Курс лекций «Основы электроснабжения.
Курс лекций.
Основные определения, сокращения и обозначения.
Важнейшие термины, определения и сокращения установлены Федеральными законами, стандартами, “ п равилами устройства электроустановок (ПУЭ)” и обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе, а также при выполнении расчетных заданий, курсовых работ и выпускных квалификационных работ в ВУЗах.
^ Энергетическая система (энергосистема) — совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.
^ Электрическая часть энергосистемы – совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы.
Электроэнергетическая система – электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.
Электроснабжение — обеспечение потребителей электрической энергией.
^ Система электроснабжения — совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.
Централизованное электроснабжение — электроснабжение потребителей электрической энергии от энергосистемы.
^ Электрическая сеть — совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии (ЭЭ), состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями электропередачи, и работающая на определенной территории.
^ Электрическая сеть предприятия объединяет понизительные и преобразовательные подстанции, распределительные пункты (РП), электроприемники и ЛЭП на территории предприятия.
^ Распределительные устройства (РУ) — устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.
^ РУ бывают: открытым (ОРУ), закрытым (ЗРУ) и комплексными (КРУ.
Источник питания (ИП) или центр питания — РУ генераторного напряжения электростанции или РУ вторичного напряжения понизительной подстанции энергосистемы или подстанции глубокого ввода 35-220 кВ промпредприятия, его узловая распределительная подстанция, главная понизительная подстанция, собственная ТЭЦ . к которым присоединены распределительные сети предприятия.
^ Подстанция (ПС) — электроустройство, служащее для распределения и преобразования электроэнергии, состоящее из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. Подстанции называются трансформаторными, преобразовательными, распределительными в зависимости от преобладания той или иной функции.
^ Узловая распределительная подстанция (УРП) — центральная подстанция предприятия на напряжение 110-220 кВ, получающая энергию от энергосистемы и распределяющая ее на том же напряжении по главным понизительным подстанциям ( ГПП ) или подстанциям глубокого ввода на территории предприятия.
Главная понизительная подстанция (ГПП) — трансформаторная подстанция, получающая питание непосредственно от энергосистемы на напряжениях 35 кВ и выше, и распределяющая энергию на более низком напряжении по всему предприятию или отдельному его району.
^ Глубокий ввод — система электроснабжения с приближением высшего напряжения (35-220 кВ) к электроустановкам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.
^ Подстанции глубокого ввода (ПГВ) размещаются на территории предприятия рядом с наиболее крупными объектами потребления электроэнергии и получают питание от энергосистемы, УРП, ГПП или ТЭЦ предприятия, и выполняются по упрощенным схемам первичной коммутации.
^ Распределительный пункт (РП) — распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на напряжение 6-20 кВ. РП может совмещаться с трансформаторной или преобразовательной подстанцией, обслуживающей примыкающих к нему потребителей.
^ Цеховая трансформаторная подстанция (ТП) — подстанция, преобразующая электроэнергию на пониженное напряжение (до 1000 В) и непосредственно питающая ЭП одного или нескольких прилегающих цехов, либо части большого цеха. В ряде случаев от этих же подстанций питаются близкорасположенные потребители высшего напряжения.
^ Пристроенная подстанция (или РУ) — подстанция ( РУ ) непосредственно примыкающая к основному зданию.
Встроенная подстанция (или РУ) — закрытая подстанция ( РУ ), вписанная в контур основного задания.
^ Внутрицеховая подстанция — подстанция, расположенная внутри производственного здания, открыто или в отдельном закрытом помещении.
Отдельностоящая подстанция — подстанция расположенная отдельно от основных зданий.
^ Столбовая (мачтовая) трансформаторная подстанция — открытая трансформаторная подстанция, все оборудование которой установлено на конструкциях или опорах воздушных линий на высоте, не требующей ее ограждения.
^ Электроустановка (ЭУ) — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи, накопления, распределения электроэнергии и преобразования ее в другие виды энергии (электрическая подстанция, ЛЭП, распределительная подстанция, конденсаторная батарея и др.
п отребитель электроэнергии — электроприемник или их группа, объединенные технологическим процессом и размещающиеся на определенной территории.
^ Приемник электроэнергии (ЭП) — устройство (аппарат, агрегат, механизм), в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования. (Электродвигатели приводов машин и механизмов, электротермические, электрохимические и установки электроосвещения, электростатического и электромагнитного поля и др.
^ Нормальный режим потребителя электрической энергии — режим, при котором обеспечиваются заданные значения параметров его работы.
Послеаварийный режим — режим, в котором находится потребитель электрической энергии в результате нарушения в системе его электроснабжения до установления нормального режима после локализации отказа.
^ Независимый источник питания — источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания.
К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих условий.
каждая из секций или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания.
секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.
Токопровод — устройство для подачи 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.
^ Кабельная линия (КЛ) — линия для передачи электроэнергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными муфтами (заделками) и крепежными деталями.
^ Кабельное сооружение — сооружение, предназначенное для размещения кабельных линий: кабельные тоннели, каналы, короба, блоки, шахты, этажи, двойные полы, эстакады, галереи, камеры и т.д.
^ Воздушные линии — устройства для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленных с помощью изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.
Электропроводка – совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими защитными конструкциями и деталями.
^ Распределительное устройство низкого напряжения (РУНН) и низковольтные комплексные устройства (НКУ) – совокупность конструкций, аппаратов и приборов, предназначенных для приема и распределения электроэнергии до 1 кв переменного тока и 1,5 кВ постоянного тока. Выполняются в виде щитов (распределительных, управления, релейных), пультов, шкафов, шинных выводов, сборок.
^ Вводное устройство (ВУ) – совокупность конструкций, аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе питающей линии в здание или его обособленную часть. ВУ включающее в себя так же аппараты и приборы отходящих линий, называется вводно-распределительным устройством (ВРУ.
^ Главный распределительный щит (ГРЩ) – распределительный щит, через который снабжается электроэнергией все здание или его обособленная часть. Его роль может выполнять ВРУ или щит низкого напряжения подстанции.
^ Распределительный шкаф (пункт) ШР (РП) – устройство напряжением до 1 кВ, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только аппараты защиты) для отдельных электроприемников или их группы (электродвигателей, групповых щитков.
^ Групповой щиток – устройство, в котором устанавливаем аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только коммутационные аппараты) для отдельных групп светильников, штепсельных розеток и стационарных электроприемников.
^ Электротехнологии и осветительные установки.
Электротермия, электросварка, электролиз, электроосвещение и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки.
Электротермические приемники — дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов, электрические печи сопротивления и электросварочные установки.
Дуговые электрические печи — мощные электроприемники низкого нестандартного напряжения 110-750 В, подключаемые через специальные печные трансформаторы к источникам переменного тока 6-35 кВ, а также к шинам 110, 154 кВ. н оминальная мощность от 0,4 МВА (печи 0,5т) до 125 МВА (220т) с перспективой до 250 МВА (360т). и х большая мощность и резкопеременный характер нагрузки оказывают большое влияние на работу всей системы электроснабжения.
Печи сопротивления в основном имеют мощность до 2000 кВт и питаются от сети 380 В, коэффициент мощности близок к 1,0. о ни бывают 3-х фазные и однофазные. В однофазном исполнении, если не приняты специальные меры, они могут быть причиной недопустимой несимметрии в системе электроснабжения.
Электронные плавильные печи, вакуумные печи и печи шлакового переплава применяют для выплавки металлов самой высокой чистоты. и х мощность того же порядка, что и печей сопротивления. Они относятся к электроприемникам повышенной категории по надежности электроснабжения.
Индукционные плавильные печи бывают промышленной частоты 50 Гц, повышенной частоты 500-10000 Гц и высокой частоты 10 5 -10 8 Гц. Они представляют собой трехфазную нагрузку, мало изменяющуюся в процессе плавки. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей, а печи высокой частоты от ламповых генераторов. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности 0,1-0,5.
Электросварочные установки делятся на установки дуговой и контактной сварки, а также на ручные и автоматические. Сварочные агрегаты постоянного тока питаются от вентильных установок преобразующих трехфазный ток 380/220 В в постоянный с напряжением 30-32 В. Установки переменного тока работают на частоте 50 Гц, напряжением 380/220 В. Это однофазные нагрузки в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки и сварочных аппаратов для контактной сварки. Сварка на переменном токе создает однофазную нагрузку с повторно-кратковременным режимом работы, неравномерной нагрузкой фаз и низким коэффициентом мощности 0.3-0.45 для дуговой и 0.4-0.7 для контактной сварки.
Электрохимические и электролизные установки ( электролитические ванны, установки электрохимических процессов в газе, ванны для гальванических покрытий) работают на постоянном токе. Электролитический процесс требует постоянства выпрямленного тока. Коэффициент мощности установок 0.8-0.9. Электроснабжение электролизных установок осуществляется обязательно от двух источеиков питания. Мощность одной электролизной установки достигает 100-130 МВт.
Установки электростатического поля служат для создания направленного движения капель при электроокраске, для улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), для разделения смесей жидкости и газа. Установки электрополя питаются от сети 0,4 кВ, но внутри установки напряжение повышается до 100 кВ. Мощность установки составляет сотни киловатт.
Преобразовательные установки делятся на полупроводниковые, с двигатель-генераторами и машинными преобразователями. Служат для преобразования трехфазного переменного тока 50 Гц в постоянный или переменный ток иной частоты. Преобразователи служат для питания двигателей машин постоянного тока, станций для зарядки аккумуляторов, сварочных установок постоянного тока, ручного электроинструмента и других. Коэффициент мощности преобразователей 0.7-0.8. н агрузка на стороне переменного тока симметричная и переменная.
Ручной электроинструмент – номинальная мощность 0,27-1,6 кВт. о тличается высоким к.п.д.
Установки электроосвещения представляют собой однофазную электрическую нагрузку. При правильной группировке она равномерна по фазам (с несимметрией до 10 %). Характер нагрузки изменяется в зависимости от времени суток, года и географического положения объекта. Частота 50 Гц, напряжение 12-220 В. Коэффициент мощности для ламп накаливания 1,0, для газоразрядных ламп 0,6.
Источники света характеризуются номинальным напряжением (В); номинальной мощностью (Вт); световым потоком (лм), световой отдачей (лм/Вт), т.е. отношением излучаемого лампой светового потока к мощности потребления; средним сроком службы лампы (ч), цветопередачей.
В установках электроосвещения используются: лампы накаливания, напряжение 12-220 В, мощностью 15-1500 Вт, продолжительность горения до 1500 ч; газоразрядные лампы (люминесцентные и ртутные). Люминесцентные лампы низкого давления изготавливаются на напряжение 220 В, мощностью 40, 65, 80 и 150 Вт. Электродуговые лампы типа ДРЛ высокого давления изготавливаются на напряжение 220 В, мощностью 250, 400, 700, 1000 и 2000 Вт. Продолжительность горения до 10000 ч. Световой к.п.д. газоразрядных ламп в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания, что позволяет сократить расход электроэнергии в 2-3 раза.
Более подробно с электротехнологическими установками и установками электроосвещения можно ознакомиться по ?А.М. Викторенко “Электротехнологические промышленные установки.
Классификация помещений и наружных установок по окружающей среде.
Если окружающая среда в производственных помещениях не оказывает вредного влияния на электросети, то такие помещения называют нормальными . Это сухие, отапливаемые и не отапливаемые помещения, не опасные по коррозии, пожару и взрыву.
Сюда относятся бытовые помещения цехов, производственные помещения цехов холодной обработки металлов, сборочные, инструментальные и др.
Помещения с наружной средой, разрушающе действующей на материал проводников и изоляции вследствие присутствия пыли, сырости, газов, паров кислот и щелочей, относятся к группе помещений опасных по коррозии.
Сюда относятся цехи: коксохимические, доменные, мартеновские, литейные, травильные, шлифовальные, обогатительные, сернокислотные, электролизные и т.д.
^ Пожароопасные и взрывоопасные — это помещения с такой средой, в которой сама электросеть или электрооборудование представляют опасность вследствие возможного пожара или взрыва из-за перегрева проводки или образования искр. Сюда относятся помещения, в которых имеются пары бензина или керосина, водород, древесная или мучная пыль и др. горючие вещества.
Могут быть помещения со средой, опасной в отношении коррозии и одновременно опасной по пожару или взрыву, например, если в помещении имеются пары бензина, то они разрушают резиновую изоляцию, а при искрообразовании приводят к взрыву.
Классификация помещений с точки зрения опасности по пожару и взрыву в зависимости от характера производства приводится в “Строительных правилах и нормах”, где установлены шесть категорий производств. Из них категории А и Б являются взрывопожароопасными, причем А более опасная; категория В — пожароопасная; категории Д и Г — не опасные по пожару и взрыву; Е — взрывоопасная, но взрыв не сопровождается пожаром.
К пожароопасным относятся помещения и наружные установки, в которых применяются или хранятся горючие вещества, не вызывающие взрыва при воспламенении. Они разделяются на 4 класса.
П-1 применяются или хранятся горючие жидкости с t всп >45 ?C (склады масел, масляные производства и т.д.
П-11 помещения, в которых выделяются горючие пыль или волокна, переходящие во взвешенное состояние (деревообделочные цеха, склад серы.
П-11а помещения для твердых или волокнистых веществ, не переходящих во взвешенное состояние (склад деревянных изделий, склад тканей и т.д.
П-111 наружные установки, в которых применяются или хранятся горючие вещества (открытый склад минеральных масел, угля, дерева и т.д.
Взрывоопасные помещения и наружные установки — это такие помещения, в которых по условиям технологического процесса могут образовываться взрывоопасные смеси горючих газов или паров, воспламенение которых сопровождается взрывом. Сюда же относятся подземные выработки угольных шахт, опасные, кроме того, по газу и пыли.
Различают две категории взрывоопасных помещений.
В-1 помещения с взрывоопасными газами.
В-11 с взрывоопасной пылью или волокнами.
Классы взрывоопасных помещений различаются также по степени вероятности появления опасности взрыва, что отмечается буквами “а”, “б” и “г”. (В-1а, В-11б.
Наиболее опасными являются помещения В-1, где появление взрывоопасных смесей может иметь место не только в аварийных, но и в нормальных режимах. В-1а менее опасны, появление взрывоопасных смесей возможно лишь в результате аварий или неисправностей.
Общая классификация сред и помещений приведены в таблице 4.1.
Табл.4.1 Общая классификация сред и помещений.
среды или помещения.
По условиям технологии могут образовываться взрывоопасные смеси.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.:Интермет Инжиниринг, 2005.
Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М. ВШ, 1990.
Федоров А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — М. Энергоатомиздат, 1984. – 386 с.
Мельников М.А. Внутрицеховое электроснабжение /Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002 — 143 с.
Мельников М.А. Внутризаводское электроснабжение /Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002 – 159 с.
Д о п о л н и т е л ь н а я.
Барченко Т.Н. Закиров Р.И. Электроснабжение промышленных предприятий /Учебное пособие к курсовому проекту. Томск: Изд-во ТПИ, 1988. – 96 с.
7. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. В 2 т./ Под ред. А.А. Федорова. т.1, т.2, — М. Энергоатомиздат, 1986, 1987 гг.
8. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под ред. В.И.Круповича, Ю.Г.Барыбина. – М: Энергия, 1980. – 428 с.
9. Кабышев А.В. Обухов С.Г. Расчет и проектирование систем электроснабжения: Справочные материалы по электрооборудованию: Учебное пособие / Томский политехнический университет. – Томск, 2005. – 168 с.
10. Васильев А.А. Электрическая часть станций и подстанций. – М. Энергоатомиздат, 1990. – 506 с.
11. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. – М. Мастерство, 2001. – 320 с.
12. Правила устройства электроустановок / Министерство топлива и энергетики РФ. – 6-ое изд. – М. Главгосэнергонадзор России, 1998. – 607 с.
М е т о д и ч е с к а я.
13. Выблов А.Н. Обухов С.Г. Кабышев А.В. Даценко В.А. Волков Н.Г. Электроснабжение промышленных предприятий // Методические указания к выполнению лабораторных работ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 91 с.
14. Гаврилин А.И. Обухов С.Г. Озга А.И. Электроснабжение промышленных предприятий // Методические указания к выполнению выпускной работы бакалавра для студентов направления 551700 «Электроэнергетика». — Томск: Изд-во ТПУ, 2001. — 94 с.
