Системы ЭС. Способы производства электроэнергии.

Электроэнергетика – сфера жизнедеятельности человека, связанная с производством, преобразованием, передачей, распределением и потреблением электроэнергии.

Электроснабжение – обеспечение потребителей электрической энергией.

Система электроснабжения (СЭС) – совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

Электроустановками называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии.

Электростанция – промышленное предприятие, на котором производится электрическая и (или) тепловая энергия на основе преобразования первичных ресурсов. В зависимости от видов первичного источника энергии, электростанции подразделяются на: тепловые ТЭС, атомные АЭС, гидравлические ГЭС и другие (ДЭС, СЭС, ГеоТЭС, ПЭС, ВЭС и т.д.). Для каждого типа электростанций разрабатывается своя технологическая схема превращения первичной энергии в электрическую. ТЭС преобразуют тепловую энергию, получаемую при сжигании природного топлива (уголь, газ, мазут, торф и т.д.). На АЭС в качестве топлива используется энергия распада тяжелых ядер. ГЭС используют потенциальную энергию воды. Вне зависимости от типа первичного источника, его энергия в конечном счете преобразуется в кинетическую энергию вала электрогенератора, который преобразует ее в электроэнергию. В настоящее время существуют способы получения электроэнергии без использования электрогенераторов (от аккумуляторных батарей, фотоэлектрических элементов и др.), но их суммарный вклад в производство электроэнергии невелик. Произведенная электроэнергия передается потребителю при помощи СЭС.

Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

СЭС могут быть централизованными и автономными.

Централизованным электроснабжением называется электроснабжение потребителей от энергосистемы. Автономным электроснабжением называется электроснабжение потребителей от собственного источника электроэнергии.

Энергосистемой называется совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и теплоты при общем управлении этим режимом. Электрической частью энергосистемы называется совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных (ВЛ) и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети и т.д.

По роду токаразличаются сети переменного и постоянного тока. По напряжению: сверхвысокого напряжения – U_ном > 330 кВ; высокого напряжения – U_ном = 3-220 кВ; низкого напряжения – U_ном < 1 кВ. По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые. По выполняемым функциям – системообразующие, питающие и распределительные сети.

Системообразующие сети напряжением 330-1150 кВ осуществляют функции формирования объединенных энергосистем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления, и одновременно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных электростанций. Такие сети осуществляют системные связи большой длины между энергосистемами. Режимом системообразующих сетей управляет диспетчер объединенного диспетчерского управления (ОДУ). В ОДУ входит несколько районных энергосистем – районных энергетических управлений (РЭУ).

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110–220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП) распределительных сетей –районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Напряжение этих сетей 110-500 кВ.

Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно разомкнутые. Различают распределительные сети высокого
(U > 1 кВ) и низкого (U < 1 кВ) напряжения.

В свою очередь по характеру потребителя распределительные сети подразделяются на промышленные, городские и сельскохозяйственного назначения. Преимущественное распространение в распределительных сетях имеет напряжение 10 кВ, сети 6 кВ применяются при наличии на предприятиях значительной нагрузки электродвигателей с номинальным напряжением 6 кВ. Напряжение 35 кВ широко используется для создания центров питания сетей 6 и 10 кВ, в основном, в сельской местности. Передача электроэнергии на напряжении 35 кВ непосредственно потребителям, т.е. трансформация 35/0,4 кВ, используется реже. Сети внутреннего электроснабжения крупных городов – это сети 110 кВ, а в отдельных случаях к ним относятся глубокие вводы 220/10 кВ. Сети сельскохозяйственного назначенияв настоящее время выполняют на напряжение 0,4–110 кВ, а также на 220 кВ при большой протяженности сельских линий в районах Сибири или Дальнего Востока.

Подстанция – электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств.

Линии электропередач (ЛЭП) – электроустановки, предназначенные для передачи электроэнергии.

Распределительное устройство(РУ) – электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства, а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Обобщенно структуру СЭС можно представить в виде схемы:

Центром электрического питания (ЦЭП) может быть главная понизительная подстанция (ГПП), если электроэнергия от энергосистемы передается на напряжении 35, 110, 220 кВ, или центральный распределительный пункт (ЦРП), если электроэнергия передается на напряжении 10 кВ. Главная понизительная подстанция выполняет две функции: преобразует электроэнергию на напряжение 10 кВ и распределяет электроэнергию в высоковольтную распределительную сеть. Центральный распределительный пункт выполняет только одну функцию – распределение электроэнергии. Высоковольтная распределительная сеть (ВВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии от ЦЭП к подстанциям 10/0,4 кВ и высоковольтным электроприемникам. Трансформаторные подстанции (ТП) 10/0,4 кВ преобразуют электроэнергию, полученную от ВВРС, на напряжение 0,4 кВ и распределяют её в низковольтную распределительную сеть. Низковольтная распределительная сеть (НВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии среди наибольшего количества электроприемников у потребителя на напряжение 380/220 В.

СЭС можно подразделить на систему внешнего электроснабжения и систему внутреннего электроснабжения. Система внешнего электроснабжения представляет собой часть СЭС от места присоединения к энергосистеме (районная подстанция) до приемных пунктов на предприятиях (ЦЭП). Система внутреннего электроснабжения представляет собой часть СЭС от ЦЭП до конечных электроприемников. При высокой плотности нагрузки электрифицированного технологического процесса предприятия его электроснабжение может быть реализовано по принципу глубокого ввода, когда электроэнергия из энергосистемы на напряжении 35 кВ и выше доводится до подстанций глубокого ввода (ПГВ), задача которых состоит в исключении одной или нескольких ступеней трансформации, чем существенно сокращаются потери электроэнергии.

2. Категории потребителей надёжности электроснабжения.

Согласно ПУЭ в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на три категории.

Электроприемники 1 категории – электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

2 категории – электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

3 категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения 1 и 2 категории.

Эп 1 категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от 2 независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы эп 1 категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы эп и в качестве второго независимого источника питания для остальных эп первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п. Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения. Электроснабжение эп 1 категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Эп 2 категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для эп 2 категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для эп 3 категории электроснабжение может выполняться от одного источникапитания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.