ПРОИЗВОДСТВО И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ПРОИЗВОДСТВО И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Шеметов А. Н., Ротанова Ю. Н. Электроснабжение и электрооборудование автотранспортных предприятий: Учебное пособие. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009.

На предприятиях автомобильного транспорта энергия расходуется на технологические цели, для отопления, освещения, вентиляции и обслуживания бытовых нужд работников предприятия. Основными видами потребляемой энергии являются электроэнергия, энергия сжигаемого твердого, жидкого, газообразного топлива и энергия сжатого воздуха. Сокращение удельного расхода электроэнергии в настоящее время является одним из основных необходимых условий развития производства и в первую очередь – промышленности и ее отраслей.

Целью преподавания дисциплины «Электрооборудование автотранспортных предприятий» является оказание помощи студентам в вопросах, связанных с эксплуатацией систем электроснабжения автотранспортных предприятий.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Производство и потребление электрической энергии – процесс непрерывный и единый во времени. Отдельные электростанции не могут обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии, поэтому по мере развития энергетики электрические станции стали объединять в системы.

Электроэнергетическая система – совокупность электрических станций, подстанций и потребителей электроэнергии, связанных между собой линиями электропередачи и электрическими сетями при общем централизованном оперативном управлении.

Объединение электростанций в электроэнергетическую систему имеет большое значение для согласования работы станций различных типов, особенно тепловых и гидростанций.

Создание энергосистем повышает надежность энергоснабжения и улучшает качество электроэнергии, обеспечивает постоянство напряжения и частоты, поскольку колебания нагрузки воспринимаются многими электрическими станциями.

Отдельные районные энергетические системы соединяются между собой линиями электропередач высокого напряжения с большой пропускной способностью, в результате чего образуются объединенная энергетическая система (ОЭС) – часть единой энергетической системы (ЕЭС).

Часть электроэнергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, подстанций, линий электропередачи различных напряжений и приемников электрической энергии, называется электрической системой.

Электрическими сетями называется совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи и подстанций, работающих на определенной территории. Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от места ее производства к местам потребления и распределения. Электрические сети, в соответствии с их назначением условно разбиваются на местные и районные. Местные электрические сети имеют радиус действия 15-30 км. и напряжение до 35 кВ. Районными называют электрические сети напряжением 110 кВ и выше.

Под линией электропередачи (ЛЭП) любого напряжения (воздушной или кабельной) понимается электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии.

Передача больших количеств электрической энергии на значительные расстояния возможна и экономически целесообразна только по линиям электропередачи высокого напряжения. С этой целью электрическая энергия, вырабатываемая генераторами, преобразуется в энергию высокого напряжения при помощи трансформаторов, устанавливаемых непосредственно на электростанциях. Подстанции, на которых производится это преобразование, называются повышающими или питающими трансформаторными подстанциями. Подстанции, преобразующие электрическую энергию с высокого напряжения на более низкое, называются понижающими или приемными трансформаторными подстанциями.

По назначению выделяют: – трансформаторные подстанции – для трансформации напряжения (повышающие и понижающие);

– распределительные подстанции – для распределения электроэнергии от одного источника между несколькими потребителями;

– преобразовательные подстанции – для преобразования частоты или рода тока при питании специфических потребителей.

По месту, занимающему в системе электроснабжения, подстанции подразделяются на:

− узловые (районные) понизительные подстанции с высшим напряжением 500 или 750 кВ и низшим 110 или 220 кВ;

− главные понизительные подстанции предприятия (ГПП) напряжением 110-220/ 6-10 кВ

− внутрицеховые комплектные трансформаторные подстанции (КТП) напряжением 6-10/0, 4 кВ.

Распределительные устройства с регулированием напряжения под нагрузкой называются центрами питания.

Для передачи энергии постоянным током на питающей стороне электропередачи сооружается выпрямительная подстанция, преобразующая переменный ток в постоянный, а на приемной стороне – аналогичная ей инверторная подстанция, преобразующая постоянный ток в переменный.

Линии электропередачи большой пропускной способности напряжением 330-750 кВ, связывающие между собой отдельные электрические системы, называются межсистемными связями. Комплекс электроустановок, состоящий из линий электропередачи, трансформаторных или преобразовательных подстанций, переключательных пунктов, участвующих в процессе передачи электрической энергии на расстояние, называется электропередачей переменного или, соответственно, постоянного тока.

Источником питания называется электроустановка, от которой осуществляется питание электроэнергией потребителя.

Распределительным щитом называют распределительное устройство до 1 кВ, предназначенное для управления низковольтными линиями распределительной сети и их защиты.

Станция управления – это комплектное устройство, предназначенное для дистанционного управления отдельными электроприемниками с автоматизированным выполнением функций регулирования, защиты и сигнализации. Конструктивно станция управления может представлять собой блок, панель, шкаф или щит.

Упрощенная принципиальная схема электроснабжения предприятия приведена на (рис. 1. 2).

На схеме показана условная граница раздела балансовой принадлежности электрических сетей предприятию и энергосистеме. Через нее предприятие обеспечивается электроэнергией по линии электропередачи ЛЭП-2 (как правило, воздушной) от подстанции энергосистемы, как правило, на напряжении 35 или 110 кВ. Число вводов присоединения предприятия к энергосистеме может быть два и больше, в зависимости от установленной мощности электроприемников и специфических требований по надежности их электроснабжения.

Заводские главные понизительные подстанции (ГПП) обеспечивают прием и трансформацию напряжения питающей сети до величины 6 кВ или 10 кВ, необходимой для питания электроприемников предприятия. Здесь же устанавливаются контрольно-измерительные приборы для учета полученной электроэнергии.

От ГПП и внутризаводских РП получают питание мощные высоковольтные электроприемники (двигатели или электрические печи) и понижающие трансформаторы с низшим напряжением 220/380 В (0, 4 кВ), как правило встроенные в КТП.

Электроустановки 220/380 В являются самыми многочисленными на современных предприятиях и в коммунально-бытовой сфере, поэтому распределительные сети низкого напряжения – самые протяженные и разветвленные. На схеме (рис. 1. 2-а) электроприемники 0, 4 кВ условно показаны осветительной нагрузкой, электродвигателем и выпрямительным устройством. Эту часть (от КТП до каждого отдельного электроприемника) на предприятиях и в проектных организациях называют силовым электрооборудованием, а сами электрические сети – внутрицеховыми.

Выделяют шесть условных уровней распределения и потребления электрической энергии (рис. 1. 2-б):

– низшие (1 УР, 2 УР) – составляют электроприемники 0, 4 кВ;

– средние (3 УР, 4 УР, 5 УР) – электроприемники среднего напря-

жения 6-10 кВ;

– высший уровень – граница раздела электрических сетей питающей энергосистемы и предприятия-потребителя.

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В зависимости от вида используемых энергоресурсов и особенностей основного технологического процесса преобразования энергии электростанции подразделяются на традиционные – тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидравлические (ГЭС) и нетрадиционные – магнитогидродинамические, использующие энергию ветра, солнца, термоядерного синтеза.

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.

Тепловые электрические станции подразделяются на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Упрощенная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. 1. 3.

бункер 1,

дробильная установка 2,

топка парогенератора 3,

паровая турбина 4,

генератор 5,

конденсатор 6,

насос 7,

деаэратор 8,

питательный насос 9.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД –

30-40%, так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. 1. 3 штриховые линии), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подаётся в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60 – 70 %. Такие станции обычно строят вблизи потребителей – промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата – паровой турбины – относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Первая в мире атомная электростанция (АЭС) была построена в 1954 г. в Советском Союзе – Обнинская АЭС. Основным тепловым агрегатом АЭС, как и ТЭС, является паротурбинная установка. Рабочим телом, преобразующим тепловую энергию в механическую, также служит водяной пар. Принципиальное отличие АЭС от ТЭС состоит в том, что теплота, необходимая для выработки пара, получается не при сгорании топлива, а при расщеплении ядер тяжелых элементов в ядерных реакторах. Такими элементами являются природный изотоп урана – 235 или получаемый искусственным путём изотоп урана – 233 и плутония – 239. Из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т. каменного угля.

Атомные электростанции классифицируют по типу реактора и в зависимости от числа контуров, по которым теплота, выделяющаяся в реакторе, может предаваться рабочему телу (пару) паровой турбины. Тепловая схема АЭС может быть двух (рис. 1. 4, а) и трёхконтурной (рис. 1. 4, б).

В трёхконтурной схеме в первом контуре нагретый в реакторе 1 радиоактивный теплоноситель поступает в парогенератор 6, где отдает теплоту рабочему телу (пару) и циркуляционным насосом 5 возвращается в реактор. Во втором контуре пар поступает в промежуточный теплообменник 8. Полученный в теплообменнике пар подаётся в турбину 2, вращает генератор 3, затем, пройдя через конденсатор 4, топливным насосом 9 возвращается в теплообменник 8 (третий контур). Таким образом, в трехконтурной АЭС контуры первичного теплоносителя, которым могут быть вода и пароводяная смесь, и рабочего тела (пара) разделены. В этой схеме радиоактивный контур включает не всё оборудование, а лишь его часть, что упрощает эксплуатацию.

Радиационная безопасность персонала и населения при эксплуатации атомных электростанций достигается созданием весьма надёжных конструкций, устройств защиты персонала от облучения, очисткой воды и воздуха, извлечением и надёжной локализацией радиоактивных загрязнений.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) вырабатывает электроэнергию с помощью падающего потока воды, создаваемого разностью уровней: верхнего и нижнего бьефов. Принцип работы электростанции заключается в том, что поток воды, падающей с верхнего бьефа, направляется на лопатки рабочего колеса гидротурбины 1 (рис. 1. 5), установленной на нижнем бьефе. Колесо гидротурбины 1 вращает ротор электрического генератора 2, вырабатывающего электроэнергию. Мощность ГЭС зависит от расхода и напора Н воды.

Разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), предназначенные для покрытия «пиковых» нагрузок и заполнения «провалов» в графиках потребления электроэнергии. Работа ГАЭС заключается в смене двух разделенных во времени режимов: накопления энергии и отдачи её потребителям. Такие станции оснащают обратимыми агрегатами, которые могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Способность гидротурбинного оборудования ГЭС к быстрому изменению мощности позволяет использовать их для покрытия пиковой нагрузки и обеспечения равномерного режима работы тепловых и атомных электростанций.

На рис. 1. 6 приведен пример возможной схемы производства, передачи и распределения электроэнергии, в которой объединены ГЭС, ТЭС, АЭС, находящиеся на значительном расстоянии от потребителей электроэнергии, а также ТЭЦ, расположенная в центре промышленного района.

Вырабатываемая генераторами электроэнергия (обычно напряжением до 10 кВ) подаётся на повышающие трансформаторные подстанции, повышается до 220 и 500 кВ и по линиям электропередачи поступает на районную понижающую подстанцию А. Подстанция А обеспечивает согласование по напряжению и связь между двумя станциями. Линии электропередачи Л1, Л2, Л3, Л4 образуют кольцевую сеть напряжением 110 кВ. Внутри этого кольца расположены понижающие трансформаторные подстанции с вторичным напряжением 10 кВ, питающие промышленные и сельскохозяйственные предприятия, здания и сооружения городов. В центре промышленного района расположена ТЭЦ, снабжающая потребителей электроэнергией и теплотой.

ВОЛОГОДСКАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА

1, 4 млн человек, 141 тыс. кв. км.

– Череповецкая ГРЭС, пос. Кадуй (1978 г. ),

– Вологодская ТЭЦ, г. Вологда (1956),

– Вологодские электрические сети, г. Вологда,

– Череповецкие электрические сети, г. Череповец,

– Великоустюгские электрические сети, г. Великий Устюг,

– Кирилловские электрические сети, г. Кириллов,

– Тотемские электрические сети, г. Тотьма,

– Энергосбыт, г. Вологда,

– Предприятие производственно-технологической комплектации, г. Вологда,

– Учебный центр, г. Вологда.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

1. Строительство мелких электростанций: 1930г. – ГЭС на реке Комель, мщностью 125 кВт, 1934г. в пос. Зубово Белозерского района – ТЭС. До 1945г. такие элнктростанции были построены почти во всех районных центрах.

2. После создания Единой энергетической системы – строительство ЛЭП и подстанций напряжением до 35 кВ, обеспечивающих электроснабжение своих потребителей.

3. После создания энергоемких предприятий в г. Вологде и развития ЧМК.

Наиболее значимые вехи третьего этапа:

1956г. – закончено строительство Вологодской ТЭЦ (34 МВт),

1974г. – построена ЛЭП – 500 " Конаковская ГРЭС - Череповец " с подстанцией - 500 кВ " Череповецкая ",

1978г. – пущена Череповецкая ГРЭС (630 МВт),

1980г. – построена ЛЭП – 500 " Костромская ГРЭС - Вологда " с подстанцией - 500 кВ " Вологодская " и кольцевой высоковольтной линии ЛЭП - 500 кВ " Вологда - Череповец ".

12 Следующая ⇒