Раздел второй
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ТОРФОПРЕДПРИЯТИЙ
Глава 12
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ ТОРФОПРЕДПРИЯТИЙ
§ 12-1. Производство, передача и распределение электроэнергии
Производство электрической энергии в нашей стране осуществляется на крупных районных электростанциях — тепловых конденсационного типа (ГРЭС), гидравлических (ГЭС), в последнее время атомных (АЭС).
Источниками электрической энергии на электростанциях служат синхронные генераторы трехфазного тока частотой 50 Гц.
На тепловых электростанциях синхронные генераторы, называемые турбогенераторами, приводятся в движение паровыми турбинами. На атомных электростанциях вместо паровых котлов используются атомные котлы-реакторы, где тепловая энергия получается за счет освобождения части внутриатомной энергии при делении ядер атомов. На гидроэлектростанциях синхронные генераторы (гидрогенераторы) вращаются гидравлическими турбинами, работающими за счет энергии движущейся воды.
Районные электростанции имеют большие мощности. Тепловые районные электростанции (ГРЭС) строятся по типовым проектам, мощностью 1,2 и 2,4 млн. кВт. Гидравлические районные электростанции (ГЭС) строятся более крупными. Так, мощность Братской ГЭС превышает 4 млн. кВт, Красноярская ГЭС выполнена на мощность 6 млн. кВт, а мощность Саяно-Шушенской ГЭС проектируется на 6,4 млн. кВт.
В крупных промышленных центрах строятся тепловые электростанции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии. Тепло, вырабатываемое такими электростанциями — теплоэлектроцентралями (ТЭЦ) — расходуется на технологические цели и бытовые нужды. Мощность крупных ТЭЦ составляет 100— 300 тыс. кВт.
Производство, передача и потребление электрической энергии осуществляется при определенных напряжениях, называемых номинальными.
Для потребителей электроэнергии (электроприемников) и первичных обмоток силовых трансформаторов трехфазного переменного тока ГОСТ 721—62 установлена следующая шкала стандартных номинальных напряжений: 127, 220, 380, 660 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500 и 750 кВ.
Номинальные напряжения для трехфазных генераторов и вторичных обмоток силовых трансформаторов предусматриваются на 5—10% выше номинальных напряжений электроприемников и сетей, т. е. соответственно: 133, 230, 400, 690 В, 3,15; 6,3; 10,5; 21; 38,5; 121; 242; 520; 787 кВ. Последние пять значений относятся только ко вторичным обмоткам силовых трансформаторов.
Необходимость в повышении напряжения линий электропередачи (ЛЭП) вызывается экономическими соображениями. Генераторы районных электростанций вырабатывают электроэнергию при напряжении (генераторном) не более 21 кВ. Соответствующие расчеты показывают, что повышение напряжения в п раз увеличивает передаваемую мощность и дальность передачи в п2 раз. Так как передаваемые мощности и дальность передач возрастают в связи с ростом энергосистем, возникает необходимость использовать более высокие напряжения, чтобы избежать больших потерь электроэнергии и расхода цветных металлов.
Преобразование (трансформация) электроэнергии с повышением или понижением ее напряжения осуществляется на трансформаторных подстанциях: повысительных, где напряжение электроэнергии повышается для передачи ее на дальние расстояния, и понизительных, где напряжение снова снижается до необходимой величины.
На рис. 12-1 приведена примерная схема электроснабжения промышленного района, получающего электроэнергию от энергосистемы. Энергосистема объединяет несколько электрических станций (ГРЭС, ГЭС, ТЭЦ), подстанций и ЛЭП, связанных в одно целое непрерывностью процесса производства и распределения электроэнергии. Объединение электростанций в энергосистемы имеет большое народнохозяйственное значение, так как при этом достигается более экономичное использование оборудования станций и энергетических ресурсов, уменьшаются потери энергии в сетях. Энергосистемы обеспечивают большую надежность и бесперебойность электроснабжения потребителей.
В соответствии с ПУЭ потребителей электроэнергии делят на три категории.
К первой категории относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса.
Ко второй категории относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым прекращением выпуска продукции, простоем механизмов и промышленного транспорта.
К третьей категории относят электроприемники, не входящие в определение первой и второй категории (например, вспомогательные и несерийные цехи промышленных предприятий, мелкие населенные пункты и т. п.), перерыв подачи электроэнергии которым может быть допущен, но не более чем на сутки.
Потребители первой и, как правило, второй категорий обеспечиваются резервным питанием.
Рис. 12-1. Схема электроснабжения промышленного района, получающего электроэнергию от энергосистемы.
В зависимости от категории потребителя выбирается та или иная схема его электроснабжения и резервирования. Торфопредприятия по степени надежности относятся к электроприемникам второй категории.
§ 12-2. Электроснабжение торфопредприятий
Торфяные предприятия получают электроэнергию преимущественно от районных понизительных подстанций при напряжении 35 кВ. Для последующего снижения напряжения на предприятиях сооружают стационарные подстанции, где напряжение 35 кВ трансформируется до 10 или 6 кВ. Число и мощность таких подстанций 35/10 кВ или 35/6 кВ зависит главным образом от технологии и сезонной программы добычи торфа.
Рис. 12-2. Схема электроснабжения торфопредприятия с электрической тягой.
Применение двух напряжений 10 и 6 кВ для распределительных сетей торфопредприятий связано с технологией добычи торфа и применяемыми электроустановками. Напряжение 10 кВ используется на предприятиях фрезерного торфа, а 6 кВ — на предприятиях экскаваторного торфа, а также на предприятиях, добывающих кусковой и фрезерный торф. Напряжение 6 кВ используется также для электрифицированного торфотранспорта (проектируются тяговые установки на 10 кВ).
Сети напряжением 10 кВ более экономичны, чем с напряжением 6 кВ, так как при сооружении требуют значительно меньше цветного металла. Применение напряжения 6 кВ на предприятиях экскаваторного торфа обусловлено тем, что основная торфодобывающая машина — ТЭМП-2М получает электроэнергию при помощи гибкого торфяного кабеля ГТШ, изготовляемого на предельное напряжение 6 кВ.
Распределительные сети 10 или 6 кВ питают трансформаторные пункты (ТП), где электроэнергия трансформируется до 500 В (поля добычи, уборка, погрузка торфа) или 380/220 В (производственные мастерские, поселки).
На рис. 12-2 приведена принципиальная схема электроснабжения крупного торфопредприятия с электрической тягой, добывающего фрезерный торф. На центральной понизительной подстанции установлены три силовых трансформатора напряжением 35/10,5 кВ, суммарной мощностью 4600 кВА (2Х 1800 + 1Х1000) и один трансформатор 35/6,3 кВ мощностью 1000 кВА. От сборных шин 10 кВ отходят воздушные распределительные линии (магистрали), питающие трансформаторные пункты 10/0,5 кВ и 10/0,38/0,22 кВ. Количество ТП, подключенных к одной магистрали, зависит от производственной мощности предприятия и может колебаться в широких пределах.
От сборных шин 6 кВ (рис. 12-2) питается контактная сеть электротяги.
§ 12-3. Определение электрических нагрузок торфопредприятия, числа и мощности силовых трансформаторов
Существует несколько методов определения электрических нагрузок при проектировании электроснабжения предприятий. Наиболее простым, хотя и менее точным, является метод коэффициента спроса, который рекомендуется применять при ориентировочных подсчетах на стадии проектного задания.
Согласно этому методу, максимальная длительная мощность (так называемый «тридцатиминутный» максимум) или расчетная мощность группы однородных электроприемников определяется по формуле
(12-1) где kc — коэффициент спроса;
Ру — суммарная установленная (паспортная) мощность группы электроприемников, кВт.
Коэффициент спроса для группы силовых электроприемников равен:
где k0 — коэффициент одновременности, учитывающий, что не все электроприемники работают одновременно;
ηп — средний к.п.д. группы электроприемников;
ηс — к.п.д. сети, питающей данную группу электроприемников. Для осветительных электроприемников коэффициент спроса равен коэффициенту одновременности, т. е. kc—k0.
При расчетах значения kc берут обычно из таблиц, составленных на основании опытных данных путем обобщения статистических материалов.
В табл. 12-1 приведены рекомендуемые величины коэффициентов спроса для наиболее характерных групп электроприемников, а также значения коэффициентов мощности, необходимые для определения реактивной и полной мощности.
Таблица 12-1
Коэффициент спроса kc и коэффициенты мощности групп электроприемников
Порядок определения расчетной электрической нагрузки предприятия на стороне низшего напряжения с помощью коэффициента спроса может быть принят следующим.
1. Все электроприемники разбиваются на отдельные группы с одинаковым режимом работы, например электроприводы, сварочные трансформаторы, термические установки, приборы освещения и т. д.
Для удобства расчетов установленную мощность электроприемников, режим работы которых отличается от длительного, приводят к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формулам:
для электродвигателей
для трансформаторов
Мощности всех электроприемников исчисляют в кВт по формулам:
для трансформаторов электрических печей
для трансформаторов сварочных машин, аппаратов и трансформаторов ручной сварки
- Для каждой группы электроприемников определяют по формуле (12-1) расчетные активные мощности, а затем реактивную и полную расчетные мощности по формулам:
- Суммируются значения активных и реактивных мощностей и определяется суммарная расчетная полная мощность
Полученный результат уточняется введением поправочного коэффициента kм, учитывающего несовпадение максимумов групп потребителей (kм≈0,85).
Откуда окончательная расчетная формула
Для торфопредприятий потребная трансформаторная мощность, рассчитываемая по (12-6), должна быть определена как для сезонного, так и межсезонного времени. Имея эти мощности, а также располагая другими данными (категория надежности электроснабжения, производственные мощности предприятия, длина и сечение распределительных сетей 10 или 6 кВ, требования энергосистемы, например, в отношении подключения сельскохозяйственных и других потребителей электроэнергии), можно определить на основе технико-экономических расчетов число и мощность трансформаторов центральной понизительной подстанции 35/10/6 кВ. Сезонный характер добычи торфа требует установки на подстанции резервного трансформатора.
Вопросы для самопроверки
- Рассмотрите схему электроснабжения промышленного района, приведенную на рис. 12-1, и поясните особенности выработки электроэнергии на ГРЭС, ГЭС, АЭС.
- Каковы преимущества комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ?
- Поясните народнохозяйственное значение энергосистем. Укажите преимущества передачи электроэнергии высокого напряжения.
- На какие категории подразделяются потребители электроэнергии по степени надежности электроснабжения. К какой категории относятся торфопредприятия?
- Поясните схему электроснабжения торфопредприятия, приведенную на рис. 12-2. В чем принципиальное различие между трансформаторными подстанциями с вторичным напряжением 500 В и 380/220?
- Что такое коэффициент спроса и какое влияние он оказывает на определение трансформаторной мощности предприятия?
- Как определить число и мощность силовых трансформаторов подстанции?
