Потребители электроэнергии и их классификация

     Содержание 

     Введение                                                                                                                   2

     1.Потребители  электроэнергии и их классификация                                           4

     2.Основные  определения и назначения подстанций и распределительных

     устройств                                                                                                                  8

     3.Классификация  способов защиты. Параметры релейной  защиты                 10

     4.Виды  управления, сигнализации и контроля                                                   11

     5.Требования  и средства автоматизации. Автоматическое  включение

     резерва                                                                                                                    12

     6.Перенапряжения  и молниезащита. Защита подземных  сооружений от электрокорозии  блуждающими токами                                                                 14

     Список  литературы                                                                                                17 

     Введение 

        План ГОЭЛРО, принятый Всероссийским съездом Советов в 1920 г., воплощал ленинские принципы социалистической электри фикации в форме конкретного государственного плана развития народного хозяйства страны на основе электрификации. В этом плане намечалось сооружение 30 крупных районных электростан ций, общей мощностью 1750 тыс. кВт, а также линии электропередачи напряжением 35 и 110 кВ. Большое значение придава лось строительству крупных гидростанций, которых дореволюцион ная Россия не имела. Большинство из электростанций должны были использовать местные энергетические ресурсы — низкосорт ные, угли, штыб, сланцы и особенно торф.

     Осуществление плана ГОЭЛРО началось в тяжелых  условиях, когда производство электроэнергии в стране сократилось" почти в четыре раза по сравнению с 1913 г.  составляло всего 520 млн. кВт-ч. В 1922 г. были пущены в эксплуатацию Кашир ская ГРЭС на подмосковном угле и ГРЭС «Красный Октябрь» на торфе под Ленинградом, в 1924 г. — Кизеловская. ГРЭС на местном угле на Урале, в 1925 г. — Шатурская и Горьковская ГРЭС на торфе.                                                                   Качество электроснабжения определяется поддержанием на установленном уровне значений напряжений и частоты, а также ограничением, значений в сети высших гармоник и несинусоидальности и несимметричности напряжении.

        Экономичность электроснабжения достигается путем разработки совершенных систем распределения электроэнергии, использования рациональных конструкций комплектных распределительных устройств и. трансформаторных подстанций и разработки оптимизации системы электроснабжения. На экономичность влияет выбор рациональных напряжений, оптимальных значений сечений проводов и кабелей, числа и мощности трансформаторных подстанций, средств компенсации реактивной мощности и их размещение в сети.

         Реализация этих требований обеспечивает снижение затрат при сооружении и эксплуатации всех элементов системы электроснабжения, выполнение с высокими технико-экономическими показателями планов электрификации всех отраслей народного хозяйства, надежное и качественное электроснабжение промышленных предприятий. В результате, увеличивается электровооруженность труда в промышленности и в других отраслях народного хозяйства, которая-представляет собой количество электроэнергии на одного работающего (МВт/(чел-год)), а это в свою очередь обеспечивает рост производительности труда и  степень его механизации.

        Таким образом, рост электровооруженности труда определяется не только увеличением выработки электроэнергии на электростанциях, которая у нас в стране непрерывно растет, но и фактически рациональным ее использованием в различных устройствах и установках потребителей. С этой точки зрения безусловно рациональным является-распределение электроприемников по надежности электроснабжения на несколько категорий с учетом их значимости в технологическом процессе производства, безаварийной работы оборудования   и   безопасности   его   обслуживания.                 

       Для обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяют на следующие три категории:

        первая категория — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному  хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. В эту категорию входит особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производствами предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования;                          

         вторая категория — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к  массовому недоотпуску продукции массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей;

          третья  категория — остальные  электроприемники,  не  подходящие под определение первой и второй категорий.                             

          Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников  питания;   перерыв   в  электроснабжении   при   нарушении  электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания.

     При наличии централизованного резерва  трансформаторов и возможности  замены повредившегося трансформатора за время не более суток допускается  питание электроприемников второй категории от одного трансформатора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Потребители электроэнергии и  их классификация.

        Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

        Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.                          

        Систематизацию потребителей электроэнергии, а следовательно, и их нагрузок осуществляют обычно по следующим основным эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению; производственным связям; режимам работы; мощности,напряжению; роду тока; требуемой степени надежности питания; территориальному размещению; плотности нагрузки; стабильности расположения электроприемников. Однако при определении электрических нагрузок промышленного предприятия достаточно, систематизировать потребителей электроэнергии  по  режимам работы,  мощности, напряжению, роду тока и требуемой степени надежности питания, считая   остальные   признаки   вспомогательными.

     По  режимам работы все потребители  электроэнергии можно распределить на ряд групп, для которых предусматриваются три режима работы:

        продолжительный, при котором электрические машины могут работать длительное время, причем превышение температуры отдельных частей машины не выходит за пределы, устанавливаемые стандартом;

       кратковременный, при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что машина успевает охладиться до температуры  окружающей среды;

       повторно-кратковременный, при котором рабочие периоды чередуются с периодами пауз, a длительность всего цикла не превышает 10 мин. При этом нагрев не превосходит, допустимого, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.                                             

        Анализ режимов работы потребителей электроэнергии промышленных предприятий показывает, что в продолжительном режиме работает большинство электродвигателей, обслуживающих основные технологические агрегаты, и механизмы. Длительно, без отключения, от нескольких часов до нескольких смен подряд, с достаточно высокой, неизменной или  маломеняющейся нагрузкой работают электроприводы вентиляторов, насосов, компрессоров, преобразователей, механизмов непрерывного транспорта и т. п. Длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отключениями, за время которых, электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов превышает 10 мин, работают электродвигатели, обслуживающие станки холодной обработки металлов, деревообрабатывающие станки, специальные механизмы, литейных цехов, молоты, прессы и ковочные машины кузнечно-прессовых цехов.

        В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков, а также механизмов для открывания фрамуг, гидравлических затворов, всякого рода заслонок и т.п.

        В повторно-кратковременном режиме работают электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъемников и аналогичных им установок, вспомогательных и некоторых главных приводов прокатных цехов. К этой группе относятся, и сварочные аппараты, работающие с постоянными, большими бросками мощности. Самостоятельную группу электроприемников составляют нагревательные аппараты и электропечи работающие в продолжительном режиме с постоянной или маломеняющейся нагрузкой, и электрическое освещение, отличительной особенностью режима работы которого является резкое изменение нагрузки почти от нуля до максимума в зависимости от времени суток и постоянство нагрузки во все время, когда освещение включено.

         По   м о щ н о с т и   и   н а п р я ж е н и ю все потребители электроэнергии  можно  разделить на  две  группы:

         потребители большой мощности (80—100 кВт и выше) на напряжение 3—6—10 кВ, получающие питание непосредственно от сети 3—6—10 кВ. К этой группе относятся мощные печи сопротивления и дуговые печи для плавки черных и цветных металлов, питаемые через собственные трансформаторы;

         потребители малой и средней мощности (ниже 80—100 кВт), питание которых возможно и экономически целесообразно только на напряжении 380—660 B

          П о р о д у т о к а все потребители электроэнергии можно разделить на три группы: работающие от сети переменного тока нормальной промышленной частоты (50 Гц), работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты и работающие от сети постоянного тока. Основной род тока, на котором работают электроустановки промышленных предприятий, переменный трехфазный ток частотой 50 Гц.

        Отдельные потребители электроэнергии (электроинструмент, специальные станки в деревообрабатывающих цехах, ряд шлифовальных станков в подшипниковой промышленности и др.) используют для питания высокоскоростных электродвигателей токи повышенной частоты (180—400 Гц). Установки индукционного и диэлектрического нагрева требуют токов повышенных и высоких частот, получаемых от машинных (до частот 10 000 Гц) и электронных (свыше 10 000 Гц) генераторов.

         Для ряда производственных механизмов необходимы широкое регулирование скорости, поддержание постоянства скорости технологического процесса, повышенный перегрузочный момент при повторно-кратковременном режиме работы, частое реверсирование, быстрые разгоны и торможения, что вызывает необходимость применения электродвигателей постоянного тока для электроприводов этих механизмов. Цехи электролиза, электролитического получения металлов, гальванические цехи и некоторые виды электросварки требуют также постоянного тока.

        Поэтому при построении схемы электроснабжения промышленного предприятия приходится считаться с наличием на предприятии потребителей постоянного тока и токов высокой частоты и, следовательно, предусматривать специальные преобразовательные установки для питания этих потребителей и для обслуживания отдельных электроустановок или их групп. При незначительном числе и небольшой мощности отдельных потребителей постоянного тока или токов высокой частоты, а также при их разбросанности по территории цехов у каждого из этих потребителей устанавливают индивидуальные преобразовательные агрегаты. Их устанавливают и у мощных электроприводов, управление которыми производится по специальным схемам. При достаточно большом числе и большой суммарной мощности потребителей предусматриваются централизованные преобразовательные подстанции со статическими полупроводниковыми выпрямителями или двигатель-генераторами. В системе электроснабжения предприятия эти преобразователи электроэнергии являются потребителями переменного тока.

     В зависимости от рода первичного двигателя  и способа преобразования различных видов энергии электрические станции могут быть тепловыми ( в том числе и атомными) и гидравлическими. Тепловые электростанции, в свою очередь, делятся на станции с мировыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания и газоны ми турбинами.

     Тепловые  электростанции с паровыми турбинами  могут быть трех типов:

     а)   конденсационные (К.ЭС), снабжающие потребителей только (лектроэнергией и располагающиеся  в районе энергетических запасов (угля, торфа, газа и т.д.). Турбины КЭС работают на конденсационном режиме, при котором весь пар проходит Последовательно через все ступени турбины, после чего конденсируется и конденсаторе;

     б)   теплофикационные (ТЭЦ), снабжающие потребителей электрической и тепловой энергией и располагающиеся в районах потребления. Турбины на ТЭЦ работают с промежуточным отбором пара или с противодавлением;

     в)   атомные, в которых вместо котла  применяется атомный реактор с теплообменными устройствами.   ,

     Гидроэлектростанции располагаются вблизи гидроресурсов, поскольку на них в качестве первичного двигателя применяются гидравлические   турбины'.   Электростанция   должна   вырабатывать

     столько энергии, сколько ее требуется в, данный момент для обес-печения нагрузки потребителей, собственных нужд и  потерь в сетях.

        Для улучшения технико-экономических показателей и повышения надежности работы системы наиболее целесообразно вводить в работу станции в такой последовательности:

     1)   ТЭЦ по необходимому тепловому графику, учитывая, что КПД ТЭЦ значительно выше, чем у других тепловых электростанций;

     2)   ГЭС, когда запасы воды достаточны для длительной работы станции с полной нагрузкой;

     3)   К.ЭС с распределением нагрузки между ними в зависимости  от единичной мощности агрегатов, их параметров, сорта топлива, сжигаемого на станции, и т.д.;

     4)   ГЭС с регулируемым водостоком, когда имеющиеся запасы воды используются только для снятия пиковых нагрузок и аварийного резерва системы.                          

       При распределении нагрузок между станциями энергосистемы учитываются также пропускная способность линий электропередачи, наличие и размещение резервов в системе и технико-экономические показатели отдельных станций и агрегатов;

        Количество электрической энергии, вырабатываемой генераторами станций и энергосистемы, в каждый момент должно быть равно ее потреблению, поэтому соответственно должны быть равны и их активные мощности.

        Выполнение схем электроснабжения промышленных предприятий для присоединения к энергосистеме зависит от требований надежности и бесперебойности электроснабжения потребителей электроэнергии, наличия электростанции на предприятии и возможности присоединения ее к энергетической системе, расположения объекта электроснабжения по отношению к источнику питания и электрическим сетям энергетической системы.

     К потребителям 1-й категории относятся  предприятия и отдельные цехи металлургической, химической и горнорудной промышленности. Такие потребители должны питаться от двух независимых источников, например от собственной ТЭЦ (или КЭС) и районных подстанций системы, или путем подключения питающих линий объекта к шинам подстанции системы, присоединенным к двум независимым источникам, что обеспечивает восстановление агитация действием АВР.

        Независимым источником питания называется источник питания данного объекта, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках. К независимым источникам питания относятся РУ двух электростанций или центров питания, а также две секции сборных шин электростанции или подстанции при одновременном соблюдении следующих двух условий: каждая из секций, в свою очередь, должна иметь питание от независимого источника; секции не, должны-быть  связаны между собой или иметь связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из них.  К потребителям 2-й категории относятся предприятия машиностроительной и легкой промышленности, а также других отраслей народного хозяйства, которые не могут быть отнесены к потребителям   1-й  категории;  восстановление  питания  для  них  обеспечивается  дежурным  персоналом или  выездной бригадой.

     К потребителям 3-й категории относятся  вспомогательные и обслуживающие цехи предприятий; восстановление питания должно быть обеспечено в пределах одних суток. 
 
 
 

     2. Основные определения и назначение подстанций

     и распределительных  устройств.                             

        Каждая подстанция имеет распределительные устройства (РУ), содержащие коммутационные аппараты, устройства, защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства.

     По  конструктивному выполнению РУ делят  на открытые и закрытые. Они могут быть комплектными (сборка на предприятии-изготовителе) или сборными (сборка частично или полностью на месте применения). Рассмотрим наиболее распространенные на; подстанциях промышленных предприятий комплектные РУ.

        Открытое распределительное устройство (ОРУ) — распределительное устройство, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе;

        Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) — устройство, оборудование которого расположено в здании.                                                                                          

        Комплектное распределительное устройство (КРУ) — распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде и предназначенное для внутренней установки.

        Комплектное распределительное устройство наружной установки (КРУН)   — это КРУ, предназначенное для наружной установки.

     Комплектная    трансформаторная    (преобразовательная)    подстанция   (КТП)   —   подстанция,   состоящая   из   трансформаторов (преобразователей)   и   блоков   КРУ   или   КРУН,   поставляемых   в собранном или полностью подготовленном  для сборки  виде.

        Распределительный переключательный пункт   (РП)   — распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения    электроэнергии    на    одном напряжении    без    преобразования и трансформации.

        Камера — помещение, предназначенное для установки аппаратов и шин: закрытая камера закрыта со всех сторон и имеет сплошные (не сетчатые) двери; огражденная камера имеет проемы, защищенные полностью или частично несплошными (сетчатыми или смешанными) ограждениями.

     Каждая  подстанция имеет три основных узла: РУ высшего напряжения, трансформатор, РУ низшего напряжения. 

         Назначение и  классификация  подстанций.

        Подстанцией  называется электроустановка, состоящая из трансформаторов или других  преобразователей  энергии,   распределительных  устройств   напряжением до   1000 В  и  выше,  служащая для  преобразования и распределения электроэнергии.

     В зависимости от назначения подстанции выполняют трансформаторными (ТП) или преобразовательными (ПП) — выпрямительными.

        Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения. В зависимости от положения в энергосистеме, назначения, значения первичного и вторичного напряжений их можно подразделить на районные подстанции, подстанции промышленных предприятий, тяговые подстанции, подстанции городской электрической сети и др.

        Районные и узловые подстанции питаются от районных (основных) сетей энергетической системы и предназначены для электроснабжения больших районов, в которых находятся промышленные, городские, сельскохозяйственные и другие потребители электроэнергии. Первичные напряжения районных подстанций составляют 750, 500, 330, 220, 150 и 110 кВ, а вторичные — 220, 150, 110, 35, 20, 10 или 6кВ.

       На территории промышленных предприятий размещают трансформаторные подстанции следующих видов:

          Заводские подстанции, которые выполняются как:

        а) главные понизительные подстанции и подстанции глубокого ввода с открытым РУ для приема электроэнергии от энергетических систем напряжением 110—35 кВ и преобразования ее в напряжение заводской сети 6—10 кВ для питания цеховых и межцеховых подстанций и мощных потребителей;

        б) подстанции и распределительные пункты с закрытыми РУ, с установкой на них высоковольтного оборудования на 6—10 кВ типа КСО или КРУ и трансформаторов на 6—10/0,4 кВ.

        Цеховые подстанции, предназначенные для питания одного или нескольких цехов, выполняются: а) отдельно стоящими, пристроенными и встроенными с установкой трансформаторов в закрытых камерах и распределительных щитов на напряжение 0,4—0,23 кВ; б) внутрицеховыми в основном как комплектные типа КТП с установкой на них одного-двух трансформаторов мощностью 400 кВ А  и выше, размещаемыми  в отдельном помещении цеха или непосредственно в цехе в зависимости от условий окружающей среды и характера производства.

       3. Классификация способов защиты. Параметры релейной защиты. 

     Защита  элементов системы электроснабжения должна ограничить или полностью устранить в них возможные нарушения нормального режима работы, вызванные электрическими, тепловыми или механическими перегрузками, а также аварийными повреждениями, основными причинами которых обычно являются различные виды к.з. Для обеспечения защиты применяют аппараты отключения: а) плавкие предохранители ВН и НН и автоматические выключатели НН; б) аппараты релейной защиты, действующие на выключатели ВН.                                      

        Релейная защита — совокупность специальных устройств и средств (реле, измерительные трансформаторы и другие аппараты), обеспечивающая автоматическое отключение поврежденной части электрической установки или сети. Если повреждение не представляет для установки непосредственной опасности, то релейная защита должна приводить в действие сигнальные устройства, не отключая установку.

     Основные  условия надежной работы релейной защиты:

        обеспечение селективности, т. е. отключения только поврежденных участков. Время срабатывания защиты характеризуется выдержкой времени, обеспечивающей селективность. Выдержка определяется полным временем действий защиты до отключения поврежденного участка;

        остаточная чувствительность ко всем видам повреждений на защищаемой линии и на линиях, питаемых от нее, а также к изменению в связи с этим параметров (тока, напряжения и др.), что оценивается   коэффициентом   чувствительности;

        максимальная простота схем с наименьшим числом аппаратов и достаточная надежность и быстродействие;

       наличие   сигнализации   о   неисправностях   в   цепях,   питающих аппараты релейной защиты.

     Ток питания цепей релейной защиты, автоматики и сигнализации называется оперативным током. Надежность источника оперативного тока и исправность его сети обеспечивают безотказную работу всех элементов, входящих в устройство релейной защиты. Постоянный или выпрямленный ток получают от аккумуляторных батарей или от различных выпрямительных устройств. Однако это связано с дополнительной затратой на установку аккумуляторной батареи или выпрямительных устройств; кроме того, при наличии разветвленной сети оперативного тока возможны повреждения и связанные с этим ложные действия защиты. Поэтому были сконструированы специальные блоки питания типов БПТ-1001, БПН-1001, БПНС для непосредственного подключения реле времени, промежуточных реле и катушек отключения, работающих на постоянном токе. 
 
 
 
 

     4. Виды управления, сигнализации и контроля. 

     Различают следующие виды управления: местное, автоматическое, дистанционное.

        Дистанционное  управление  —   управление   на   расстоянии   нескольких   сотен   метров;   осуществляется   оператором,   подающим команду с поста или щита управления путем замыкания специальным ключом цепи управления привода выключателя, разъединителя или двигателя.