Глава I . ОСНовы электроснабжения

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учереждение

Амурский государственный университет

Кафедра Энергетики

 

Наумов И.В.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Благовещенск

 2014 г.

УДК 621.311                                               Амурский государственный

                                                                                     университет

ББК

Рецензенты:

Заместитель начальника департамента, начальник отдела социальной политики ОАО "Дальневосточная распределительная сетевая компания" А.А. Гаврилов;

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры Автоматизации производственных процессов и электротехники АмГУ, Д.А. Теличенко.

Наумов И.В.

Электроснабжение: учебное пособие. – Благовещенск: Изд-во АМГУ, 2014.- 382 С.

 

            Авторская редакция

 

 

Пособие соответствует требованиям ФГОС -3 подготовки бакалавров по направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника», профиль подготовки «Электроснабжение».

В пособии рассмотрены основные положения электроснабжения отдельных отраслей хозяйственной деятельности, схемы распределения электрической энергии, способы расчёта и выбора основного электрооборудования.

Материалы, изложенные в пособии, могут быть использованы для подготовки студентов-бакалавров по другим электроэнергетическим специальностям, а также могут быть полезны инженерно-техническим работникам и аспирантам.

 

 

ISBN                                                              

                                                                          © Наумов И.В., 2014.

                                                                          ©Амурский государственный

                                                                             университет, 2014.

Оглавление

Оглавление	3
Введение	5
ГЛАВА I. Основы электроснабжения	8
1.1. Основные понятия и определения. Терминологический словарь	8
1.2. Общие вопросы электроснабжения	11
1.2.1. Топливно-энергетический комплекс России	11
1.2.2. Единая энергетическая система России	17
1.3. Тарифы на электроэнергию	23
1.4. Рынок электроэнергии	26
1.5. Требования к системам электроснабжения	34
1.6. Источники питания и пункты приема электроэнергии	38
ГЛАВА II . Схемы распределения электроэнергии	43
2.1. Общие сведения	43
2.2. Выбор номинальных напряжений	43
2.3. Источники питания и требования к надёжности электроснабжения	44
2.4. Схемы подключения источников питания	47
2.5. Типы электроподстанций	48
2.6. Принципы выбора схем распределения электроэнергии	49
2.7. Схемы электрических сетей внутри объекта на напряжении 6…10 кВ	50
2.8. Схемы городских распределительных сетей напряжением до 10 кВ	58
2.9. Схемы цеховых электрических сетей напряжением до 1 кВ	60
2.10. Схемы осветительных сетей. Напряжение осветительных сетей	66
2.11. Главные схемы электростанций и подстанций	70
2.11.1. Общие сведения	72
2.11.2. Виды схем	72
ГЛАВА III . Схемы электроснабжения (по отраслям хозяйственной деятельности).	80
3.1. Принципы и основы построения схем электроснабжения	80
3.2. Схемы электроснабжения объектов	86
3.2.1. Схемы электроснабжения промышленных предприятий	86
3.2.2. Схемы электрических сетей городов	91
3.2.3. Сельские системы электроснабжения	96
ГЛАВА IV . Расчёты в электрических сетях	99
4.1. Определение расчетной нагрузки	99
4.1.1. Расчётная нагрузка промышленных предприятий	99
4.1.1.1. Графики электрических нагрузок	99
4.1.1.2. Показатели графиков электрических нагрузок	105
4.1.1.3. Последовательность расчёта электрических нагрузок	112
4.1.2. Расчётная нагрузка городской сети	121
4.1.3. Определение расчётной нагрузки в сельских электрических сетях	123
4.1.4. Примеры решения задач	142
4.2. Методы выбора сечения проводов в сельских линиях электропередачи	144
4.3. Расчёт электрических сетей по потере напряжения	165
4.3.1. Общие сведения	165
4.3.2. Расчёт разомкнутых трёхфазных сетей с равномерной нагрузкой фаз по потере напряжения	166
4.3.3. Расчёт магистралей трёхфазного тока при постоянном сечении проводов	169
4.3.4. Расчёт разомкнутых трёхфазных сетей с неравномерной нагрузкой фаз	170
4.4. Короткие замыкания и замыкания на землю в системах электроснабжения	171
4.4.1. Общие сведения. Переходный процесс при КЗ	171
4.4.2. Расчёт токов КЗ в установках напряжением ниже 1000 В	173
4.4.3. Расчёт токов КЗ в установках напряжением выше 1000 В	178
4.4.4. Несимметричные короткие замыкания	182
4.4.5. Замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью	187
4.4.6. Действие токов КЗ и ограничение их силы	190
4.4.7. Примеры расчёта токов КЗ	194
Глава V . Лабораторный практикум по электрооборудованию в системах электроснабжения	208
5.1. Лабораторная работа 1. «Высоковольтные изоляторы»	208
5.2. Лабораторная работа 2. «Средства защиты от перенапряжений»	233
5.3. Лабораторная работа 3. «Комплектные устройства в системах электроснабжения»	261
5.4. Лабораторная работа 4. «Высоковольтные выключатели»	294
5.5. Лабораторная работа 5. «Дополнительное коммутационное оборудование электростанций и подстанций	329
5.6. Лабораторная работа 6. «Защитная и коммутационная аппаратура в установках напряжением до 1 кВ»	348
Библиография	381

 

Введение

Современное общество трудно представить без использования электрической энергии. Она применяется во всех отраслях хозяйственной деятельности: в промышленности, городском, сельском и коммунальном хозяйстве; в быту и на транспорте.

Особенности энергетического производства определяют трудности управления в отрасли, вызывающие необходимость реагирования на все изменения потребления электрической энергии. При этом существенное влияние на развитие производства оказывает зависимость режима работы предприятия от режима потребления. Эта зависимость выдвигает особые требования к планированию работы не только самого объекта электроснабжения, но и энергоснабжающей организации.

Особенности энергетического производства, характерные для всех отраслей, накладывают на энергопредприятие и потребители электрической энергии особую ответственность за поддержание нормируемых параметров электроэнергии и снижение части потерь, обусловленных нерациональным управлением развития системы электроснабжения, с одной стороны, и отсутствием планомерного подхода к использованию электрической энергии – с другой.

Недостаточность знаний о распределении полученных мощностей и влиянии роста нагрузок на параметры энергетической системы не позволяют разработать комплекс мероприятий по стабилизации режима энергопотребления, который определяет происхождение негативных процессов, как в распределительных сетях низкого напряжения, так и в энергосистеме в целом.

Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, располагаемых, как правило, у источников первичной энергии. Электростанции связаны между собой и с потребителями электрическими системами, объединяющими их в энергосистемы, которые имеют централизованное управление. Чтобы уменьшить стоимость электрической энергии необходимо распределять электрическую нагрузку определенным образом. Например, при достаточном запасе воды в водохранилище на гидравлических станциях (ГЭС) их нагрузку увеличивают, одновременно разгружая тепловые станции (ТЭС) и экономя при этом топливо.

Создание энергосистем позволяет не только повысить экономичность энергоснабжения, но и значительно увеличить его надёжность, а также повысить качество электрической энергии.

Часть энергосистемы, объединяющая генераторы, распределительные устройства (РУ), трансформаторные подстанции (ТП) и потребители электрической энергии (электроприёмники – ЭП), принято называть электрической системой.

Часть электрической системы, в которую входят ТП и линии различных напряжений, называют электрической сетью (ЭС). ЭС разделяются на питающие и распределительные.

Питающие электрические сети осуществляют передачу (транспорт, канализацию) электрической энергии до распределительных пунктов (РП) или ТП и не имеют подключенных ЭП.

Распределительные электрические сети передают электроэнергию от понизительных ТП непосредственно потребителям, либо по воздушным линиям электропередачи (ВЛ), либо кабельным линиями (КЛ).

На различных иерархических уровнях электроэнергетики и в различных ситуациях ведущими являются те или иные критерии. Однако во всех случаях повышение надёжности как обязательное условие повышения эффективности производства связано с увеличением затрат, вкладываемых в создание и эксплуатацию энергетических систем, их частей и элементов.

   Одной из важнейших задач электроснабжения, при обеспечении его надёжности в любой отрасли хозяйственной деятельности, является наиболее целесообразное сетевое строительство. Оно заключается не только в принятии профессиональных решений относительно схем электроснабжения на стадии проектирования, но и в использовании наиболее современного сетевого оборудования.

Качество электрической энергии, как неотъемлемый атрибут любого товара, является наиболее всеобъемлющей характеристикой как товаропроизводителя (энергоснабжающей организации), так и непосредственно потребителя, являющегося источником вносимых искажений в работу энергосистемы в целом.

Целью настоящего пособия является оказание помощи студентам в самостоятельном освоении основ электроснабжения, путём выработки у него навыков творческого подхода к решению общеинженерных задач, оказание помощи в развитии способности к аналитическому мышлению.

 

Глава I . ОСНовы электроснабжения

Основные понятия и определения. Терминологический словарь

 

Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от неё приёмники электрической энергии, объединённые общим процессом производства, передачи, распределения и приёма электрической и других видов энергии.

Электрической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и теплоты при общем управлении этим режимом.

Электрической частью системы называется совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией.

Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

Централизованным электроснабжением называется электроснабжение потребителей от энергосистемы.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных (ВЛ) и кабельных линий электропередачи, работающих на определённой территории. Таким образом, электрическая сеть представляет собой устройство, соединяющее источники питания с потребителями электрической энергии. Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей, а также передача энергии на большие расстояния.

Приёмником электрической энергии называется аппарат (агрегат, устройство), предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

Потребителем электрической энергии называется электроприёмник или группа электроприёмников, объединённых технологическим процессом и размещающихся на одной территории.

Независимым источником питания электроприёмника или группы электроприёмников называется источник питания, на котором сохраняется напряжение при его исчезновении на другом или других источниках питания этих электроприёмников.

Подстанция представляет собой электроустановку, предназначенную для преобразования и распределения электрической энергии, состоящее из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. Подстанции могут быть трансформаторными, преобразовательными и распределительными, в зависимости от преобладания той или иной функции.

Распределительное устройство (РУ) - устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии и содержащее коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы, входящие в состав трансформаторной или преобразовательной подстанции. Распределительные устройства подразделяются на устройства открытого и закрытого типа.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) представляет собойРУ, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе.

Закрытое распредели­тельное устройство (ЗРУ) - РУ, оборудование которого расположено в здании.

 Комплектное распре­делительное устройство - РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектное распределительное устройство, предназначенное для внутренней установки, сокращенно обозначается КРУ, для наружной установки – КРУН.

Распределительным пунктом (РП) является РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) - подстанция, состоящая из трансформаторов и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектные трансформаторные подстанции или части их, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним установкам. КТП, устанавливаемые на открытом воздухе, относятся к наружным установкам.

Узловой распределительной подстанцией (УРП) является подстанция предприятия напряжением 110-220 кВ, получающая электроэнергию от энергосистемы и распределяющая ее по главным понизительным подстанциям (ГПП) или подстанциям глубокого ввода (ПГВ) по территории предприятия.

Главная понизительная подстанция (ГПП) – представляет собой трансформаторную подстанцию, получающую электроэнергию от энергосистемы на напряжениях 35 кВ и выше и распределяющая ее по территории предприятия.

Подстанция глубокого ввода (ПГВ) – подстанции 110/10 и 35/0,4 кВ, выполняемые по упрощенным схемам первичной коммутации, получающая питание от энергосистемы или узловой распределительной подстанции данного предприятия и предназначенная для питания отдельного цеха, корпуса, группы цехов предприятия.

Центральный распределительный пункт (ЦРП) – РУ предприятия, получающее электроэнергию от энергосистемы на напряжении 6-10 кВ и распределяющее ее на том же напряжении по территории предприятия.

Внутрицеховая подстанция - подстанция, расположенная внутри производственного здания (открыто или в отдельном закрытом помещении).

Столбовая (мачтовая) трансформаторная подстанция - открытая трансформаторная подстанция, все оборудование которой установлено на конструкциях или опорах воздушных линий на высоте, не требующей ограждения подстанции.

Токопровод - устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии, состоящее из неизолированных и изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, ответвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций.

Шинопровод - жесткий токопровод до 1 кВ, поставляемый комплектными секциями.

Главный распредели­тельный щит (ГРЩ) - распределительный щит, через который снабжается электроэнергией все здание или его обособленная часть.

Распределительный шкаф (пункт) - устройство напряжением до 1 кВ, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только аппараты защиты) для отдельных электроприемников или их групп (электродвигателей, групповых щитков).

 Групповой щиток - устройство, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только коммутационные аппараты) для отдельных групп светильников, штепсельных розеток и стационарных электроприемников.

1. 2. Общие вопросы электроснабжения