Элементы входящие в систему передачи и распределения электроэнергии

Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии [1].В настоящее время в составе 6 объединенных энергосистем работает параллельно 74 районных систем.Электроэнергетической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, аккумуляторной батареи устройств управления и вспомогательных сооружений.Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.Линией электропередачи (ЛЭП) любого напряжения (воздушной или кабельной) называется электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на одном и том же напряжении без трансформации.Рис. 1. Передача и распределение электрической энергииПо ряду признаков электрические сети подразделяются на большое количество разновидностей, для которых применяются различные методы расчета, монтажа и эксплуатации [2].Электрические сети делятся:1. По напряжению:а) до 1 кВ;б) выше 1 кВ.2. По уровню номинального напряжения:а) сети низкого (напряжения (до 1 кВ);б) сети среднего напряжения (выше 1 кВ и до 35 кВ включительно);в) сети высокого напряжения (110 ... 220 кВ);г) сети сверхвысокого напряжения (330 ... 750 кВ);д) сети ультравысокого напряжения (выше 1000 кВ)3. По степени подвижности:а) передвижные (допускают многократное изменение трассы, свертывание и развертывание) - сети до 1 кВ;б) стационарные сети (имеют неизменяемую трассу и конструкцию):временные - для питания объектов, работающих непродолжительно (несколько лет);постоянные - большинство электрических сетей, работающих в течение десятилетий.4. По назначению:а) сети до 1 кВ: осветительные; силовые; смешанные; специальные (сети управления и сигнализации).б) сети выше 1 кВ: местные, обслуживающие небольшие районы, радиусом действия 15... 30 км, напряжением до 35 кВ включительно; районные, охватывающие большие районы и связывающие электростанции электрической системы между собой и с центрами нагрузок, напряжением 110 кВ и выше.5. По роду тока и числу проводов:а) линии постоянного тока: однопроводные, двухпроводные, трехпроводные (+, -, 0);б) линии переменного тока: однофазные (одно- и двухпроводные), трехфазные (трех- и четырехпроводные), неполнофазные (две фазы и нуль).6. По режиму работы нейтрали: с эффективно заземленной нейтралью (сети выше 1 кВ), с глухозаземленной нейтралью (сети до и выше 1 кВ), с изолированной нейтралью (сети до и выше 1 кВ).7. По схеме электрических соединений:а) разомкнутые (нерезервированные):Рис.2. Схемы разомкнутых сетей: а) радиальные (нагрузка только на конце линии); б) магистральные (нагрузка присоединена к линии в разных местах). б) замкнутые (резервированные).б) замкунутые:Рис.3. Схемы замкнутых сетей: а) сеть с двухсторонним питанием; б) кольцевая сеть; в) двойная магистральная линия; г) сложнозамкнутая сеть (для питания ответственных потребителей по двум и более направлениям).8. По конструкции: электропроводки (силовые и осветительные), токопроводы - для передачи электроэнергии в больших количествах на небольшие расстояния, воздушные линии - для передачи электроэнергии на большие расстояния, кабельные линии - для передачи электроэнергии на далекие расстояния в случаях, когда сооружение ВЛ невозможно.К электрическим сетям предъявляются следующие требования: надежность, живучесть и экономичность.Надежность - основное техническое требование, под которым понимается свойство сети выполнять свое назначение в пределах заданного времени и условий работы, обеспечивая электроприемники электроэнергией в необходимом количестве и надлежащего качества.Необходимое количество электроэнергии определяется мощностью и режимом работы электроприемников. Качество электроэнергии зависит от параметров сети и определяется ГОСТ 13109-97, в которых приведены допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников: электродвигатели -5% ... +10%; лампы рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий, прожекторы наружногоюсвещения -2,5%...+5%; лампы освещения жилых зданий, аварийного и наружного освещения, прочие электроприемники ±5% [3].2. Расскажите, как определяется значение допустимых токовВсе проводники линий электропередачи должны выбираться (или проверяться) по условию нагревания (т.к. для ВЛ и КЛ устанавливаются определенные длительно допустимые температуры). При чрезмерном нагреве проводника и последующем охлаждении он может потерять свои механические свойства. В ВЛ при нагреве проводов происходит увеличение их длины в пролете => увеличивается стрела провеса=> уменьшение расстояния проводов до земли и инженерных сооружений. На воздушных линиях всегда имеются вдоль длины соединения проводов, а также места присоединения проводов к концевым устройствам на подстанциях. Контактные соединения со временем окисляются, причем тем больше, чем выше их температура. Следствием этого является увеличение их сопротивлений с последующим их нагреванием, приводящим к разрушению. Для сталеалюминевых проводов может быть допущена температура 120°С. Однако с учетом возможного окисления контактов при выборе площади сечения проводников она принимается равной 70°С [4].Длительно допустимый ток IДОП можно найти из уравнения теплового баланса провода в установившемся режиме:201803010160где Rt – сопротивление провода при эксплуатационной температуре, Ом/м; Qp – теплота, поглощенная проводом от действия солнечной радиации, Вт/м; ωк, ωл – коэффициенты теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м°С); ТП – допустимая температура провода; ТВ – расчетная температура воздуха.В кабельных линиях при протекании тока нагреваются жилы кабеля и соответственно, изоляция жил. Допустимую температуру устанавливают с учетом старения изоляции кабеля, которая в зависимости от типа кабеля, вида изоляции и номинального напряжения находится в пределах от 50 до 80°С.Допустимые токи для стандартных марок проводов ВЛ и площадей сечений различных типов кабелей приводятся в справочнике при расчетной температуре окружающей среды, для проводников, прокладываемых в воздухе - 25°С, а в земле или в воде – 15°С. Если фактическая температура отличается от расчетной, то вводится поправочный коэффициент kt, а допустимый ток определяется по формуле183439773456В условиях проектирования обычно принимают kt = 1.Для кабельных линий применяют также поправочный коэффициент, учитывающий прокладку нескольких рядом расположенных кабелей, т. к. они оказывают тепловое влияние друг на друга.Это означает, что с увеличением площади сечения эффективность ее использования для пропускания тока снижается, что иллюстрирует зависимость плотности тока JДОП. При выборе (проверке) проводников по условию нагревания следует принимать такую наименьшую площадь сечения, при которой наибольший рабочий ток IНБ не более допустимого В качестве IНБ принимают наибольший средний получасовой ток суточного графика нагрузки.Вместо допустимого тока иногда используют понятие допустимой мощности по условию нагревания:Допустимая плотность тока по условию нагревания всегда выше нормативной экономической плотности тока JДОП > JЭ. Поэтому в разомкнутых сетях площади сечения проводников, выбранные по нормативной экономической плотности тока, выше, чем выбранные по допустимому току. В таких случаях наибольший ток совпадает с расчетным IНБ. Следовательно, нет необходимости проверять площади сечения по нагреванию.3. Расскажите, как называется ток, длительно протекающий по проводнику, при котором устанавливается наиболее допустимая температураЛюбому длительно протекающему через проводник току при неизменных внешних условиях будет соответствовать определенная установившаяся температура проводника. Величину тока, при которой температура кабеля становится максимально допустимой для данной марки кабеля или провода, называют длительно допустимой токовой нагрузкой.Величина длительно допустимого тока напрямую зависит от материала изоляции, температуры окружающей среды, способа прокладки кабеля, а также от его материала и сечения.Не последнюю роль играет и режим работы проводов и кабелей. Например, при повторно-кратковременном режиме допустимая токовая нагрузка может быть больше, чем при длительном режиме.Для определения величины длительно допустимого тока необходимо знать максимальную положительную температуру окружающей среды, так как при низких температурах процесс теплоотдачи будет происходить гораздо лучше при одинаковых токах [5].Поскольку температура воздуха изменяется со временем года и регионом страны  в ПУЭ устанавливаются расчетные температуры окружающей среды, для которых приведены таблицы допустимых токовых нагрузок. Для температурных условий, которые существенно отличаются от расчетных, ПУЭ приводит соответствующие поправочные коэффициенты, которые позволяют определить нагрузку для специфических условий. В помещениях и вне помещений температуру воздуха принимают равной 25 0С, а для кабеля проложенного в земле  на глубине 0,7 м – 0,8 м при удельном сопротивлении земли в 120 (Ом∙град)/Вт (тепловых Ом∙см) принимают равной 15 0С.Длительно допустимые токовые нагрузки для проводов и кабелей могут быть определены по формулам, выведенным из теплового расчета. Однако, если учесть сложность расчетов и некоторую условность этих формул, на практике наиболее часто используют готовые таблицы из ПУЭ для длительно допустимых токовых нагрузок.Анализируя приведенные в ПУЭ таблицы можно заметить, что по мере роста сечения провода или кабеля снижается плотность тока (А/мм2). Это связано с тем, что сечения проводов будет расти пропорционально квадрату диаметра (S = (πd2)/4), а поверхность проводника будет расти пропорционально диаметру (F = πdl). Поэтому с увеличением сечения величин охлаждаемой поверхности, приходящейся на единицу сечения, уменьшается, что негативно сказывается на условиях охлаждения.При выборе сечения кабеля иногда целесообразней взять вместо кабеля с большим сечением несколько с малым сечением. Например, для кабеля марки СБ с напряжением 1 кВ и сечением 3х120 мм2, проложенного в грунте, длительный ток составит 390 А. А если заменить его на два кабеля той же марки, но с сечением 3х50 мм2, длительно допустимый ток составит с учетом поправочного коэффициента для двух кабелей лежащих в земле 2х235х0,9 = 403 А. Соответственно получается экономия цветного металла, но при этом растут затраты на сооружение кабельной линии. Поэтому к расщеплению проводов и кабелей прибегают лишь после экономического расчета целесообразности данного решения.Если известны данные длительно допустимых токовых нагрузок для разных проводов в зависимости от способа прокладки, можно решать разные задачи, связанные с изменением условий работы или материала проводника.
Список использованной литературы:
1. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений / Т.В. Анчарова, Е.Д. Стебунова, М.А. Рашевская. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 416 c. 2. Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование организаций и учреждений (для бакалавров). Учебное пособие / Э.А. Киреева. - М.: КноРус, 2017. - 272 c. 3. Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий (для бакалавров) / Э.А. Киреева. - М.: КноРус, 2015. - 192 c. 4. Кудрин, Б.И. Электроснабжение: учебник / Б.И. Кудрин. - РнД: Феникс, 2018. - 382 c. 5. Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: Учебник / Ю.Д. Сибикин. - М.: Инфра-М, 2017. - 89 c.