Контрольная работа: Электрические сети и системы

Электрические сети и системы

Введение

Электрическая или электроэнергетическая система представляет собой часть энергетической системы. Из нее исключаются тепловые сети и тепловые потребители.

По технико-экономическим соображениям все электростанции, которые расположены в одном регионе, соединяются между собой для параллельной работы на общую нагрузку при помощи ЛЕП различного класса напряжения. Объединение отличается общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергий. Оно называется энергетической системой. Другими словами, энергетическая система - это совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования тепловой и электрической энергии.

Электрическая система представляет собой сложный объект. Сложность обусловлена рядом специфических особенностей:

· постоянное совпадение по времени процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии;

· непрерывность процесса выработки, передачи и потребления электро-энергии и необходимость в связи с этим непрерывного контроля за этим процессом. Процесс передачи электроэнергии по цепи “генератор - электроприемник” возможен лишь при надежной электрической и магнит-ной связи на всем протяжении этой цепи;

· повышенная опасность электрического тока для окружающей среды и обслуживающего персонала;

· быстрое протекание процессов, связанных с отказом различных элементов основной технологической цепочки;

· многообразие функциональных систем и устройств, которые осуществляют технологию производства электроэнергии; управление, регулирование и контроль. Необходимость их постоянного и четкого взаимодействия;

· удаленность энергетических объектов друг от друга;

· зависимость режимов работы электрических систем от различных случайных факторов (погодные условия, режим работы энергосистемы, потребителей);

· значительный объем работ по ремонтно-эксплуатационному обслуживанию большого количества разнотипного оборудования.

На электрических схемах электрическая система представляется следующим образом (см. рис. 1.2).

Рисунок 1.1 Обозначение электрической системы на электрических схемах

Электрическая сеть - это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии. Она состоит из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередач.

Линия электропередач (ЛЕП) - это электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

Так как передача электроэнергии экономически выгодна только по ЛЭП высокого напряжения, то энергия, которая вырабатывается на ЭС, преобразуется в энергию высокого напряжения при помощи трансформаторов ЭС. Подстанции, на которых производится эта трансформация называются повышающими (питающими). На другом конце электропередачи строится понизительная (приемная) подстанция. Второе название условное, т.к. понизительная подстанция может быть одновременно и питающей).

Электроустановки, прием и распределение электроэнергии в которых выполняется на одном уровне напряжения, т.е. без трансформации, называются распределительными или переключательными пунктами.

Энергосистемы, расположенные в различных экономических районах, связываются между собой линиями электропередач высокого напряжения. Это обеспечивает взаимный обмен мощностями и дает следующие преимущества:

· снижение суммарного максимума;

· уменьшение суммарного резерва мощности (12 - 20% от суммарной мощности);

· повышается надежность и качество энергоснабжения;

· повышается экономичность использования энергоресурсов;

· улучшается использование мощности ЭС (можно строить мощные агрегаты);

· облегчается работа систем при сезонных изменениях нагрузки, при ремонтах и авариях.

Но в объединенных системах усложняется релейная защита, автоматика и управление режимами.

1. Номинальные напряжения

Выработка, передача и потребление электроэнергии выполняется при различных напряжениях: генерация при напряжении до 30 кВ, передача - при напряжении 35 кВ и выше, потребление - сотни и тысячи вольт.

Номинальным напряжением элементов электрической сети (электроприемники, генераторы, трансформаторы) называется то напряжение, на котором эти элементы имеют наиболее целесообразные технические и экономические характеристики.

Номинальные напряжения устанавливаются государственным стандартом (ГОСТ).

Таблица 1.1 - Номинальные напряжения (до 1000 В) переменного трехфазного тока, В

Таблица 1.2 - Номинальные напряжения (более 1000 В) переменного трехфазного тока, кВ

Номинальные напряжения источников (генераторы и СК) по условиям компенсации потерь напряжения в питаемой сети приняты на 5% выше номинальных напряжений сети.

Первичные обмотки трансформаторов являются приемниками электроэнергии. Поэтому для повышающих трансформаторов их номинальные напряжения равны номинальным напряжениям генераторов; для понижающих трансформаторов - номинальным напряжениям сети или на 5% выше. Вторичные обмотки трансформаторов питают последующую сеть. Чтобы скомпенсировать потерю напряжения в трансформаторах, их номинальные напряжения выше номинальных напряжений сети на 5 - 10%.

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением электроприемников, которые от нее питаются. В действительности электроприемники работают при напряжении отличном от номинального напряжения из-за потерь напряжения. Согласно ГОСТ, при нормальном режиме работы сети напряжение подводимое к электроприемникам не должно отличаться от номинального больше, чем на ± 5%. Т.е. напряжение U₁ не должно превышать номинальное более, чем на 5%. Напряжение U₂ не должно быть ниже больше, чем на 5% (см. рис. 1.3). Номинальное напряжение сети равно ее среднему значению:

Область использования номинальных напряжений

Напряжения 220 В, 3, 20 и 150 кВ считаются неперспективными и не рекомендуются для вновь проектируемых сетей.

В сети до 1000 В наибольшее распространение получило напряжение 380 В. Используется для питания осветительной нагрузки внутри и вне помещений, для питания мелкомоторной нагрузки промышленных предприятий.

Напряжение 660 В применяется в заводских сетях для питания электросиловой нагрузки.

Напряжение 6 и 10 кВ используются для распределительных сетей в городской и сельской местности.

Напряжение 35 и 110 кВ имеют наибольшее распространение. Напряжение 35 кВ используют в распределительных сетях. Напряжение 110 кВ выполняет две функции:

· питает крупные центры потребления энергии, т.е. выступает в роли системообразующего. Особенно это относится к старым энергосистемам;

· питает подстанции небольшой мощности напряжением 110/10 кВ в зонах обслуживания потребителей 10 кВ, т.е. выступает в роли распределительного.

Напряжение 220 кВ применяют в энергосистемах с высшим напряжением 500 кВ при значительном росте нагрузок, как наиболее перспективное по отношению к напряжению 110 кВ.

Напряжения 330 кВ и выше играют роль системообразующих напряжений.

2. Классификация электрических сетей

Электрические сети классифицируются:

· по роду тока;

· по номинальному напряжению;

· по конструктивному исполнению;

· по расположению;

· по конфигурации;

· по степени резервированности;

· по выполняемым функциям;

· по характеру потребителей;

· по назначению в схеме электроснабжения;

· по режиму работы нейтрали.

По роду тока различают сети переменного и постоянного тока. Основное распространение получили сети трехфазного переменного тока.

Однофазными выполняются внутриквартирные сети. Они выполняются как ответвление от трехфазной четырехпроводной сети.

Сети постоянного тока используются в промышленности (электрические печи, электролизные цеха) и для питания городского электротранспорта.

Постоянный ток используется для передачи энергии на большие расстояния. Но, на постоянном токе работает только ЛЕП: в вначале и конце ЛЕП строятся преобразовательные подстанции, на которых происходит преобразование переменного тока в постоянный и обратно. Использование постоянного тока обеспечивает устойчивую параллельную работу генераторов ЭС.

Постоянный ток используется для организации связи электроэнергетических систем. При этом отклонение частоты в каждой системе практически не отражается на передаваемой мощности.

Существуют передачи пульсирующего тока. В них электроэнергия передает-ся по общей линии одновременно переменным и постоянным токами. У такой передачи увеличивается пропускная способность по отношению к ЛЕП переменного тока и облегчается отбор мощности по сравнению с ЛЕП постоянного тока.

По напряжению согласно ГОСТ сети делятся на сети напряжением до 1000 В и сети напряжением выше 1000 В.

В литературе встречается и такое деление:

· сети низких напряжений (220 - 660 В);

· сети средних напряжений (6 - 35 кВ);

· сети высоких напряжений (110 - 220 кВ);

· сети сверхвысоких напряжений (330 - 750 кВ);

· сети ультравысоких напряжений (более 1000 кВ).

По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные сети, проводки и токопроводы.

Токопровод - это установка для передачи и распределения электроэнергии, которая используется на промышленных предприятиях. Состоит из неизолированных или изолированных проводников, изоляторов, защитных оболочек и опорных конструкций.

Электропроводки предназначены для выполнения сетей в зданиях.

По расположению сети делятся на наружные и внутренние. Наружные выполняются неизолированными (голыми) проводами и кабелями. Внутренние выполняются изолированными проводами.

По конфигурации сети делятся на разомкнутые (см. рис. 2.1) и замкнутые (см. рис. 2.2).

Разомкнутые сети питаются от одного источника питания и передают электроэнергию к потребителям только в одном напрявлении.

В замкнутых сетях электроприемники получают по меньшей мере с друх сторон. Различают простые замкнутые сети и сложнозамкнутые сети. Простые замкнутые сети имеют один замкнутый контур, сложнозамкнутые - несколько. К простым замкнутым сетям относятся кольцевая сеть и сеть с двухсторонним питанием.

По степени резервированности сети делятся на нерезервированные и резервированные. Замкнутые сети всегда резервированные, потому что при отключении любой ЛЕП или любого источника питания ни один из потребителей не потеряет питание. Магистральные сети, выполненные одной цепью, являются нерезервированными, так как часть или все потребители теряют питание в зависимости от места повреждения и мест установки коммутационной аппаратуры. Магистральные сети, выполненные двумя цепями, являются резервированными.

По выполняемым функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети.

Системообразующие сети - это сети напряжением 330 кВ и выше. Выполняют функцию формирования энергосистем, объединяя мощные ЭС и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления. Эти сети характеризуются большим радиусом охвата, значительными нагрузками. Сети выполняются по сложнозамкнутым многоконтурным схемам с несколькими ИП.