Конструктивное исполнение и режимы работы городской электрической сети

Типы электрических сетей

Все существующие сети электроснабжения можно разделить на отдельные типы по областям применения, роду тока и масштабным признакам.

По назначению электросети делятся на 4 основных типа:

• системы общего назначения, предназначенные для обеспечения электрической энергией жилых сооружений, а также промышленных, административных и сельскохозяйственных объектов;
• электрические системы автономного типа, которые используются для обеспечения энергией автономных и мобильных объектов, в том числе: судов, самолетов, транспортных средств и автономных станций;
• системы для технологических сооружений, необходимые для подачи электричества на специальные производственные предприятия и другие инженерные системы;
• контактные сети, основной направленностью которых является передача электрической энергии на движущиеся потребители, к примеру, на трамваи и локомотивы.

По масштабным признакам и размерам электрические системы разделяются на следующие виды:

1. Магистральные линии электроснабжения – электрические системы, которые связывают отдельные страны и регионы, включая их крупнейшие центры потребления и источники электроэнергии. Для таких систем характерен сверхвысокий уровень напряжения и значительные потоки мощности.
2. Региональные электрические системы – системы в масштабах области или отдельного региона, которые питаются от магистральных электросетей и собственных местных источников. Региональные сети необходимы для обеспечения электроэнергией крупных потребителей – районов, городов и крупнейших производственных предприятий. Для таких системы характерен высокий и средний уровень напряжения и большие мощности, которые могут выражаться в гигаваттах и сотнях мегаватт.
3. Распределительные и районные системы, получающие питание от региональных источников. В большинстве случаев, районные сети не имеют собственных источников электричества, они предназначены для обслуживания мелких и средних потребителей, к примеру, поселков, предприятий, кварталов и т.д. Для этих сетей характерен низкий и средний уровень напряжения.
4. Внутренние электрические системы. Такие сети предназначены для распределения электрической энергии на небольших расстояниях, в пределах одного квартала или района. Внутренние системы иногда имеют собственные источники, но обычно имеют не больше двух точек питания.
5. Системы нижнего уровня. Это электрические сети отдельных сооружений и даже помещений. Часто рассматриваются совместно с внутренними электрическими системами. К таким сетям относятся, к примеру, проекты электроснабжения офисов, частных домов и квартир.

По роду тока электрические сети можно разделить на сети с переменным трехфазным, переменным однофазным и постоянным током.

Переменный трехфазный тип характерен для большей части существующих магистральных, региональных и районных систем. Однофазная проводка обычно используется в бытовых электрических системах конечных потребителей. Постоянный сок используется только в контактных системах, к примеру, в системах автономного электрического снабжения.

Электроснабжение городов. Нагрузки городских сетей

Электроснабжение городов осуществляется от подстанций энергосистемы 110-220 кВ и выше и от местных электростанций, являющихся центрами питания (ЦП).

Общая схема электроснабжения большого города изображена на рисунке.

Третье звено представляет распределительная сеть напряжением 6-20 кВ. При построении электросети без РП распределительная сеть 6-20 кВ начинается от сборных шин ЦП. Четвертое звено образуют трансформаторные пункты (ТП) и сети до 1 кВ, обычно называемые сетями низкого напряжения (НН). Проектирование схемы электроснабжения города в целом или отдельных его районов, как правило, производится путем составления и сравнения вариантов. Такая разработка вариантов имеет целью обоснование оптимальной схемы электроснабжения по числу звеньев и напряжений, по районам действия ЦП и РП, по числу и коммутации питающих линий. Проектирование ведется комплексно, путем районирования нагрузок всех потребителей (коммунальных, промышленных, сельскохозяйственных и др.) и объединения их общей системой электроснабжения. Во избежание излишних преждевременных затрат предусматривается развитие сетей поэтапно соответственно росту электрических нагрузок. Нагрузки городских электрических сетей рассчитываются для первого этапа развития на срок порядка 7-10 лет на основе удельных расчетных нагрузок современного проектного периода; одновременно предусматривается возможность дальнейшего развития сетей с учетом перспективного уровня расчетных нагрузок.

Нагрузку сети НН общего пользования составляют: освещение жилых и общественных зданий, бытовые электрические приборы, силовые приемники небольших мастерских и др. При проектировании внутриквартальных сетей НН в районах новой застройки за основу принимают нагрузку одной квартиры и число квартир, питаемых данным элементом сети с учетом соответствующего коэффициента одновременности. Расчетные нагрузки жилых домов определяются в зависимости от уровня электрификации квартир. Нормативы этих нагрузок приведены в таблице

и указаны для квартиры, заселенной одной семьей с жилой площадью порядка 30 квадратных метров, значение коэффициентов одновременности приведены в таблице.

Расчетные осветительные нагрузки нежилых помещений в жилых зданиях, а также общественных и коммунальных зданий определяют по проекту внутреннего их электрооборудования. при отсутствии этих данных в качестве ориентировочных могут быть использованы нагрузки, приведенные в таблице.

В этой же таблице указаны нагрузки лифтов жилых зданий. В проектах, рассматривающих развитие электрических сетей по этапам, обычно принимают усредненные значения удельных нагрузок на 1 метр квадратный рабочей (полезной) площади общественных зданий, указанных в таблице.

Силовую нагрузку промышленных предприятий принимают по данным потребителей или по проекту их электроснабжения. При определении нагрузок реконструируемых сетей можно исходить из существующей нагрузки сети и учитывать норму годового роста нагрузки в пределах от 5 до 15 % в зависимости от местных условий. Если имеются данные о полезной оплачиваемой площади в существующих зданиях города или его района, нагрузку реконструируемых сетей можно определить по таблице.

Для городов с населением до 20 тысяч жителей (за исключением заводских поселков), а также для усадебных застроек больших городов удельные нагрузки принимают как для городов с населением до 1 миллиона жителей, но с коэффициентом к нормам от 0,6 до 0,8.

Расчетные нагрузки линий, питающих жилой дом или группу домов, а также нагрузки на шинах трансформаторных пунктов, снабжающих энергией группу жилых домов, определяются по формуле:

Рр = РкВт · n · k + ∑ Рпр,

где: Рр — расчетная нагрузка линии (или трансформаторного пункта), кВт; РкВт — расчетная нагрузка на вводе в квартиру, кВт n — число квартир, питаемых данной линией или трансформаторным пунктом; k — коэффициент одновременности; ∑ Рпр — сумма осветительной нагрузки нежилых помещений и силовой нагрузки (если таковые имеются).

Схемы электрических сетей.

Сети напряжением до 1000 В осуществляют распределение электроэнергии внутри промышленных предприятий и установок и непосредственное питание большинства приемников электроэнергии. Схема сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии и их единичной установленной мощностью.
К сетям напряжением до 1000 В, как и ко всякой электрической сети, предъявляют следующие требования. Они должны:
обеспечивать необходимую надежность электроснабжения;
быть удобными, простыми и безопасными в эксплуатации; требовать минимальных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию;
Рис. 6. Радиальные схемы сетей напряжением до 1000 В:
а — одноступенчатая; 6 — двухступенчатая; 1 — распределительный щит; 2— приемники электроэнергии; 3 — распределительный пункт
Радиальные схемы (рис. 6) характеризуются тем, что от,источника питания, например от распределительного щита 1, отходят линии, питающие непосредственно мощные приемники электроэнергии 2 или отдельные распределительные пункты 3, от которых по самостоятельным линиям питаются более мелкие приемники 2.
Примерами радиальных схем могут служить сети насосных или компрессорных станций, а также удовлетворять условиям окружающей среды; обеспечивать применение индустриальных методов монтажа. Схемы электрических сетей бывают радиальными, магистральными и смешанными.
Рис. 7. Магистральные схемы сетей напряжением до 1000 В:
а — с сосредоточенными нагрузками; 0 — трансформатор — магистраль; 1 — распределительный щит; 2 — распре делительный пункт; 3 — приемники электроэнергии
сети взрыво- и пожароопасных помещений и установок. При радиальных схемах используются изолированные провода и кабели.
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как при аварии отключается только поврежденная линия. Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах.
Радиальные схемы позволяют легче решать задачи автоматизации. Однако сети, построенные по таким схемам, требуют больших капитальных вложений из-за значительного расхода проводов и кабелей, большого количества защитной и коммутационной аппаратуры и обладают худшими экономическими показателями.
Магистральные схемы (рис. 7, а) находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузки от распределительных щитов 1 и при питании приемников электроэнергии 3 одного технологического агрегата или одного технологического процесса. Магистрали выполняют кабелями, проводами, шинопроводами и присоединяют к распределительным щитам / подстанции или непосредственно к трансформатору при схеме трансформатор — магистраль (рис. 7, б).
Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, поскольку при повреждении магистрали происходит отключение всех потребителей, присоединенных к ней. Применение резервирования по сети устраняет этот недостаток.
В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания приемников электроэнергии, применяется двухстороннее питание магистральной линии.
В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, сочетающие в себе элементы магистральных и радиальных схем и позволяющие рациональнее использовать преимущества тех и других.
Для повышения надежности применяют схемы с взаимным резервированием, устройством перемычек между отдельными магистралями или соседними подстанциями при радиальном питании.
Рис. 8. Схема сети электрического освещения:
1 — распределительный щит; 2 — линия питания: 3 — групповой распределительный пункт; 4— групповая линия; 5 — светильник
Сети электрического освещения промышленных предприятий потребляют значительное количество электроэнергии. Питание их в большинстве случаев осуществляется от общих трансформаторных подстанций (ТП), но линии сетей освещения прокладывают отдельно от силовых линий. Радиальные линии освещения подключают к распределительному щиту 1 (рис. 8), а при схеме трансформатор—магистраль — в самом начале магистрали силовой сети. По линиям питания 2 напряжение подается на групповые распределительные пункты 3, от которых по групповым линиям 4 получают питание соединенные по магистральной схеме светильники 5. Чтобы при отключении одного источника питания работа цеха не прерывалась из-за отсутствия освещения, создается перекрестное питание групповых линий.
Цепь аварийного освещения подключают к отдельному независимому источнику — к ТП соседней сети, аккумуляторной батарее, дизельной станции и т.п.

Состав и особенности электрической системы

Определение 1 Электрическая система — это часть энергетической системы, которая состоит из электрических установок и сетей, связанных общностью режима функционирования и непрерывностью распределения и производства электроэнергии.

Элементами электрической системы являются электрические сети, генераторы, приемники электроэнергии, распределительные устройства, мастерские, производственные предприятия, лаборатории, а также подъемно-транспортные средства, которые используются для работ, связанных с эксплуатацией элементов системы. Электрическая система является сложным объектом. Эти сложности обусловлены следующими аспектами:

1. Существенный объем работ, связанных с ремонтно-эксплуатационным обслуживанием большого количества оборудования.
2. Зависимость режимов работы системы и ее составляющих от случайных факторов, к которым относятся режим работы энергетической системы, потребители и погодные условия.
3. Значительная удаленность объектов электрической системы друг от друга.
4. Большое разнообразие функциональных устройств и систем, осуществляющих производство электрической энергии; регулирование, управление и контроль, а, следовательно, существование необходимости их постоянного и четкого взаимодействия.
5. Относительно быстрое протекание процессов, которые связаны с отказом различных составляющих одной технологической цепочки.
6. Высокая степень опасности электрического тока для сотрудников и окружающей среды.
7. Постоянное совпадение по времени процессов передачи, выработки и потребления электрической энергии.
8. Непрерывность процесса выработки, передачи потребления электроэнергии, а, следовательно, необходимость непрерывного контроля данного процесса.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Электрические системы и сети 440 руб.
• Реферат Электрические системы и сети 240 руб.
• Контрольная работа Электрические системы и сети 240 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Городская электрическая сеть

Городская электрическая сеть — это электрическая-сеть, расположенная на территории данного города и представляющая собой совокупность питающих линий от центров питания, распределительных пунктов и трансформаторных подстанций, распределительных линий напряжением б — 10 кв и до 1000 в и вводных устройств у потребителей.
 

Городская электрическая сеть включает в себя все электроустановки, предназначенные для электроснабжения города и находящиеся на его территории, начиная от сборных шин районных ( опорных) подстанций и электростанций до вводов к потребителям.
 

Городской электрической сетью называется электрическая сеть, расположенная на территории данного города. В городскую электрическую сеть не входят электрические сети отдельных промышленных предприятий, расположенных на территории города, но имеющих свое собственное хозяйство и находящихся на балансе этого предприятия.
 

Каждая городская электрическая сеть имеет свои особенности. Они определяются местными условиями, характером потребителей и историческим развитием города. В соответствии с этими условиями устанавливаются принципы построения и развития данной городской сети. Рекомендуется разрабатывать перспективные планы и генеральные схемы развития сети данного города на 5, 10, 15 лет.
 

Автоматизация городской электрической сети позволяет создать более совершенные схемы электроснабжения и требует от эксплуатационного персонала повышения уровня знаний.
 

Элементы городской электрической сети оборудуют устройствами релейной защиты в объеме, регламентированном ПУЭ. Устройства защиты обеспечивают автоматическое отключение защищаемого элемента при повреждениях, представляющих непосредственную опасность для этого элемента, или в случае возникновения ситуаций, угрожающих жизни людей.
 

Развитие городских электрических сетей и рост электропотребления требуют непрерывного совершенствования организации и способов управления электрохозяйством, применения устройств автоматики, более совершенных аппаратов, сложных систем релейных защит. В связи с этим значительно повышаются требования к работникам городских электрических сетей, в обязанности которых входит обеспечение бесперебойного, надежного и экономического электроснабжения потребителей. Персонал городских электрических сетей обязан обеспечивать исправное состояние сетевых сооружений и оборудования и способствовать созданию наивыгоднейших режимов их работы. Кроме того, он должен уметь правильно и оперативно решать задачи, возникающие в повседневной практической деятельности, пользуясь для этого соответствующей технической литературой.
 

В городскую электрическую сеть напряжением 220 В включено последовательно 5 ламп накаливания напряжением 12 В каждая. Вычислите силу тока в лампах и дополнительное сопротивление, которое потребуется к ним, если сопротивление каждой лампы равно 20 ом.
 

К городским электрическим сетям предъявляются высокие требования в отношении надежности электроснабжения и качества напряжения.
 

По городским электрическим сетям напряжением 0 4 — 20 кВ распределяется около 40 % общего количества вырабатываемой в стране электроэнергии. Ежегодный прирост злектропотребления жилого и общественно-коммунального сектора составляет около 7 % и, как показывают исследования, сохранится в перспективе.
 

В городских электрических сетях и подстанциях автоматика тесно связана с релейной защитой и служит для восстановления нормального режима работы электроустановок и обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии потребителям путем автоматического повторного включения ( АПВ) или автоматического включения резерва ( АВР) линий электропередач и силовых трансформаторов.
 

В городских электрических сетях для питания устройств релейной защиты используется переменный ток.
 

В городских электрических сетях до 10 кв наиболее широко-применяются вторичные реле прямого и косвенного действия.
 

В городских электрических сетях устанавливают двухобмо-точные понижающие трехфазные трансформаторы. Чаще всего применяют трансформаторы с естественным масляным охлаждением мощностью до 630 ква.
 

Медный или алюминиевый Полый провод для линий провод электропередачи.

виды коротких замыканий , основные соотношения токов инапряжений

При трехфазном коротком замыкании токи и напряжения во всех трех фазах равны по величине не только в месте короткого замыкания, но и любой другой точке сети: ; .

При двухфазном коротком замыкании на здоровой фазе ток отсутствует, а в поврежденных фазах проходят токи, одинаковые по величине и противоположные по направлению: .

Напряжение между поврежденными фазами равно нулю, а фазные напряжения равны:

.

При двухфазном коротком замыкании на землю соотношения токов и напряжений имеют следующий вид: .

Для сетей с заземленной нейтралью этот вид короткого замыкания является более опасным по сравнению с двухфазным коротким замыканием из-за значительного уменьшения линейных напряжений в месте короткого замыкания.

При однофазном коротком замыкании соотношения токов и напряжений принимают следующий вид: . (Этот вид короткого замыкания справедлив только для сетей с заземленной нейтралью, также как и двухфазное короткое замыкание на землю.)

В электрических машинах возможны межвитковые короткие замыкания (замыкание витков обмотокротораилистатора, либо витков обмоток трансформаторов), а также замыкание обмотки на металлический корпус машины.

Короткое замыкание в любом из элементов СЭС может нарушить ее функционирование — у некоторых потребителей может упасть питающее напряжение, что приводит к повреждению оборудования; в трехфазных сетях при коротких замыканиях возникает несимметрия напряжений, нарушающая ее нормальное электроснабжение. В системообразующих сетях короткое замыкание способно вызвать тяжелые системные аварии .

Основные причины возникновения коротких замыканий

1. Старение и, вследствие этого, пробой изоляции.
2. Набросы на провода линий электропередачи (ЛЭП).
3. Обрывы проводов ЛЭП с падением на землю.
4. Механические повреждения изоляции кабельных ЛЭП при земляных работах.
5. Удары молнии в ЛЭП.

Чаще всего КЗ происходит через переходное сопротивление (через сопротивление электрической. дуги, возникающей в месте повреждения изоляции). Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления.

Таблица 1

Вероятность возникновения повреждений вэлектрических сетях

Вид КЗ/повреждения	Вероятность возникновения
Трехфазное — К(3)	1–7 %
Двухфазное — К(2)	2–13 %
Двухфазное на землю — К(1.1)	5–20 %
Однофазное — К(1)	60–92 %
Однофазное замыкание на землю — З(1)	60–92 %

Другие ненормальные режимы работы

В сетях, не имеющих непосредственного заземления нейтрали (изолированная, компенсированная или резистивно заземленная нейтраль) могут возникать только трехфазные и двухфазные короткие замыкания.

В упомянутых выше сетях (без заземления нейтрали) при электрическом контакте любой из трех фаз с землей возникают однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые относятся к ненормальным режимам работы (не являются короткими), так как в режиме работы сети при однофазном замыкании на землю сеть (в классическом случае) не отключается устройствами релейной защиты и продолжает работать. В этом случае напряжения на здоровых фазах возрастают до линейных значений. Допустимые значения емкостных токов при однофазном замыкании на землю для сетей с различными классами напряжений приведены в таблице 2.

Таблица 2

Допустимые значения емкостного тока при однофазном замыкании на землю

Класс напряжения, кВ	Допустимое значение емкостного ток, А
3–6	30
10	20
15–20	15
35	10
Генераторные цепи	5
ЛЭП на ж/б опорах	10

Именно этот режим работы в настоящее время вызывает живой интерес, так как на данный момент еще никому не удалось создать универсальную селективную защиту от однофазных замыканий на землю, поэтому актуальность и перспективность создания такой защиты не вызывает сомнений.

Кроме всего вышеперечисленного следует выделить режим перегрузки как одну из разновидностей ненормальных режимов работы. К ним относятся: перегрузка оборудования при превышении номинального значения тока, перегрузка оборудования при превышении номинального значения напряжения. При превышении номинального значения тока возникает повышенный износ изоляции, что приводит к ее повреждению. При превышении напряжения выше номинального значения уменьшается срок службы электрооборудования и увеличивается вероятность возникновения аварий.

В заключение приведем таблицу с режимами работ нейтралей СЭС и видами замыканий, которые могут возникнуть в каждом конкретном случае.

Таблица 3

Виды замыканий всистемах электроснабжения

Вид замыкания или повреждения
Трехфазное — К(3)	+	+
Двухфазное — К(2)	+	+
Двухфазное на землю — К(1.1)		+
Однофазное — К(1)		+
Однофазное замыкание на землю — З(1)	+

Современная ситуация в электрических сетях России

Современная ситуация на специализированном рынке такова, что многие компании предлагают качественные образцы продукции.

Специализированная выставка «Электро» – это известное мероприятие, которое собирает отечественных и зарубежных экспертов.

Основные вопросы, которые рассматриваются каждый год во время мероприятия, направлены на решение проблем с энергоснабжением стран, в том числе и вопросы связанные с электрическими сетями.

Участники выставки обсуждают:

• возможности современных средств контроля и измерений, телемеханики, автоматизированных систем управления;
• новые конструктивные решения для коммутационного, силового и распределительного оборудования;
• технологии для передачи электроэнергии, включая силовые кабели, арматуру, устройства заземления;
• новые методы защиты для персонала.

На выставке участвуют не только представители бытовых и эксплуатационных компаний, но и специалисты из проектно-конструкторских и научно-исследовательских организаций.

Единая национальная общероссийская электрическая сеть

К Единой национальной общероссийской электрической сети относится:

• вся система обеспечения электроэнергией России
• комплекс взаимосвязей, обеспечивающих параллельную работу российской электроэнергетической системы и энергетических систем других стран.

Объектам единой системы являются:

1. Линии электропередачи (ЛЭП): 330 киловольт и выше; 220 вольт;
2. ЛЭП, пересекающие государственную границу РФ;
3. ЛЭП с номинальным классом напряжения 110 (150) кВ;
4. Трансформаторные и иные подстанции 220 кВ и выше;
5. Оборудование распределительных устройств напряжением 110 (150) киловольт;
6. Оборудование и устройства для технического обслуживания и эксплуатации указанных объектов электросетевого хозяйства;
7. Системы и средства управления перечисленными объектами электросетевого хозяйства.

Режимы работы электрических систем и их параметры

При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов.Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты.

Под режимом сети понимается ее электрическое состояние. Рассмотрим возможные режимы работы электрических систем.

При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы

В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегосянормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей.

Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.