Электроснабжение населенных пунктов кратко

Обновлено: 05.07.2024

Согласно существующим директивным положениям населенные пункты снабжаются электроэнергией централизованно, т.е. от действующих в данном месте электроэнергетических объектов (воздушных линий, электростанций), являющихся элементами энергосистем. Только при невозможности или нецелесообразности подобного присоединения, ввиду удаленности населенного пункта или наличия естественных природных преград (проливов, горных массивов), требуется проектирование самостоятельных электростанций.

Энергетической системой (электросистемой) называется совокупность электростанций, энергетических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения энергии.

Частью энергетической системы является электрическая система, состоящая из генераторов, распределительных устройств, электрических сетей и электроприемников.

Электрическая сеть - это совокупность подстанций и кабельных или воздушных линий электропередачи.

Электроустановки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия делятся (в зависимости от рабочего напряжения) на электроустановки напряжением ниже 1000 В и электроустановки напряжением свыше 1000 В.

Все действующие электроустановки должны обслуживаться в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и Правилами техники безопасности (ПТБ). Их строительство и монтаж электроустановок должны производиться в соответствии с Правилами устройства (ПЦЭ).

Генераторы ГРЭС вырабатывают электроэнергию напряжением 6,10 или 15 кВ. При таком напряжении передавать электроэнергию на большие расстояния (более 4-6 км) нецелесообразно, так как падение напряжения и потери электроэнергии в линиях превысят допустимые нормы. Поэтому при электростанциях имеются повышающие силовые трансформаторы, которые доводят напряжение до 35-750 кВ. При таком напряжении электроэнергия передается на большие расстояния по линиям высоковольтных передач. На электрических опорных понижающих подстанциях, расположенных в черте города, напряжение снижается до 6-10 кВ. Опорная понижающая подстанция обычно состоит из двух частей: открытой части напряжением 35-220 кВ и закрытой части, в которой имеется распределительное устройство напряжением 6-10 кВ.

Распределительное устройство, к которому присоединены питающие сети города, называется центром питания. Центром питания является также распределительное устройство генераторного напряжения электростанции. В последнее время, для снижения стоимости строительства понижающих подстанций, распределительные устройства напряжением 6-10 кВ монтируют на открытом воздухе; выполняют их в виде группы закрытых металлических шкафов - комплектных распределительных устройств для наружной установки (КРУН). Силовые трансформаторы устанавливают в открытой части подстанции. Для передачи электроэнергии потребителям от распределительного устройства напряжением 6-10 кВ понижающей подстанции в разные точки города отходят кабельные линии, прокладываемые в земле.

Высоковольтные воздушные линии нарушают архитектурный ансамбль города и мешают развитию городского транспорта, а также представляют опасность для населения, поэтому постепенно они заменяются кабельными.

Кабельная линия от центра питания проложена в распределительный пункт и называется питающей кабельной линией.

Распределительный пункт - электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии без трансформации (на одном напряжении), а также содержащая коммутационные, измерительные и защитные аппараты, соединительные шины и вспомогательное оборудование. Из распределительного пункта по разным направлениям отходят кабельные распределительные линии. Распределительная линия соединяет трансформаторную подстанцию с распределительным пунктом.

Трансформаторная подстанция представляет собой электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из силовых трансформаторов, распределительных устройств напряжением до и свыше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений.

В городских районах застройки жилых домов с этажностью менее пяти устанавливают открытые трансформаторные подстанции, все оборудование которых монтируется на опорах линий передачи или высоких конструкциях. Такие подстанции называют столбовыми или мачтовыми.

От трансформаторных подстанций непосредственно к потребителям отходят распределительные кабели напряжением ниже 1000 В. Эти кабели проложены к вводным устройствам (вводам) или распределительным щитам, находящимся в зданиях потребителей. От вводов или распределительных щитов в домах проложены магистрали (стояки), от которых в свою очередь отходят отпайки по квартирам непосредственно к электропотребителям.

Питающие кабели могут быть проложены от центра питания не только в распределительный пункт, где нет трансформаторов, но и в главные понижающие подстанции заводов или смешанные распределительные пункты, где электроэнергия не только распределяется по распределительным кабельным линиям, но и преобразуется с помощью силовых трансформаторов в электроэнергию напряжением ниже 1000 В. В этом случае на главной понижающей подстанции завода устанавливают силовые трансформаторы и распределительный щит напряжением ниже 1000 В, от которого электроэнергия по кабельным линиям передается непосредственно в цехи и далее к электроприемникам.

Городскими электрическими сетями являются сети от центра питания до вводов в жилые дома, больницы, кинотеатры и до щитов напряжением ниже 1000 В на заводах, фабриках, предприятиях, включая распределительные пункты, главные понижающие подстанции заводов и трансформаторные подстанции.

Система электроснабжения города включает в себя элементы энергетической системы, обеспечивающие распределение электроэнергии потребителям. К городским электрическим сетям относятся;

электроснабжающие сети напряжением ПО (35) кВ и выше, содержащие кольцевые сети с понижающими подстанциями, линии и подстанции глубоких вводов;

распределительные сети напряжением 10 (6). 20 кВ, содержащие трансформаторные подстанции и линии, соединяющие центры питания с ТП и ТП между собой;

распределительные сети до 1000 В.

К понижающим подстанциям относятся:

городские подстанции (35. 220 мВ), располагающиеся в непосредственной близости к границам города;

подстанции глубоких вводов (110. 220 кВ), сооруженные непосредственно на территории районов и в промышленных зонах крупных городов;

трансформаторные подстанции (10. 20/0,38 кВ) коммунально-бытовых и промышленных потребителей энергии.

Подстанции и распределительные пункты обычно сооружаются как отдельно стоящие здания. В обоснованных случаях допускается применение встроенных в здание ТП и РП.

Под подстанциями глубокого ввода понимаются закрытые подстанции, расположенные в жилой или промышленной зоне города, питаемые радиальными зарезервированными воздушными или кабельными линиями электропередач.

I звено - электроснабжающая сеть напряжением 35 кВ и выше, в состав
которой входят также понижающие подстанции и питающие линии;

II звено - питающая сеть 6. 10 кВ как совокупность питающих линий,

распределительных подстанций. На данной ступени электроснабжения
электрические сети могут делиться по назначению и ведомственной
принадлежности;

В России существует около 3000 городов и посёлков городского типа, в которых проживает примерно 110 миллионов человек. С помощью городских сетей распределяется половина вырабатываемой в стране электроэнергии, 20% электроэнергии потребляет коммунально-бытовая сфера, из которых 10-12% население. Электрические сети в городах делятся на электроснабжающие (напряжением 110 кВ и выше) и распределительные 0,38 и 6-10 кВ. В качестве основного среднего напряжения в городах сейчас принято 10 кВ (киловольт), имеющиеся сети в 6 кВ постепенно переводят на современный стандарт. Также ранее имела место практика трансформирования напряжения с электроснабжающих 110 кВ до промежуточных 35 кВ, но из-за повышенных денежных затрат и увеличения потерь в сети от такого решения отказались, иногда существующие сети даже переделывают. На данный момент наиболее предпочтительной системой является 110/10 кВ на основе которой разработана наилучшая при нынешних условиях схема электроснабжения города.

Рисунок 2. Современная схема электроснабжения города.

Рисунок 3. Схема электроснабжения протяжённого города: 1 (3) – действующие (намечаемые) ПС 220 кВ; 2 (4) – то же, 110 кВ; 5 (7) – действующие (намечаемые) ВЛ 220 кВ; 6 (8) – то же, 110 кВ.

Изучим подробнее состав городской электрической сети, в него входят: 1) электроснабжающие сети 110 (35) кВ и выше, включая понижающие подстанции, линии и подстанции глубоких вводов; 2) распределительные сети напряжением 10 (6) кВ, включая РП, ТП и линии, соединяющие подстанции и пункты между собой; 3) распределительные сети напряжением до 1 кВ. Под РП подразумеваются распределительные пункты напряжением 10 кВ, предназначенные для распределения энергии по подстанциям, при отключении питающей линии электроснабжение РП может осуществляться от соседнего РП по соединяющей их линии.

Рисунок 4. Радиальная городская замкнутая сеть: ЦП – центр питания, РП – распределительный пункт.

Структурная схема электроснабжения расположенная в начале статьи, имеет упрощённый вид, по условиям надёжности электроснабжения каждый элемент сети имеет резерв, то есть РП питаются от двух или трёх линий, ТП также имеют несколько вводов и механизмы автоматического переключения между ними на случай перерыва в питании. Распределительные сети 10 (6) кВ выполняют по магистральным (петлевым, двухлучевым и замкнутым) и радиальным схемам, при радиальных каждая подстанция питается отдельными линиями, при магистральных к одной линии присоединяют группу трансформаторных подстанций. Радиальные схемы конечно надёжнее, но взамен требуют значительного расхода кабеля и высоковольтной аппаратуры, в крупных городах из-за большого числа приёмников разных категорий используют все виды схем, в малых и средних городах чаще встречаются разновидности магистральных.

Рисунок 5. Магистральная петлевая городская сеть: РП – распределительный пункт, ТП – трансформаторная подстанция.

Этапы проектирования системы электроснабжения населенного пункта

Система электроснабжения – это совокупность систем и источников передачи, распределения и преобразования электрической энергии.

Процесс проектирования электроснабжения населенного пункта, в зависимости от технического задания, условий работы и имеющихся технических и материальных ресурсов, может состоять из следующих этапов:

Расчет электрических нагрузок.
Определение места расположения трансформаторной электрической подстанции, выбор ее конфигурации, определение центра нагрузок.
Определение нагрузок электрической сети.
Выбор типа электрической подстанции.
Выбор места расположения электрической распределительной подстанции.
Определение нагрузок в сетях высокого напряжения.
Расчет сечения проводов.
Расчет потерь напряжения в высоковольтных сетях, сетях высокого напряжения и трансформаторе.
Определение допустимой потери напряжения.
Расчет электрической сети при пуске двигателя.
Расчет токов короткого замыкания.
Выбор и испытание аппаратуры высокого напряжения.
Выбор и испытание низковольтной и высоковольтной аппаратуры.
Выбор устройств для защиты от перенапряжений.
Расчет контура заземления электрической подстанции.
Определение себестоимости распределения электрической энергии.

Расчет электрических нагрузок населенного пункта

Электрическая нагрузка – это мощность, которой нагружена какая-либо составляющая системы электроснабжения

Расчет нагрузки, которая потребляется жилыми домами, рассчитывается при помощи метода одновременности следующим образом:

где, k - коэффициент одновременности; Р - активная мощность одного дома; Q - реактивная мощность одного дома.

Мощность уличной системы освещения рассчитывается по следующим формулам:

где, Руд - удельная активная мощность; L - протяженность улицы; tgф - коэффициент реактивной мощности.

Мощность освещения, необходимая для освещения дворов хозяйственных построек, может быть рассчитана следующим образом:

$Pосв = k * n * M * Pудо$

$Qосв = Pосв * tgф$

где, М - периметр двора; Рудо - удельная мощность освещения.

Для того, чтобы определить вечерний максимум реактивной и активной мощностей населенного пункта, учитывая нагрузку освещения улиц и дворов хозяйственных построек, надо суммировать эти нагрузки, процесс суммирования должен осуществляться с применением метода надбавок по формулам:

Готовые работы на аналогичную тему

$Рвс = Рв + Руо + Росв$

$Qвс = Qв + Qyo + Qосв$

А полная потребляемая мощность для сего пункта рассчитывается следующим образом:

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Определение количества трансформаторов, расчет их мощности. Выбор типа электрической подстанции

Для потребителей электрической энергии второй и третьей категории, в зависимости от расчетной нагрузки, могут использоваться трансформаторные электрические подстанции с одним или двумя трансформаторами. Как правило, коэффициент роста нагрузки трансформаторной подстанции выбирается с учетом перспектив развития населенного пункта. Расчетная нагрузка, с учетом перспектив развития, рассчитывается следующим образом:

где, Кр - коэффициент роста электрических нагрузок

Мощность трансформатора должна определяться с учетом следующего условия:

Sэн - нижний экономический интервал; Sэв - верхний экономический интервал.

Выбранный трансформатор должен быть проверен по коэффициенту систематических перегрузок, следующим образом:

Для снабжения электрической энергией потребителей возле центров потребления строят комплектные трансформаторные электрические подстанции или трансформаторные пункты. Как правило, мощность трансформаторных пунктов незначительна, поэтому они могут размещаться на деревянных мачтах. Комплектные трансформаторные подстанции устанавливаются на опорах из железобетона. При использовании деревянных материалов трансформаторные подстанции монтируют на АП-образных опорах, потому что они имеют невысокую стоимость и сооружаются за короткий промежуток времени и для их строительства достаточно местных материалов.

Комплектные подстанции полностью делаются на заводах, а на месте установки их монтируют на фундаменте или железобетонных опорах. Эксплуатация данных трансформаторных пунктов достаточно проста, что способствовало их широкому применению при сооружении систем электроснабжения населенных пунктов, особенно сельских и на окраинах городов, а также цеховых пунктах электроснабжения на крупных промышленных предприятиях. На этих подстанциях имеется вся необходимая аппаратура:

Электроснабжение городов осуществляется от энергосистем, являющихся внешними источниками. Передача электроэнергии от внешних источников к районным (городским) понижающим подстанциям осуществляется электрическими сетями на напряжении 35—110 кВ и выше. К этой сети присоединяются электростанции, расположенные на территории города. Распределительные устройства 6—10 кВ станций и понижающих подстанций являются центрами питания (ЦП) системы электроснабжения города.

Выбор схем распределения электроэнергии на территории города определяется мощностью потребителей и их категорией по надежности электроснабжения, территориальным размещением и другими конкретными характеристиками питаемых потребителей.

Особенностями городских электрических сетей является их непрерывное развитие, обусловленное ростом электропотребления, появлением нового оборудования, увеличением требований к надежности электроснабжения.

Электрические сети напряжением 6—10 кВ и 0,38/0,23 кВ, находящиеся между центрами питания и вводами 0,38 кВ в жилые дома и к другим потребителям, образуют городскую распределительную сеть. В крупных городах распределительная сеть 6—10 кВ может выполняться в виде двух ступеней (звеньев):

а) питающей сети, состоящей из питающих линий, связывающих ЦП с распределительными пунктами, и распределительных пунктов со

связями между собой (рис. 1.4, 1—2-й уровни);

б) распределительной ашектрической сети общего пользования (рис. 1.4, 2—4-й уровни).

Распределительный пункт питающей сети может являться источником питания или пунктом приема электроэнергии других потребителей, например, промышленного предприятия, что позволяет упростить выполнение внутризаводской электрической сети.

Питающая сеть городской системы электроснабжения, обеспечивающая электроэнергией приемники, как правило, любой категории надежности, в большинстве своем оснащается автоматическим вводом резерва (АВР). Сеть выполняется по радиальным схемам, по которым центры питания с распределительными пунктами связываются параллельно или (и) раздельно работающими линиями [21].

Схемы городских распределительных сетей общего пользования при значительном многообразии их выполнения можно разделить на: а) схемы неавтоматизированной сети; б) схемы с выборочной или полной автоматизацией сети.

Неавтоматизированные сети выполняются по радиальным и магистральным нерезервируемым схемам, применяемым для электроснабжения приемников III категории, а также по петлевым схемам (с петлевыми линиями 6—10 кВ или (и) петлевыми линиями до I кВ), применяемым для питания приемников II и III категории надежности [21]. Петлевой называется линия с возможностью питания е двух сторон.

Отдельные ТП петлевой сети, обеспечивающие питание потребителей с электроприемниками I категории, должны иметь АВР на напряжении 6—10 кВ в основном на базе выключателей нагрузки или на напряжении 0,38 кВ на основе специальных станций управления на базе контакторов. Выполненная таким образом, она называется сетью с выборочной автоматизацией. АВР в каждой ТП обеспечивает полную автоматизацию электрической сети. К полностью автоматизированным относятся двух- и многолучевые сети [21].

За рубежом для электроснабжения городов широкое применение нашли замкнутые сети, базирующиеся на использовании радиальной сети 6—10 кВ в сочетании с сильно развитой, работающей в замкнутом

режиме сетью напряжением 0,38 кВ. Эксплуатация такой сети предъявляет более высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Сети 0,38 кВ, питающие ВРУ гражданских зданий, в зависимости от ответственности электроприемников выполняются по радиальным и магистральным схемам (рис. 3.4).

Распространенный вариант, при котором одни вводы нескольких ВРУ питаются по магистральной, другие — по радиальной схемам от одной двухтрансформаторной или от двух или более трансформаторных подстанций, представляет собой смешанную схему питания ВРУ.

Читайте также: