Режимы работы электрических сетей и установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Режимы работы электрических сетей и установок

ВВЕДЕНИЕ

Развитие производства основывается на современных технологиях, широко использующих электрическую энергию. В связи с этим возросли требования к надёжности электроснабжения промышленных и прочих объектов к качеству электрической энергии, к её экономному использованию и рациональному расходованию материальных и трудовых ресурсов при проектировании систем электроснабжения. Электроснабжение, то есть производство, распределение и применение электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства и быта населения - один из важных факторов технического прогресса. На базе электрификации развивается промышленность, сельское хозяйство и транспорт.

Главная особенность электроснабжения производства - необходимость подводить энергию к небольшому числу крупногабаритных объектов, сосредоточенных на территории. От проблемы рационального электроснабжения производства в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии.

Цель иccледования - изучить основные характеристики и режимы работы электрической сети.

В cоответcтвии c поcтавленной целью необходимо дать определение понятию электрической сети, разобрать их классификацию и рассмотреть режимы её работы, а также рассмотреть принципы и режимы работы электроустановок.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Электрические сети делятся на системообразующие и распределительные. Кроме того, выделяются промышленные, городские и сельские сети. Назначением распределительных сетей является дальнейшее распределение электроэнергии от подстанций системообразующей сети (частично также от шин распределительного напряжения электростанции) до центров питания промышленных, городских и сельских электросетей. Первой ступенью распределительных сетей общего пользования являются сети 220, 330, 500 кВ, второй ступенью -- 110 и 220 кВ; затем электроэнергия распределяется по сети электроснабжения отдельных потребителей.

Электрические сети подразделяются на местные и районные и, кроме того, на питающие и распределительные. К местным относят сети с номинальным напряжением 35 кВ и ниже, к районным -- с номинальным напряжением, превышающим 35 кВ. Питающей линией называется линия, идущая от ЦП к РП или непосредственно к подстанции, без распределения электроэнергии по ее длине. Распределительной линией называется линия, к которой вдоль ее длины присоединено несколько трансформаторных подстанций или вводов к электроустановкам потребителей. Понятия «местная» и «распределительная» сети (так же как «районная» и «питающая» близки, но не совпадают, так как в последнее время напряжение распределительных сетей может быть 110кВ и даже 220кВ. Эти сети нельзя различать только по напряжению.[1]

Электрическая сеть - совокупность электроустановок, служащих для передачи и распределения энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий, работающих на определенной территории.

Электрические сети - одна из основных частей энергетической системы, поэтому они имеют сложную структуру. Свое начало они берут от источников производства электрической энергии (ТЭС, АЭС, ГЭС, и др.)

Для уменьшения электрических потерь перед передачей электроэнергии повышают напряжение, для этого устанавливают повышающие трансформаторы, которые объединяют в подстанции.

Передача электроэнергии осуществляется по проводам или по кабелям. На небольших территориях (заводы, фабрики), для передачи высокого напряжения чаще используют кабельные линии, которые прокладываются под землей. Их продолжительность обычно небольшая. Кабеля покрыты толстым слоем изоляционного материала.

Провода используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Они проводятся над поверхностью земли и закрепляются с помощью изоляторов на опорах. Функция изоляторов - предотвратить замыкание провода, находящегося под напряжением, с землей. В зависимости от значимости выполняемых функций опоры и изоляторы делятся на несколько видов.

Перед использованием электроэнергии напряжение понижают с помощью понижающих трансформаторов, объединенных в подстанции.

От подстанций с помощью линий электропередач электроэнергию распределяют по потребителям.

Таким образом электрические сети выполняют главную роль в доставке и распределении электроэнергии. Она состоит из множества элементов, каждый из которых выполняет свои функции. Применение того или иного структурного элемента зависит от значимости и загруженности линии.

1.1 Определение нейтрали в электрических сетях

Нейтраль сети -- это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.

Используются следующие режимы нейтрали:

*глухозаземленная нейтраль,

*изолированная нейтраль,

*эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.

Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, - сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью. [2]

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью.

Электрическая сеть, напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (коэффициент замыкания на землю - отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания ) называется сеть с эффективнозаземлённой нейтралью.

1.2 Режимы работы электрических сетей

Режим работы электрической сети характеризуется параметрами: напряжениями в узлах Ui, токами в ветвях Л -, потерями мощности в сети АР и др. Одни параметры имеют технический характер, другие - экономический. Так, напряжения в узлах и токи в ветвях не должны превышать допустимых значений, так как в противном случае сеть не сможет выполнять своих функций.[5]

Режим работы электрической сети, как известно, определяется законами Ома и Кирхгофа. Зависимости, вытекающие из этих законов, лежат в основе всех методов расчета режимов. Каждый метод представляет собой определенную совокупность расчетных приемов, позволяющую преобразовать исходную информацию в конечную. Также режим работы электрической сети или ее части определяется токовой нагрузкой линий и проводников, уровнем напряжения у подключенных к сети приемников электроэнергии и источников питания, напряжением проводников сети относительно земли и способом соединения нейтрали сети с землей, симметричностью многофазной системы напряжения, синусоидальностью напряжения, сопротивлением изоляции рабочих проводников между собой и относительно земли.

На режимы работы электрических сетей оказывает влияние работа крупных синхронных электродвигателей, устанавливаемых на промышленных предприятиях, компрессорных и насосных станциях магистральных газо - и нефтепроводов. Поэтому режим работы электрической сети и электростанции полностью зависит от режима потребления электроэнергии.

Нарушения режима работы электрических сетей, носящие аварийный характер, как правило, сопровождаются резкими изменениями тока и напряжения в месте нарушения.

Особенностью режима работы электрических сетей является то, что, как правило, этот режим не может устанавливаться в отрыве от режима электростанций и потребителей. Режим работы электрических сетей определяется установленной схемой соединений, установкой ответвлений трансформаторов и режимом работы электростанций и потребительских установок.[8]

При необходимости по режиму работы электрической сети разрешается разземлять нейтрали части трансформаторов 110, 150, 220 кВ ( с изоляцией нейтралей соответственно на 35 и 110 кВ), установленных на подстанциях и частично на электростанциях, если при этом нейтрали трансформаторов защищены соответственно разрядниками типов РВМ-35 РВМ-20, РВС-60, РВС-110. Разземленне нейтралей трансформаторов напряжением 330 кВ и выше не допускается. При включении или отключении разъединителем или отделителем трансформаторов НО кВ с изоляцией нейтралей на 35 кВ ( испытательное напряжение 85 или 100 кВ) требуется предварительное заземление нейтралей этих трансформаторов.[6]

При необходимости по режиму работы электрической сети разрешается разземлять нейтрали части трансформаторов ПО, 150, 220 кВ ( с изоляцией нейтралей соответственно на 35 и ПО кВ), установленных на подстанциях и частично на электростанциях, если при этом нейтрали трансформаторов защищены соответственно разрядниками типов РВМ-35 РВМ-20, РВС-60, РВС-110. Разземление нейтралей трансформаторов напряжением 330 кВ и выше не допускается. При включении или отключении разъединителем или отделителем трансформаторов ПО кВ с изоляцией нейтралей на 35 кВ ( испытательное напряжение 85 или 100 кВ) требуется предварительное заземление нейтралей этих трансформаторов.

Разумеется, вопросы влияния режимов работы электрических сетей на эффективность производства далеко не исчерпываются влиянием одного из показателей качества электроэнергии - отклонения напряжения - на потребление электроэнергии,

Заземление нейтралей, обусловленное режимом работы электрической сети, называется рабочим заземлением в отличие от защитного заземления, выполняемого для обеспечения безопасных условий работы персонала, и грозозащитного заземления, предназначенного для обеспечения необходимых условий функционирования систем защиты электроустановок от перенапряжений.

Номинальная мощность трансформаторов однотрансформаторной подстанции в зависимости от схемы и режимов работы конкретной электрической сети в общем случае определяется номинальным или аварийным режимами ее работы, при этом расчетные нагрузки в номинальном режиме должны находиться в пределах экономически целесообразных интервалов нагрузок.[9]

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Электрические сети классифицируются по следующим параметрам:

- По роду тока электрические сети традиционно разделяют на два вида - сети переменного и постоянного тока.

Наиболее распространёнными являются сети переменного тока. Постоянный ток наиболее часто применяют для питания электрифицированного транспорта, под него и сооружают линии электроснабжения постоянным током. В некоторых отдельных случаях на промышленных предприятиях возникает необходимость в построении систем электропитания постоянным током, например, для электролиза растворов или электрометаллургии, а также при наличии электроприводов постоянного тока.

В последнее время все больший интерес проектировщиков вызывают высоковольтные линии электропередачи постоянного тока (HVDC), активно применяемы для передачи электроэнергии от электростанций альтернативной энергетики. Плюс таких систем в их большей экономичности, возможности параллельной работы с различными линиями постоянного тока (например, линии электропередач переменного тока с частотами 50 Гц и 60 Гц невозможно запустить на параллельную работу), а также в отсутствии необходимости синхронизации частот ЛЭП.

- По величине напряжения. По напряжению электрические сети делят классически на два вида - до 1000 В и выше 1000 В. Для избегания путаниц и удобства эксплуатации серийных электротехнических изделий в установках переменного тока приняты следующие стандарты напряжений:

· До 1000 В - 127 В, 220 В, 380 В, 660 В;

· Выше 1000 В - 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ, 35 кВ, 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ;

По условиям нормальной эксплуатации электроприемники, в зависимости от назначения, допускают строго ограниченные отклонения напряжения от его номинального значения. Для поддержания напряжений на заданном уровне нужно компенсировать его потерю в трансформаторах. Именно для этой цели номинальные напряжения генераторов, а также вторичных обмоток трансформаторов имеют номиналы на 5% больше чем электроприемники.

Для сетей местного освещения могут применять малые напряжения, а именно 12 В, 24 В, 36 В.

- По назначению электрические сети делят на распределительные и питающие.

Питающая линия - это линия, осуществляющая питание подстанции (П) или распределительного пункта (РП) от центра питания (ЦП) без распределения электрической энергии по ее длине.

Распределительная линия - линия, осуществляющая питание ряда трансформаторных подстанций от РП или ЦП.

В сетях напряжением до 1000 В питающими линиями называют линии идущие от трансформаторных подстанций к распределительным щитам или пунктам, а распределительными называют линии, которые идут непосредственно от распределительных щитов или пунктов к электроприемникам.

Ниже показана схема распределения высокого напряжения с наличием питающей и распределительной сети (а)) и только распределительной (б)):

Сети высокого напряжения сооружают в случаях отдаленности на довольно большое расстояние источника напряжения или большого количества трансформаторных подстанций, которые значительно отдалены друг от друга, например, при электроснабжении крупных промышленных предприятий или городов.

- По принципу построения подразделяют электрические сети на замкнутые и разомкнутые.

Разомкнутая сеть - это совокупность разомкнутых линий получающих питание от одного общего источника питания ИП с одной стороны (рисунок ниже):

Ее главным недостатком можно назвать прекращения питания всех электроприемников участка, на котором произошло отключение при обрыве линии.

В замкнутой системе все наоборот -- питание поступает от двух источников ИП и при обрыве магистрали в любом месте питание электроприемников не прекратится. Ниже показана простейшая схема замкнутой сети:

Например, в случае обрыва магистрали в точке К электроприемники 1,2,3,4 будут получать питание по верхней магистрали, а 5,6,7,8 по нижней. В зависимости от требований надежности электроснабжения замкнутые системы могут иметь один и более источников питания. Ниже показан пример схемы с двухсторонним питанием:

- По месту прокладки различают наружные и внутренние сети.

Наружные сети могут выполняться голыми проводами, подвешенными на опорах (воздушные линии), а также специальными кабелями проложенными в блоках (подземные линии), траншеях, коллекторах.

Внутренние сети прокладывают внутри зданий с помощью изолированных проводов (провод с изоляцией), кабелей, шин (токопроводов).[4]

ГЛАВА 3. РЕЖИМ РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

электрический сеть установка нейтраль

Электроустановка - совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии.

Действующая электроустановка - электроустановка или ее часть, которая находится под напряжением, либо на которую напряжение может быть подано включением коммутационных аппаратов.

По величине номинального напряжения сети подразделяются:

- сети низкого напряжения НН (до 1000В);

- сети среднего напряжения СН (3, 6, 10,35кВ);

- сети высокого напряжения ВН (110, 220кВ);

- сети сверхвысокого напряжения СВН (330, 500, 750кВ);

- сети ультравысокого напряжения УВН (свыше 1150кВ).

По роду тока сети подразделяются:

- сети постоянного тока;

- сети переменного тока.

По конструктивному выполнению сети делятся:

- на воздушные;

- кабельные;

- токопроводы промышленных предприятий;

- проводки внутри зданий и сооружений.

Существуют следующие режимы работы электрических установок:

1.Номинальный режим - это такой режим работы, при котором параметры, как отдельных элементов, так и электрической цепи в целом равны номинальным.

Для разных электротехнических устройств в технической документации, в справочной литературе или на самом оборудовании указываются их номинальные параметры.

Основными номинальными параметрами, которые указываются практически всегда, являются:

-номинальное напряжение Un;

-номинальный ток Iп;

-номинальная мощность Рп.

Как правило, производители электрооборудования гарантируют его надежную работу при допустимых отклонениях параметров от номинальных значений.

2. Режим перегрузки - это такой режим работы, при котором происходит превышение фактического значения тока, как отдельных элементов, так и электрической цепи в целом над номинальным значением.

Ток перегрузки - сверхток в электрической цепи электроустановки при отсутствии электрических повреждений.

Основными причинами перегрузок являются:

1.несоответствие сечения проводников рабочему току;

2.параллельное включение в сеть не предусмотренных расчетом токоприемников;

3.повышение температуры окружающей среды.

Последствиями перегрузок являются:

- перегрев электрооборудования;

-нарушение изоляции проводов, кабелей, электроустановок, приводящее к возникновению короткого замыкания;

-снижение уровня напряжения питающей сети;

4. короткое замыкание.

Короткое замыкание (КЗ) - непредусмотренное нормальными условиями работы соединение двух или нескольких точек электрической цепи, находящихся в рабочем режиме под разными напряжениями, проводником с малым сопротивлением.

Короткое замыкание сопровождается резким ростом тока в ветвях электрической цепи, примыкающих к месту возникновения КЗ, до значения многократно превышающего номинальное.

Основными причинами КЗ являются:

- нарушение изоляции проводов, кабелей, электроустановок;

- неправильный монтаж и эксплуатация электросетей и электрооборудования;

- резкие скачки нагрузки электросети;

- аварии в нагрузке (например, заклинивание ротора электродвигателя).[5]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электрическая энергия является наиболее универсальным видом энергии. Она очень просто и экономично может быть преобразована в другие виды энергии -- тепловую, механическую, световую и т. д. Электрическая энергия находит значительное применение в устройствах автоматики, электроники и т. п., без которых немыслимы современные аппараты и технические сооружения. Поэтому в настоящее время электрическая энергия (сокращенно электроэнергия) весьма широко используется во всех отраслях народного хозяйства страны и прежде всего в промышленности и в быту.

Электровооруженность труда в промышленности является важным показателем уровня технического развития страны. Повышение электровооруженности труда указывает на технический прогресс государства, поэтому она непрерывно возрастает.

Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей. Это осуществляется при помощи линии электропередачи -- специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока.

В современных условиях актуально обеспечение стабильной и безопасной работы оборудования электрических сетей, надёжное электроснабжение потребителей, также минимализация сетевых технических ограничений в экономически обоснованных пределах, и немаловажным фактором является снижение затрат на передачу и распределение электроэнергии за счёт внедрения передовых технологий эксплуатационного обслуживания и новой модифицированной техники.

CПИCОК ИCПОЛЬЗОВАННЫХ ИCТОЧНИКОВ

1. Анцев, И. Б. Основы проектирования внутренних электрических сетей / И.Б. Анцев, В.Н. Силенко. - М.: Проспект Науки, 2010. - 272 c.

2. Булычев, Александр Витальевич Релейная защита в распределительных электрических сетях. Пособие для практических расчетов / Булычев Александр Витальевич. - М.: НЦ ЭНАС, 2011. - 509 c.

3. Пособие для изучения Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей. Электрическое оборудование. - М.: НЦ ЭНАС, 2013. - 352 c.

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ.. - Москва: ИЛ, 2014. - 301 c.

5. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: НЦ ЭНАС, 2014. - 264 c.

6. Железко, Ю. С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. - М.: НЦ ЭНАС, 2006. - 280 с.

7. Соловьев, А. Л. Релейная защита городских электрических сетей 6 и 10 кВ / А.Л. Соловьев, М.А. Шабад. - М.: Политехника, 2007. - 176 c

8. Киреева Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий. М.: КНОРУС, 2011. - 20 с.

9. Киреева Э.А., Цырук С.А. Справочник электрика. М.: Колос, 2007.

10.Киреева Э.А., Цырук С.А. Электроснабжение жилых и общественных зданий. М.: НТФ «Энсргопрогресс», 2008.- 30 с.

Размещено на Allbest.ru