Глава первая.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ.
1-1. ОСОБЕННОСТИ СЕТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.
Развитие народного хозяйства и особенно тяжелой промышленности, повышение производительности труда на основе интенсификации и автоматизации технологических процессов определяют высокие темпы роста потребления электроэнергии.
Между генераторами электроэнергии на электрических станциях и электроприемниками у потребителей, преобразующими электроэнергию в другие виды энергии, находится сложный комплекс инженерных сооружений — электрические сети.
Основная задача электрических сетей состоит в рациональной передаче и распределении электроэнергии. Практически вся электроэнергия, вырабатываемая электростанциями, поступает к ее приемникам через электрические сети.
Электрическая сеть участвует в поддержании в пределах допустимых отклонений заданных уровней напряжений в различных точках сети и на выводах электроприемников при разнообразных режимах потребления. Электрические сети позволяют обеспечить резервирование питания электроэнергией и бесперебойное электроснабжение потребителей. Выполнение этих функций осуществляется входящими в состав электрических сетей воздушными и кабельными линиями электропередачи, различными токопроводами, трансформаторными подстанциями, распределительными устройствами и коммутационными пунктами, установками, генерирующими реактивную мощность, средствами регулирования напряжения и другими устройствами для поддержания качества электроэнергии.
Промышленные предприятия, как правило, получают электроэнергию от районных энергосистем и для ее преобразования и распределения имеют свои внутренние электрические сети.
Внутренние сети промышленных предприятий, являясь продолжением сетей энергосистем, обеспечивают электроснабжение цехов и технологических агрегатов, отдельных электроприемников и подразделяются на межцеховые и внутрицеховые.
Небольшие предприятия получают электроэнергию от ближайших подстанций энергосистем по одной-двум линиям 6—10 кВ и имеют простейшие внутренние сети. Ввиду большого количества таких предприятий вопросы обеспечения рационального проектирования сетей для них имеют в масштабах страны существенное значение. Электрические сети промышленных предприятий передают и распределяют около 65% всей электроэнергии, вырабатываемой в пашей стране.
Наиболее крупные предприятия получают электроэнергию, как правило, от районных энергосистем при напряжениях 110—500 кВ. В большинстве случаев крупнейшие предприятия имеют одну или две собственные тепловые электростанции. Мощность собственных электростанций на таких предприятиях достигает 600—800 МВт и обычно определяется потребностью в тепловой энергии для технологических нужд, а также из условий обеспечения бесперебойного электроснабжения наиболее ответственных приемников электроэнергии (например, водо- и газоснабжения, устройств управления и др.).
В некоторых случаях мощность собственных электростанций предприятий определяется условиями топливно-энергетического баланса в данном промышленном районе, наличием на предприятии вторичных продуктов производства (например, горючих газов и т. п.), которые могут быть использованы на электростанции как топливо. Такое крупное предприятие имеет свою небольшую по мощности местную энергосистему, связанную с районной линиями электропередачи.
Сети низкого напряжения переменного и постоянного тока местной энергосистемы играют ведущую роль при решении многих вопросов электроснабжения предприятия.
Наличие крупных преобразовательных установок с кремниевыми выпрямителями, значительных по мощности потребителей с резкопеременной нагрузкой, большого количества электроприемников на напряжении до 1000 В, необходимость частых переключений в сетях, необходимость учета особенностей технологии производства определяют специфику в проектировании промышленных электрических сетей.
Крупные преобразовательные установки, предназначенные, например, для электролиза алюминия или для питания мощных регулируемых электродвигателей постоянного тока прокатных станов, дуговые сталеплавильные электропечи и другие аналогичные по характеру нагрузки технологические установки, вызывают значительное ухудшение качества электроэнергии в системе электроснабжения предприятия.
Синусоидальная форма изменений мгновенных значений переменного тока и напряжения в сети такого предприятия значительно искажается. Наличие спектра высших гармоник приводит к увеличению емкостных токов в кабельных линиях н появлению резонансных явлений, к необходимости тщательного анализа действия защит при замыканиях на землю в сетях 6—10 кВ, соответствующего выбора и настройки средств компенсации емкостных токов. Появляется необходимость установки фильтров высших гармоник.
Резкопеременные нагрузки вызывают повышенные колебания напряжения, для удержания которых в допустимых пределах необходимо повышение расчетных токов короткого замыкания в определенных точках сети.
Стремление повысить расчетные токи короткого замыкания и приблизить источники питания к потребителям привело к проникновению сетей напряжением 110—220 кВ непосредственно к крупным цехам предприятий, т. е. к глубокому вводу напряжения 110—220 кВ на территорию предприятий (рис. 1-1).
К числу специфических для промышленных сетей проектных решений относится разукрупнение подстанций с максимальным их приближением к местам потребления электроэнергии.
На конфигурацию сети предприятия, число подстанций и их мощность решающим образом влияют характер и значения нагрузок. Структура схемы электроснабжения, включая количество и расположение подстанций, значения напряжений сетей, мощность трансформаторов, конструктивные решения (воздушные или кабельные линии и т. п.), выбор средств регулирования напряжения, определяется расчетным значением л характером графика электрической нагрузки предприятия, а также особенностями данного производства и генеральным планом предприятия.
Рост мощностей отдельных агрегатов привел к необходимости создания токопроводов различных напряжений взамен кабелей. Применение в промышленных сетях токопроводов (жестких и гибких) позволило создать надежные схемы электроснабжения потребителей, сэкономить большое количество цветного металла и дефицитных кабелей.
На размещение и конструктивное исполнение сетей большое влияние оказывают условия окружающей среды, промышленные загрязнения воздушного бассейна и грунтов.
Наибольшие загрязнения окружающей среды происходят на химических, металлургических и цементных заводах. Такие газы, как сернистый ангидрид, окись углерода, окись азота, а также фенол, рудная и угольная пыль и т. п. вызывают нарушение изоляции и коррозию открытых токоведущих частей, приводя к авариям в системах электроснабжения.
Решение проблемы надежности системы электроснабжения предприятий, создающих опасные для электроустановок загрязнения окружающей среды, достигается главным образом путем создания простых и надежных в эксплуатации схем электроснабжения, путем размещения сетевых устройств на генплане предприятия с учетом розы ветров, принимая во внимание повышенную опасность повреждения отдельных участков сети в зонах загрязнения. При этом схемы коммутации подстанций должны содержать минимум аппаратов с целью сокращения числа изоляторов и вероятности их повреждения, а использование подстанций (закрытые или открытые) должно определяться в соответствии с действующими инструкциями, утвержденными или согласованными Госстроем СССР.
Таким образом, для создания схемы электроснабжения и рационального выбора конструктивного решения сетей предприятия необходимо подробно изучать особенности технологического процесса данного предприятия, уметь достаточно точно определять нагрузки и характер их графика.
