книги / Основы расчета и проектирования электроснабжения предприятий

УДК 658.26:621.311.1 С19

Рецензенты:

Кандидат технических наук, доцент заведующий кафедрой электроснабжения ПВИ PB

М. А. Швынденков

Кандидат технических наук, доцент кафедры механизации и электрификации сельскохозяйственных предприятий Пермской сельскохозяйственной академии

В. Т. Ивашов.

Основы расчета и проектирования электроснабжения предприятий Учеб, пособие/ М. Л. Сапунков; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2003.170 с.

Учебное пособие составлено по программе курса «Основы элек­ троснабжения» для студентов специальностей «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплек­ сов» и «Электроснабжение». Приведены краткие сведения о совре­ менных схемах электроснабжения предприятий, графиках электри­ ческих нагрузок, режимах электропотребления. Приведены теоретиче­ ские основы методов расчета нагрузок и методов расчета токов к. з. Рассмотрены основные требования к релейной защите, характеристи­ ки и параметры схем защиты. Рассмотрены основные устройства и сис­ темы автоматики. Изложены методические указания и систематизи­ рованы задания на выполнение курсовой работы.

Предназначено для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

© Пермский государственный технический университет, 2003

© Сапунков М. Л., 2003

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы в связи с резким удорожанием энергоресурсов перед промышленной энергетикой стоят ответственные задачи по рациональному применению элек­ троэнергии во всех отраслях производства.

Курс «Основы электроснабжения» является одной из базовых дисциплин в системе подготовки горных инже- неров-электриков. Программой этого курса предусматрива­ ется изучение комплекса вопросов, связанных с производ­ ством, преобразованием, передачей и распределением элек­ троэнергии между потребителями и приемниками.

Знание существа вопросов электроснабжения и нали­ чие определенных навыков необходимы горным инжене- рам-электрикам для успешного решения технических задач как при проектировании, так и при эксплуатации систем электроснабжения.

Для изучения курса «Основы электроснабжения» студентам специальностей «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплек­ сов» и «Электроснабжение» можно рекомендовать об­ ширный список литературы (учебники, учебные пособия, справочные и нормативные источники), в которой доста­ точно полно обобщен передовой отечественный и зару­ бежный опыт в области электроснабжения. Однако для успешного усвоения изучаемых вопросов необходимо за­ острить внимание на базовых и проблемных разделах про­ граммы курса. Исключительно важное значение при этом имеют индивидуальная работа со студентами, а также инициатива и самостоятельность студентов.

Настоящее учебное пособие охватывает часть разде­ лов курса «Основы электроснабжения». Рассматриваются

вопросы построения современных схем электроснабжения предприятий, графики нагрузок предприятий и режимы электропотребления, методы расчета электрических нагру­ зок, методы расчета токов короткого замыкания, требо­ вания надежности, элементы и схемы релейной защиты электроустановок, устройства и режимы работы систем подстанционной автоматики. Приведены также задания на практические и лабораторные работы и методические указания по выполнению курсовой работы. Основной це­ лью курсовой работы является закрепление теоретических знаний студентов и привитие необходимых практических навыков по расчету и проектированию современных систем электроснабжения горных предприятий.

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1. О б щ и е с в е д е н и я

Системой электроснабжения (СЭС) в общем случае называется комплекс средств, устройств и технических ре­ шений для производства, преобразования, передачи и рас­ пределения электроэнергии.

Основные требования к СЭС современных промыш­ ленных предприятий сводятся к следующим [1-3]:

-экономичность и надежность;

-безопасность и удобство при эксплуатации;

-обеспечение необходимого качества электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ;

-гибкость системы, предусматривающая возмож­ ность ее развития без существенного переустройст­ ва подстанций и сетей;

-максимальное приближение источников высшего напряжения к электроустановкам потребителей при минимальном числе промежуточных ступеней трансформации.

При разработке проектов электроснабжения необхо­ димо предусматривать, чтобы СЭС предприятия в условиях послеаварийного режима после необходимых переключе­ ний была способна обеспечить питание наиболее ответст­ венных потребителей и приемников. При этом допускаются кратковременные перерывы питания электроприемников [2]: для потребителей I категории — лишь на время сраба­

тывания АВР, П категории — на время переключений и пересоединений, Ш категории — на время замены или ремон­ та поврежденного оборудования, но не более одних суток.

Большинство современных предприятий получают питание от энергосистем, мощность которых в десятки и сотни раз превосходит электрические нагрузки отдель­ ных предприятий.

На территории крупных предприятий (на шахтах и рудниках — на поверхности и в подземных выработках) размещается сложный комплекс электроустановок. В зави­ симости от производительности предприятия, уровня меха­ низации и автоматизации, энергоемкости технологических процессов общая установленная мощность электропотреби­ телей предприятия может составлять десятки и даже сотни мегавольт-ампер.

Комплекс электроснабжения современного предпри­ ятия может состоять из нескольких звеньев. По специфике построения, техническим характеристикам применяемого электрооборудования, а также предъявляемым к ним требо­ ваниям комплекс электроснабжения предприятия подразде­ ляют на системы внешнего электроснабжения и внутреннего.

Под внешним электроснабжением понимают ком­ плекс сооружений (подстанции, воздушные или кабельные ЛЭП), обеспечивающих передачу электроэнергии от энер­ госистемы к подстанциям предприятия.

Система внутреннего электроснабжения включает в себя главные понизительные подстанции (ГПП), вспо­ могательные подстанции, все распределительные пункты (РП), цеховые трансформаторные подстанции (ТП), а так­ же разветвленные распределительные сети высокого и низ­ кого напряжения.

В современных проектах электроснабжения для сни­ жения затрат на проектные работы целесообразно исполь­ зовать сложившиеся типовые решения — результат обоб­ щения многолетнего опыта работы проектных организаций; Однако для конкретных условий разработки проекта СЭС требуется учитывать следующие важные вопросы [1,6]:

-выбор и применение рациональных уровней напря­ жений;

-выбор рационального числа ступеней трансформации;

-правильный выбор места размещения ГПП, распре­ делительных пунктов и цеховых подстанций;

-рациональный выбор числа и мощности трансфор­ маторов подстанций;

-обеспечение минимума потерь электроэнергии в эле­ ментах СЭС;

-поддержание рабочих напряжений в СЭС на заданных уровнях с учетом допустимых отклонений, снижение потерь напряжения, регулирование напряжения;

-обеспечение нормируемых ГОСТом показателей ка­ чества электроэнергии;

-снижение потребления реактивной мощности, ра­ циональный выбор и правильное применение ком­ пенсирующих устройств;

-повышение надежности и безаварийности СЭС пу­ тем применения современных высокоэффективных устройств защиты;

-обеспечение надлежащей степени безопасности, что особенно важно для специфичных условий горных предприятий.

При разработке проектов электроснабжения очень важно применять наиболее простые схемные и технические решения, что, как правило, обеспечивает минимум затрат на осуществление проекта. Однако при этом могут не со­ блюдаться требования по надежности и бесперебойности электроснабжения. Поэтому для выбора оптимального ва­ рианта построения СЭС требуется проводить сравнение не­ скольких примерно равноценных вариантов на основе тех­ нико-экономических расчетов и анализа.

1.2. Сх ем ы э л е ктр о с н а б ж е н и я п р е д п р и я т и й

Требования, предъявляемые к схемам электроснаб­ жения, зависят, прежде всего, от масштабов предприятия, величины потребляемой мощности, характера электриче­ ских нагрузок и категории потребителей по степени беспе­ ребойности электроснабжения. Исполнение схемы также зависит от специфических факторов, обусловленных осо­ бенностями технологии производства, наличием зон с за­ грязненной и агрессивной средой, климатическими и други­ ми условиями.

На современных крупных энергоемких предприятиях применяются прогрессивные системы электроснабжения в виде «глубокого ввода» при уровнях высшего напряже­ ния 35-330 кВ. Глубоким вводом называется система элек­ троснабжения с максимальным приближением высшего напряжения к электроустановкам потребителей при наи­ меньшем числе промежуточных ступеней трансформации. Глубокий ввод осуществляется с применением как ради­ альных, так и магистральных схем электроснабжения.

Наибольший эффект от применения системы глубо­ кого ввода достигается, если на мощном предприятии раз­ укрупнить понизительные подстанции 35-330 кВ и рассре­ доточить прием и распределение электроэнергии на первой ступени электроснабжения:

-упрощается задача развития схемы электроснабже­ ния, так как возможно сооружение дополнительных подстанций в центрах новых электрических нагрузок;

-возможно применение упрощенных и надежных схем подстанций без сборных шин и выключателей на пер­ вичном напряжении;

-сокращается протяженность распределительных се­ тей вторичного напряжения 6-10 кВ, что позволяет уменьшить расход цветных металлов, потери элек­ троэнергии;

-повышается надежность электроснабжения;

-уменьшаются рабочие токи и токи короткого за­ мыкания на вторичном напряжении, так как мощ­ ности отдельных трансформаторов меньше, чем на крупной ГПП;

-повышается качество электроэнергии у потре­ бителей.

Сцелью повышения надежности схем электроснабже­ ния предприятий на подстанциях и распределительных пунктах, как правило, применяется секционирование сбор­ ных шин. Секционирование целесообразно предусматривать на всех уровнях системы от источников питания до сборных шин низкого напряжения на цеховых ТП На секционных аппаратах обычно применяются устройства автоматическо­ го включения (ввода) резервного питания (АВР).

В схемах электроснабжения предприятий чаще всего предусматривается раздельная работа трансформаторов, секций шин, линий, что снижает токи короткого замыка­ ния, упрощает схемы и порядок переключений, позволяет применять более простые и надежные схемы релейной за­ щиты, системы автоматики АВР и АПВ.

На рис. 1.1 приведена схема ГПП современного предприятия. В этой схеме электроэнергия на ГПП пода­ ется по двум вводам при напряжении 110 кВ. Распредустройство высшего напряжения (РУ-ВН) выполнено по упро­ щенному варианту — без высоковольтных дорогостоя­ щих выключателей, с использованием разъединителей, отделителей и короткозамыкателей. На ГПП установлены два мощных понизительных трансформатора с расщеп­ ленной вторичной обмоткой. В распредустройстве низ­ шего напряжения (РУ-HH) используется четыре секции сборных шин. Предусмотрены секционные выключатели с устройствами АВР. От секций шин ГПП осуществля­ ется питание всех распредпунктов, цеховых ТП и мощ­ ных высоковольтных двигателей.

В схемах внутреннего электроснабжения предпри­ ятий распределение электроэнергии производится с при­ менением радиальных, магистральных или смешанных схем. Выбор той или иной схемы зависит от мощности и категории потребителей, характера и размещения на­ грузок, требуемой степени надежности питания и других особенностей предприятия.

При выборе схемных решений, выборе аппаратов и элементов схем всегда следует стремиться к наиболее экономичному варианту, учитывая при этом требуемую надежность электроснабжения.

ю