🗊Презентация Электроэнергетические системы и сети промышленного электроснабжения

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

Источники электрической энергии Тепловые (ТЭС) – КЭС (ГРЭС) и ТЭЦ Гидравлические, гидроаккумулирующие (ГЭС, ГАЭС) Атомные (АЭС) ЭС на ВВИЭ -солнечные, геотермальные, приливные и ветроэлектростанции и пр. Другие - дизельные

Электрическая часть электростанций Основное: синхронные генераторы (турбо- и гидрогенераторы) сборные шины коммутационные аппараты: выключатели разъединители электроприемники собственных нужд (СН) насосы вентиляторы мельницы, аварийное освещение и др.

Вспомогательное аппараты измерения, сигнализации, защиты и автоматики

Энергетическая система (энергосистема) состоит из электрических станций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии, при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая (электрическая) система Совокупность электрических частей элекростанций, электрических сетей и потребителей электро­энергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления элек­троэнергии. Электрическая система–это часть энергоси­стемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потре­бителей.

Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электро­энергии от электростанций к потребителям. Линия электро­передачи (воздушная или кабельная)–электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

Электрические подстанции применяются для преобразования электроэнергии одного напряжения в элек­троэнергию другого напряжения. Электрическая подстан­ция–это электроустановка, предназначенная для преобра­зования и распределения электрической энергии. Под­станции состоят из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов. Подстанции предназначены для связи генераторов и потребителей с линиями электропере­-дачи, а также для связи отдельных частей электри­ческой системы.

Режимы работы электрических систем При анализе работы электрической системы различают параметры элементов сети и параметры ее режимов. Параметрами элементов электрической системы являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) ис- точников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты. Под режимом электрической системы понимается ее электрическое состояние.

Нормальный режим При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы электростанций и сетей и удержание основных параметров в пределах допустимых норм. Нормальным считается режим и при включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также для резкопеременных (ударных) нагрузок. В этих случаях после завершения переходного процесса, который продолжается доли секунды, вновь наступает установившийся нормальный режим, когда значения параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых пределах.

Переходный неустановившийся режим В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей. Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.

Графики нагрузки Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка от коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой отличается большой неравномерностью в различное время суток. Днем нагрузка небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к утру вновь возрастает. Электрическая нагрузка промышленных предприятий более равномерна в течение дня и зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен.

Максимум суммарной нагрузки системы меньше, чем сумма максимумов нагрузок отдельных потребителей. Это объясняется несовпадением отдельных максимумов из-за различных условий работы потребителей. Объединение нескольких электростанций разных видов позволяет повысить экономичность выработки электроэнергии. Энергетические системы дают возможность согласованно работать тепловым и гидроэлектростанциям. В самом деле, в период недостатка воды на ГЭС (зимой) выработка электроэнергии на них снижается, и потребители обеспечиваются электроэнергией в большей мере от ТЭС. Наоборот, летом при большом притоке воды ГЭС работают на полную мощность, а выработка электроэнергии ТЭС снижается. Это обеспечивает экономию топлива и, следовательно, уменьшает себестоимость электроэнергии.

Из суточного графика энергосистемы видно, что в основном нагрузки покрывают тепловые конденсационные электростанции - государственные районные электростанции (ГРЭС). Из суточного графика энергосистемы видно, что в основном нагрузки покрывают тепловые конденсационные электростанции - государственные районные электростанции (ГРЭС). Доля ТЭЦ в покрытии нагрузок энергосистемы определяется их тепловыми графиками. Нагрузка ГЭС определяется стоком реки. Электростанции, подключаемые к системе в часы наибольших (пиковых) нагрузок, называют пиковыми. В большинстве случаев пиковыми станциями являются гидростанции (ГЭС и ГАЭС - гидроаккумулирующие электростанции), не обеспеченные водой для длительной работы не в полную мощность в некоторые периоды, и станции, оборудованные газовыми турбинами.

Классификация электрических сетей 1. по роду тока 2. по номинальному напряжению 3. по выполняемым функциям 4. по характеру потребителя 5. по конфигурации схемы сети 6. по величине тока однофазного замыкания 7. по режиму заземления нейтрали и т.д.

По роду тока различаются сети перемен­ного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения – U ном ≥ 330 кВ, высокого напряжения – U ном = 3 - 220 кВ, низкого напряжения– U ном <1 кВ. По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомк­нутые.

По выполняемым функциям системообразующие, питающие и распределительные сети Системообразующие сети напряжением 330–1150 кВ осуществ­ляют функции формирования объединенных энергосистем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функ­ционирование как единого объекта управления, и одновре­менно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных электростанций. Системообразующие сети осуществляют системные связи, т. е. связи очень большой длины между энергосистемами.

Питающие сети Питающие сети предназначены для передачи электро­-энергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110–220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП) распределительных сетей – районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напря­жение этих сетей ранее было 110–220 кВ. По мере роста плотности нагрузок, мощности электростанций и протяжен­ности электрических сетей увеличивается напряжение рас­пределительных сетей.

Распределительные сети Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно разомкнутые или работают в разомкнутом режиме. Различают распределительные сети высокого (U ном>1 кВ) и низкого (U ном<1 кВ) напряжения.

по характеру потребителя по характеру потребителя распределительные се­ти подразделяются на промышленные, городские и сель­скохозяйственного назначения.

Для электроснабжения больших промышленных предприятий и крупных городов осуществляется глубокий ввод высокого напряжения, т. е. сооружение подстанций с первичным напряжением 110–500 кВ вблизи центров нагрузок. Сети внутреннего электроснабжения крупных горо­дов – это сети 110 кВ, а в отдельных случаях к ним относятся глубокие вводы 220/10 кВ. Сети сельскохозяйст­венного назначения в настоящее время выполняют на на­пряжение 0,4–110 кВ, а также на 220 кВ при большой протяженности сельских линий в районах Сибири или Дальнего Востока.

Режим нейтрали сетей напряжением выше 1 кВ В установках с большими токами замыкания на землю нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малые сопротивления. Такие установки называются установками с заземленной нейтралью. Работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так с эффективно заземленной нейтралью. Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью. В установках с заземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током.

В установках, имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями. Такие установки называются установками с изолированной нейтралью. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием (КЗ). Прохождение тока через место замыкания обусловлено проводимостями (в основном, емкостными) фаз относительно земли.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура. Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней части опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений монтируют грозозащитные тросы. Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы изолируют провода от опоры. С помощью линейной арматуры провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах

ИЗОЛЯТОРЫ И ЛИНЕЙНАЯ АРМАТУРА

КОНСТРУКЦИЯ КАБЕЛЕЙ И КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ Силовые кабели состоят из одной или нескольких токо- проводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от вла­- ги, кислот и механических повреждений накладывают за- щитную оболочку ,и стальную ленточную броню с защит­- ными покровами. Токопроводящие жилы, как правило, из- готовляются из алюминия как однопроволочными (сечением до 16 мм2), так и многопроволочными. Применение кабе- лей с медными жилами предусмотрено только в специаль- ных случаях, например во взрывоопасных помещениях, в шахтах, опасных по газу и пыли. На переменном токе до 1 кВ применяют четырехжильные кабели, сечение четвер- той, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях переменного тока до 35 кВ – трехжильные, кабели 110 кВ и выше–одножильные. На постоянном токе применяют одножильные и двухжильные кабели.

Марка СИП-3 состоит из одной жилы со стальным сердечником, обвитым проволоками из алюминиевого сплава марки AlMgSi. Изоляция этого провода представляет собой «сшитый полиэтилен», обладающий хорошей устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых излучений. Самонесущий изолированный провод такой конструкции используется при строительстве воздушных линий передач электрической энергии напряжением около 20 кВ в местностях, где преобладает умеренный, холодный и тропический климат. Рабочая температура проводов данной марки составляет около 70 °С, длительно допустимая - находится пределах от минус 20 °С до плюс 90 °С.

Следующие марки проводов СИП-4 и СИП-4н состоят из парных токопроводящих жил, при этом несущая нулевая жила у них отсутствует. Буквенное обозначение «н» в конце маркировки указывает на то, что для изготовления провода использовался алюминиевый сплав, если буквы нет – алюминий. Изоляция сделана из устойчивого к ультрафиолетовым излучениям термопластичного ПВХ.

Провода с маркировкой СИП-5, СИП-5н имеют аналогичную конструкцию, единственное отличие – это изоляция из сшитого полиэтилена. Это дает возможность на 30 процентов повысить длительно допустимую температуру эксплуатации.

Трансформаторы

Темы для самостоятельного изучения Высоковольтные баковые и маломасляные выключатели. Высоковольтные вакуумные и электромагнитные выключатели. Высоковольтные элегазовые и воздушные выключатели. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи (активное и реактивное сопротивления, активная и емкостная проводимости) равномерно распределены по ее длине. Для линии сравнительно не­большой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: ак­тивное и реактивное сопротивления линии и , актив­- ную и емкостную проводимости линии и .

Воздушные линии электропередачи

Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные ли­нии. Удельные активные и реактивные сопротив­ления определяют по справочным таблицам, так же, как и для воздушных линий. Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные ли­нии. Удельные активные и реактивные сопротив­ления определяют по справочным таблицам, так же, как и для воздушных линий. Из приведенных ранее уравнений видно, что уменьшается, а растет при сближении фазных проводов. Для кабельных линий расстояния между проводами значительно меньше, чем для воздушных, и очень мало. При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление. Емкостный ток и в кабельных лини­ях больше, чем в воздушных. В кабельных линиях высокого напряжения ее учитывают, причем удельную емкостную мощность , квар/км, можно определить по таблицам, приведенным в справочниках. Активную проводимость учитывают для кабелей 110 кВ и выше.

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ Двухобмоточный трансформатор

Продольная часть схемы замещения содержит и -активное и реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивления равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т. е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки приводится к первичной. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации. Продольная часть схемы замещения содержит и -активное и реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивления равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т. е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки приводится к первичной. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации.

ЗАДАНИЕ НАГРУЗОК ПРИ РАСЧЕТАХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, РАЗОМКНУТЫХ И ПРОСТЫХ ЗАМКНУТЫХ СЕТЕЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА

РАСЧЕТ РЕЖИМА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЗАДАННОМ ТОКЕ НАГРУЗКИ

РАСЧЕТ РЕЖИМА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЗАДАННОМ ТОКЕ НАГРУЗКИ

РАСЧЕТ РЕЖИМА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЗАДАННОЙ МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ

ДОПУЩЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ РАЗОМКНУТЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 35 кВ