Категория электроприемников по надежности электроснабжения.
При построении схем электроснабжения необходимо руководствоваться требованием надежного обеспечения потребителей электроэнергией стандартных параметров и в необходимом объеме. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники по степени надежности электроснабжения подразделяются на три категории. К перпой категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых может представлять опасность для жизни людей и приводить к значительному материальному ущербу из-за выхода из строя оборудования, брака продукции, расстройства технологических процессов и нарушения функционирования систем жизнеобеспечения города. В жилых зданиях к электроприемникам I категории относятся: лифты, пожарные насосы, системы автоматического дымоудалепия. аварийное освещение, заградительные огни. Такие электроприемники должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания по схеме с автоматическим включением резерва (АВР.
II категория электроприемников допускает перерывы в электроснабжении на то время, которое необходимо для включения резервного питания силами оперативного персонала. К этой группе относятся электроприемники большинства коммунальных предприятий, жилые здания свыше 5 этажей, любые здания с электроплитами, лечебные и детские учреждения, школы и учебные заведения, общежития, гостиницы и другие здания. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.
К III категории относятся все остальные электроприемники. электроснабжение которых может выполняться от одного источника питания при условии, что перерыв в электроснабжении не будет превышать сутки.
Надежность электроустановок определяется безотказностью, работоспособностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Безопасность — это свойство сохранять работоспо.
собность в течение наработки определенного времени, количества циклов, переключений и т. п. При этом под работоспособностью понимают такое состояние устройства (элемента), при котором оно способно выполнять заданные функции и сохранять значения основных параметров в пределах, установленных нармативно-технической документацией. Сохранение работоспособности до определенного состояния, после которого требуется ремонт или замена уаройства (элемента), называют долговечностью. Свойство ремонтопригодности связано с возможностью восстановления работоспособности за счет ремонта или замены изношенных частей и элементов по истечении срока их долговечности. Понятие сохраняемости, как свойство электроустановок, связано с локализацией последствий нарушения работоспособности в виде постепенного или внезапного отказа устройства (элемента.
Обеспечение требуемой категории надежности и безопасности эксплуатации систем электроснабжения требует соблюдения ряда принципиальных положений при проектировании, монтаже и эксплуатации. В проектах систем электроснабжения должны быть обеспечены: 1) требуемый уровень надежности электроснабжения; 2) экономичность и прогрессивность технических решений; 3) удобство и безопасность обслуживания.
Надежность электроснабжения потребителей I и II категорий обеспечивается за счет резервирования распределительных и питающих сетей, а также возможности создания схем с независимыми взаимно резервируемыми источниками питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций. При условии, что каждая секция имеет питание от независимого источника.
7.2.2. Схемы городских электрических сетей.
Для выбора системы построения электрических сетей необходимо учитывать мощность и число потреби гелей, их расположение и расстояние до центров питания, условия надежности электроснабжения, возможность и необходимость резервирования отдельных элементов, способы коммутации линий электропередачи, конструкцию трансформаторных подстанций, используемые средства защиты и автоматики. Поэтому схемы отличаются большим разнообразием.
По принципу построения схемы сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. Разомкнутые сети состоят из отдельных линий и получают питание с одной стороны. Несмотря на свою простоту, эти сети не всегда являются оптимальными, особенно при большом числе присоединенных потребителей и высоком уровне нагрузок. Замкнутые сети могут иметь один, два и более источников питания. Преимуществом этой сети является более высокий уровень надежности электроснабжения.
В городах распределение электроэнергии напряжением 6-10 кВ осуществляется по радиальным, магистральным и смешанным схемам (рис. 7.2). При радиальной схеме каждая подстанция питается отдельными линиями. Эти схемы просты и надежны, но требуют больших расходов проводов, кабелей и оборудования.
Рис. 7.2. Схемы питания распределительных пунктов.
а — одна радиальная линия; б — радиальная с двумя параллельными линиями.
в — то же с тремя линиями: г — параллельная работа двух РП с петлей.
д — то же с автоматическим включением резерва (АВР); е — комбинированная схема питания РП от двух независимых источников.
При магистральных схемах (рис. 7.3) к одной линии присоединяется группа из нескольких трансформаторных подстанций. Эти.
схемы дешевле радиальных, но менее надежны. Поэтому для повышения надежности электроснабжения городские подстанции выполняются с двумя трансформаторами и подключаются по двухлу-чевой или петлевой схемам. Двухлучевая схема обходится дороже петлевой с резервными перемычками. Однако двухлучевая схема имеет значительные преимущества, так как надежна в эксплуатации и обладает высоким быстродействием. При выходе из строя одного из лучей или трансформатора нагрузка автоматически переключается на вторую линию и второй трансформатор (за 0,2-0,3 с). Кроме того, эта схема является самовосстаиавливающейся. При возникновении напряжения на отключившейся линии схема автоматически приходит в исходное положение. При петлевой схеме переключения производятся вручную выездными бригадами.
Рис. 7.3. Схемы магистральных электрических сетей.
а и б — разомкнутые; в — петлевая.
Для питаний зданий высотой 9-16 этажей используют радиальные или магистральные схемы с переключателями на вводах. При выходе из строя одной питающей линии все электроприемники здания подключаются к линии, оставшейся в работе. Для питания зданий высотой 7 этажей и больше, имеющих потребителей 1 категории, применяют радиальные схемы с АВР на вводах в здание.
Линии электропередачи — это сооружения, которые служат для передачи электроэнергии от источника к потребителям. Они входят в состав основных элементов электрической сети. Линии электропередачи бывают кабельными для напряжения до 35 кВ и воздушными для напряжения до 1150 кВ.
Конструктивные элементы и параметры ЛЭП определяются в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок и СНиП. К основным параметрам ЛЭП относятся род тока, величина напряжения, число цепей, материал опор, марки проводов и кабелей.
В электрических сетях применяют изолированные и неизолированные провода. Неизолированные провода изготавливают из меди, алюминия и стали. Провода делятся на однопроволочные и многопроволочные. При равных сечениях многопроволочные провода более гибкие, прочные и устойчивые к вибрациям. Медные провода имеют преимущества перед другими, так как имеют более низкое удельное электрическое сопротивление. Неизолированные провода маркируются следующим образом: М-25 — медный сечением 25 мм , А-70 — алюминиевый сечением 70 мм 2. АС 120 -сталь-алюминиевый сечением 120 мм , ПС 50 — стальной сечением 50 мм . Сталь-алюминиевые провода со стальным сердечником и алюминиевой оболочкой обладают высокой прочностью и поэтому используются при сооружении воздушных ЛЭП напряжением 35 кВ и выше.
Изолированные провода имеют жилы из меди или алюминия, заключенные в изоляционную и защитную оболочки. Марки проводов расшифровываются следующим образом; А — алюминий; П (первая) — провод; Р — (резиновая; В — поливинилхлоридная; Н — негорючая изоляция; П (вторая) — плоский; П (третья) — с разделительным основанием. Например, марка АПППВ — провод с алюминиевыми жилами, плоский с разделительным основанием в поли-винилхлоридной изоляции. У проводов с медными жилами в обозначении отсутствует буква А. Изолированные провода, как правило, используются в силовых и осветительных сетях здании.
В системах электроснабжения широко используются силовые кабели на напряжение до 35 кВ. Токоведущие жилы кабелей вы.
полняются из меди или алюминия с изоляцией из бумажной ленты, пропитанной специальным составом, резины или пластмассы. Для защиты кабелей от внешних воздействий используются бронепо-крытия из стальной ленты, оболочки из свинца и алюминия, а также защитные покровы из битума и кабельной пряжи. Марки кабелей включают в себя буквенные обозначения и цифры, характеризующие количество и сечение отдельных жил. Буквы расшифровываются так: А — с алюминиевыми жилами; В — поливинилхлорид-ной изоляцией; Р — резиновой изоляцией; С — свинцовой оболочкой; Г — голый, но имеющий поверхностной оболочки; В (вторая) — в поливннилхлоридной оболочке; П — полиэтиленовой оболочке; Б -бронированный стальной лентой. Например, кабель марки АСБГ (3×50 1×16) обозначает кабель с алюминиевыми жилами, свинцовой оболочкой, бронированный, голый, четырехжильный (три жилы сечением 50 мм 2 и одна- 16 мм 2.
Распределение электроэнергии в городах производится с помощью воздушных и кабельных линий. Воздушной линией электропередачи (ВЛ) называется инженерное сооружение (устройство) для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам, кронштейнам или стойкам. Для ВЛ используют унифицированные опоры. Вид и материал опоры обозначают буквами: П — промежуточная; У — анкерно-угловая; С — специальная; Б — бетонная; Д — деревянная, а в обозначении металлических опор опускается. Напряжение ВЛ обозначают цифрами. Дополнительно ставится номер типоразмера опоры для одноцепных — нечетный, для двухцепных — четный. Например, П-110-6 — промежуточная, стальная, ПО кВ, двухцепная, типоразмер 6. УБ-35-3 — анкерно-угловая, одноцепная, железобетонная, 35 кВ, типоразмер 3. Для крепления проводов к опорам ВЛ используют подвесные и штыревые изоляторы, изготовленные из электротехнического фарфора, стекла или полимеров.
При прокладке ВЛ в городских условиях должны быть выполнены требования ПУЭ, регламентирующие пересечение и сближение ВЛ с различными сооружениями, зданиями и коммуникациями на терришрии города. Ширина коридора для ВЛ зависит от уровня напряжения и количества цепей. Так, например, для ВЛ ПО кВ — 50 м для одной цепи и 70 м для двух.
Кабельной линией называют инженерное сооружение для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. К кабельным сооружениям относятся: кабельные туннели, каналы, короба, блоки, шахты, эстакады, галереи, камеры и другие объекты. Проектирование и сооружение кабельных линий должно производиться на основании технико-экономических расчетов с учетом требований ПУЭ, конструкции кабелей, характера трассы, способа прокладки и др. Трасса кабеля должна выбираться с учетом наименьшего расхода кабеля. При выборе способа прокладки необходимо руководствоваться следующим.
• при прокладке в земле в одной траншее размещают не более шести силовых кабелей, а при большем количестве их следует про кладывать в отдельных траншеях с расстоянием не менее 0,5 м ме жду группами или в специальных кабельных сооружениях.
• при количестве силовых кабелей более 20 их рекомендуется прокладывать в туннелях, по эстакадам или в галереях.
• при прокладке кабелей по территории города должны учи тываться капитальные вложения и затраты, связанные с производ ством ремонтно-эксплуатационных работ.
• внутри зданий кабельные линии можно прокладывать непо средственно по конструкциям, открыто, в коробах или трубах.
Выбор конструкции кабелей следует производить по участку с наиболее тяжелыми условиями, если длина участков с более легкими условиями не превышает строительной длины кабеля (100-300 м). В настоящее время применяют преимущественно четы-рехжильные кабели с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке. Для кабельных линий, прокладываемых в земле и воде, должны применяться бронированные кабели.
7.2.4. Подстанции и распределительные устройства.
Городские подстанции глубокого ввода. 35-110 кВ выполняются со стороны высокого напряжения по упрощенной схеме -блочной или мостиковой. На подстанциях устанавливается, как правило, два трансформатора и предусматривается взаимное резервирование со стороны напряжения 6-10 кВ путем установки меж.
секционных выключателей сборных шин с АВР двустороннего действия. Блочная схема «линия — трансформатор» применяется для подстанций питаемых от самостоятельных линий.
Подстанции, как правило, должны проектироваться по простейшим схемам и с учетом их эксплуатации без обслуживающего персонала. Подстанции глубокого ввода могут иметь открытые (ОРУ) и закрытые распределительные устройства (ЗРУ). ОРУ называют устройство, основное оборудование которого находится на открытом воздухе; ЗРУ — основное оборудование находится в здании. В настоящее время применяют комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из полностью или частично закрытых шкафов — блоков с встроенными в них аппаратами, выключателями, устройствами защиты и автоматики, поставляемых в полностью подготовленном для сборки виде.
Трансформаторные подстанции и распределительные пункты сооружаются как отдельно стоящие здания. Сооружения встроенных и пристроенных подстанций в жилых зданиях, учебных и лечебных заведениях, гостиницах и других строениях не допускается. ТП с воздушными вводами размещают в отдельно стоящем двухэтажном здании, где трансформаторы и РУ 0,4 кВ находятся на первом этаже, а РУ 6-10 кВ — на втором этаже. ТП с кабельными вводами размещаются в одноэтажном здании, где силовые трансформаторы, РУ 6-10 кВ и щиты 0,4 кВ расположены в отдельных помещениях. Трансформаторные подстанции единой серии различаются числом (1 или 2) и мощностью (100-630 кВЛ) устанавливаемых трансформаторов, количеством кабельных и воздушных линий, наличием секционированных шин. В последние годы все больше используются комплектные трансформаторные подстанции заводского изготовления для внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установки. КТП выполняются из отдельных шкафов-вводов, отходящих линий, секционных выключателей и соединяются между собой и трансформаторами встык. Шкафы различаются типом и номинальными (паспортными) данными установленного оборудования. Стоимость сооружения таких подстанций в 1,5-2 раза ниже стоимости ТП с внутренним обслуживанием. Полное заводское изготовление и небольшой объем строительных работ значительно сокращает сроки сооружения КТП.
Силовые трансформаторы, устанавливаемые на городских подстанциях, предназначены для снижения и регулирования напряжения в электрических сетях. Силовые трансформаторы выпускаются трех- (Т) и однофазные (О) с естественным воздушным (С), масляным (М), с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д), с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ), масляно-водяным охлаждением с естественной (MB) и принудительной (Ц) циркуляцией. После обозначения указывается номинальная мощность трансформатора, кВА и класс напряжения обмотки высокого напряжения, кВ. Ряд номинальных мощностей трансформаторов 100, 160, 250, 630, 1000, 1600. 6300, 10 000, 16 000, 25 000, 32 000, 40 000, 63 000 кВА. Например, ТМ 630/6 — трехфазный трансформатор с масляным охлаждением, мощностью 630 кВЛ, первичным напряжением 6 кВ.
ТП должны размещаться с максимальным приближением к центру нагрузок, питаемых потребителей. Двухтрансформаторные подстанции следует применять при преобладании потребителей I и II категории.
7.3. Расчет и выбор параметров электрических сетей.
7.3.1. Выбор напряжения питания сетей.
Важным моментом при проектировании электрических сетей является выбор напряжения. По условиям безопасности все электроустановки разделяются ПУЭ на установки до 1 кВ и выше I кВ. Опыт проектных организаций в ряде случаев дает однозначный ответ при выборе напряжения для сетей до 1 кВ. Распределительные сети низкого напряжения промышленных и коммунальных предприятий, жилых и общественных зданий сооружаются на напряжение 660/380/220 В.
Распределительные сети свыше 1 кВ выполняются на напряжение 6-10 кВ. Напряжение питающих линий можно определить по эмпирическим формулам.
• при длине ЛЭГТ до 250 км и передаваемой мощности до 60 МВт.
где Р — максимальная передаваемая мощность, МВт.
l — протяженность ЛЭП, км.
Окончательный выбор напряжения обосновывается технико-экономическим сравнением двух вариантов электрической сети. При этом в одном варианте напряжение берется ближайшим меньшим полученного расчетом, а во втором — ближайшим большим стандартным напряжением. Шкала стандартных напряжений принята следующая: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.
7.3.2. Составление электрических схем.
Выбор параметров электрической сети представляет собой технико-экономическую задачу и должен производиться совместно с выбором схемы электроснабжения. При этом следует определить: Г) расчетную мощность нагрузок; 2) расположение и мощность источников и центров питания, распределительных пунктов и трансформаторных подстанций; 3) наиболее целесообразную конфигурацию сети; 4) номинальное напряжение на всех участках сети и 5) сечение воздушных и кабельных линий электропередачи. Очевидно, что при решении этих задач приходится сравнивать несколько технически возможных и допустимых ПУЭ вариантов схем. В частности, местоположение центров питания в первом приближении может быть выбрано в центре электрических нагрузок. Этот центр находят по методу центра тяжести плоской фигуры, а для этого необходимо построить картограмму нагрузок. Центры электрических нагрузок отдельных ТП при этом совпадают с координатами мест сооружения этих ТП на плане города. Выбранное таким образом место расположения при необходимости корректируется с учетом местных условий, наличия свободных площадей, возможности подхода питающих ВЛ и других факторов. При этом наиболее целесообразно смещение центра питания или подстанции в сторону источника питания.
При выборе схемы питания городских районов рекомендуется рассмотреть следующие варианты.
• двухцепные линии без резервирования.
• двухцепная и одноцепная линия с резервированием.
• две двухцепные линии с резервированием.
Схема распределения электроэнергии по территории города должна строиться так, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой. В случае аварии с одним из элементов сети оставшиеся в работе могли воспринять его нагрузку путем ее перераспределения между собой с учетом допустимой перегрузки.
Схемы могут быть одно- и двухступенчатые. На первой ступени распределения электроэнергии от ЦП до РП рекомендуются радиальные схемы, так как магистральные здесь не имеют существенных преимуществ. При этом отдельные секции РП, нормально работающие раздельно с АВР на секционном выключателе, присоединяются к разным линиям. Следует учитывать, что сооружение РП целесообразно, если количество отходящих линий будет больше 10.
Схемы распределения энергии от РП до ТП могут быть как радиальные, так и магистральные. Радиальные схемы следует применять для питания больших сосредоточенных нагрузок или когда нагрузки расположены в различных направлениях от источника питания. Радиальное питание двух трансформаторных ТП без сборных шин на первичном напряжении следует осуществлять от разных секций РП отдельными линиями для каждого трансформатора. Магистральные схемы 6-10 кВ должны применятся при соответствующем (линейном) расположении подстанций. Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, может быть принято от 2 до 4. Магистральные схемы, с точки зрения надежности питания, могут быть с двумя и более параллельными цепями. В частности, двухцепные магистрали применяются для присоединения двух-трансформаторных подстанций без сборных шин первичного напряжения или подстанций с двумя секциями сборных шин.
Число трансформаторных пунктов можно определить исходя из плотности нагрузки на 1 га площади застройки (F, га.
где P — активная нагрузка площади застройки, кВт.
Тогда оптимальная мощность трансформаторного пункта составит.
нительных затрат на технико-экономическое обоснование принимаемых решений. При выборе сечения проводов (кабелей) по экономической плотности тока нагрузки нормального режима необходимо определить число часов использования максимума нагрузки.
а количество ТП на район застройки.
где т — число линий, отходящих от ТП, шт.
Исходя из этого, можно в первом приближении определить протяженность распределительных линий электропередачи напряжением 10 и 0.4 кВ.
Зная число часов использования максимума нагрузки определяют экономическую плотность тока (j ЭК . А/мм 2 ) по справочным данным. Тогда величина сечения проводов.
где I — расчетныйток нагрузки, А, определяется по формуле.
При разработке схем необходимо учитывать технические условия на присоединение, выдаваемые энергосистемой на основании представленных данных о предполагаемых нагрузках на ближайшие 5 лет, расположение основных объектов и возможные схемы электроснабжения до и выше 1 кВ. Эти схемы являются основой для расчета сетей и выбора основного электрооборудования.