МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ №6

6.1 Теоретический материал к заданию

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ - совокупность мероприятий по обеспечению электроэнергией различных ее потребителей.

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Крупные электростанции, расположенные в одном, относительно большом районе, обычно соединены высоковольтными линиями электропередач и вместе с подстанциями, распределительными линиями и приемниками электроэнергии составляют энергетическую систему. Электрическую часть энергосистемы называют электрической системой.

Объединение электростанций в энергосистемы дает существенные технико-экономические преимущества: значительно повышается надежность электроснабжения потребителей; более рационально распределяется нагрузка, снижаются необходимые резервные мощности на электростанциях; открывается возможность увеличения единичной мощности генераторов и электростанций, что позволяет снизить себестоимость электроэнергии и сократить расходы топлива за счет более полного использования гидроэлектростанций и более экономичной работы тепловых электростанций.

Совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи, подстанций, распределенных на определенной территории, называется электрической сетью

Классификация электрических сетей

1. По конструктивному выполнению

1.1. воздушные линии

1.2. кабельные линии

1.3. внутренние проводники                

2. По роду тока

2.1. переменного тока

2.2. постоянного тока

3. По характеру потребителей

3.1. городские сети

3.2. сети промышленных предприятий

3.3. сельские сети

3.4. сети электрических систем

3.5. районные сети

Электрические сети, к которым непосредственно присоединены электроприемники, называют распределительными.

Электроснабжение промышленных предприятий и других потребителей в большинстве случаев осуществляется от энергосистем при напряжении в соединительных линиях 110, 35, 10 и 6 кВ в зависимости от протяженности линий и установленной мощности электроприемников на предприятии.

В конце распределительной линии высокого напряжения (110 – 35 кВ) устанавливают понижающую трансформаторную подстанцию с вторичным напряжением 6-10 кВ. Такая подстанция имеется на каждом крупном предприятии или она обеспечивает несколько относительно маломощных потребителей. От подстанции начинаются внутренние распределительные линии (как правило, кабельные). Они передают электроэнергию на цеховые подстанции, где напряжение понижается до рабочего напряжения электроприемников (220 – 380 В) или подается непосредственно высоковольтным электроприемникам. (6-10 кВ).

Внутренние распределительные линии передают электроэнергию на цеховые подстанции. Т.к. большинство электроприемников имеют номинальное напряжение 380 или 220 В, на цеховой подстанции установлены понижающие трансформаторы, которые на вторичной стороне дают такие напряжения для подключения силовой (электродвигатели), осветительной (электролампы) и другой нагрузки.

Внутренние цеховые сети выполняют по радиальной, магистральной или смешанной схеме. Та или другая из этих схем начинается от шин вторичной стороны цеховой подстанции.

Рисунок 6.1 Магистральная схема

Рисунок 6.2 Радиальная схема

По радиальной схеме электроприемники 3 присоединены или непосредственно к шинам 1 подстанции, или имеются промежуточные распределительные пункты 2. Преимуществами радиальной схемы являются: высокая надежность, удобство автоматизации. К недостаткам следует отнести высокую стоимость электросети, необходимость больших дополнительных монтажных работ в случае перемещения электроприемников.

Магистральная состоит из нескольких магистралей 5, к которым в любой точке можно присоединить электрприемник 3. Обычно магистральные схемы применяют при равномерном распределении электроприемников в цехе. Магистральная схема дешевле радиальной, позволяет перемещать технологическое оборудование без переделки сети, но она менее надежна.

В смешанной схеме некоторые электроприемники получают питание по радиальным линиям, а другие от магистральных шинопроводов.

Конструктивные особенности различных электрических сетей определяются их назначением, величинами напряжения и электрических нагрузок, местом прокладки линий, их протяженностью и другими факторами. Несмотря на большие отличия в устройстве различных электрических сетей, все они имеют сходные по назначению элементы. В качестве токоведущих элементов применяют металлические провода и кабели; для изоляции токоведущих элементов друг от друга и от земли служат электроизоляционные материалы и конструкции; во всех сетях установлены коммутирующие аппараты, устройства защиты и контроля.

Воздушные линии

Воздушные линии имеют три основных элемента: провода, изоляторы, опоры. Для воздушных линий применяют в основном алюминиевые, стальные, сталеалюминиевые провода, большей частью многопроволочные.

Провода закрепляют на фарфоровых изоляторах, которые, в свою очередь, укреплены на опорах. В зависимости от величины рабочего напряжения в линии применяют изоляторы разной конструкции: подвесные в виде гирлянды, штыревые с креплением на штырях или крюках. Конструкция опор также зависит от значения рабочего напряжения линии (деревянные опоры, железобетонные и металлические опоры).

Кабельные линии

Для устройства кабельных линий электросетей применяют силовые кабели. Кабельные линии дороже воздушных и их применяют там, где воздушные линии проложить невозможно по тем или иным причинам (например, внутри зданий и на территориях промышленных предприятий, на улицах городов и других густонаселенных пунктов).

Внутренние кабельные проводки выполняют открыто по стенам и по поверхностям строительных конструкций в металлических трубах, в кабельных лотках и коробках, в кабельных каналах. Кабели прокладывают также в специальных помещениях, являющихся частями зданий (кабельные этажи, двойные полы, кабельные шахты и т.п.), подвешиваются на тросах.

Наружную прокладку кабеля выполняют также по стенам и несгораемым поверхностям зданий и сооружений открыто или в трубах; подвешивают кабели на тросах или применяют специальные тросовые кабели.

На территориях предприятий, населенных пунктов кабели прокладывают также в земельных траншеях непосредственно в земле или в специальных блоках из труб, кабельных каналах, тоннелях.

Электропроводка

Для доведения электроэнергии непосредственно к электроприемникам применяют кабели, а также изолированные провода с одно- или многопроволочными жилами, с резиновой или поливинилхлоридной электроизоляцией. Электропровода некоторых марок имеют защитную оболочку хлопчатобумажную или металлическую.

Марка провода и способ прокладки выбирают, учитывая характер производства, тип помещения, условия окружающей среды, удобство прокладки и эксплуатации, а также предназначение провода. Например, провод АППВ используют для открытой прокладки, а провод АППВС – для скрытой проводки в каналах или под штукатуркой.

В качестве распределительных элементов цеховых электросетей, кроме групповых распределительных пунктов (РП) и щитков (РЩ), широко применяют шинопроводы, прокладывая их вдоль цехов или технологических линий. В шинопроводах низкого напряжения применяют плоские алюминиевые, голые или с изоляционным покрытием шины. Для защиты шин от механических повреждений их помещают в кожухи, обычно металлические. Ответвления от магистральных шинопроводов выполняют с помощью специальных вставок.

Электрические сети должны удовлетворять многим технико-экономическим требованиям, из которых основными являются: безопасность для жизни и здоровья людей, пожарная безопасность, надежность и бесперебойность электроснабжения, высокое качество электроэнергии (прежде всего отклонение напряжения в сети от номинального напряжения электроприемников должно быть в допустимых пределах), высокая экономичность (наименьшие капитальные и эксплуатационные расходы).

Выполнение этих и других требований обеспечивается правильным выбором оборудования, материалов, проводов и кабелей, высоким качеством строительной части и монтажа, выполнением всех правил технической эксплуатации.

Выбор сечения проводов и кабелей по допустимому нагреву.

Установившаяся температура провода тем больше, чем больше потери энергии в нем и чем хуже условия теплоотдачи в окружающую среду. Длительная надежная служба проводов и кабелей может быть гарантирована, если их температура не превышает допустимой величины, которая зависит от длительности действия тока, материала токоведущих жил и электроизоляции. Допустимой температуре соответствует допустимый ток I_доп. Значения допустимых токов для различных типов (марок) и поперечных сечений проводов и кабелей указаны в справочных таблицах. Они установлены учетом условий прокладки, температуры окружающей среды (25°С – воздуха и 15°С – почвы). В тех случаях, когда температура окружающей среды отличается от расчетной или надо проложить рядом несколько кабелей, условия охлаждения изменяются, поэтому допустимые токи для тех же поперечных сечений токоведущих жил уточняют с помощью поправочных коэффициентов k_п.

      (6.1)

Выбор сечений проводов и кабелей с учетом защитных аппаратов

В электрических сетях напряжением до 1000В для защиты электроприемников применяют плавкие предохранители и автоматические выключатели. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая должна отвечать двум требованиям: не перегорать при длительном рабочем токе нагрузки I_р, не перегорать при пусковых (пиковых) токах.

I_п.в. ≥ I_р      (6.2)

Выбирая предохранитель, рабочий ток Iр одиночного электроприемника принимают равным его номинальному току

I_р= I_ном       (6.3)

Для группы электроприемников

I_р= k_с I_у       (6.4)

где I_у – сумма номинальных токов установленных электроприемников, присоединяемых к данной линии;

k_с – коэффициент спроса, учитывающий, что электроприемники могут работать не одновременно и с неполной нагрузкой.

Выбор сечения проводника с учетом аппарата защиты осуществляют по условию

I_доп≥ k_з I_н.з. (6.5)

где I_доп – допустимый ток для выбранного сечения провода

I_н.з. – номинальный ток плавкой вставки или уставка автомата

k_з – кратность допустимого длительного тока по отношению к току защитного аппарата

Сечение провода (кабеля) принимают наибольшее по условиям

I_доп≥ I_р          (6.6)

I_доп≥ k_з I_н.з.

Защита в электрических сетях должна действовать избирательно (селективно), т.е. отключать только тот участок, в котором произошло короткое замыкание или который длительно перегружен.

Выбор сечений проводов по допустимой потере напряжения

Электроприемники работают нормально, если напряжение в электросети U_c равно их номинальному напряжению U_ном. Стандартами установлены допустимые отклонения напряжения. Главная причина потери напряжения в проводах состоит в том, что провода имеют активное и индуктивное сопротивление.

Потеря напряжения ΔU – это алгебраическая разность между напряжением U₁ у источника питания и напряжением U₂ в месте подключения электроприемника. Ее выражают в Вольтах или в % к номинальному напряжению.

ΔU = U₁ – U₂  (6.7)

(6.8)

Исходя из допустимых отклонений напряжения, определены допустимые потери напряжения в электросетях (на участке от подстанции до электроприемника)

В силовых сетях напряжением до 1000 В допустимая потеря напряжения составляет 6 – 7 % от номинального, в осветительных сетях – 2 – 3 %

В линии постоянного тока длиной l потеря напряженияопределяется по формуле

(6.9)

Отсюда можно определить сечение провода линии, если задано допустимое значение потери напряжения:

(6.10)