Потребители и электроприемники. Расчет электропотребления города.

По территориальному признаку и схожим или общим технологическим процессам потребители электроэнергии в системе теплоснабжения города могут быть сгруппированы:

- коммунально-бытовые;

- сооружения и участки инженерно-транспортной инфраструктуры;

- промышленные предприятия (промзона может потреблять до 70% от суммарного потока электроэнергии);

- потребители пригородных районов.

Электроприемники потребителей, то есть устройства, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую, тепловую, лучистую, по характеру могут быть разделены на:

- электропривод производственных и транспортных установок, а также бытовых аппаратов;

- электротехнологические установки;

- электроосвещение;

- устройства управления и обработки информации.

В комплекс электроприемников жилых зданий входят электроприемники квартир (электроосветительные приборы, установки микроклимата и так далее), системы общего освещения, лифты, хозяйственные насосы. Эти приемники в основном однофазные, но электроприводы общедомовых установок трехфазные. Потребляется электроэнергия переменного тока с n = 50 Гц и номинальным напряжением 220/380 В. В общественных зданиях в зависимости от их назначения существенно расширяется номенклатура силовых электроприемников, дополнительная система аварийного и эвакуационного освещения. Электроприемники инженерно-транспортной инфраструктуры города и промзоны:

- по напряжению: приемники, питаемые от сетей высокого напряжения (крупные электродвигатели, электронагревательные печи и так далее) и от сетей низкого напряжения (380-660В) (общепромышленные установки – вентиляторы, компрессоры, насосы, подъемно-транспортное оборудование и так далее);

- по роду тока: питаемые от сетей переменного тока нормальной частоты 50 Гц; питаемые от сетей переменного тока повышенной или пониженной частоты; от сетей постоянного тока (электродвигатели, например, для городского электротранспорта – метро).

По требуемой надежности электроснабжения электроприемники делят:

- I категория – приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудования, нарушение технологического процесса, массовый брак продукции. Например: котельные 1-ой категории, ВНС, КНС, электродвигатели противопожарных систем и лифты в жилых зданиях высотой более 17 этажей, тяговые подстанции электрофицированного транспорта и так далее;

- II категория –электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простой рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта и так далее. Например: жилые здания с газовыми плитами в 5-10 этажей, детские учреждения, бани, ВНС в населенных пунктах с численностью жителей до 50тысяч человек, центральные тепловые пункты в микрорайонах и так далее;

- III категория – электроприемники несерийного производства продукции, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные предприятия, а также жилые здания с газовыми плитами высотой до 5 этажей.

Электропотребление изменяется по часам в сутки, дням недели и месяцам года, что ведет к изменению нагрузки для всех звеньев электроснабжения.

Согласно указаниям п. 7.7 СНиПа 2.07.01-89*, расход электроэнергии и мощность источника электроснабжения для хозяйственно-бытовых и коммунальных нужд допускается определять по укрупненным показателям следующим образом:

, (21)

где P_s – суммарная потребляемая мощность при электроснабжении селитебной территории города, кВт;

W – удельное потребление электроэнергии, кВт·ч/год на 1человека;

N – численность населения, чел.;

T – использование максимума электрической нагрузки, ч/год.

Таблица № 6. Укрупненные показатели электропотребления.

Укрупненные показатели электропотребления рассчитаны для больших городов. Их следует принимать с коэффициентами для групп городов:

крупнейших – 1,2

крупных – 1,1

средних – 0,9

малых – 0,8

После расчета суммарной потребляемой мощности необходимо рассчитать плотность электронагрузки и количество трансформаторных подстанций в селитебной зоне.

Плотность электронагрузки определяется по формуле:

ρ = P_s / S , (22)

где ρ – плотность электронагрузки, кВт/га;

S – площадь селитебной зоны, га.

В качестве первоначальных ориентировочных значений мощности трансформаторов принимаем при плотности нагрузки менее 40кВт/га и однотрансформаторных пунктах мощность трансформатора 100-180кВт, при плотности более 40кВт/га мощность трансформатора 320-560 кВт.

Количество трансформаторных подстанций можно определить следующим образом:

n = P_s / P , (23)

где Р – мощность трансформатора при заданной плотности электронагрузки, кВт.

Характеристика системы энергоснабжения на уровне генерального плана города.

Наиболее характерной для города является централизованная система электроснабжения с последовательным переходом от высокого напряжения питающей сети (подсоединенной к ЭС через районную ПС) к высокому напряжению и низкому напряжению распределительной сети.

Система электроснабжения города – это совокупность электрических сетей всех напряжений. Непосредственная трансформация 110/0,4кВ технически затруднена, переход 110/10кВ приводит к формированию рациональной структуры электроснабжения. В функциональном отношении питающая сеть высокого напряжения, обслуживающая всех потребителей города и являющаяся одновременно элементом ОЭС, может рассматриваться как верхний иерархический уровень системы электроснабжения; для нее естественны особое пространственное размещение, а также учет в конструктивном исполнении динамики и структуры города на уровне генплана. Деление по категориям надежности относится не к индивидуальным, а к групповым электроприемникам.

1 категория – суммарная Р_s больше 10МВ*А

2 категория – суммарная Р_s от 0,4 до 10 МВ*А

Выбор рациональных отношений параметров, основных элементов системы электроснабжения делается так, чтобы достигать минимума приведенных затрат при передаче электроэнергии через систему. Это методически оформляется через определение оптимального числа и мощности городских подстанций, так как на них замыкаются питающие и распределительные сети.

Пример (выдержки из таблицы 5-5 /42/)

Городская ПС 110/10кВ (ПС открытая, ЛЭП 110кВ в виде воздушной линии)

При низких s оптимальная L_ср передачи напряжения 10кВ находится в пределах технических возможностях электропередачи, то есть при допустимом уровне потери напряжения.

Анализ подсистем электроснабжения:

1) Питающая электрическая сеть

Система электроснабжения базируется на системе напряжений 110/10 кВ. Сеть с напряжением 110кВ выполняется в виде двухцепного кольца, охватывающего город и выполняющего роль сборных шин, который принимает энергию от источников питания, расположенных на окраинах города. С помощью кольца осуществляется параллельная работа источников питания. Одновременно с этим с помощью городских ПС, расположенных ближе к центрам нагрузки отдельных районов города, производится отвод электроэнергии к распределительной сети 10кВ. Как отмечалось выше, число городских ПС определяется их оптимальной мощностью и оптимальным радиусом действия. Для электроснабжения центральной части города может быть предусмотрено сооружение так называемого глубокого ввода (110кВ); питание центральной подстанции 110/10кВ осуществляется диаметральной связью в виде кабельной линии. Согласно п. 7.12 /2/, размеры земельного участка для закрытых понизительных ПС, включая комплектные распределительные устройства с напряжением 110/220кВ, следует принимать площадью до 0,6га. А пунктов перехода ВЛ в КЛ не более 0,1 га. Приведенная схема оставляет возможность дальнейшего расширения без коренной ломки сложившейся структуры. Пропускная способность сети 110кВ может увеличиваться за счет разрезания кольца и подключения его к новым центрам питания, а также за счет наращивания числа линий 110кВ.

2) Распределительная сеть высокого напряжения

Построение РС ВН (10кВ) характеризуется использованием схем, обеспечивающих надлежащую надежность электроснабжения электроприемников. Электроприемники 1 категории должны быть подключены к 2 независимым источникам питания (распределительные устройства РУ двух городских подстанций или разные секции сборных шин одной подстанции, каждая из которых имеет питание от независимого источника) с перерывом на время срабатывания АВР (автоматическое включение резерва). Электроприемники 2 категории – допускается питание по 1 ЛЭП при неавтоматическом включении резерва.

РС ВН выполняется в виде КЛ; электрические цепи трехфазные с изолирующей нейтралью. РС ВН для электроприемников 2 и 3 категории надежности выполняется по так называемой петлевой схеме; однотрансформаторные ТП с переходом 10/0,38 кВ.

На рисунке 22 представлена схема электроснабжения города.

Рис.22. Схема электроснабжения города.