ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
1 Федеральное агентство по образованию РФ АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Для студентов специальности «Электроснабжение» очной и заочной форм обучения Составитель: доцент кафедры Лисина Л.Ф. АНГАРСК 2009 г.
2 Электроснабжение промышленных предприятий. Конспект лекций. Для студентов специальности «Электроснабжение» очной и заочной форм обучения. Составитель доцент кафедры Лисина Любовь Федоровна. Ангарская государственная техническая академия Ангарск: АГТА, с. Даны темы дисциплины, контрольные вопросы по изучению материала. Рецензент: к.т.н., доцент кафедры «Электроснабжения и электротехники» Иркутского государственного технического университета К.В. Суслов. Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом Ангарской государственной технической академии. Ангарская государственная техническая академия Кафедра ЭПП 2
3 ТЕМА 1: ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 1.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией. Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок: по производству электрической энергии электрические станции (на предприятиях со значительной тепловой нагрузкой); по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии — электрические сети и подстанции; по потреблению электрической энергии в производственных и бытовых нуждах приемники электрической энергии. Электрической станцией называют предприятие или электроустановку, предназначенную для производства электрической энергии. На электростанциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра и др.) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в электрическую энергию. В зависимости от используемого вида первичной энергии электрические станции можно разделить на следующие основные группы: тепловые, атомные, гидравлические, ветряные и альтернативных источников энергии. Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. По технологическому назначению электроприемники классифицируют в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохимические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля; установки искровой обработки, устройства контроля и испытания изделий. Электроустановки характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др. 3
4 Совокупность электроприемников объединенных технологическим процессом в цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называют потребителем электрической энергии (электропотребителем). Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств, и соединяющих их линий электропередачи (воздушные, кабельные линии и токопроводы) работающих на определенной территории. Электрической подстанцией называют электроустановку, предназначенную для приема, преобразования и распределения электроэнергии и состоящей из трансформаторов или других преобразователей энергии, устройству управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств. Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на распределительных подстанциях и распределительных устройствах. Электрические сети выполняют в основном по системе трехфазного переменного тока. Принятая частота переменного тока в Российской Федерации равна 50Гц. По характеру электропотребления и территориальному размещению электроприемников объектов различают системы электроснабжения промышленных предприятий, городов, агропромышленного комплекса и электрифицированного транспорта ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ В настоящее время широко используется централизованное электроснабжение объектов. Централизованным электроснабжение называют обеспечение потребителей электрической энергией от энергосистемы. Энергетической системой называется совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, объединенных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования и распределения тепловой и электрической энергии. Электроснабжение потребителей от объединенных энергетических систем вызвано огромными преимуществами по сравнению с электроснабжением от отдельных электрических станций. 4
5 При создании объединенных энергетических систем можно уменьшить суммарную установленную мощность электростанций. Большая совокупность потребителей электрической энергии характеризуется графиком нагрузки. Максимум суммарной нагрузки системы меньше, чем сумма максимумов нагрузок отдельных потребителей. Это объясняется несовпадением максимумов нагрузок отдельных потребителей. В энергетических системах, охватывающих обширные географические районы, несовпадение максимумов вызвано расположением потребителей в разных часовых поясах. Установленная мощность электростанций в системе должна быть достаточна для покрытия максимальных нагрузок и потерь мощности в электрических сетях. Объединение нескольких электростанций различных видов позволяет повысить экономичность выработки электроэнергии, в частности более полно использовать гидроресурсы. Энергетические системы дают возможность согласованно работать тепловым электростанциям (ТЭС) и гидроэлектростанциям (ГЭС). В период недостатка воды на ГЭС (зимой) выработка электроэнергии на них снижается. Потребители обеспечиваются электроэнергией в большей мере от ТЭС. Наоборот, летом при большом притоке воды ГЭС работают на полную мощность, а выработка электроэнергии в ТЭС снижается. Это обеспечивает экономию топлива и, следовательно, уменьшает себестоимость электроэнергии. Объединение энергосистем позволяет увеличить единичную мощность агрегатов. С возрастанием мощностей агрегатов улучшаются их технические характеристики, снижается удельная стоимость выработки электроэнергии. Создание объединенных энергосистем позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей. Отдельные элементы системы (генераторы, трансформаторы, линии электропередачи и др.) в результате аварии могут выходить из строя. В этих случаях часть потребителей может потерять питание. Многократное резервирование, использование устройств релейной защиты и автоматики энергосистем позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей. Устройства релейной защиты производят отключение поврежденных элементов или частей системы и локализуют аварию. Устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения (ввода) резерва (АВР) позволяют восстановить питание отключенных потребителей. Устройства АПВ предназначены для ликвидации так называемых 5
6 неустойчивых повреждений ВЛ. При быстром отключении линии 60-75% повреждений самоустраняются. При повторном включении линия остается в работе и электроснабжение потребителей не нарушается. Автоматическое включение резерва подключает потребители в случае нарушения электроснабжения от основного источника питания к резервному источнику ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ И ПОТРЕБИТЕЛЕМ Взаимоотношения между энергосистемой и потребителями регламентированы правилами пользования электрической энергией. Их в определенной мере можно разделить на юридически-правовые, техникоэкономические и оперативно-диспетчерские. К юридическо-правовым вопросам относят: -регламентация порядка присоединения электроустановок потребителей к энергосистеме; -разграничение балансовой принадлежности оборудования и сетей, эксплуатационной ответственности между потребителем и энергосистемой; -выбор соответствующих тарифов и системы расчета за электроэнергию; -определение условий электроснабжения потребителей в период возникновения в энергосистеме дефицита мощности или энергии в целях сохранения устойчивости режима системы и ее разгрузки за счет отключения части потребителей; -определение порядка допуска персонала энергосистемы в электроустановки потребителей для оперативных переключений и для контроля над режимом электропотребления; -регламентация ответственности энергосистемы и потребителей за электроснабжение, качество электрической энергии и соблюдение правил пользования электроэнергией. Технико-экономические вопросы взаимоотношений меду энергосистемой и потребителем связаны с разработкой и выполнением: -технических условий на присоединение электроустановок потребителей к энергосистеме; -схем размещения приборов учета и контроля качества электроэнергии; нормативов по компенсации реактивной мощности и оптимальных режимов 6
7 работы компенсирующих устройств; -правил и норма по надежной и экономичной эксплуатации электроустановок потребителей. Оперативно-диспетчерские взаимоотношения определяют необходимостью обеспечения: -электроснабжение потребителей в соответствии с выбранным уровнем надежности схемы внешнего электроснабжения; -нормальных условий эксплуатации и ремонта электрооборудования, сетей, приборов энергосистемы и потребителей; — установленных стандартом норм качества электроэнергии; — разгрузки энергосистемы для сохранения устойчивости ее режима при возникновении временных аварийных дефицитов мощности. Единство электрических сетей энергосистемы и потребителей обуславливает необходимость строгой регламентации взаимоотношений между оперативно-диспетчерским персоналом. Координация взаимоотношений между энергосистемой и потребителем возложена на энергосбыт ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Система электроснабжения завода состоит из питающих, распределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных сетей и токопроводов высокого и низкого напряжения. Система электроснабжения строится таким образом, чтобы она была надежна, удобна и безопасна в обслуживании и обеспечивала необходимое качество энергии и бесперебойность электроснабжения в нормальном и послеаварийном режимах. В то же время система электроснабжения должна быть экономичной по затратам, ежегодным расходам, потерям энергии и расходу дефицитных материалов и оборудования. Для этого применяются связи между электрическими сетями различных ведомств, а также объединяется питание промышленных, коммунальных и других потребителей вплоть до создания единых электрических сетей. Это создает возможность экономичных решений высокой надежности с минимальными затратами на резервирование. При проектировании для предприятий собственных электростанций, главных понизительных подстанций и других источников питания учитываются 7
8 близлежащие внезаводские потребители электроэнергии. Особенно это необходимо в районах, недостаточно охваченных энергосистемами. Электрические сети и подстанции органически входят в общий комплекс предприятия, как и другие производственные сооружения и коммуникации. Поэтому они должны увязываться со строительной и технологической частями, очередностью строительства и общим генеральным планом предприятия. Весьма серьезные требования предъявляются к надежности электроснабжения современных промышленных предприятий. Это объясняется: а) непрерывным ростом электронагрузок как за счет увеличения производственных мощностей предприятий так и за счет расширения области применения электроэнергии во всех отраслях (электротермия, электролиз рост энерговооруженности); б) концентрацией больших мощностей на ограниченных площадях; в) имевшими место серьезными авариями, повлекшими полное «погашение» крупных предприятий и вызвавшими длительные (до нескольких суток) простои с большим ущербом для народного хозяйства; г) загрязнением окружающей среды на многих предприятиях производственными вредностями, которые разрушающе действуют на изоляцию и токоведущие части открытых электроустановок. Для правильного решения вопросов надежности электроснабжения необходимо четко определить режимы, возникающие во время аварии и в периоды, непосредственно следующие после аварии. Необходимо четко различать режимы: аварийный и послеаварийный. Под аварийным режимом подразумевается кратковременный переходный режим, вызванный нарушением нормального режима работы системы электроснабжения или ее отдельных звеньев и продолжающийся до отключения поврежденного звена или элемента. Продолжительность аварийного режима определяется в основном временем действия релейной защиты, автоматики и телеуправления. Под послеаварийным режимом следует понимать режим, возникающий после отключения упомянутых поврежденных элементов системы электроснабжения, т. е. после ликвидации аварийного режима. Он гораздо более длителен, чем аварийный режим, и продолжается впредь до восстановления нормальных условий работы, т.е. нормального режима. Систему электроснабжения в целом нужно строить таким образом, чтобы она при послеаварийном режиме обеспечивала функционирование основных производств предприятия после 8
9 необходимых переключений и пересоединений. При этом используются все дополнительные источники и возможности резервирования, в том числе и те, которые в нормальном режиме нерентабельны (различные перемычки, связи на вторичных напряжениях и др.). При послеаварийном режиме допустимо частичное ограничение подаваемой мощности; возможны кратковременные перерывы питания электроприемников третьей и частично второй категории на время вышеупомянутых переключений и пересоединений; а также позволены отступления от нормальных уровней, отклонений и колебаний напряжения и частоты в пределах допусков, регламентированных ГОСТ на нормы качества электрической энергии. Если же невозможно полное сохранение в работе всех основных производств в течение послеаварийного периода, то нужно обеспечить, хотя бы сокращенную работу предприятия с ограничением мощности или, в крайнем случае, поддержание производства в состоянии горячего резерва с тем, чтобы после восстановления нормального электроснабжения предприятие могло быстро возобновить свою работу по заданной производственной программе. Поэтому в схеме электроснабжения выделяются ответственные нагрузки, питание которых должно быть обеспечено при проведении энергосистемой аварийных разгрузок, т. е. при уменьшении подаваемой мощности. В период послеаварийного режима элементы сети могут быть перегружены в пределах, допускаемых Правилами устройства. Так, например, допускается перегрузка кабелей напряжением до 10 кв с бумажной изоляцией на 30% на время максимумов суммарной суточной продолжительностью до 6 ч в течение не более 5 суток, если до этого максимальная нагрузка кабеля при нормальном длительном режиме работы не превышала 80% длительно допускаемого тока по нагреву. Правила устройства электроустановок допускают перегрузку масляных трансформаторов на 40% при послеаварийном режиме, но также только в периоды максимума нагрузки, причем суммарное время максимумов в течение суток не должно превышать шести часов. При этом режиме коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора, а не должен превышать 0,75, т. е. должки быть соблюдено следующее условие: I α = I СР М IСР = 1,4 IН, Т SСР = 1,4 S Н 0,75 9
10 где соответственно среднесуточный, максимальный и поминальный токи; S ср, S Н соответственно среднесуточная нагрузка и номинальная мощность трансформатора, откуда S СР 0,75 1,4 S 1, 05 S Н Н Отсюда вытекает, что среднесуточная нагрузка трансформатора S ср при послеаварийном режиме может превысить его поминальную мощность S Н не более чем на 5%. Следует иметь в виду, что общее время режима работы трансформатора с указанной перегрузкой не должно превышать пяти суток. Предполагается, что за это время удастся послеаварийный режим перевести в нормальный и трансформатор не будет больше подвергаться перегрузке. Перегрузка сухих трансформаторов Правилами не регламентируется. Московский электрозавод допускает их перегрузку на 30% (вместо 40%, допускаемых ми масляных трансформаторов) при соблюдении упомянутых выше условий. При этом среднесуточная нагрузка сухих трансформаторов должна быть близкой к номинальной. Надежность электроснабжения предприятий, как правило, следует повышать при приближении к источникам питания (ТЭЦ, ГПП и т. д.) и по мере увеличения мощности соответствующих звеньев системы, так как аварии в мощных звеньях приводят к более тяжелым последствиям, чем в мелких, и охватывают большую зону предприятия. Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятий, зависят также от их величины и потребляемой ими мощности. С этой точки зрения предприятия можно условно подразделить на крупные, средние и небольшие. К крупным относятся предприятия с установленной мощностью электроприемников порядка МВт и более. К числу таких предприятий можно, например, отнести заводы черной и цветной металлургии, химии, искусственного волокна, тяжелого машиностроения и т. п. К средним предприятиям можно причислить большинство машиностроительных заводов, деревообделочных комбинатов, текстильных фабрик, где установленная мощность электроприемников не превышает МВт, а нижний предел составляет около 5 7,5 МВт. К небольшим предприятиям относится большинство предприятий легкой и пищевой промышленности и другие мелкие предприятия, на которых установленная мощность электроприемников находится в пределах 2 5 МВт. Мощность, потребляемая предприятиями от энергетической системы, 10
11 колеблется в более широких пределах, так как зависит от коэффициента спроса, который значительно изменяется в зависимости от характера производства. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1.Что называется электроснабжением? 2.Что понимается под системой электроснабжения? 3. Перечислите положительные стороны энергосистемы 4.Назовите известные Вам энергосистемы. 5. Нарисуйте часть энергосистемы 6. Что такое электроприёмник, потребитель электроэнергии? 7. Что такое подстанция, ТП, КТП, РУ, РП,ЦРП, ГРУ, ОРУ, ЗРУ, КРУ, ЩСУ, ШР, ГПП, ПГВ? 11
12 ТЕМА 2 : КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Электроприемники промышленных предприятий можно классифицировать по технологическому назначению, режиму работы, по роду тока, установленной (номинальной) мощности и номинальному напряжению. По технологическому назначению электроприемники классифицируют в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: 1. электродвигатели приводов машин и механизмов; 2. электротермические установки; 3. электрохимические установки; 4. установки электроосвещения; 5. установки электростатического и электромагнитного поля; 6. установки искровой обработки, устройства контроля и испытания изделий. По режиму работы приемники электрической энергии промышленных предприятий можно разделить на три группы: 1. приемники, работающие в продолжительном режиме с неизменной или мало изменяющейся нагрузкой; 2. приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки; 3. приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. По роду тока электроприемники группируют на электроприемники, работающие от сети: 1. переменного тока промышленной частоты 50Гц; 2. переменного тока с частотой отличной от промышленной частоты; 3. постоянного тока. Приемники переменного тока делят на однофазные и трехфазные. В настоящее время электроснабжение предприятий ведется на переменном трехфазном токе частотой 50Гц. Для питания электроприемников постоянного тока и переменного тока повышенной или 12
13 пониженной частоты на промышленных предприятиях сооружают преобразовательные установки. Преобразовательные установки питаются от сети трехфазного тока и поэтому являются трехфазными электроприемниками. Однофазные электроприемники включают на фазные и линейные напряжения. Нагрузку электроприемников распределяют по возможности равномерно по фазам. Установленная мощность электроприемников, используемых на предприятиях, варьируется от сотен ватт до сотни мегаватт в единице. Ряды номинальных напряжений и мощностей регламентируются государственными стандартами ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАНИЯ ЭЛЕКТРОЕМНИКОВ Электрической нагрузкой называют мощность, потребляемую электроустановкой в установленный момент времени. В случае переменного тока можно говорить о полной, активной и реактивной нагрузках. Электрические нагрузки в системах электроснабжения могут быть во времени неизменными и переменными. Для большого числа электроприемников проявляется периодичность изменения нагрузки во времени, совпадающая с периодом производственного процесса. Изменения нагрузки во время такого периода изображаются при помощи графиков нагрузки, которые могут составляться на технологический цикл, на смену, на сутки, на год или на другие промежутки времени. Пропускную способность элементов электроснабжения и номинальную мощность источников электроэнергии выбирают по максимальному или некоторому среднему за определенный промежуток времени значению нагрузки, которое называют расчетной нагрузкой. Расчетная величина Рр определяет технические решения, диктуя затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие энергосистем. Для расчета электрических нагрузок необходимо знать номинальные параметры питаемых установок. Рассмотрим основные из них: 13
14 1. По роду тока различают электроприемники переменного, постоянного и импульсного тока (к установкам импульсного тока относятся, например, сварочные трансформаторы). 2. Число фаз электроприемников переменного тока составляет чаще всего 3 или 1 (трех- и однофазные электроприемники). 3. По частоте переменного тока различают электроприемники промышленной, повышенной и пониженной частоты. 4. Одним из наиболее важных показателей электроприемника является установленная мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспортных данных. Установленная мощность группы электроприемников определяется как сумма номинальных мощностей однородных электроприемников. Для двигателей дается Рном, квт — мощность на валу электродвигателя: Рпотр=Рном/КПД. Если электропривод или двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, учитывают показатель периодичности включения ПВ,%: Рпотр=Рном. Для сварочных трансформаторов и электропечей дается мощность, потребляемая из сети S, ква. Для крановых установок под номинальной мощностью одного крана подразумевается сумма номинальных мощностей двух наиболее мощных электродвигателей. 5. По номинальному напряжению электроприемников выбирают напряжение питающей сети. Для трехфазных электроприемников обычно имеют ввиду линейное напряжение. 6. Потребление реактивной мощности электроприемниками характеризуется коэффициентом мощности где P — активная мощность; S — полная мощность. Или отношением реактивной мощности к активной 14
15 где Q — реактивная мощность. 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. 8. Режим работы электроприемников может быть длительным, кратковременным, повторно-кратковременным или более сложным. 9. По подвижности различают стационарные и нестационарные (подвижные, переносные и т.п.) электроприемники. 10. По надежности электроприемники разделяют на I, II и III категорию ВЫБОР ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ Электроприемники промышленных предприятий условно можно объединить в группы общепромышленных и специализированных технологических установок. Отличительной особенностью электроприемников общепромышленных установок является то, что мы можем заменить каждый электроприемник из этой группы на электроприемник другого типа или мощности без потери выполняемых технологических функций. Специализированные технологические установки выпускаются промышленностью в единичных экземплярах по индивидуальному заказу. К общепромышленным установкам можно отнести: электродвигатели, которые предназначены для привода агрегатов и механизмов промышленных предприятий; осветительные установки, а так же некоторые установки других технологических групп электроприемников. Выбор электроустановок того или иного типа может в значительной степени улучшить технико-экономические показатели электропотребления промышленного предприятия. В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью для 15
16 привода агрегатов и механизмов выпускаются различные виды электродвигателей, различного номинального напряжения, различной установленной мощности. Выбор того или иного электродвигателя может оказать существенное влияние на режимы электропотребления промышленного предприятия, на выбор схемы и элементов системы электроснабжения. Поэтому выбор электродвигателей общепромышленных установок должен быть технически обоснован, при необходимости подтвержден техникоэкономическими расчетами сравнения различных вариантов выбора. В качестве осветительных установок можно использовать светильники с лампами накаливания различных типов, с люминесцентными лампами, с ртутными лампами высокого давления. Такое многообразие светильников позволяет разрабатывать различные варианты освещения производственных помещений и из этих вариантов выбрать наиболее подходящий, создающий наиболее комфортные условия работы при минимальных затратах. Для правильного и обоснованного выбора типа электроприемников и способов канализации электрической энергии необходимо проанализировать условия эксплуатации: климат, категория размещения, взрывопожароопасность, пожароопасность и опасность поражения электрическим током в зоне размещения. Анализируя условия эксплуатации, определяют необходимую степень защиты, уровень и вид взрывозащиты электрооборудования. Степень защиты обозначается буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра характеризует степень защиты, обеспечиваемая оболочками, от проникновения твердых предметов (включая защиту людей от доступа к опасным частям изделий и защиту электрооборудования внутри оболочки от попадания посторонних твердых предметов), а вторая от проникновения воды (защиту электрооборудования внутри оболочки от вредных воздействий в результате проникновения воды). Установлены три уровня взрывозащиты электрооборудования. Уровень электрооборудование повышенной надежности против взрыва взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы. Знак уровня — 2. Уровень взрывобезопасное оборудование — взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации. Знак уровня
17 Уровень особовзрывобезопасное оборудование взрывозащищенное электрооборудование, в котором по отношению к взрывобезопасному оборудованию приняты особые дополнительные средства взрывозащиты. Знак уровня КАТЕГОРИИ НАДЕЖНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Промышленные предприятия, как правило, состоят из нескольких производств. При проектировании системы электроснабжения предприятия необходимо учитывать требования технологических процессов производств. Анализируя режимы работы наиболее ответственных аппаратов, агрегатов, механизмов, обеспечивающих протекание технологических процессов, определяют категорию надежности электроснабжения электроприемников. В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяют на следующие три категории: Электроприемники I категории — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов народного хозяйства. Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаврийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Примерами таких электроприемников являются электродвигатели задвижек и запорной арматуры, приводы вентиляторов компрессоров центробежных насосов, а также аварийное освещение в некоторых видах химического производства. В некоторых производствах прекращение вентиляции может вызвать опасную концентрацию горючих или токсических газов, а остановка насосов пожар или взрыв. К «особой» группе относятся также некоторые механизмы доменной печи, некоторые электроприемники производства искусственного волокна, химии и др. Число электроприемников «особой» группы в общем невелико. 17
18 Электроприемники II категории — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям оборудования, рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Вторая категория самая распространенная. К ней относятся электрооборудование основных производств текстильных фабрик, прокатных цехов, горных разработок (кроме водоотлива и подъема), почти все механизмы целлюлозно-бумажной промышленности, компрессорные, ряд электроустановок цветной металлургии и др. Электроприемники III категории все остальные электроприемники не входящие в I и II группу. Например электроприемники, вспомогательных цехов, цехов несерийного производства, неответственных складов и т. п., отнесены к третьей категории и допускают перерыв питания на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения продолжительностью до одних суток. На этих и других предприятиях следует применять такие способы прокладки проводов и кабелей и такое размещение трансформаторов, которые обеспечивают быстрый их ремонт или замену. Весьма важно для этого иметь на складе находящиеся в исправности резервные трансформаторы. Для правильного решения вопросов надежности электроснабжения необходимо четко определить режимы, возникающие во время аварии и в периоды, непосредственно следующие после аварии. Электроснабжение электроприемников I категории должно обеспечиваться от двух независимых источников электроснабжения. Источник питания считается независимым, если в после аварийном режиме на нем сохраняется напряжение в регламентированных пределах при исчезновении его на других источниках питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанции и подстанции при одновременном соблюдении следующих условий: 1. каждая секция шин или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания; 2. секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем). При нарушении питания приемников I категории от одного источника питания перерыв в электроснабжении допускается на время автоматического подключения к другому независимому источнику питания. 18
19 Для электроснабжения электроприемников особой группы должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого, взаимно резервирующего источника. Приемники особой категории подключают к секции шин третьего независимого источника. Одними из требуемых источников питания могут быть местные электростанции (ТЭС и ТЭЦ предприятия), шины генераторного напряжения энергосистем, аккумуляторные батареи, специальные агрегаты бесперебойного питания и другие источники. В случаях, когда нельзя обеспечить необходимой непрерывности технологического процесса осуществляют технологического резервирование. Для безаварийной остановки технологического процесса устанавливают взаимно резервирующие технологические агрегаты, специальные устройства останова. Питание электроприемников II категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников электроснабжения. Допускается питание от одного источника. Как правило, для промышленных предприятий II категории надежности электроснабжения электроприемников при трех сменной работе от питание обеспечивается от двух независимых источников, а при двух сменной работе питание обеспечивается от одного источника. Считается, что массовый недовыпуск продукции из-за нарушения электроснабжения при двухсменной работе может быть скомпенсирован работой в третью смену. При питании электроприемников от различных систем шин электростанции или подстанции рационально использовать одну двух цепную воздушную линию электропередачи, что не противоречит ПУЭ. Электроснабжение электроприемники III категории может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одних суток. Категорийность электроприёмников по надёжности электроснабжения определяет проектная организация. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Классификация электроприёмников по режиму работы. 2. Какие потребители относятся к первой категории по надежности электроснабжения? Приведите примеры. 3. Какие потребители относятся ко второй категории по надежности электроснабжения? Приведите примеры. 4. Кто определяет категорийность электроприёмников? 19
20 ТЕМА 3: СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СХЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Система электроснабжения промышленного предприятия состоит из источников питания и линий электропередачи, осуществляющих подачу и электроэнергии к предприятию, понизительных, распределительных и преобразовательных подстанций и связывающих их воздушных, кабельных линий и токопроводов, обеспечивающих на требуемом напряжении подвод электроэнергии к ее потребителям. Различают схемы первичных и вторичных электрических соединений электроустановок. К первичным цепям относят главные цепи электроустановок, по которым электрическая энергия передается потребителям. К вторичным цепям относят цепи, служащие для соединения вторичного электрооборудования — измерительных приборов, приборов и аппаратов управления и сигнализации, устройств релейной защиты и автоматики. Рассмотрим схемы электрических соединений первичных цепей СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИЙ Для промышленных предприятий наиболее экономичной и надежной является централизованная система электроснабжения с применением глубоких вводов. Электроснабжение промышленного предприятия от энергосистемы осуществляется воздушными линиями (35 220кВ) или кабельными линиями (35-110кВ). Прием электроэнергии производится на главных понизительных подстанциях (ГПП) или на узловых распределительных подстанциях (УРП) Главной понизительной подстанцией называется подстанция, получающая питание от энергосистемы, преобразующая и распределяющая электроэнергию на низком напряжении (6-10кВ) по предприятию или его отдельным районам. Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная 20
21 подстанция предприятия получающая электроэнергию от энергосистемы и распределяющая ее на том же напряжении по подстанциям глубоких вводов (ПГВ) на территории предприятия. Подстанцией глубоких вводов называется подстанция, выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, получающая электроэнергию от УРП или непосредственно от энергосистемы, преобразующая и распределяющая электроэнергию на низком напряжении (6-10кВ) по отдельным районам предприятия. При построении схемы электроснабжения следует, как правило, исходить из раздельной работы линий и трансформаторов, при этом снижаются уровни токов короткого замыкания, упрощаются схемы коммутации и релейной защиты. Для восстановления питания потребителей применяются простейшие схемы автоматики АВР и АПВ. Схемы с параллельной работой применяются в следующих случаях: 1. если при раздельной работе не удается добиться необходимого быстродействия восстановления питания, например при недопустимой затяжки действия АВР на подстанциях с мощными синхронными двигателями (5000кВт и выше); 2. если при питании секций подстанций от разных источников, возможно, их несинхронное включение при действии АВР (при наличии собственных ТЭЦ или ТЭС); 3. при питании мощных потребителей с резкопеременными ударными нагрузками для обеспечения нормируемых параметров качества электроэнергии. Питание потребителей с нелинейной резкопеременной нагрузкой следует производить раздельно с так называемой «спокойной» нагрузкой, с выделением на отдельные линии или трансформаторы. При применении на подстанциях трансформаторов с расщепленными обмотками вторичного напряжения на одну обмотку подключают резкопеременную нагрузку, а на другую спокойную, включая освещение. При использовании для ограничения токов короткого замыкания сдвоенных реакторов присоединение спокойных и ударных нагрузок должно производится в разные плечи реакторов. Применяют радиальные и магистральные схемы глубоких вводов. Схемы без сборных шин на первичном напряжении применяют при питании от энергосистемы и от УРП промышленных предприятий. Схемы предназначены для радиального и магистрального питания трансформаторов 21
22 ПГВ.Схемы применяют для районов с загрязненной средой. Схемы без сборных шин с перемычками между питающими линиями применяют в схемах ПГВ и ГГШ. Схема позволяет сохранить в работе трансформатор при устойчивом повреждении его линии, совпавшим с ревизией второго трансформатора, питающегося по другой линии. В этой схеме передача сигнала на отключение может быть применена от защит трансформатора на питающую подстанцию. Схема применяется при питании по транзитным линиям или по линиям с двухсторонним питанием. Вариант схемы со второй перемычкой со стороны линии, выполненная разъединителями, допускает не прерывать транзита электроэнергии в периоды ремонта одного из выключателей. В схеме возможна установка отделителей в цепях трансформаторов, что позволяет при повреждении трансформатора его отключать в бестоковую паузу, автоматически восстанавливая транзит мощности. Схема применяется для тупиковых подстанций, при питании по транзитным линиям или линиям с двухсторонним питанием при сравнительно малой протяженности линий. При повреждении трансформатора не нарушается питание других подстанций, связанных с этими линиями. Схемы с обходной системой шин на подстанциях промышленных предприятий применяются, когда необходима маневренность и гибкость оперативных переключений, или требуется частая ревизия выключателей по характеру их работы. Обходная система шин дает возможность вывести в ревизию или в ремонт любую рабочую систему шин и любой выключатель без перерыва электроснабжения. Обходную систему шин можно присоединить к любой основной системе шин через обходной выключатель. Схема применяется на УРП. Схемы с одной и с двумя секционированными системами сборных шин применяются в распределительных устройствах вторичного напряжения ГПП и ПГВ. Секционирование производится разъединителями или выключателями. Разъединители применяются в тех случаях, когда не требуется автоматического резервирования питающих линий и трансформаторов. В большинстве случаев достаточно двух секций. Каждая секция, как правило, работает раздельно и секционный аппарат нормально выключен. Схемы позволяют поочередно отключать секции шин для ревизии или ремонта. При этом электроснабжения ответственных потребителей не нарушается, так как их питание осуществляется по двум линиям, которые присоединяются к разным секциям (к разным 22
23 трансформаторам). Питание восстанавливается путем включения секционного аппарата. 23
24 Рис Подстанции глубоких вводов кв без выключателей и без сборных шин на первичном напряжении. 24
25 Рис Схема электроснабжения с применением глубоких вводов кв и дробления подстанций кв. 25
26 Рис Схема с подпиткой от асинхронных электродвигателей Рис Магистральная схема распределения энергии с применением мощных токопроводов. 26
27 Рис Пример выполнения двухступенчатой радиальной схемы. 27
28 Рис Схема радиального питания цеховых подстанций от крупного РП с тремя секциями шин. Рис Радиальное питание обособленных однотрансформаторных подстанций. 28
29 Рис Схема распределения энергии с подключением двух радиальных линий под общий выключатель. Рис Радиальная схема с групповыми реакторами. 29
30 Рис Магистральные схемы с односторонним питанием. а одиночные; б двойные. Рис Одиночные магистрали с частичным резервированием питания по связям вторичного напряжения. 30
31 Рис Магистральные схемы с двусторонним питанием. 31
32 Рис Магистральная схема питания РП с одним реактором на две магистрали. 32
33 Рис Схемы электроснабжения при наличии «особых» групп электроприемников. 33
35 Рис Схема электроснабжения крупного промышленного комбината. 35
36 Рис Схема электроснабжения небольшого предприятия с ответственными нагрузками ВНУТРИПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ Распределение электрической энергии во внутрипромышленных электрических сетях выполняется по радиальным, магистральным или смешанным схемам в зависимости от территориального размещения нагрузок, их значения, требуемой степени надежности и других особенностей проектирования предприятия. Радиальные схемы распределения применяют в тех случаях, когда 36
37 нагрузки рассредоточены по предприятию. Радиальные схемы могут быть одноили двух ступенчатыми. Обычно применяют две ступени (рис ). Первой ступенью распределения электроэнергии является сетевое звено между РУ 6-10кВ понижающей подстанцией ГПП или ПГВ и РП объекта электроснабжения. От РУ ГГШ или ПГВ радиальными линиями питаются отдельные мощные электроприемники и потребители находящиеся вблизи подстанции. Сетевое звено выполняется воздушными, кабельными линиями или токопроводами. Второй ступенью является звено внутризаводской сети между РП и цеховыми трансформаторными подстанциями или отдельными электроприемниками напряжением 6-10кВ: электродвигателями, электропечными установками, трансформаторами преобразовательных агрегатов. Выполняется кабельными линиями. В РП 6-10кВ применяют схему с одной секционированной системой шин. Питание РП осуществляется двумя кабельными линиями, которые работают раздельно каждая на свою секцию. Каждая кабельная линия должна быть рассчитана на полную мощность РП. В этом случая схему можно использовать для питания потребителей I и II категории. Магистральные схемы применяют при распределении нагрузок в одном территориальном направлении. Магистральные схемы разделяют две группы. В первую группу входят одиночные (рис ) и кольцевые схемы (рис ). Одиночные магистрали могут быть выполнены без резервирования для питания потребителей III категории надежности, с резервированием по связям вторичного напряжения для питания потребителей II категории. Кольцевые схемы применяют для питания потребителей II категории надежности. Для питания потребителей I и II категории надежности применяются более надежные схемы с двумя и более параллельными сквозными магистралями (рис ). Схемы с двойными сквозными магистралями применяют для питания РП с двумя секциями шин и для питания цеховых двух трансформаторных подстанций без сборных шин высокого напряжения. Секции шин или трансформаторы при нормальном режиме работают раздельно, а в случае повреждения одной магистрали все подстанции переключаются на магистраль оставшуюся в работе. При наличии особых групп электроприемников первой категории предусматривают третий источник, который имеет минимальную мощность для 37
38 безаварийного останова производства. Во избежание перегрузки третьего источника питание приемников особой группы должно выделятся на отдельную секцию шин, автоматически подключаемую к этому источнику. Для обеспечения постоянной готовности аварийного источника к немедленному включению предусматривается его перевод в режим «горячего» резерва (включение на холостой ход дизельной электростанции) сразу после отключения по какой-либо причине одного из двух основных источников СХЕМЫ ВНУТРИЦЕХОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Электрические сети напряжение до \кв питают электроприемники обслуживающие технологический процессы на промышленных предприятиях. Сети низкого напряжения отличаются большим числом электродвигателей, элементов пусковой, коммутационной и защитной аппаратуры. В них расходуется огромное количество проводникового материала и кабельной продукции. Источником питания этих сетей являются цеховые трансформаторные подстанции. Схемы цеховых сетей строят в соответствии с требованиями технологического процесса. Конструктивное выполнение цеховой сети должно обеспечивать безопасность ее эксплуатации в зависимости от окружающей среды, гибкость при перестановке или замене оборудования. Цеховые электрически сети выполняются по трем схемам: радиальной (рис ), магистральной с сосредоточенной нагрузкой (рис ) и магистральной с равномерно распределенной нагрузкой (рис ). Схемы имеют питающую и распределительную сеть. От шин низкого напряжения отходит питающая линия, которая по радиальной или магистральной схеме обеспечивает питание цеховых РП. По магистральной схеме возможно прямое подключение потребителей электроэнергии. Распределительная сеть питает приемники электрической энергии от РП. Радиальную схему питания применяют для достаточно мощных приемников электрической энергии. Магистральная схема питания имеет преимущественное применение для равномерно распределенной нагрузки в цехах, когда приемники расположены близко друг к другу. Для обеспечения универсальности цеховых сетей магистрали рассчитывают на пропускную способность равную полной мощности питающего трансформатора. Это делается для удобства питания при изменении технологического процесса 38
39 производства и замены электроприемников. Распределительные сети выполняют преимущественно по радиальной схеме, за исключением сетей освещения. К достоинствам радиальных схем относят повышенную надежность электроснабжения, гибкость сети в отношении расширения, приспособленность к организации систем управления. Недостатками радиальных схем являются большие затраты на сооружение сети, из-за большого числа отходящих линий. К достоинствам магистральных схем относят низкие затраты на сооружение сети, удобство монтажа сети шинопроводами. Недостатками магистральных схем являются пониженная надежность, трудности применения дистанционного управления ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ С ЗАГРЯЗНЕННОЙ И АГРЕССИВНОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ На многих промышленных предприятиях имеются загрязненные зоны и районы, образующиеся вследствие выделения различных производственных вредностей, отрицательно действующих на изоляцию и токоведущие части электроустановок. Источниками загрязнения являются целый ряд химических производств, производства по выплавке стали в мартенах и конверторах, ферросплавные производства, производства магния и ряд других. По степени выделения вредностей производства разбиты на пять классов, причем к первому классу отнесены самые вредные производства. Рис Зоны загрязнения: 1 источник загрязнения; 2 минимальны защитный интервал между источником загрязнения и ОРУ с нормальной изоляцией; 3 половина минимального защитного интервала; 4 ЗРУ; 5 ОРУ с усиленной изоляцией; 6 ОРУ с нормальной изоляцией; 7 зона III степени загрязнения; 8 зона II степени загрязнения; 9 зона степени загрязнения. 39
40 Наибольшее число производств, относящихся к первому классу (более 50 производств), по выделяемым вредностям относится к химической промышленности Далее идет металлургическая промышленность (9 производств). Для таких загрязненных зон разработаны особые нормативы для выбора исполнения (класса) изоляции и типов подстанций и линий электропередачи. Установлены минимальные расстояния от источников загрязнения, в пределах которых регламентированы типы подстанций (рис ). Эти расстояния условно названы минимальными защитными интервалами. Величина защитного интервала зависит от класса производства и колеблется от 50 м для пятого класса до м для 1 класса в химических, металлургических, металлообрабатывающих производствах и в строительной промышленности. В первой половине интервала 7, которая является наиболее загрязненной, можно применять только закрытые распределительные устройства (ЗРУ). Во второй менее загрязненной половине 8 можно ставить открытые распределительные устройства (ОРУ), но с усиленной изоляцией электрооборудования. Так как электрооборудование с усиленной изоляцией пока не освоено заводами, то допускается устанавливать их в закрытом распределительном «устройстве. В третьей зоне 9 сооружаются ОРУ с нормальной изоляцией. Указанные нормативы относятся только к тем промышленным загрязнениям, которые вредны для изоляции или токоведущих частей. Это выясняется по данным эксплуатации аналогичных предприятий и анализа технологии. Если на предприятии предусмотрены эффективные мероприятия по очистке газов и улавливанию вредных выделений и установлены высокие дымовые трубы, то величины минимальных защитных интервалов можно не нормировать. Для борьбы с загрязнениями предусматриваются различные мероприятия как при проектировании подстанций, расположенных в загрязнённых зонах, так и при их эксплуатации. Во время эксплуатации нужно повседневно наблюдать за интенсивностью выделяемых вредностей для установления степени загрязнения изоляции и производить усиление изоляции, чистку и обмывку изоляторов, а также покрытие их специальными защитными составами (например, гидрофобной массой). Однако практика эксплуатации показала, что эти мероприятия, как правило, не дают должных результатов. Усиление же изоляции путем наращивания дополнительных звеньев приводит к ухудшению механических характеристик аппаратов, в частности их динамической 40
41 устойчивости. Основное решение вопросов надежности работы подстанции в загрязненных зонах должно предусматриваться при проектировании электроснабжения. Схемы коммутации подстанций выбираются наиболее простыми, чтобы сократить число изоляторов и аппаратов и тем самым уменьшить число возможных элементов и точек загрязнения изоляции и коррозии контактов и токоведущих частей. Применяются трансформаторы тока, встроенные в силовые трансформаторы, или так называемые накладные трансформаторы тока. Релейная защита и измерения проектируются таким образом, чтобы не применять трансформаторов напряжения на первичной стороне силовых трансформаторов. Присоединение вентильных разрядников для защиты трансформаторов выполняется при помощи так называемых «захватов» (предложение К. Д. Вольнова), которые позволяют подключать и отключать разрядники для чистки изоляции под напряжением без отключения трансформатора. Захват надевается посредством изолирующей штанги на шунтирующую петлю, глухо присоединенную к токоведущему элементу, например к проводу. Выполнение подстанций глубоких вводов в загрязненных зонах наиболее целесообразно по схеме блока линия трансформатор (рис. 1, б, в, г). Питание этих ПГВ осуществляется от узловых распределительных подстанций кв (УРП), расположенных за пределами зоны II степени загрязнения. На УРП размещается вся коммутационная аппаратура и осуществляется защита и управление трансформаторами глубокого ввода. При повреждении трансформатора глубокого ввода срабатывает короткозамыкатель (рис. 1, б) или же подается отключающий импульс (рис , г) на выключатель источника питания. В зоне III степени загрязнения допускается глухое присоединение трансформатора к воздушной линии, при этом предусматривается разъем ошиновки на спуске к трансформатору для создания видимого разрыва с целью обеспечения безопасности ремонтных работ. Наилучшим же решением системы электроснабжения в загрязненных зонах являются кабельные радиальные линии глубоких вводов кв и специальные трансформаторы, в которых кабельный ввод составляет одно конструктивное целое с трансформатором. Никаких открытых голых токоведущих частей, контактов и аппаратов на. таких подстанциях нет. В тех случаях, когда по условиям общей схемы электроснабжения приходится все же применять в загрязненной зоне так 41
Источник статьи: http://docplayer.ru/27628973-Elektrosnabzhenie-promyshlennyh-predpriyatiy.html