Структура электроэнергетической системы. Требования к системам электроснабжения

1. Структура и основные требования к системам электроснабжения

Основной задачей создания системы электроснабжения (СЭС) является обеспечение их высокой надежности и экономичности, поддержание высокого качества электроэнергии. СЭС включает большое количество объектов, имеет большую протяженность и рассредоточенность; ее проектированием занято много организаций. СЭС состоит из генерирующих установок, питающих и распределительных сетей, трансформаторных и преобразовательных станций и подстанций, связанных кабельными и воздушными линиями, токопроводами высокого и низкого напряжения.

Безопасность для жизни и здоровья людей при эксплуатации СЭС и надежность работы ЭО обеспечиваются правильным выбором технических решений на всех этапах выработки, распределения и передачи электроэнергии, правильным выбором способов ее канализации, выполнением требований техники безопасности и соответствием условиям окружающей среды. СЭС должна быть удобна и безопасна в обслуживании, должна обеспечивать качество энергии и бесперебойность электроснабжения в номинальном и послеаварийном режимах. В то же время СЭС должна быть экономичной, иметь минимальные потери и обоснованный расход дефицитных материалов и оборудования. Экономичность и надежность СЭС достигается путем создания связей и взаимного резервирования сетей различных регионов, сетей промышленных предприятий (ПП) с СЭС коммунальных и сельских потребителей и т.д.

СЭС условно можно разделить на три блока:

• блок выработки электроэнергии (электростанции),
• блок распределения и передачи электроэнергии,
• блок потребителей электроэнергии.

На электростанциях вырабатываемая энергия разделяется на два потока: электрическая и тепловая энергия, рис.1.1. От генераторов электростанций, через повышающие блочные трансформаторы, рис. 1.2, электроэнергия поступает на станционные открытые распределительные устройства (ОРУ).

Рисунок 1 – Схема системы электроснабжения

Второй блок включает линии электропередач (воздушные и кабельные), опоры воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и кабельное хозяйство, главные (ГПП) и промежуточные понизительные станции (подстанции), распределительные устройства (РУ), системы грозозащиты и компенсации реактивной мощности.

Третий блок объединяет все электроприемники (ЭП), системы управления, защиты, диагностики и приборы измерения физических величин. При создании СЭС для ЭП с резко-переменной и с циклически повторяющейся ударной нагрузкой, при наличии ЭП, требующих бесперебойного питания, устанавливаются дополнительные требования, оговариваемые в технических условиях (ТУ). Также при определении нагрузки конкретного участка, при выборе структуры, мощности и пропускной способности СЭС следует учитывать не только собственных потребителей электроэнергии, но и наличие рядом расположенных потребителей, для которых нужно обеспечить резервирование электроснабжения.

Рисунок 2 – Силовой трехфазный блочный трансформатор с масляным охлаждением

Надежность электроснабжения промышленных предприятий, их цехов и отдельных установок в значительной степени зависит от наличия и надежности систем резервного питания и защиты. Обеспечение резервного электропитания сопряжено с материальными затратами и не может быть обеспечено для всех установок и оборудования. Поэтому необходимо точно знать, у каких ЭП технологические процессы не допускают перерыва в электроснабжении, а для каких такие перерывы возможны без существенного ущерба производству. Для этого устанавливают категории надежности электроснабжения для всех ЭП.

При проектировании следует учитывать особенности размещения технологического оборудования, уметь разделять оборудование на установленное и неустановленное. Установленное оборудование обычно неподвижно, но в некоторых случаях может перемещаться по площади предприятия или цеха, или заменяться другим, более производительным. К установленному оборудованию относятся металлорежущие станки, оборудование легкой и пищевой промышленности, где технологические процессы часто меняются из-за специфического характера производства, и т.д. К неустановленному оборудованию относятся передвижные установки, например, мостовые краны, подъемно-транспортные сооружения, питающиеся от стационарной контактной сети.

Особенно высокие требования к надежному и экономичному электроснабжению предъявляют крупные энергоемкие предприятия черной и цветной металлургии, нефте- и газодобывающие предприятия, химические и другие производства, которые характеризуются большими значениями суммарных установленных мощностей ЭП.

2. Лица, учреждения и организации, которые связаны с развитием энергетики и ее функционированием

Президент принимает решения, подписывает законы, регулирует международные отношения, выступает с инициативами в принятии планов развитии энергетики в отдельных регионах.

Верховный Совет принимает законы и программы развития электроэнергетики, выделяет бюджет.

Кабинет министров (Министерство энергетики и топлива) определяет пути развития электроэнергетики, изыскивает средства на ее развитие, составляет программы развития энергетики, руководит проектными организациями, которые занимаются проектированием энергообъектов, также ему подчиняется энергорынок.

Территориальные исполнительные органы (Горсовет) проявляют инициативу в строительстве электрических станций, в развитии электрических сетей и т.д.

На территории Украины действуют следующие организации электроэнергетики:

1. проектные: энергосетьпроект (включая предприятия возобновляемой энергетики); гидропроект; энергопроект;
2. организации, занимающиеся обслуживанием энергосистемы;
3. строительные – энергострой;
4. наладочные и ремонтные организации, организации, обеспечивающие сервисное обслуживание энергооборудования;
5. заводы-поставщики энергооборудования.

 3. Основные термины и определения

Основными нормативными документами для проектирования электрических установок, в том числе воздушных и кабельных линий, являются «Правила устройств электроустановок» (ПУЭ), «Строительные нормы» (СН) и «Строительные нормы и правила» (СНиП). В целях однозначной трактовки понятий и терминов, относящихся к электросетевым устройствам, в ПУЭ и в других нормативных документах приняты определения:

• электрическая система – часть энергосистемы, состоящая из генераторов, распределительных устройств (РУ), электрических сетей и ЭП;
• электрическая сеть – совокупность устройств, обеспечивающих передачу электроэнергии от генерирующих источников, ее преобразование и распределение между ЭП;
• электроустановки – установки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия. Электроустановки в ПУЭ подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и выше 1000 В;
• воздушная линия электропередачи (BЛЭП) – устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе, прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам, установленным на инженерных сооружениях. За начало и конец ВЛЭП принимаются линейные порталы распределительных устройств (РУ) или вводы в здания;
• кабельные линии (КЛ) – устройства для передачи электроэнергии, расположенные в траншеях, туннелях, шахтах, блоках, каналах, эстакадах, трубах и в других инженерных сооружениях, состоящие из одного или нескольких кабелей в совокупности с соединительными, стопорными, концевыми муфтами и крепежными деталями, а для маслонаполненных кабелей, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой обеспечения давления масла;
• внеплощадочные кабельные линии – линии, расположенные за пределами территории предприятия. К ним относятся линии внешнего электроснабжения предприятия, а также удаленных от него объектов (насосных станций, складов, очистных сооружений и т.д.);
• межцеховые кабельные сооружения – кабельные туннели, коллекторы, шахты, блоки, каналы, эстакады, расположенные на территории ПП вне зданий;
• внутрицеховые кабельные сооружения (помещения) – кабельные туннели, каналы, шахты, кабельные этажи и полуэтажи (включая подвальные) и другие сооружения внутри зданий;
• кабельное сооружение (помещение) – сооружение, специально предназначенное для размещения в нем кабелей, кабельных муфт, маслоподпитывающих систем и другого оборудования, обеспечивающего нормальную работу маслонаполненных кабелей. К ним относятся кабельные этажи и полуэтажи, шахты, кабельные коллекторы, туннели и каналы, кабельные блоки, камеры и подпиточные пункты;
• электропроводка – стационарные силовые и осветительные проводки постоянного и переменного тока напряжением до 1000 В, выполняемые изолированными проводами и небронированными кабелями с резиновой или поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией, с сечением жил до 16 мм2;
• кабельный туннель – подземное горизонтальное или наклонное, полностью закрытое, протяженное сооружение с расстоянием от пола до потолка (балок, плит перекрытия) не менее 1800 мм для проходных и 1500÷1750 мм для полупроходных туннелей;
• кабельная галерея – горизонтальное или наклонное, надземное или подземное проходное сооружение, полностью или частично закрытое, соединяющее отдельные здания и помещения;
• кабельная эстакада – надземное открытое, горизонтальное или наклонное протяженное сооружение с размещенными на нем трубопроводами, соединяющее помещения зданий с отдельно стоящими технологическими установками;
• кабельный канал – закрытое и заглубленное (в грунт, пол, перекрытие) горизонтальное или наклонное, протяженное сооружение с расстоянием от пола до плит перекрытия меньше 1500 мм;
• кабельная камера – подземное сооружение, предназначенное для укладки кабельных муфт и для протяжки кабелей в блоки;
• кабельный блок – сооружение из железобетонных или асбоцементных блоков или труб с отверстиями, в которые протягиваются кабели; кабельные колодцы и камеры.

Проектирование электрических сетей ПП ведут с учетом накопленного опыта проектирования, строительства, монтажа и эксплуатации, с использованием новейших достижений науки и техники. При проектировании необходимо отдавать предпочтение типовым конструкциям, применять стандартное ЭО, материалы заводского изготовления, они должны позволять использовать индустриальные методы ведения монтажных работ.

Электрическое хозяйство ПП представляет совокупность генерирующих, преобразующих, передающих электроустановок, посредством которых осуществляется снабжение предприятия электроэнергией и эффективное использование ее в процессе технологического производства. Электрическое хозяйство включает:

1. собственное электроснабжение, например, внутризаводское;
2. силовое ЭО, электроосвещение и системы автоматизации;
3. службы эксплуатации и ремонта ЭО;
4. резервные электротехнические установки, которые прямо не являются частью СЭС, но обеспечивают ее функционирование;
5. промышленные здания, сооружения и сети, которые эксплуатируются электротехническим персоналом;
6. людские, вещественные и энергетические ресурсы, информационное обеспечение.

Таким образом, электрическое хозяйство является частью электроэнергетической системы, принадлежащей конкретному предприятию. На рис. 1.3 представлена упрощенная иерархическая схема СЭС крупного ПП, которое является потребителем электрической энергии (абонентом). Через нее предприятие обеспечивается электроэнергией по линиям электропередачи, как правило, ВЛЭП, от подстанции энергосистемы или теплоэнергоцентрали (ТЭЦ); от автотрансформаторов (АТ) районных подстанций и т.д.

Рисунок 3 – Уровни СЭС промышленных предприятий

Шестой уровень (6Ур) – уровень присоединения к внешним энергетическим источникам или сетям; пятый уровень (5Ур) – все производство; четвертый уровень (4Ур) – цех; третий уровень (3Ур) – отделение; второй уровень (2Ур) – участок; первый уровень (1Ур) – отдельная единица оборудования (ЭП); ВЭП – высоковольтные ЭП. Условная граница разделения «предприятие — энергосистема» отмечена пунктирной линией