории. Все остальные ЭП относятся к третьей категории, перерыв на сутки и более.
6. по режиму работы:
а) продолжительный режим работы – это такой режим работы, при котором электрические машины могут длительно работать, причем повышение температуры отдельных частей машины не выйдет за установленные ГОСТ пределы (насосы, вентиляторы, освещение);
б) кратковременный режим – это режим, при котором в период работы электрической машины ее температура не успевает достичь установившегося значения, а в период пауз принимает температуру окружающей среды (вспомагательные механизмы металлообрабатывающих станков, механизмы открывания фарамуг, затворы, заслонки, задвижки и т. д.);
в) повторно-кратковременный режим - это режим, при котором в период работы электрической машины ее температура успевает достичь установившегося значения, а в период пауз не успевает достичь температуры окружающей среды (краны, подъемники, сварочные аппараты и т. д.).
Графики электрических нагрузок
Если имеются графики нагрузки (P = f(t), Q = f(t), S = f(t), I = f(t)), отдельных ЭП или группы приемников, то по ним легко можно определить… По назначению графики делятся: 1. эксплутационные (они строятся по результатам замера и электрических нагрузок в период эксплуатации),Эффективное число электроприемников
Эффективным числом ЭП nэ называют число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает то же значение… 1. Точный расчет nэ при n £ 5 производят по следующей формуле: nэ =Метод упорядоченных диаграмм
Расчет сводится в таблицу. Порядок заполнения таблицы. 1. В первую графу записывается наименование групп электроприемников (с одинаковым значением Ки и cosj) и узлов…Метод коэффициента спроса
Находит применение только для предварительных нагрузок при большом числе ЭП в группах.
Рр = Кс Ру,
где Кс – коэффициент спроса приемников для данной группы (табл. величина);
Ру – установленная мощность, известная для каждого цеха.
Расчетная нагрузка электроосвещения также определяется по методу коэффициента спроса:
Рр.о = Кс.о Ру.о Кп.р.а,
где Кс.о – коэффициент спроса;
Ру.о – удельная установленная мощность электроламп;
Кп.р.а – коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре.
Метод удельного потребления электроэнергии на единицу
Выпускаемой продукции
По этому методу выполняют расчеты нагрузки предприятий промышленности на стадии технико-экономического обоснования проекта при наличии данных об удельных расходах электроэнергии на единицу объема или массы этого или близкого профиля.
Зная объем выпускаемой продукции и удельный расход электроэнергии можно определить среднюю мощность предприятия:
Рср = (Мсм Эа.уд)/Тсм,
где Мсм – выпуск за смену единиц продукции;
Эа.уд – расход электроэнергии на еди ницу продукции, кВт.ч/ед.
Рр = Км Рср Км = 1-1,5
Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади
Рр = ро F,
где ро – удельная расчетная нагрузка на 1 м2 производственной площади;
F - производственная площадь, м2.
Определение нагрузок однофазных электроприемников
Неравномерность нагрузки определяется выражением: , где Рфнмах – номинальная мощность максимально загруженной фазы;Распределение электроэнергии при напряжении до 1000 В
Передачу и распределение электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий осуществляют электрическими сетями. Потребители… Электрические сети промышленных предприятий выполняют внутренними (цеховыми) и…Кабели – это устройство, состоящее из одного или нескольких изолированных проводов, имеющих герметичную оболочку поверх которой имеются защитные покровы.
Марки кабелей и проводов:
А- кабель с алюминиевыми жилами, отсутствует – Cu.