Схемы передачи и распределения электроэнергии на предприятии
Схемы электроснабжения цехов на предприятии весьма разнообразны и их построение обусловлено многими факторами: категорией электроприёмников, территорией, историческим развитием предприятия и многих других. Поэтому остановимся только на основных принципах построения схем.
Одним из основополагающих принципов построения схемы электроснабжения является применение глубокого ввода , что означает максимально возможное приближение источников высокого напряжения, или подстанций, к потребителям с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.
На предприятиях средней мощности линии глубоких вводов напряжением 35-110 кВ вводятся на территорию непосредственно от энергосистемы. На крупных предприятиях глубокие вводы отходят от главной понизительной подстанции (ГПП) или распределительных подстанций, получающих энергию от энергосистемы.
На небольших предприятиях достаточно иметь одну подстанцию для приёма электроэнергии. Если напряжение питания совпадает с напряжением заводской распределительной сети, то приём электроэнергии осуществляется непосредственно на распределительный пункт без трансформации.
Распределение электроэнергии на предприятии может осуществляться по радиальной, магистральной или комбинированной схемам. На выбор той или иной схемы влияют технические и экономические факторы.
При расположении нагрузок в различных направлениях от центра питания целесообразно применять радиальную схему передачи и распределения электроэнергии . В зависимости от мощности предприятия радиальные схемы могут иметь одну или две ступени распределения электроэнергии. Двухступенчатые радиальные схемы с промежуточными РП используют на предприятиях большой мощности. Промежуточные РП позволяют освободить шины ГПП от большого количества мелких отходящих линий.
На рис. 1 приведена типичная радиальная схема электроснабжения , выполненная в две ступени. Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП1-РП3, а на питаемых от них ТП предусматривается присоединение через разъединитель с предохранителем. РП1 и РП2 питаются по двум линиям, а РП3 одной линии от шин ГПП (первая ступень). На второй ступени электроэнергия распределяется между двухтрансформаторными и однотрансформаторными цеховыми ТП.
Рис. 1. Радиальная схема электроснабжения
Магистральные схемы передачи и распределения электроэнергии применяются при расположении нагрузок в одном направлении от источника питания. Электроэнергия к подстанциям поступает по ответвлениям от линии (воздушной либо кабельной), поочерёдно заходящей на несколько подстанций. Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, зависит от мощности трансформаторов и требуемой бесперебойности питания. Магистральные схемы могут выполняться с одной, двумя и более магистралями.
На рис. 2 показана схема с двойной магистралью при питании двухтрансформаторных ТП . Эти схемы, не смотря на большую стоимость, обладают высокой надёжностью и могут быть использованы для приёмников любой категории.
Рис. 2. Магистральная схема электроснабжения
Надёжность магистральной схемы обуславливается тем, что трансформаторы ТП питаются от разных магистралей, каждая из которых рассчитана на покрытие основных нагрузок всех ТП. При этом трансформаторы также рассчитаны на взаимное резервирование. Секции шин РП или трансформаторы цеховых ТП при нормальном режиме работают раздельно, а при повреждении одной из магистралей они переключаются на магистраль, оставшуюся в работе.
Магистральные схемы передачи и распределения электроэнергии дают возможность снизить по сравнению с радиальными затраты за счёт уменьшения длины питающих линий, уменьшения коммутационной аппаратуры. Однако по сравнению с радиальными они являются менее надёжными, так как повреждение магистрали ведёт отключение всех потребителей, питающихся от неё.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Назначение двухлучевой схемы распределения электрической энергии
Выбор рациональной схемы электроснабжения наряду с выбором напряжения
является одним из главных вопросов, решаемых при разработке проекта реконст-
рукции системы электроснабжения. Оба данных вопроса рассматриваются в нераз-
рывной связи друг с другом.
Проектируемая схема должна включать в себя элементы существующей при
соответствии их пропускной способности новым расчетным условиям. Равным об-
разом это касается ТП, РУ высокого напряжения, кабельных линий, токопроводов
и других элементов. При необходимости замены кабельных или воздушных линий,
их сечения выбираются на основании ТЭР /9/.
Схема распределения электроэнергии строится с соблюдением принципов
приближения высокого напряжения к потребителям, отказа от холодного резерва,
раздельной работы линии и трансформаторов, глубокого секционирования. Схема
должна быть простой, удобной в эксплуатации, ремонтопригодной, предусматри-
вать применение комплектного электрооборудования и индустриальных способов
монтажа. При выборе схемы обязательно учитывается перспектива развития пред-
приятия на 8-10 лет. Существующая схема внешнего электроснабжения анализиру-
ется с точки зрения обеспечения требуемой степени бесперебойности питания. При
необходимости добавляются новые линии и трансформаторы.
Факторы влияющие на выбор схемы:
1) Категория потребителя по надежности эл.снабж
2) Расположение цехов относит. Друг друга и источника питания
3) Режим работы эл. Оборудования в цехе, который определяет график нагрузки цеха
Радиальная схема — электроснабжение осуществляется линиями, не имеющими распределения энергии по их длинам (рис. 1, а). Такие линии называют радиальными. В электроснабжении городов радиальные линии называют питающими. Линии W1—W4 на рис. 1, а — радиальные. Питание потребителя П1 на рис. 1, а производится двумя линиями W1 и W2. Такая схема называется радиальной с резервированием. С целью повышения надежности, линии W1 и W2 приемников I категории подключают к разным НИП.
Рис. 1. Схемы электроснабжения: а— радиальная; б— магистральная; в— смешанная
Магистральная схема — линии, питающие потребителей (приемники), имеют распределение энергии по длине (рис. 1, б). Такие линии называют магистральными (линия W). При магистральном подключении ТП (на проходной ТП) целесообразно на некоторых из них на питающих или отходящих линиях использовать силовые выключатели с защитами, с целью локализации поврежденного участка сети и ограничения числа отключенных при этом ТП.
Смешанная схема — электроснабжение осуществляется радиальными и магистральными линиями. На рис. 1, в линия W1 — радиальная, W2 — магистральная, т. е. схема является смешанной.
Достоинство радиальных схем: максимальная простота; аварийное отключение радиальной линии не отражается на электроснабжении остальных потребителей.
Недостаток: большой расход кабельной продукции обусловливает высокую стоимость системы. Кроме того, при одиночных радиальных линиях невысока надежность электроснабжения.
Магистральные схемы имеют следующие достоинства:
— лучшая загрузка линий, т. к. к каждой линии подключена не одна, а группа ТП;
— меньший расход кабелей;
— на ЦП и РП нужно устанавливать меньшее количество выключателей.
Недостатки одиночных магистралей заключаются в трудностях при отыскании места повреждения магистрали и в более низкой надежности электроснабжения по сравнению с радиальной схемой. Последнее объясняется тем, что на надежность работы магистрали влияют показатели надежности стороны ВН ТП, включая силовые трансформаторы. Применение двухстороннего питания одиночных магистралей (петлевая схема) не решает проблемы обеспечения надежности и решения трудностей при отыскании места повреждения. Двойные магистрали с двухсторонним питанием (двухлучевые схемы) могут обеспечить достаточную надежность электроснабжения всех категорий электроприемников. Это обусловило их широкое распространение в электроснабжении городов.
С Сопоставив перечисленные схемы электроснабжения, можно сделать следующие выводы.
1. Наиболее простыми и отвечающими требованиям III категории надежности являются сети, выполненные по радиальной схеме без резервирования и с одиночными магистралями.
2. Требованиям II категории надежности отвечают широко распространенные магистральные многолучевые схемы, чаще всего двухлучевые.
3. Электроснабжение приемников I категории удобно производить с помощью радиальных схем с резервированием, а также двухлучевых схем. Во всех случаях питания приемников I категории должен применяться АВР.
Схемы электроснабжения потребителей второй категории
Для обеспечения надежного электроснабжения электроприемников II категории схема сети должна иметь резервные элементы, которые вводятся в работу (после повреждения основных элементов) оперативным персоналом. При этом может быть непосредственное резервирование линий напряжением 6-20 кВ, трансформаторов и линий 0,4 кВ, а также взаимное резервирование отдельных элементов сети (трансформаторов через сеть 0,4 кВ, резервирование линий 6-50 кВ и трансформаторов через сеть 0,4 кВ).
Поэтому основной принцип построения распределительной сети для электроснабжения приемников II категории состоит в сочетании петлевых линий напряжением 6-20 кВ, обеспечивающих двухстороннее питание каждой ТП, и петлевых линий напряжением 0,4 кВ, присоединяемых к одной или разным ТП для питания: потребителей. Допускается также использование автоматизированных схем (многолучевой, двухлучевой), если их применение увеличивает приведенные затраты городской электрической сети не более чем на 5 %.
Схема, показанная на рис. 1, предусматривает возможность двухстороннего питания ТП по сети напряжением: 6-20 кВ и вводов 0,4 кВ, присоединенных к петлевым линиям напряжением 0,4 кВ, и предназначена для питания приемников II и III категорий.
Рис 1. Схема электроснабжения потребителей II категории (петлевая схема сети напряжением 6-20 кВ и 0,4 кВ)
Мощность трансформаторов ТП выбирается с резервом на случай питания потребителей, подключенных к петлевым линиям 0,4 кВ, отходящим от одной ТП, т.е. мощности трансформатора должно быть достаточно для обеспечения ограниченного резервирования питания потребителей.
Сеть напряжением 0,4 кВ может работать в замкнутом режиме и, следовательно, трансформаторы ТП окажутся параллельно работающими через сеть пряжением 0,4 кВ. В этом случае питание ТП по линиям 6-20 кВ должно осуществляться от одного источника, а в цепи 0,4 кВ трансформаторов устанавливают автоматы обратной мощности.
На рис. 1 петлевые распределительные линии напряжением 0,4 кВ питают приемники II категории (а1, а2, b 1, b 2, l1 , l2). Приемники III категории (с1, d1) питаются по радиальным нерезервированным линиям или отдельным вводам к ним.
Для питания потребителя II категории с2 предусмотрены два ввода от ТП2, а для потребителей а1 и а2 петлевая линия от одного источника (ТП1). Такая схема питания допустима при наличии в городской сети централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного трансформатора в течение суток.
Питание потребителей b1, b2 и l 1, l2 осуществляется от петлевых линий напряжением 0,4 кВ, соединяющих ТП1 и ТП2, а также ТП2 и ТП3.
Петлевые линии напряжением 0,4 кВ содержат специальное распределительное устройство, так называемый соединительный пункт (П1, П2), конструкция которого предусматривает возможность установки предохранителей на подходящих к нему линиях.
В нормальном режиме распределительная сеть напряжением 0,4 кВ в соединительном пункте разомкнута и каждая ТП питает свой район сети. По этим условиям выбираются сечения проводов линий напряжением 6 — 20 кВ и 0,4 кВ и мощности трансформаторов ТП.
Выбранные параметры проверяются далее в условиях, возникающих при нарушениях нормального режима. Так, сечение линий напряжением 6-20 кВ должно обеспечить пропуск всей мощности ТП, присоединенных к петлевой линии. Аналогичным образом выбирается сечение линий напряжением 0,4 кВ, т.е. сечение проводов должно обеспечить пропуск всей мощности, подключенной к петлевой линии напряжением 0,4 кВ (в нашем примере это мощности потребителей a1 и а2, или l1 и l2 ,или b1 и b 2). Сечение вводов к потребителю с2 принимается по условию питания этого потребителя по одному вводу при аварийном, отключении второго.
Мощность трансформаторов в ТП выбирается с учетом поочередного выхода соседних трансформаторов из работы и резервирования электроснабжения потребителей, питающихся только петлевым линиям напряжением 0,4 кВ. Так, при выходе из строя трансформатора ТП2 нагрузка потребителя b 2 должна получить питание от ТП1 после установки предохранителя F11, а нагрузка потребителя l1 — от ТП 3 после установки предохранителя F17. При повреждении трансформатора ТП 3 нагрузка потребителя l2 получает питание от ТП2, а нагрузка d 1 отключается на время ремонта или замены поврежденного трансформатора ТП 3 .
Таким образом, мощность трансформатора ТП1 должна быть определена с учетом необходимости питания потребителя b 2, а мощность трансформатора ТПЗ — с учетом необходимости питания потребителя l1 .
Мощность трансформатора ТП2 должна определяться с учетом необходимости питания наибольшей из мощностей нагрузок потребителей b1 и l2 (см. рис. 1). Резервная мощность трансформатора определяется конфигурацией сети напряжением 0,4 кВ, и в принципе можно установить в ТП трансформаторы такой мощности, которой было бы достаточно для удовлетворения потребностей всех потребителей отключившихся ТП. Однако в этом случае резко возрастет стоимость сооружения сети.
Если в соединительном пункте П1 установить предохранитель, то петлевая линия напряжением 0,4 кВ окажется замкнутой и трансформаторы ТП (если они удовлетворяют условию параллельной работы) будут связаны между собой параллельной работой через сеть напряжением 0,4 кВ. Сеть в таком случае называется полузамкнутой. В такой сети минимален уровень потерь энергии улучшается качество подаваемой потребителю энергии, повышается надежность работы сети.
Как видно из рис. 1, на параллельную работу включаются трансформаторы, связанные только с одной линией напряжением 6-20 кВ. На параллельную работу могут включаться также трансформаторы, питание которых производится от разных распределительных линий напряжением 6-20 кВ, отходящих только от одного источника, во избежание подпитки точки короткого замыкания в сети напряжением 6-20 кВ через есть напряжением 0,4 кВ от параллельно работающего трансформатора в цепях 0,33 кВ трансформаторов должны устанавливаться автоматы обратной мощности.
При работе сети напряжением 0,4 кВ в замкнутом режиме в соединительных пунктах устанавливаются предохранители с номинальным током на две-три ступени меньше, чем на головных участках петлевой линии 0,4 кВ и ТП.
При повреждении участка петлевой линии 0,4 кВ, например в точке K1 (см. рис. 1), перегорает предохранитель П1 и предохранитель на головном участке этой линии в ТП1. Потребитель при этом продолжает получать питание от ТП2. Нахождение места и определение характера повреждений, а также необходимые переключения в сети производятся обслуживающим персоналом.
Рис. 2. Петлевая схема сети напряжением 6 — 20 кВ и 0,4 кВ
При отсутствии в замкнутой сети напряжением 0,4 кВ предохранителя П1 и повреждении а точке K1 должны перегореть предохранители на головных участках петлевой линии в ТП1 и ТП2, в результате чего прекращается подача электроэнергии потребителям.
В схеме, приведенной на рис. 1, выпадение любого элемента сети связано с нарушением электроснабжения отдельных потребителей. При повреждении, например, на головном участке линии напряжением 6-20 кВ от ЦП1 эта линия вместе с ТП1 и ТП2 отключается релейной защитой со стороны ЦП1. Одновременно перегорает предохранитель П1. В результате нарушается электроснабжение потребителей, питаемых от ТП1 и ТП2.
После выявления и локализации поврежденного участка включается разъединитель Р1 и петлевая линия получает питание от ЦП2, тем самым восстанавливается электроснабжение ТП1 и ТП2.
При повреждении трансформатора в любой из ТП перегорают предохранители со стороны 6-20 кВ и предохранители соединительных пунктов. В результате нарушается электроснабжение потребителей, питаемых от ТП.
Заметим, что местонахождение нормального размыкания петлевой линии 6-20 кВ (разъединителем Р1) выявляется в результате расчета на основе минимума потерь мощности или энергии в схеме сети. Отметим особенности построения замкнутых сетей напряжением 0,4 кВ, получивших широкое распространение за рубежом. Наличие замкнутой сети напряжением 0,4 кВ обеспечивает параллельную работу всех трансформаторов сети.
Распределительная сеть 6-20 кВ должна при этом выполняться радиальными линиями одностороннего питания. Резервирование отдельных элементов сети при их повреждении производится автоматически через замкнутую сеть 0,4 кВ, При этом обеспечивается бесперебойное питание потребителей при повреждении линий 6-20 кВ и трансформаторов, а также линий 0,4 кВ в зависимости от принятого способа их защиты (рис. 3).
Рис. 3. Замкнутая сеть напряжением 0,4 кВ без применения защиты
При защите замкнутых линий 0,4 кВ плавкими предохранителями происходит отключение потребителей в случае повреждения самих линий. Если бы защита сети базировалась на принципе самоликвидации места повреждения за счет выгорания кабеля и запекания его изоляции с обеих сторон, как это имело место в первых глухо замкнутых сетях США, то бесперебойность электроснабжения потребителей нарушалась бы только в случае повреждений: на вводах 0,4 кВ к ним.
Указанный принцип защиты оказался наиболее приемлемый для сетей с одножильными кабелями с искусственной изоляцией, прокладываемыми в блоках. В сетях е четырехжильными кабелями с бумажно-масляной изоляцией, используемыми в нашей стране, применение подобного принципа вызывает затруднения.
Самоликвидация места повреждения происходит за счет того, что дуга, возникающая в месте короткого замыкания, через несколько периодов гаснет сама собой вследствие образования большого количества неионизированных газов, выделяющихся при горении изоляции кабеля и низкого напряжения сети, не способного поддерживать дугу.
Надежное гашение дуги происходит при напряжении 0,4 кВ и токе через дугу 2,5-18 А. В месте повреждения кабель выгорает, концы его оказываются закодированными спекшейся массой из изоляции кабеля. Однако с увеличением мощности короткого замыкания и ухудшением условий выгорания кабеля в сетях США стали применяться ограничители (грубые предохранители), локализующие поврежденный участок при затяжном процессе гашения дуги в месте повреждения кабеля.
В отличие от петлевой схемы выбор параметров отдельных элементов сети производится по условию питания всех ее потребителей в нормальном и послеаварийном режимах, возникающих в сети при повреждениях ее элементов.
Сечение линий напряжением 0,4 кВ и мощность трансформаторов должны определяться с учетом потокораспределения в замкнутой сети и проверяться по условиям послеаварийного режима при выходе из работы одной да распределительных линий 6-20 кВ вместе с трансформаторами. При этом пропускная способность линий и мощность оставшихся в работе трансформаторов должны быть постаточными для обеспечения работы всех потребителей сети без ограничения их мощности па время послеаварийного режима. Сечение линий напряжением 6-20 кВ также должно определяться с учетом выхода из работы других линий 6-20 кВ.
Сеть напряжением 0,4 кВ выполнена замкнутой без применения защиты. Сеть напряжением 6-20 кВ состоит из отдельных распределительных линий Л1 и Л2. На стороне 0,4 кВ трансформаторов устанавливаются автоматы обратной мощности, отключающиеся при повреждениях в сети 6-20 кВ (линии или трансформаторов) и подпитке места повреждения от неповрежденной линии Л2 через трансформатор и замкнутую сеть напряжением 0,4 кВ. Отключение автомата производится только при изменении направления потока энергии на обратное.
При повреждении распределительной линии напряжением 6-20 кВ в точке К1 линия Л1 отключается со стороны ЦП. Трансформаторы, связанные с данной линией, отключаются от сети напряжением 0,4 кВ автоматами обратной мощности, установленными в ТП на напряжении 0,4 кВ, Места повреждения таким образом локализуется, а питание потребителей 0,4 кВ осуществляется от Л2 и ТП3.
При повреждении в точке К2 сети напряжением 0,4 кВ, место повреждения должно самоликвидироваться за счет выгорания кабеля, и электроснабжение может быть нарушено лишь при повреждениях на вводах к потребителю.
Так как использование явления самовыгорания четырехжильного кабеля с изоляцией с вязкой пропиткой встретило значительные затруднения, для защиты сети стали применять автоматы обратной мощности с селективными предохранителями, которые устанавливаются на всех линиях 0,4 кВ.
При повреждении линии 0,4 кВ перегорают предохранители, установленные на ее концах, и электроснабжение потребителей, подключенных к данной линии, нарушается. Поскольку объем отключений потребителей небольшой, то сочетание автоматов обратной мощности, с предохранителями при наличии замкнутой сети напряжением 0,4 кВ наиболее распространено в городах Европы.
Замкнутые сети напряжением 0,4 кВ применяются у нас в стране и за рубежом с питанием от одного источника. Это позволяет использовать простейшее устройство автомата обратной мощности. При питании замкнутой сети от разных источников и кратковременном снижении напряжения на шинах одного из ЦП происходит изменение направления потока мощности через автоматы обратной мощности. Последние отключаются, следовательно, отключаются все ТП, связанные с этим источником.
Автоматы обратной мощности в этой случае должны быть оборудованы устройствами автоматического повторного включения, работающими в зависимости от уровня напряжения на вторичной стороне трансформаторов. При восстановлении напряжения отключенные автоматы обратной мощности автоматически включаются и схема замкнутой сети восстанавливается. Устройство автоматического повторного включения значительно усложняет автоматы обратной мощности, так как необходимы автоматический привод для воздушного выключения и специальное реле напряжений. Поэтому схемы замкнутой сети с питанием от разных источников распространения не получили.
Замкнутая сеть напряжением 0,4 кВ обеспечивает более надежное электроснабжение потребителей, пониженные потери электроэнергии в сети и лучшее качество напряжения у потребителей. Поскольку питание такой сети осуществляется от одного источника, она может быть использована лишь для электроснабжения потребителей II категории.
На основе замкнутой схемы сети напряжением 0,4 кВ была разработана ее модификация, предусматривающая дополнительную установку устройств автоматического ввода резерва (АВР) в сети напряжением 6-20 кВ, пусковым органом которых служат автоматы обратной мощности. При этом сеть 0,4 кВ защищается предохранителями.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Распределение электрической энергии
Электрическая сеть, как часть электроэнергетической системы, обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, ее передачу на расстояние по линиям электропередач, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и ее распределение по некоторой территории вплоть до непосредственных электроприемников.
Электрические сети современных энергосистем характеризуются многоступенчатостью, сложностью конфигурации и многорежимностью, т.е. большим числом ступеней трансформаций на пути от источников электроэнергии к ее потребителям. Топологическая структура отдельных звеньев этой многоступенчатой электрической сети достаточно сложна, она насчитывает десятки, а подчас и сотни узлов, ветвей и замкнутых контуров. Электрическая сеть характеризуется большим разнообразием загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе при нормальном функционировании системы, вызываемое рабочими изменениями во времени нагрузки потребителей, а также многообразием режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях.
Все электроприемники, генераторы, трансформаторы, линии электропередачи и прочие элементы электроэнергетических систем проектируются для работы в длительном нормальном режиме при определенном напряжении, при котором эти элементы обладают наиболее целесообразными технико-экономическими показателями. Эти напряжения системы называются номинальными, и их значения всегда устанавливаются Государственным стандартом ГОСТ 29322-2014.
В настоящее время для электрических трехфазных четырехпроводных или трехпроводных систем переменного тока, частотой 50 Гц, включая однофазные электрические цепи, присоединенные к этим системам, стандартизованы 4 средних напряжения ступени трансформации от 100 до 1000 В (230, 230/400, 400/690 и 1000 В) и 12 напряжений выше 1 кВ (3*, 6*, 10, 20, 30*, 35, 45*,66, 110, 132, 150*, 220 кВ) и 7 значений наибольшего напряжения для электрооборудования более 245 кВ (300*, 362, 420, 550, 800, 1110 и 1200 кВ). Все перечисленные цифры соответствуют линейным (междуфазным) значениям напряжений трехфазной системы переменного тока. Напряжения, отмеченные звездочками не следует применять для новых систем распределения общего назначения. Классификация электрических сетей по признакам, связанным с номинальным напряжением приведена в табл. 1.
По размерам территории, охватываемой сетью, могут быть выделены так называемые местные (Uном = 35 кВ), районные (110 — 220 кВ) и региональные сети (Uном = 330 кВ). Линии электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН), являющиеся основой последней категории сетей, служат как для связи отдельных районов и относительно небольших энергосистем в региональных объединенных энергосистемах (ОЭС), так и для связи между собой крупных объединений.
Таблица 1. Классификация электрических сетей
| Признак | Номинальные напряжения, кВ | ||||
| < 1 | 3—35 | 110—220 | 330—750 | 1150 | |
| Номинальное напряжение | НН | СН | ВН | СВН | УВН |
| Охват территории | Местные | Районные | Региональные | ||
| Назначение | Распределительные | Системообразующие | |||
| Характер потребителей | Городские, промышленные, сельскохозяйственные | — | |||
По назначению различают системообразующие и распределительные сети. Первые осуществляют функции формирования районных энергосистем (РЭС) путем объединения их электростанций на параллельную работу, а также объединение РЭС и ОЭС между собой. Кроме того, они осуществляют передачу электроэнергии к системным подстанциям, выполняющим роль источников питания распределительных сетей.
По данным Положения ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе общая протяжённость воздушных и кабельных линий электропередачи магистрального электросетевого комплекса напряжением до 1150 кВ в настоящее время составляет 131583,063 км, в том числе более 50 % линии напряжением 220 кВ. Общее количество трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных пунктов (РП) напряжением 35 кВ и выше, находящихся в эксплуатации магистрального электросетевого комплекса составляет 885 единиц.
Отметим, что согласно Положению ОАО «Россети», оборудование магистрального электросетевого комплекса Единой национальной сети (ЕНЭС) со сверхнормативным (более 25 лет) сроком службы в 2017 году составило: 56% для подстанций (ПС) и 77% для линий электропередачи (ЛЭП), при этом доля оборудования, находящегося в эксплуатации более 35 лет для ПС и более 40 лет для ЛЭП, составляет 20% и 35% соответственно. Значение потерь электроэнергии в сети ЕНЭС (в магистральном сетевом комплексе), отнесенное к общему отпуску электроэнергии из сети
ЕНЭС в сети распределительных сетевых компаний, потребителей и независимых акционерных обществ (АО-энерго), составляет около 4,24%, из них:
- условно-постоянные потери электроэнергии в сети ЕНЭС составили 41,1% от общего объема потерь электроэнергии в сети ЕНЭС;
- нагрузочные (переменные) потери электроэнергии в сети ЕНЭС составили 58,9% от общего объема потерь электроэнергии в сети ЕНЭС.
Наиболее часто встречающимися причинами повреждений оборудования подстанций являются износ оборудования, недостатки эксплуатации и ремонтов, а также дефекты изготовления оборудования.
Основные причины повреждения линий электропередачи – грозовые отключения, загрязнение изоляции, воздействие сторонних лиц и организаций, пожары. Также остается стабильно высоким количество технологических нарушений из-за падения боковых деревьев на провода воздушной линии электропередачи (ВЛ), что связано с технологическими нарушениями при организации и выполнении целевых программ по расширению просек ВЛ.
Распределительной линией считается линия, питающая ряд трансформаторных подстанций или вводы к электроустановкам потребителей. Такие линии и являются основой распределительной сети. Распределительные линии можно выделить в сетях различных номинальных напряжений, поэтому не следует отождествлять понятия местных и распределительных сетей, как это делалось ранее. В настоящее время по мере развития сетей сверхвысокого напряжения (СВН) верхняя граница этого диапазона в ряде ОЭС сдвинулась в сторону более высоких напряжений, и современные сети напряжением 110 — 220 кВ и даже 330 кВ постепенно приобретают характер распределительных. Так, по мере наложения вновь создаваемой сети 750 кВ на сеть 330 кВ в тех районах, где ранее последняя выполняла функции системообразующей, сети 330 кВ постепенно переходят в разряд распределительных. В будущем аналогичный процесс будет наблюдаться в тех частях ЕЭС России, где линии напряжением 1150 кВ возьмут на себя роль основных связей между ОЭС, в которых сейчас основными являются сети 500 кВ.
В распределительных электрических сетях, находящихся на балансе операционных сетевых компаний, используются электрические сети напряжением 0,4 – 220 кВ. Общая протяжённость воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 0,4 – 110 (220) кВ по данным ПАО «Россети» составляет 2109693,7 км, из них более 30 % составляют линии напряжением 0,4 кВ.
Общее количество трансформаторных подстанций распределительных электрических сетей указанной протяженности, находящихся в эксплуатации составляет 461864 ед., из них более 90 % в сетях напряжением 6 – 20 кВ. Средняя степень износа электросетевых объектов распределительных электрических сетей, включая здания и сооружения, на 2017 г. составляет свыше 70%.
Воздушные линии напряжением 0,4 – 20 кВ построены по радиальному принципу с использованием, в основном, алюминиевых, неизолированных проводов малых сечений, а также деревянных и железобетонных опор с механической прочностью не более 27 – 35 кН⋅м. Линии электропередачи напряжением 0,4 – 110 (220) кВ проектировались в соответствии с руководящими документами по критерию минимума затрат, а расчетные климатические условия принимались с повторяемостью один раз в 5 – 10 лет.
Кабельные сети построены по петлевой схеме или в виде двухлучевой схемы с одно- или двухтрансформаторными подстанциями. В качестве силового кабеля использовался в основном кабель с бумажной пропитанной маслом изоляцией с алюминиевыми жилами.
Показатели надежности электроснабжения в связи с высоким износом распределительных электрических сетей за последние годы снижаются. Однако мероприятия по внедрению противоаварийной автоматики позволяют обеспечивать надежность электроснабжения на уровне близком к мировому. В сетях напряжением 6 – 20 кВ происходит, в среднем, до 30 отключений в год в расчете на 100 км воздушных и кабельных линий. В сетях напряжением 0,4 кВ – до 100 отключений в год на 100 км. Причинами повреждений на ВЛ напряжением 6 – 20 кВ являются:
- изношенность конструкций и материалов при эксплуатации – 18%;
- климатические воздействия (ветер, гололед и их сочетание) выше расчетных значений – 19%;
- грозовые перенапряжения – 13%;
- несоблюдение требований эксплуатации, ошибки персонала – 6%;
- посторонние, несанкционированные воздействия – 16%;
- невыясненные причины повреждений – 28%.
Кабельные линии в классах напряжения 0,4 – 110 (220) кВ в основном повреждаются по следующим причинам:
- дефекты прокладки – 20%;
- естественное старение силовых кабелей – 31%;
- механические повреждения – 30%;
- заводские дефекты – 10%;
- коррозия – 9%.
Среднее значение потерь электрической энергии в сетях напряжением 0,4 – 110 (220) кВ по данным ПАО «Россети» в последние годы составляет примерно 8,4%. На долю потерь электрической энергии при её передаче по сетям приходится примерно 78% от общей величины потерь в электрических сетях России, включая сети электросетевого комплекса (ЭСК), в том числе:
- в сетях ВН – 25,4%
- в сетях СН1 – 5,5%
- в сетях СН2 – 24,6%
- в сетях НН – 22,6%
В распределительных электрических сетях потери электроэнергии, не зависящие от нагрузки или «условно-постоянные» потери, составляют 23%. При этом в структуре потерь независящих от нагрузки, на потери холостого хода в трансформаторах приходится 67%, на собственные нужды подстанций – 11%, а прочие потери суммарно составляют 22%. «Нагрузочные» потери составляют 74% от общего значения потерь. В составе «нагрузочных» потерь 86% составляют потери в линиях электропередачи, а 14% — в трансформаторах.
Отметим, что местные и распределительные сети могут различаться по характеру подключаемых к ним потребителей. Определенную специфику имеют сети, осуществляющие электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельскохозяйственных районов и называемые соответственно промышленными, городскими и сельскими. Так, сельские электрические сети характеризуются значительной протяженностью. Они охватывают территории со сравнительно невысокой плотностью нагрузки, годовое число часов использования максимума которой также относительно невелико. Напротив, чисто промышленные сети, будучи относительно короткими, снабжают территории с большой плотностью нагрузки с плотно заполненным графиком нагрузки промышленных предприятий. Условно промежуточное положение занимают в этом плане городские сети. Сочетание коммунально-бытовых и промышленных потребителей на городских территориях обусловливает значительную неравномерность графиков нагрузок узлов городской сети. Эта неравномерность в ряде случаев (когда основными источниками питания города являются ТЭЦ, работающие по тепловому графику) вызывает необходимость привлечения дополнительных маневренных мощностей, позволяющих системе своевременно и быстро реагировать на резкие спады и подъемы нагрузки.
В соответствии с родом тока различают сети переменного и постоянного тока. Отметим, что в России сети трехфазного переменного тока напряжением 110 кВ и выше выполняются с глухим заземлением нейтрали, а сети более низких напряжений — с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.
Сети постоянного тока используются для обеспечения некоторых электротехнологических процессов в промышленности, например, в электролизных цехах алюминиевых заводов. На постоянном токе осуществляется электропривод ряда механизмов и частично электрификация транспорта. Протяженные электропередачи постоянного тока используются чаще всего в качестве межсистемных связей.
По конфигурации различают разомкнутые и замкнутые сети. К разомкнутым относятся сети, образованные радиальными или радиально- магистральными линиями, осуществляющие электроснабжение потребителей от одного источника питания, причем каждый потребитель получает питание с одного направления. К числу замкнутых относятся сети, которые обеспечивают питание потребителей не менее чем с двух сторон. Наиболее простой формой замкнутой сети является одноконтурная (кольцевая) сеть. Питающие сети, как правило, являются сложно-замкнутыми, т.е. имеют большое число контуров.
По отношению к помещению иногда различают внутренние и наружные сети, например, сети наружного освещения. И, наконец, по конструктивному выполнению сети делятся на внутренние проводки (до 1 кВ), кабельные (до 500 кВ) и воздушные (до 750 — 1150 кВ) сети. Внутренние сети промышленных предприятий иногда частично выполняются закрытыми комплектными токопроводами (шинопроводами), прокладываемыми вдоль колонн и стен цехов по строительным конструкциям на высоте, допустимой по условиям производства. Кабельные сети напряжением 6 — 20 кВ в настоящее время являются основой городских и промышленных распределительных сетей. Воздушные сети характерны для электроснабжения сельских потребителей, а также для районных и системообразующих сетей.