Электрические сети

Принципы построения электрических сетей: Термины и определения, назначение. Электрооборудование городских электрических сетей.

Сети: основные определения, требования к системе электроснабжения

Основным документом, определяющим структуру и состав электроустановок, являются Правила устройства электроустановок (ПУЭ). ПУЭ обобщают и узаконивают передовой опыт эксплуатации, учитывают перспективы развития и состояние электроэнергетики. В работе над ПУЭ принимают участие ведущие эксплуатационные, монтажные, наладочные, проектные и научно-исследовательские организации страны.
Распределительная, в том числе, городская электрическая сеть сооружается для электроснабжения потребителей. В соответствии с ПУЭ электроснабжение – обеспечение потребителей электрической энергией. Более широкое понятие энергоснабжение означает снабжение потребителей всеми видами энергии (электрической, тепловой, газом и др.). Системой электроснабжения называют совокупность электроустановок, предназначенных для электроснабжения.
Электрической сетью называют совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящую из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.
Следует различать электроприемники и потребители электрической энергии (в дальнейшем кратко именуются приемниками и потребителями).
Приемник – аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.
Потребитель – приемник или группа приемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
К системе электроснабжения города предъявляют следующие основные требования:

Обеспечение потребителей необходимым количеством электрической энергии.
Обеспечение требуемого качества электроснабжения потребителей. Под качеством электроснабжения обычно понимают требуемые уровни надежности электроснабжения, частоты и напряжений на зажимах приемников.
Экономическая целесообразность сооружения и эксплуатации, т.е. сочетание относительно невысоких стоимостей оборудования, затрат на строительство и эксплуатацию, включая потери электроэнергии.
Обеспечение возможности развития сети без ее коренного переустройства.
Удобство и безопасность обслуживания.

Сеть, наилучшим образом удовлетворяющая всем указанным требованиям, являетсяоптимальной, т.е. наилучшей с учетом налагаемых реальной жизнью ограничений. Следует отметить, что с математической точки зрения эти требования являются критериями оптимизации, т.е. условиями, по которым судят о том, какой из вариантов сети является наилучшим. Поскольку таких критериев несколько, то говорят о многоцелевой (в данном случае с четырьмя целями) оптимизации. Первым по важности из них является первое требование, так как потребитель должен получить необходимое ему количество электрической энергии.
Выполнение второго требования регламентировано Правилами устройства электроустановок, в которых по условиям надежности электроснабжения все приемники делятся на 3 категории.
К приемникам первой категории относят те, перерыв электроснабжения (перерыв питания) которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Из состава этих приемников выделяют особую группу приемников, бесперебойная работа которых необходима для обеспечения безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
К приемникам второй категории относятся те, перерыв питания которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Приемники третьей категории – все остальные приемники, не подходящие под определения первой и второй категорий.
Независимым источником питания (НИП) называется источник, напряжение на котором сохраняется в допустимых пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания.
Приемники I категории должны получать питание от двух НИП. Обычно каждый приемник получает питание от одного НИП, являющегося для него рабочим источником питания. Второй НИП является резервным и приемники подключаются к нему при исчезновении рабочего питания. Перерыв питания этих приемников допускается лишь на время автоматического восстановления питания, т.е. автоматического включения резервного НИП. В ряде случаев кроме резервирования электроснабжения используют технологическое резервирование, например, путем установки резервных технологических агрегатов. У электроприемников со сложным непрерывным технологическим процессом при этом могут быть предусмотрены дополнительные меры, определяемые особенностями технологического процесса, например, переход на электропитание от резервного источника без перерыва питания (даже кратковременного, который получается при действии АВР).
Для питания приемников особой группы должно предусматриваться дополнительное питание от третьего НИП, мощность которого должна быть достаточна для безаварийного останова производства.
Приемники II категории рекомендуется обеспечивать питанием от двух НИП, один из которых также является рабочим, а другой резервным. Перерыв питания этих приемников допускается на время, необходимое для включения резервного НИП вручную (оперативным персоналом или оперативно-выездной бригадой).
Приемники III категории допускается подключать только к одному НИП, если замена или ремонт поврежденного элемента системы электроснабжения не превышает одних суток.
Построение городской электрической сети, помимо выполнения требования надежности, должно обеспечивать требуемые показатели качества напряжения (отклонения напряжения, симметричность, синусоидальность и др., описанные в главе 4).
Система электроснабжения города представляет собой совокупность электрических сетей различных напряжений, обычно (исключая мегаполисы) напряжением 220-35, 6-10 и до 1 кВ. Совокупность сетей напряжением 220-35 кВ называется электроснабжающими сетями. Они, как правило, относятся к сетевым компаниям. В состав электроснабжающих сетей входят подстанции и линии напряжением 220-35 кВ. Сборные шины подстанций этих сетей напряжением 6-10 кВ называют центрами питания (ЦП) городских сетей. Сети напряжением 6-10 кВ (в частности 35 кВ) предназначены для распределения электроэнергии между группами потребителей или питания отдельных потребителей. Такие сети принято называть городскими распределительными сетями (ГРС). Эти сети в основном предназначены для питания находящихся на территории города коммунально-бытовых потребителей, или объектов жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).
В общем случае ГРС включают в себя питающую сеть 6-10 кВ и непосредственно распределительную сеть того же напряжения. Питающая сеть 6-10 кВ часто состоит из питающих линий, распределительных пунктов и прямых связей между последними. У малых и некоторых средних городов питающая сеть может совпадать с электроснабжающей.
Питающая линия – линия напряжением 6-10 кВ, соединяющая распределительный пункт с ЦП и не имеющая распределения энергии по своей длине.
Распределительный пункт (РП) – подстанция 6-10 кВ, предназначенная для приема электроэнергии от ЦП и распределения ее без преобразования частоты (выпрямления) и напряжения (трансформации).
Прямая связь между РП – линия 6-10 кВ, связывающая 2 РП между собой.
Распределительная сеть 6-10 кВ состоит из распределительных линий 6-10 кВ и трансформаторных подстанций.
Распределительная линия – линия 6-10 кВ, подающая питание на трансформаторные подстанции или (и) на вводы электроустановок потребителей от РП или ЦП.
Трансформаторная подстанция (ТП) – электроустановка, осуществляющая понижение напряжения в распределительной электрической сети с 6-10 кВ на уровень до 1 кВ, чаще всего 0,4 кВ. В типовых ТП городской сети устанавливаются трансформаторы с номинальной мощностью SНОМ = (250…630) кВ?А, а на промышленных предприятиях – 630…1000 кВА.
В состав ГРС входят (полностью или частично) разветвленные сети напряжением до 1 кВ, предназначенные для питания потребителей коммунально-бытового назначения (жилые дома, магазины и другие мелкие потребители города). Часть сетей напряжением 0,4 кВ относится к объектам ЖКХ. В Приложении 2 в качестве примера приведены условная принципиальная схема электроснабжения города.

Электрооборудование городских электрических сетей

Распределительные пункты и трансформаторные подстанции оснащают основным и вспомогательным электрооборудованием.
Основным называют оборудование, непосредственно участвующее в передаче и распределении электрической энергии. Вспомогательное предназначено для обеспечения указанных выше процессов. К обеспечивающим системам относятся системы управления (включая средства диспетчерского телеуправления), релейной защиты и электроавтоматики, измерения параметров электрических величин, учета электроэнергии, собственных нужд (освещение, отопление, вентиляция, подогрев приводов и др.).
В составе любого РП и ТП имеются одно или несколько распределительных устройств РУ.
Распределительным устройством называется сооружение, предназначенное для сбора электрической энергии от ее источников и распределения ее между потребителями на одном напряжении. На ТП обычно имеются 2 РУ – напряжением выше 1 кВ и напряжением до 1 кВ.
В общем случае в состав РУ входят:

сборные шины (необходимы для подключения к ним всех элементов – источников и приемников);
ошиновка – токоведущие части отдельных элементов (трансформаторов, линий);
коммутационные аппараты, необходимые для включения или отключения электрических цепей;
измерительные трансформаторы тока и напряжения;
средства защиты от импульсных перенапряжений;
оборудование высокочастотной обработки линий электропередачи.

Напомним, что на однолинейной схеме показывают оборудование только одной, средней фазы. Если оборудование установлено не во всех фазах, то это отражают на схемах. В частности, измерительные трансформаторы тока в цепях линий установлены только в крайних фазах, так как по конструктивным особенностям в ячейках комплектных распределительных устройств (КРУ) помещаются только два трансформатора тока, а не три.
Коммутационные аппараты напряжением выше 1 кВ подразделяют на выключатели Q, выключатели нагрузки QW, разъединители QS, отделители QR, короткоразмыкатели QN и заземлители QSG.