аппараты для распределения электрической энергии что это
Аппараты распределения электрической энергии до 1000 В
Дата добавления: 2014-04-26 ; просмотров: 4003 ; Нарушение авторских прав
К аппаратам распределения электрической энергии до 1000 В, или распределительным устройствам низкого напряжения, относятся автоматические воздушные выключатели, предохранители, неавтоматические выключатели (рубильники, пакетные выключатели). Эти аппараты предназначены для автоматического отключения отдельных участков электрических сетей в аварийных режимах (КЗ, перегрузки по току или напряжению, а также понижение напряжения) и для оперативных коммутаций в сетях (по команде оператора).
Все электрические аппараты входят в ту или иную энергосистему в соответствии с назначением. Любая энергосистема включает в себя источники, электрические сети (кабели, провода) и потребители.
Например, радиальная схема электроснабжения потребителей представлена на рис. 1 [2] и включает: Т1, Т2 – питающие трансформаторы; КТП – комплектную трансформаторную под-
|
станцию; QF1¸QF17 – автоматические выключатели; М1¸М9 – электродвигатели; РУ – распределительные устройства; L1¸L13 – соединительные кабели.
Электрические сети 0,4 кВ имеют наибольшее распространение, так как они применяются на всех промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, электростанциях и подстанциях.
На рис. 2 представлена электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции (КТП) [1]. На вход (фазы А, В, С) может подаваться высокое напряжение, например 10 кВ. С выхода силового трансформатора Т1, как правило, снимается линейное напряжение 380 В.
В КТП входят: QS1 – высоковольтный выключатель нагрузки; FV1…FV3 – высоковольтные разрядники; FU5…FU7 – высоковольтные предохранители; Т1 – трансформатор напряжения; QF1, QF2, QF3 – автоматические выключатели; ТА1…ТА6 – трансформаторы тока; КМ2 – контактор; FU1…FU4 – низковольтные предохранители; РI – счетчик активной энергии; SА1…SА3 – переключатели; R1, R2 – резисторы; FV4…FV6 – разрядники низкого напряжения; ВL – фоторезистор; КV – реле напряжения; ЕL – осветительный прибор.
|
Рассмотрим устройство, назначение и выбор каждого вида аппаратов, входящих в систему энергоснабжения.
Но прежде подробней познакомимся с режимами работ энергосистемы и ответим на вопрос: для чего нужен тот или иной вид электрических аппаратов?
Существует три вида потребителей энергосистем: асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором (более 50% потребителей), осветительные установки и силовые полупроводниковые устройства.
В асинхронных двигателях могут возникать аварийные режимы вследствие ряда причин: короткое замыкание (КЗ) на зажимах двигателя, обрыв фазы статорной обмотки двигателя, технологические перегрузки и др.
Аварийные режимы в цепи асинхронного двигателя могут вызвать кратковременное увеличение тока в 12–20 раз по сравнению с номинальным (КЗ в цепи) или длительное прохождение тока перегрузки, который в 5–7 раз превышает номинальный.
|
|
Для защиты электрических сетей АД от короткого замыкания применяют автоматические выключатели, максимальный расцепитель тока, реле тока, предохранители. При обрыве фазы АД более эффективна минимальная токовая защита и температурная защита, менее эффективны тепловые реле. При технологической перегрузке лучше применять температурную защиту и тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя следует применять только температурную защиту.
В осветительных установках наиболее часто встречающийся аварийный режим – режим КЗ, поэтому в качестве защиты применяются автоматические выключатели или контакторы. Защита от перегрузки необходима только для осветительных установок, которые используются во взрыво- и пожароопасной средах.
Для защиты силовых полупроводниковых приборов от КЗ применяют быстродействующие автоматические выключатели, вакуумные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы и другие аппараты.
Все перечисленные выше потребители электроэнергии работают в сетях с напряжением от 0,4 до 10 кВ. Стационарные силовые потребители и осветительные установки питаются от трехфазной четырехпроводной сети напряжением 380/220 В с глухо-заземленной нейтралью. Силовые потребители питаются от источника линейного напряжения (380 В), а осветительные приборы – от источника фазного напряжения (220 В). Мощные силовые потребители, например электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, питаются напряжениями 660 В и 10 кВ.
В трехфазных сетях возможны следующие аварийные режимы: однофазное КЗ (60%); двухфазное КЗ на землю (20%); двухфазное КЗ (10%); трехфазное КЗ (10%).
Защита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществляется с помощью автоматических выключателей и предохранителей. Если сеть находится в помещении, то она должна иметь также защиту от перегрузки, например, на базе автоматического выключателя с тепловым расцепителем.
Электрические аппараты распределения электрической энергии высокого напряжения
· выключатели (воздушные, масляные, маломасляные, электромагнитные, элегазовые (баковые, автокомпрессионные, электромагнитные)), вакуумные
· измерительные трансформаторы напряжения
· комплексные распределительные устройства
Электрические аппараты распределения электрической энергии низкого напряжения
· автоматические воздушные выключатели (автомат)
· неавтоматические выключатели и переключатели (рубильники, пакетные выключатели, плавкие предохранители, контактные разъёмы)
Аппараты управления
— кнопки и кнопочные посты управления
— путевые выключатели и переключатели
— резисторы и реостаты
Электрические аппараты защиты
— реле тока, напряжения, мощности, сопряжения, частоты, фазы и т.д.
Установочные аппараты
— выключатели и переключатели
ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Деталь – это элементарная часть аппарата, изготовленная из целого куска материала без применения сборочных операций.
Узел (сборочная единица) – соединение двух или более деталей, объединённых выполнением общей функции.
Группа – соединение узлов и деталей, объединённых общностью выполняемых ими функций, например электромагнит.
Несмотря на большое разнообразие электрических аппаратов, в них можно выделить общие части – проводники токоведущего контура и их контактные соединения; коммутирующие контакты; дугогосительные устройства; механизмы электроаппаратов; электромагниты; пневмоцилиндры; изоляционные детали и узлы; корпусные детали; оболочки; резервуар.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЕКТИРУЕМЫМ АППАРАТАМ
Спроектированный электрический аппарат должен удовлетворять комплексу требований. Эти требования сформулированы в государственных и отраслевых стандартах, в технических условиях и формируются в проектном техническом задании.
Функционально-технические требования
· нагревостойкость частей аппарата при нормальном и аварийном режимах
· электрическая прочность изоляционных частей и промежутков при максимальном рабочем напряжении, а также при коммутации и при атмосферных перенапряжениях
· механическая прочность и износостойкость всех частей аппарата
· коммутационная способность при нормальном рабочем и аварийном режимах
· специфические требования (чувствительность для реле защиты, взрывозащищённость и т.д.)
· простота конструкции, малая масса, габаритные размеры
Эксплуатационные требования
· учёт, влияние окружающих условий (температура, влажность, запылённость)
· долговечность, большой срок службы
· ремонтопригодность, простота и удобство наблюдения, осмотра и замены частей
· низкие эксплуатационные расходы (малое потребление электрической энергии)
Социальные требования
· безопасность в производстве, монтаже и эксплуатации
· обеспечение условий труда обслуживающего персонала
Экономические требования
· малые капиталовложения при установке, монтаже и вводе в эксплуатацию
· низкие эксплуатационные расходы
· должна обеспечиваться технологичность конструкции
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОГРЕССИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ВЫБОРА
Применяемые материалы в создании электрических аппаратов можно разбить на три группы по выполняемым ими функциям
1 Конструкционные материалы
2 Электротехнические материалы (проводниковые, контактные, магнитные сплавы высокого электрического сопротивления, изоляционные материалы и т.д.)
3 Вспомогательные материалы
Прогрессивными направлениями выбора материалов являются
1 Сокращение номенклатуры материалов
2 Выбор материалов с учётом технологичности конструкции и объёма производства (единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное, массовое)
3 Экономия материалов (безотходное производство)
4 Экономия электротехнических материалов
ТЕРМИНЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СЕРИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Вид – это совокупность аппаратов, объединённых общим назначением (например, предохранители, контакторы).
Типаж – это совокупность аппаратов одного вида, состоящая из ряда серий аппаратов.
Серия – это совокупность электрических аппаратов одного вида общего назначения сходных по конструкции.
Типоразмер – это представитель серии, отличающийся от других некоторыми параметрами, оказывающими влияние на габаритные размеры.
Типоисполнение – это вариант типоразмера, отличающийся исполнением какой-либо детали, узла, группы, не влияющих на габаритные размеры.
Виды устройств приема и распределения электроэнергии
Источником электроснабжения большинства промыш-_ ленных предприятий обычно являются энергетические системы; в редких случаях предприятия получают энергию от собственных заводских электростанций. Электроснабжение и распределение энергии в пределах предприятия от собственных электростанций производится в основном на генераторном напряжении 6 и 10 кВ.
Большинство предприятий получает питание от районных подстанций, входящих в состав энергосистемы, по линиям электропередачи высокого напряжения через понижающие трансформаторы, установленные на подстанциях потребителя. Электроснабжение предприятий производится через пункты приема и распределения электроэнергии (ГПП, ЦРП, РП и ТП), максимально приближенные к потребителям. Электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы, называется распределительным устройством (РУ).
Распределительные устройства разделяются на открытые ОРУ (все или основное оборудование расположено на открытом воздухе) и закрытые ЗРУ (оборудование расположено в здании), а также комплектные КРУ. Комплектным называется распределительное устройство, состоящее из полностью либо частично закрытых шкафов или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.
Электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений, называют подстанцией. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанции разделяются на трансформаторные и преобразовательные.
Подстанция, получающая питание непосредственно от энергетической системы (или заводской электростанции), называется главной понизительной подстанцией (ГПП) предприятия. Распределение энергии на пониженном напряжении от ГПП производится по всему предприятию или его значительной части через цеховые трансформаторные подстанции (ТП), распределительные пункты (РП) и центральные распределительные пункты (ЦРП).
Трансформаторные и преобразовательные подстанции, как и распределительные устройства, изготовляют и поставляют комплектными (КТП, КПП), в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.
Выработка, передача и потребление электрической энергии производятся на различных уровнях напряжения. Для электрических сетей общего назначения переменного напряжения частотой 50 Гц и присоединяемых к ним приемников электрической энергии установлены следующие номинальные напряжения: до 1000 В —40, 220, 380 и 660 В; выше 1000 В-(3), 6, 10, 20, 35, 110, (150), 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ (напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются).
Электромонтажные работы- Прием и распределение электрической энергии
Дизельная электро станция
Вырабатываемая станциями электронная энергия, поступает к месту употребления через систему взаимосвязанных передающих, распределяющих и модифицирующих электроустановок. Передача электроэнергии осуществляется по воздушным линиям электропередачи с напряжением от нескольких сот до сотен тыщ вольт. Электронная энергия по системным воздушным сетям передается с напряжением 35, 110, 150, 220 кВ и выше по шкале номинальных напряжений.
Установки, служащие для приема и рассредотачивания электроэнергии, именуютсяраспределительными устройствами (РУ). Они содержат коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и другие), также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. К РУ относятся центры питания(ЦП), распределительные пункты (РП), распределительные полосы (РЛ).
Центром питанияименуются РУ генераторного напряжения электростанции либо РУ вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы с системой регулирования, к которым присоединяются распределительные сети определенного района.
Распределительным птименуется подстанция промышленного предприятия либо городской электронной сети, созданная для приема и рассредотачивания электроэнергии с одним напряжением без ее преобразования.
Распределительнойименуется линия, питающая ряд трансформаторных подстанций от ЦП либо РП также большие электроустановки.
Распределительные устройства могут быть открытые (ОРУ— все либо основное оборудование размещено на открытом воздухе) и закрытые (ОРУ— оборудование размещено в здании). Особо нужно выделить более всераспространенные комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из стопроцентно либо отчасти закрытых шифанеров или блоков со встроенными в их аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемые в собранном либо стопроцентно приготовленном для сборки виде и выпускаемые как для внутренней, так и для внешней установки.
Блочная комплектная трансформаторная подстанция
Подстанциейименуют электроустановку, служащую для преобразования и рассредотачивания электроэнергии и состоящую из трансформаторов либо других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений.
Подстанция, на которой напряжение переменного тока преобразуется при помощи трансформатора, именуется трансформаторной (ТП). Если напряжение переменного тока на ТП преобразуется в более низкое, ее именуют понижающей, а если в более высочайшее — повышающей.
На трансформаторных подстанциях устанавливают трансформаторы, служащие для конфигурации напряжения. Сразу с трансформацией напряжения обычно меняется и число линий. К примеру, подходят к ТП одна либо две полосы высочайшего напряжения, а отходят от нее несколько линий низкого напряжения.
Различают два типа трансформаторных подстанций: открытые, в каких основное оборудование размещается на открытых площадках, и закрытые, оборудование которых располагается в помещениях.
Если на подстанции трансформация напряжения не делается, а меняется только число линий, то она именуется распределительной.
Преобразовательные подстанции служат для выпрямления переменного тока либо преобразования неизменного тока в переменный. На всех подстанциях устанавливают аппараты для переключения электронных сетей и разные контрольно-измерительные приборы.
Комплектная трансформаторная подстанция внешней установки
Электронные сети разделяются по напряжению насети низкого — до 1 кВ и высочайшего — более 1кВ напряжения.
Большая часть промышленных компаний получают электроэнергию от подстанций. На подстанциях устанавливается два и поболее трансформаторов, через которые энергия от энергосистемы по линиям высочайшего напряжения (35, 110 либо 220 кВ) передается на секционированные рабочие (либо запасные) шины с напряжением 6…10кВ.
Подстанция, питающаяся конкретно от энергетической системы (или заводской электростанции), именуется главной понижающей подстанцией (ГПП) предприятия, а подстанция, на которой напряжение снижается конкретно для питания электроприемников 1-го либо нескольких цехов, — цеховой трансформаторной подстанцией (ТП).
Трансформаторные и преобразовательные подстанции, как и распределительные устройства, поставляются комплектными (КТП, КПП) в собранном либо стопроцентно приготовленном для сборки виде.
Измерение тока и напряжения на шинах распределительных устройств и в электронных цепях делается при помощи трансформаторов тока либо трансформаторов напряжения, служащих для снижения тока либо напряжения первичных цепей электроустановок переменного тока, также для питания катушек измерительных устройств, устройств релейной защиты и автоматики, присоединяемых к их вторичным обмоткам.
Применение измерительных трансформаторов позволяет:
определять любые напряжения и токи обыкновенными измерительными устройствами со стандартными обмотками, рассчитанными на напряжение 100 В и ток 5 А;
отделять измерительные приборы и реле от напряжений выше 380 В, обеспечивая безопасность их обслуживания.
Первичная обмотка измерительного трансформатора находится под воздействием измеряемой величины, а вторичная — замкнута на измерительные приборы и приборы защиты.
Открытое распределительное устройство
Прикосновение к измерительным устройствам, конкретно включенным в цепь высочайшего напряжения, небезопасно для человека, потому в данном случае измерительные приборы и аппаратура автоматической защиты (реле) врубаются во вторичную цепь измерительных трансформаторов, связанную с цепью высочайшего напряжения только через магнитный поток в сердечнике. Не считая того, измерительные трансформаторы служат для расширения пределов измерения устройств переменного тока, подобно дополнительным резисторам и шунтам. Применение измерительных трансформаторов с разными коэффициентами трансформации позволяет использовать приборы со стандартными пределами измерений (100 В и 5 А) при определении самых разных напряжений и токов.
Различают два вида измерительных трансформаторов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
Трансформаторы напряженияпитают обмотки напряжения измерительных устройств и реле (вольтметров, частотомеров, счетчиков, ваттметров, реле напряжения, мощности и др.) в установках с напряжением 380 В и выше.
Трансформаторы токапитают токовые обмотки измерительных устройств и реле (амперметров, счетчиков, ваттметров, реле тока, мощности и др.).
Источниками электроснабжения большинства промышленных компаний являются энерго системы, но некие предприятия получают энергию от собственных промышленных электрических станций. Выработка и рассредотачивание энергии в границах предприятия от собственных электрических станций делается в главном в генераторном режиме с напряжением 6 и 10 кВ.
Распределительные устройства неизменного тока серии КВ на напряжение 3,3 кВ
Электронные цепи распределительных устройств и подстанций могут быть первичными и вторичными.
К первичным цепямотносятся шиноустройства и токоведущие части аппаратов, соединяемые в определенной последовательности.
Ко вторичнымотносятсяцепи, при помощи которых в первичных цепях РУ подстанций осуществляются электронные измерения, релейная защита, сигнализация, дистанционное управление и автоматизация, т.е. вторичные цепи обеспечивают контроль, защиту, комфортное и неопасное сервис первичных цепей.
На принципных схемах первичных цепей демонстрируют все главные элементы электроустановки: шиноустройства, разъединители, выключатели, предохранители, трансформаторы, реакторы и др., также соединения меж ними. Не считая того, чтоб лучше представить для себя работу установки и ее отдельных участков, в первичных схемах обычно демонстрируют без электронных соединений главные приборы и аппараты вторичных цепей, измерительные приборы, приборы релейной защиты и автоматики.
Современные РУ могут иметь разные схемы соединений.
Не считая того, нужно держать в голове, что отключение свободной от нагрузки полосы связано с разрывом ее зарядного тока, который тем больше, чем длиннее линия.
Установленный заместо разъединителя выключатель нагрузки позволяет отключать и включать линию при нагрузке в границах номинальной.
В данном случае на присоединении инсталлируются измерительные трансформаторы тока, а линейный и шинный разъединители служат для снятия напряжения с выключателя и трансформаторов тока при осмотре, ремонте, проверке и других работах.
Потому что деяния с разъединителями вероятны только при отключенном выключателе, который разрывает цепь тока, порядок отключения полосы последующий: поначалу отключают выключатель, потом линейный разъединитель и в конце концов шинный разъединитель. Порядок включения полосы оборотный. Таковой вариант присоединения к РУ применяется для линий с большенными нагрузками и огромным током недлинного замыкания.
ФСК ЕЭС окончила установка оборудования ЗРУ 10 кВ на подстанции 110 кВ “Роза Хутор” в Сочинском регионе
Обычно такая схема применяется для присоединения воздушных линий.
. Для отключения этого трансформатора от сети служит шинный разъединитель (отключение должно выполняться только при холостом ходе трансформатора); защита от высочайшего и низкого напряжений производится плавкими предохранителями.
В эту схему входят выключатель, созданный для оперативных переключений, и релейная защита (РЗ), приборы которой получают питание от измерительных трансформаторов тока.
Применение комплектных распределительных устройств и трансформаторных подстанций позволяет уменьшить сроки монтажных работ, понизить их цена и сделать лучше качество.
Каким образом происходит распределение электроэнергии и ее передача от основного источника питания к потребителю? Данный вопрос достаточно сложный, так как источником является подстанция, которая может находиться на значительном расстоянии от города, но при этом энергия должна доставляться с максимальным КПД. Этот вопрос стоит рассматривать более детально.
Общее описание процесса
Как говорилось ранее, начальным объектом, откуда начинается распределение электроэнергии, на сегодняшний день является электрическая станция.
В наше время существует три основных типа станции, которые могут снабжать потребителей электричеством. Это может быть тепловая электрическая станция (ТЭС), гидроэлектростанция (ГЭС) и атомная электрическая станция (АЭС). Помимо этих основных типов, есть также солнечные или ветровые станции, однако они используются для более локальных целей.
Эти три типа станция является и источником и первой точкой распределения электроэнергии.
Для того чтобы осуществить такой процесс, как передача электрической энергии, необходимо значительно увеличить напряжение. Чем дальше находится потребитель, тем выше должно быть напряжение. Так, увеличение может доходить до 1150 кВ.
Повышение напряжения необходимо для того, чтобы снизилась сила тока. В таком случае также падает и сопротивление в проводах. Такой эффект позволяет передавать ток с наименьшими потерями мощности.
Для того чтобы повышать напряжение до нужного значения, каждая станция имеет повышающий трансформатор. После прохождения участка с трансформатором, электрический ток при помощи ЛЭП передается на ЦРП. ЦРП – это центральная распределительная станция, где осуществляется непосредственное распределение электроэнергии.
Такие объекты, как ЦРП, находятся уже в непосредственной близости от городов, сел и т.
д. Здесь происходит не только распределение, но и понижение напряжения до 220 или же 110 кВ. После этого электроэнергияпередается на подстанции, расположенные уже в черте города.При прохождении таких небольших подстанций напряжение понижается еще раз, но уже до 6-10 кВ.
После этого осуществляется передача и распределение электроэнергии по трансформаторным пунктам, расположенным по разным участкам города.Здесь также стоит отметить, что передача энергии в черте города к ТП осуществляется уже не при помощи ЛЭП, а при помощи проложенных подземных кабелей. Это гораздо целесообразнее, чем применение ЛЭП. Трансформаторный пункт – это последний объект, на котором происходит распределение и передача электроэнергии, а также ее понижение в последний раз.На таких участках напряжение снижается до уже привычных 0,4 кВ, то есть 380 В.
Далее оно передается в частные, многоэтажные дома, гаражные кооперативы и т. д.Если кратко рассмотреть путь передачи, то он примерно следующий: источник энергии (электростанция на 10 кВ) – трансформатор повышающего типа до 110-1150 кВ – ЛЭП – подстанция с трансформатором понижающего типа – трансформаторный пункт с понижением напряжения до 10-0,4 кВ – потребители (частный сектор, жилые дома и т. д.).
Особенности процесса
Производство и распределение электроэнергии, а также процесс ее передачи обладает важной особенностью – все эти процессы являются непрерывными. Другими словами, производство электрической энергии совпадает по времени с процессом ее потребления, из-за чего электрические станции, сети и приемники связаны между собой таким понятием, как общность режима. Данное свойство вызывает необходимость организации энергетических систем, чтобы более эффективно заниматься производством и распределением электроэнергии.
Здесь очень важно понимать, что представляет собой такая энергетическая система. Это совокупность всех станций, линий электропередач, подстанций и других тепловых сетей, которые соединены между собой таким свойством, как общность режима, а также единым процессом производства электрической энергии. Кроме того, процессы преобразования и распределения на данных участках осуществляются под общим управлением всей этой системы.
Основная рабочая единица в таких системах – это электроустановка. Это оборудование предназначено для производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии.
Получение данной энергии осуществляется электрическими приемниками. Что касается самих установок, то в зависимости от рабочего напряжения, они делятся на два класса. Первая категория работает с напряжением до 1000 В, а вторая, наоборот, с напряжением от 1000 В и выше.
Кроме того, имеются также специальные устройства для получения, передачи и распределения электроэнергии – распределительное устройство (РУ). Это электроустановка, которая состоит из таких конструкционных элементов, как сборные и соединительные шины, аппараты для коммутации и защиты, автоматика, телемеханика, приборы для измерения и вспомогательные устройства.
Данные агрегаты также делятся на две категории. Первая – это открытые аппараты, которые могут эксплуатироваться на открытом воздухе, и закрытые, применяющиеся только при расположении внутри здания. Что касается эксплуатации в черте города таких устройств, то в большинстве случаев используется именно второй вариант.
Одним из последних рубежей системы передачи и распределения электроэнергии является подстанция. Это объект, который состоит из РУ до 1000 В и от 1000 В, а также силовых трансформаторов и других вспомогательных агрегатов.
Рассмотрение схемы распределения энергии
Для того чтобы более детально рассмотреть процесс производства, передачи и распределения электроэнергии, можно взять в пример структурную схему снабжения электрической энергией города.
В таком случае процесс начинается с того, что генераторы на ГРЭС (государственная районная электростанция)вырабатывают напряжение 6, 10 или 20 кВ. При наличии такого напряжения передавать его на расстояние более чем 4-6 км не экономично, так как будут большие потери. Для того чтобы значительно уменьшить потерю мощности, в линию передачи включается силовой трансформатор, который предназначен для повышения напряжения до таких значений, как 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ.
Значение выбирается в зависимости от того, насколько далеко находится потребитель. После этого следует пункт понижения электрической энергии, который представлен в виде понижающей подстанции, находящейся в черте города. Напряжение уменьшается до 6-10 кВ.
Здесь стоит добавить, что такая подстанция состоит из двух частей. Первая часть открытого типа рассчитана на напряжение 110-220 кВ. Вторая часть – закрытая, включает в себя устройство распределения электроэнергии (РУ), рассчитанное на напряжение в 6-10 кВ.
Помимо тех устройств, что были перечислены ранее, в систему снабжения энергией входят также такие объекты, как питающая кабельная линия – ПКЛ, распределительная кабельная линия – РКЛ, кабельная линия с напряжением в 0,4 кВ – КЛ, распределительное устройство вводного типа в жилом доме – ВРУ, главная понижающая подстанция на заводе – ГПП, шкаф распределения электроэнергии или же щитовое устройство ЩУ, размещаемое в цехе завода, и рассчитанное на 0,4 кВ.
Также в схеме может присутствовать такой участок, как центр питания – ЦП. Здесь важно отметить, что этот объект может быть представлен в виду двух разных устройств.
Это может быть распределительное устройство вторичного напряжения на понижающей подстанции. Кроме того, в его состав будет также входить прибор, который будет выполнять функции регулировки напряжения и последующей поставки его к потребителям. Второй вариант исполнения – это трансформатор, для передачи и распределения электроэнергии, или же распределительное устройство генераторного напряжения непосредственно на электрической станции.
Стоит отметить, что ЦП всегда соединяется с распределительным пунктом РП. Линия, которая соединяет эти два объекта, не имеет распределения электрической энергии по всей своей длине. Такие линии обычно называют кабельными.
На сегодняшний день в энергосети может использоваться такое оборудование, как КТП – комплектная трансформаторная подстанция. Она представляет собой несколько трансформаторов, распределительное или же вводное устройство, рассчитанное на работу с напряжением в 6-10 кВ. Также в комплект входит распределительное устройство на 0,4 кВ.
Все эти приборы соединены между собой токопроводами, а поставляется комплект в уже готовом либо в готовом для сборки виде. Прием и распределение электроэнергии может также происходить на на высоких конструкциях или же на опорах линий электропередачи. Такие конструкции называются либо столбовыми, либо мачтовыми трансформаторными подстанциями(МТП).
Первая категория электрических приемников
На сегодняшний день имеется три категории электроприемников, которые отличаются между собой степенью надежности.
К первой категории электрических приемников относятся те объекты, при нарушении электроснабжения которых возникают достаточно серьезные проблемы. К последним относят следующее: угроза жизни человеку, сильные ущерб народному хозяйству, повреждение дорогого оборудования из основной группы, массовый брак продукции, разрушение устоявшегося технологического процесса получения и распределения электроэнергии, возможное нарушение в работе важных элементов коммунального хозяйства.
К таким электроприемникам относятся здания с большим скоплением людей, к примеру, театр, универсам, универмаг и т. д. Также к этой группе принадлежит и электрифицированный транспорт (метро, троллейбус, трамвай).
Что касается снабжения электроэнергией данных сооружений, то они должны обеспечиваться электричеством от двух источников, которые независимы друг от друга.
Отключение от сети таких построек допускается лишь на срок, в течение которого будет запускаться резервный источник питания. Другими словами, система распределения электроэнергии должна предусматривать быстрый переход от одного источника на другой, в случае аварийной ситуации. Независимым источником питания в данном случае считается тот, на котором сохранится напряжение даже в том случае, если на других источниках, питающих один и тот же электроприемник, оно пропадет.
К первой категории также относятся устройства, которые должны питаться сразу от трех независимых источников.
Это особая группа, работа которой должна быть обеспечена в бесперебойном режиме.То есть не допускается отключение от электропитания даже на время включения аварийного источника. Чаще всего к такой группе относят приемники, выход из строя которых влечет за собой возникновение угрозы для жизни человека (взрыв, пожар и т. д.).
Вторая и третья категория приемников
Системы распределения электроэнергии с подключением второй категории электрических приемников включают в свой состав такое оборудование, при отключении питании которого возникнет массовый простой рабочих механизмов и промышленного транспорта,недоотпуск продукции, а также нарушения деятельности массового количества людей, проживающих как в черте города, так и за ее пределами. К такой группе электроприемников относятся жилые дома выше 4 этажа, школы и больницы, силовые установки, отключение питания которых не повлечет за собой выход из строя дорогостоящего оборудования, а также другие группы электрических потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10 000 кВ.
В качестве источников энергии данной категории должны выступать две независимые станции. Кроме того, отключение от основного источника питания этих объектов допускается до тех пор, пока дежурный персонал не запустит в работу резервный источник, или же это не сделает дежурная бригада рабочих ближайшей электроснабжающей станции.
Что касается третьей категории приемников, то к ним принадлежат все оставшиеся устройства, которые могут питаться всего от 1 источника питания. Кроме того, отключение от сети таких приемников допускается на время ремонта или замены поврежденного оборудования на срок не более суток.
Принципиальная схема снабжения и распределения электрической энергии
Контроль распределения электроэнергии и ее передачу от источника к приемнику третьей категории в черте города легче всего осуществлять, применяя радиальную тупиковую схему.
Однако такая схема обладает одним существенным недостатком, который заключается в том, что при выходе одного любого элемента системы из строя без электроэнергии будут оставаться все приемники, подключенные к такой схеме. Так будет продолжаться до тех пор, пока не будет заменен поврежденный участок цепи. Из-за данного недостатка применять такую схему включения не рекомендуется.
Если говорить о схеме подключения и распределения энергии для приемников второй и третьей категории, то здесь можно использовать кольцевую принципиальную схему.
При таком подключении, если произойдет сбой в работе одной из линии электропередачи, можно восстановить электроснабжение всех приемников, подключенных к такой сети в ручном режиме, если отключить питание от основного источника и запустить резервный. Кольцевая схема отличается от радиальной тем, что у нее имеются специальные участки, на которых в отключенном режиме находятся разъединители или же выключатели. При повреждении основного источника питания их можно включить, чтобы восстановить подачу, но уже от резервной линии.
Также это будет служить хорошим преимуществом в том случае, если на основной линии необходимо провести какие-либо ремонтные работы. Перерыв в электроснабжении такой линии допускается на срок около двух часов. Этого времени хватает для того, чтобы отключить поврежденный основной источник питания и подключить к сети резервный, чтобы он осуществлял распределение электроэнергии.
Есть еще более надежный способ подключения и распределения энергии – это схема с параллельным включением двух питающих линий или же введение автоматического подключения резервного источника.
При наличии такой схемы поврежденная линия будет отключаться от общей системы распределения при помощи двух выключателей, расположенных с каждого конца линии. Снабжение же электричеством в таком случае будет осуществляться во все еще бесперебойном режиме, но уже по второй линии. Такая схема актуальна для приемников второй категории.
Схемы распределения для первой категории приемников
Что касается распределения энергии для питания приемников первой категории, то в данном случае необходимо подключение от двух независимых центров питания одновременно. Кроме того, в таких схемах часто используется не один распределительный пункт, а два, а также всегда предусмотрена система автоматического включения резервного питания.
Для электрических приемников, которые принадлежат к первой категории, автоматика переключения на резервное питание устанавливается на вводно-распределительных устройствах. При такой системе подключения распределение электрического тока осуществляется при помощи двух силовых линий, каждая из которых характеризуется напряжением до 1 кВ, а также подключаются к независимым трансформаторам.
Другие схемы распределения и питания приемников
Для того чтобы максимально эффективно распределять электроэнергию по приемникам второй категории, можно использовать схему с максимальной токовой защитой одного или двух РП, а также схему с автоматическим включением резервного питания. Однако здесь есть определенное требование.
Использовать эти схемы можно лишь в том случае, если затраты материальных средств на их обустройство не вырастут более чем на 5%, по сравнению с обустройством ручного перехода на резервный источник питания. Кроме того, обустраивать такие участки необходимо таким образом, чтобы одна линия могла принять на себя нагрузку со второй, с учетом кратковременной перегрузки. Это необходимо, так как при выходе из строя одной из них распределение всего напряжения перейдет на оставшуюся одну.
Существует довольно распространенная лучевая схема подключения и распределения.
В таком случае один распределительный пункт будет питаться от двух разных трансформаторов. К каждому из них подводится кабель, напряжение в котором не превышает 1000 В. На каждом из трансформаторов также устанавливается по одному контактору, который предназначен для того, чтобы в автоматическом режиме переключить нагрузку с одного силового агрегата на другой, если на каком-либо из них пропадет напряжение.
Если подводить итог о надежности сети, то это одно и наиболее важных требований, которое необходимо соблюдать, чтобы распределение энергии не прерывалось.
Чтобы достичь максимального показателя надежности, нужно не только использовать наиболее подходящие схемы снабжения для каждой категории. Важно также правильно подбирать марки кабелей, а также их толщину и сечение с учетом их нагрева и потерями мощности при протекании тока. Немаловажно также соблюдать правила технической эксплуатации и технологию проведения все электромонтажных работ.
Исходя из всего выше сказанного, можно сделать вывод, что устройство приема и распределения электроэнергии, а также поставка от источника к конечному потребителю или приемнику – это не такой уж и сложный процесс.