CC BY
51
Zatsepina Violetta Iosifovna, doctor. of technical sciences, professor, vizats@gmail. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk state technical University,
Shachnev Oleg Yaroslavovich, postgraduate, sh. ol. ya@yandex. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk state technical University
УДК 621.3
АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Проанализированы существующие схемы электрических сетей на промышленных предприятиях. Даны рекомендации для повышения эффективности их использования.
Ключевые слова: электрические сети, трансформатор, электроприёмник.
Сети промышленных предприятий разделяют на:
1) цеховые сети, питающие цеховые приёмники электроэнергии (силовые и осветительные);
2) распределительные сети предприятий, питающие цеховые трансформаторные подстанции или другие преобразовательные установки.
Распределительная сеть предприятия может питаться от понизительных подстанций предприятия, подключённых к распределительной (например, районной) сети энергосистемы, от собственных электростанций предприятия, от РУ, подключённых непосредственно (без трансформации напряжения) к сетям или к электростанциям энергосистемы.
Каждая сеть может иметь одно или несколько питающих устройств -источников активной и реактивной мощности.
Основными элементами сети являются линии, распределительные узлы, узлы ответвления.
Основным элементом линий являются проводники (провода, кабели, тины, комплектные шинопроводы и др.).
В распределительных узлах размещают коммутационные и защитные аппараты линий, а при необходимости также контрольные и измерительные приборы. Линии присоединяют с помощью коммутационных аппаратов к сборочным шинам.
Сети различных классов напряжений и родов тока могут быть энергетически связаны между собой через трансформаторные или преобразовательные установки. Сеть, не связанная с другими сетями, является обособленной.
Сети делятся на:
1) незамкнутые;
2) замкнутые.
Незамкнутые (открытые, разомкнутые) сети не образуют замкнутых контуров. Такие сети имеют один основной источник питания, подключённый к одному из узлов сети. Большое число источников питания превращает сеть в замкнутую, так как тогда появляется по меньшей мере одна линия, соединяющая источники между собой. От источника до какого-либо приёмника, присоединённого к сети, можно проследить только один путь передачи энергии. Определённость нагрузок каждой линии позволяет после несложных расчётов выбирать проводники линий, аппараты распределительных узлов и параметры срабатывания аппаратов защиты. Избирательность защиты достигается без применения каких-либо специальных мер. Из-за отсутствия параллельных ветвей токи КЗ в таких сетях относительно невелики и легко поддаются регулированию.
В незамкнутых сетях применяют два типа линий:
1) радиальные, не имеющие ответвлений и обычно выполняемые проводами и кабелями;
2) магистральные (распределительные), имеющие по своей длине ответвления; такие линии в сетях НН обычно выполняют шинопроводами, в сетях ВН - кабелями и шинопроводами.
На рис. 1, а изображена трёхступенчатая радиальная сеть.
Рис. 1. Примеры незамкнутых сетей: а - трёхступенчатая радиальная сеть; б - двухступенчатая магистральная сеть; И - источник; П - электроприёмник;
А - комплекты коммутационных и защитных аппаратов
Так как увеличение числа ступеней сети ведёт к снижению её надёжности, то число ступеней обычно не превышает трёх или четырёх.
Сеть, целиком состоящая из магистральных линий, является магистральной сетью (рис. 1, б). Такие сети могут быть одно- и многоступенчатыми, но число ступеней (последовательно включённых магистральных линий) обычно не превышает двух. Из-за меньшего числа ступеней и линий магистральные сети отличаются от радиальных меньшим количеством аппаратуры и меньшим расходом проводникового материала на линии. В случае применения шинопроводов показатели надёжности магистральных сетей, несмотря на большое число ответвлений на каждой линии, существенно не отличаются от показателей радиальных сетей.
При повреждении линий незамкнутой сети часть питаемых от сети электроприёмников может на время ликвидации повреждения остаться без питания. Для увеличения надёжности питания предусматривают резервные радиальные или магистральные линии (рис. 2), питаемые обычно от другого источника. Такие резервные линии, используемые только в аварийных случаях, существенно увеличивают стоимость и приведенные затраты сети. Поэтому в таких случаях рассматривают возможность применения замкнутых сетей.
Рис. 2. Примеры резервирования питания в незамкнутых сетях: а - с резервной радиальной линией; б - с резервной магистральной линией; в - с автоматически включаемым резервным источником; Л - резервная линия; АР - коммутационные аппараты разделения рабочих и резервных линий; И1 - резервный источник; АВР - устройство автоматического
включения резерва 154
Незамкнутая сеть имеет только один рабочий источник питания. В случае аварийного отключения или ремонта источника предусматривают ручное или автоматическое переключение сети на резервное питание; в настоящее время применяют автоматическое переключение. В качестве резервного источника питания предусматривают специальный нормально отключённый агрегат (рис. 2, в) или рабочий источник питания соседней сети того же напряжения (рис. 3). Выбор мощности резервных источников производят с учётом отключения на время резервного питания менее ответственных приёмников.
Для обеспечения резервного питания цеховых сетей на промышленных предприятиях часто применяют двухтрансформаторные цеховые подстанции. Питание трансформаторов такой подстанции обычно осуществляют от секционированной сети ВН, питаемой от двухтрансформаторной ГПП предприятия (рис. 4). Один из частных случаев такого решения — применение встречных магистральных линий — показан на рис. 5. При повреждении в одном месте обеих магистралей можно после отделения повреждённого участка сохранить питание одного трансформатора на каждой цеховой подстанции.
а б
Рис. 3. Принцип автоматического резервного питания сети путём подключения к рабочему источнику питания соседней сети: а - в случае двухагрегатного секционированного источника питания (например, двухтрансформаторной подстанции); б - в случае применения резервной линии между удалёнными друг от друга источниками (например, между соседними однотрансформаторными подстанциями)
Рис. 4. Принцип питания двухтрансформаторных цеховых подстанций от секционированной сети ВН
Рис. 5. Применение встречных магистральных линий ВН для питания двухтрансформаторны цеховых подстанций
Замкнутые сети образуют один или более замкнутых контуров. Такие сети питаются от одного или нескольких источников, а передаваемая к некоторому узлу или приёмнику мощность распределяется по нескольким путям. Расчет распределения то-
ковых нагрузок, потерь напряжения, .мощности и энергии, а также токов КЗ в таких сетях значительно сложнее, чем в незамкнутых сетях. Линии, входящие в замкнутые контуры, должны иметь аппараты защиты на обоих концах что увеличивает общее число аппаратов защиты сети. Нередко для обеспечения избирательности применяют более сложные виды защиты, чем а незамкнутых сетях. Токи КЗ в замкнутых сетях могут оказаться значительно больше, чем в незамкнутых, при такой же мощности источников питания. Однако замкнутые сети обладают по сравнению с незамкнутыми достоинствами, достаточно часто оправдывающими их применение. К ним относят большую надёжность питания приёмников, меньшие потери напряжения, мощности и энергии, большую гибкость, более равномерное распределение нагрузки между источниками питания, меньший расход проводникового материала при одинаковых с незамкнутыми сетями показателях надёжности (отсутствие нормально отключённых резервных линий).
Эти достоинства становятся особенно заметными в случае относительно небольшого числа электроприёмников и относительно больших передаваемых мощностей. Типичным примером на промышленных предприятиях считают распределительные сети ВН, в которых часто применяют кольцевые магистральные линии (рис. 6). Число мест установки аппаратов защиты выбирают так, чтобы вероятность аварийного отключения питания каждой подстанции не превышала заданного значения. Такие кольцевые магистрали делятся аппаратами защиты на две, три или четыре части. В случае двухтрансфор-маторных подстанций применяют двойные кольцевые линии.
Рис. 6. Замкнутая сеть, представляющая собой одну кольцевую магистральную линию
Рис. 7. Упрощённый пример замкнутой цеховой сети с шинопроводами и с применением в качестве защитных аппаратов плавких предохранителей
Пример более сложной («ячеечной») замкнутой сети показан в упрощённом виде (с уменьшенным числом ячеек) на рис. 7. Такая сеть находит применение для электроснабжения цеховых приёмников; все линии выполнены шинопроводами.
Список литературы
1. Степанов В.М., Косырихин В.С. Проектирование систем электроснабжения объектов: учебное метод. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 372 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В.С. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по системам электроснабжения промышленных предприятий: учебно-методическое пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 227 с.
3. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчёт и проектирование электрических сетей и систем. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 350 с.
4. Степанов В.М., Косырихин В.С. Электронные аппараты электропитающих систем и электропривода: учебно-методическое пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 225с.
5. Правила устройств электроустановок. Седьмое издание. СПб: ДЕАН. 2007,
330 с.
6. Степанов В.М., Косырихин В. С. Расчет и проектирование систем промышленного электроснабжения: учеб, пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 100 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, директор УТЦ ««Энергоэффективность», energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доцент, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF INDUSTRIAL ELECTRIC NETWORKS V. M. Stepanov, V. S. Kosyrikhin
Analyzed the existing schemes of electrical networks in industrial enterprises. Recommendations are given to increase the efficiency of their use.
Key words: electrical networks, transformer, electrical receiver.
Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of engineering, professor, head of the department, director of the educational and technical center «Energoeffektivnost», [email protected], Russia, Tula, Tula state university
Kosyrikhin Victor Semenovich, candidate of technical sciences, docrent, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula state university
