Электроснабжение промышленных предприятий кратко

Обновлено: 02.07.2024

Системой электроснабжения называется совокупность устройств, служащих для передачи, преобразования и распределения электрической энергии. Система электроснабжения промышленного предприятия предназначена для снабжения электроэнергией приемников, к которым относятся электродвигатели различных производственных механизмов, электрические печи, установки электрической сварки, осветительные, электролизные установки и т. п.

Источниками электроэнергии являются тепловые (ТЭС) или гидравлические (ГЭС) электрические станции, электрическая энергия на которых вырабатывается синхронными генераторами трехфазного тока. Последние приводятся в движение соответственно паровыми и гидравлическими турбинами. На тепловых электростанциях происходит преобразование тепловой энергии при сгорании угля, газа и т. д. На атомных электростанциях тепловая энергия есть результат расщепления атомов урана или других радиоактивных элементов в атомных реакторах. Гидротурбины используют энергию падающей воды.

В Советском Союзе созданы крупнейшие в мире тепловые, гидравлические и атомные электростанции. Вступили в строй Куйбышевская, Волгоградская, Братская, Красноярская и ряд других крупных гидростанций. Действуют Ново-Воронежская, Белоярская и другие атомные электростанции. Мощные тепловые электростанции располагаются в местах больших запасов нефти, газа, угля, перевозка которых железнодорожным и водным транспортом неэкономична. Электрическая энергия от удаленных электростанций к промышленным районам передается посредством высоковольтных линий электропередачи переменного тока при напряжении 110, 220, 400, 750, 1150 кВ. Существуют линии передачи на постоянном токе при напряжении до 750 кВ и строится линия на 1500 кВ. В крупных городах и промышленных районах, где по технологическим условиям требуются горячая вода и пар, сооружаются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ удовлетворяют технологические нужды промышленных предприятий в паре и горячей воде и одновременно вырабатывают электроэнергию.

Для обеспечения бесперебойного снабжения потребителей, удобства ремонта и более рационального использования электрооборудования, а также в целях экономии топлива электростанции промышленных районов соединяют между собой высоковольтными линиями в общее энергетическое кольцо. На рис. 12.14 изображена система электроснабжения промышленного района.

Рис. 12.14. Схема электроснабжения промышленного района

Рис. 12.15. Схема электроснабжения промышленного предприятия

Электростанции промышленного района (ТЭС, ТЭЦ, ГЭС) с помощью высоковольтных воздушных линий ЛЭПотдают вырабатываемую электроэнергию в высоковольтное кольцо, оборудованное несколькими распределительными подстанциямиРПС.От подстанций энергия по высоковольтным воздушным или кабельным линиям подступает на центральные распределительные подстанции ЦРП промышленного предприятия и далее к распределительным пунктам РПцехов предприятия. Представление о системе электроснабжения и электрооборудования промышленного предприятия можно составить, рассмотрев примерную электрическую схему рис. 12.15 и соответствующий ей план расположения электрооборудования (рис. 12.16).

Генератор Гэлектрической станции вырабатывает энергию при напряжении 6, 10, 15, 24 кВ. Энергия поступает к повышающему трансформатору Т₁, который повышает напряжение до 110, 220, 400, 500, 750 кВ. Энергия высокого напряжения через выключатель ВМи разъединитель Рс помощью линии электропередачи ЛЭПпоступает в районную распределительную подстанциюРПС.От распределительной подстанции энергия с помощью кабеля или воздушной линии передачи ЛЭПчерез разъединитель Ри выключатель ВМпоступает к понижающему трансформатору Т₂ центрального распределительного пункта ЛРПпромышленного предприятия, преобразующего энергию до напряжения 6, 10, 35 кВ. От трансформатора энергия поступает на шины распределительного устройства РПи оттуда через соответствующую аппаратуру — в цеховой распределительный пункт РП,в котором электрическая энергия с помощью понижающего трансформатора Т3 понижается до напряжений 127, 220, 380 или 500 В и поступает на шины РП.От шин РПэнергия подводится к потребителям: двигателям Д,электрическим печам ЭП,осветительным приборам Ли т. п.

Рис 12.16. План расположения электрооборудова-
ния системы электроснабжения промышленного предприятия

Рассмотрим назначение основных элементов системы электроснабжения.

Линия электропередачи предназначена для передачи электроэнергии от источника к потребителю. При больших расстояниях она выполняется в виде воздушной линии, в которой энергия передается по голым алюминиевым или сталеалюминиевым (иногда медным) проводам, подвешенным с помощью изоляторов к металлическим или железобетонным опорам. На территории городов, рабочих поселков, заводов снабжение потребителей осуществляется с помощью кабелей, проложенных в земле в траншеях или кабельных каналах. Воздушные линии в этих случаях представляли бы существенную опасность и создавали бы большие неудобства для транспорта и т. п.

Сечение проводов линии электропередачи и потери мощности в ней определяются значением тока:

I =	P	.
√3U cos φ

Таким образом, чем больше напряжение, тем меньше ток, а, следовательно, сечение проводов и потери мощности в проводах:

ΔР = 3I 2 r_п,

где r_п — сопротивление проводов.

Для передачи энергии большой мощности на значительные расстояния выбирают напряжение такого значения, при котором потери энергии, стоимость проводов и всех элементов (опор, изоляторов и т. п.) линии электропередачи оказываются наименьшими. В большинстве случаев экономически выгодное напряжение линии электропередачи оказывается значительно выше напряжения энергии, вырабатываемой генераторами электростанции.

Повышающий трансформатор служит для повышения генераторного напряжения до необходимого значения напряжения линии электропередачи.

Понижающие трансформаторы РП заводов понижают напряжение до значений, на которые рассчитаны заводские потребители. Потребители малой и средней мощности обычно выполнены на одно из стандартных напряжений: 220, 380 и 500 В.

Двигатели большой мощности, например двигатели компрессоров, насосов, воздуходувок, прокатных станов, выполняют на напряжения 3,6 и 10 кВ.

Выключатели высокого напряжения служат для включения и отключения линии электропередачи или отдельных высоковольтных потребителей дежурным персоналом, а также для автоматического отключения при коротких замыканиях и других аварийных режимах. При размыкании контактов высоковольтных выключателей вследствие высокого напряжения и большой мощности между ними возникает электрическая дуга большой разрушительной силы, особенно при отключении линии при коротком замыкании. Для гашения дуги выключатели снабжены специальными дугогасительными устройствами. В противном случае электрическая дуга при отключении могла бы разрушить контакты и вывести из строя весь выключатель. Применяются многообъемные и малообъемные масляные выключатели различных конструкций. В настоящее время широко распространены воздушные выключатели, в которых гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, выдувающим дугу из промежутка между контактами. Разъединители служат для снятия напряжения с отдельных участков линии передачи или с отдельных элементов высоковольтного оборудования и создания видимого разрыва. Это необходимо для обеспечения полной безопасности при ремонте высоковольтного оборудования. Разъединители не имеют устройств для гашения электрической дуги, поэтому снятие и последующая подача напряжения с их помощью может быть осуществлена только при отсутствии тока в линии. Исключением являются цепи силовых трансформаторов до определенной мощности.

Рис. 12.14. Схема электроснабжения промышленного района

Рис. 12.15. Схема электроснабжения промышленного предприятия

Рис 12.16. План расположения электрооборудова-
ния системы электроснабжения промышленного предприятия

Рассмотрим назначение основных элементов системы электроснабжения.

Сечение проводов линии электропередачи и потери мощности в ней определяются значением тока:

I =	P	.
√3U cos φ

ΔР = 3I 2 r_п,

где r_п — сопротивление проводов.

Современная экономика постоянно развивается на основе промышленного производства. Нормальная работа в этой области зависит от многих факторов, однако ключевую роль здесь играет электроснабжение промышленных предприятий. Данная система включает в себя питающие, распределительные, трансформаторные и преобразовательные подстанции, а также связывающие их воздушные и кабельные линии, токопроводы высокого и низкого напряжения. Все участки электроснабжения организованы с учетом безопасной эксплуатации обеспечения качества производимой электроэнергии, бесперебойной работы системы в обычном и послеаварийном режимах.

Требования к энергоснабжению предприятия

Основным требованием к системе энергоснабжения предприятия считается ее экономичность, связанная с затратами и ежегодными расходами. Сюда же включаются и возможные потери электроэнергии, незапланированной расходование дорогостоящих материалов и оборудования.

Для обеспечения экономичной и надежной работы системы электроснабжения используется взаимное резервирование имеющихся сетей, а также объединение питания, поступающего к промышленным, сельскохозяйственным и коммунальным объектам.

Если же на промышленном предприятии сооружается собственная электростанция, главная понижающая подстанция и прочие источники питания, необходимо учитывать и других, внезаводских потребителей электроэнергии. Это особенно актуально, когда энергосистема не в состоянии полностью охватить все районы, в результате, здесь нередко бывают проблемы с электричеством. Подключение к сети промышленного предприятия дает возможность полностью или частично решить эти вопросы.

Все подстанции и электрические сети должны быть включены в состав общего комплекса предприятия, наряду с другими коммуникациями и производственными сооружениями. В связи с этим, при составлении проекта, энергетическая область обязательно увязывается с его строительными и технологическими частями, общим генеральным планом и очередностью строительства.

Особенно высокие требования в вопросах надежного и экономичного электроснабжения предъявляются крупными энергоемкими металлургическими, химическими и другими предприятиями. Как правило, они имеют высокие суммарные мощности установленных потребителей и электроприемников. Существенно возрастают и единичные мощности оборудования. В процессе развития предприятий их суммарные мощности могут достигать 1,5-2 тыс. МВт.

Категории электроснабжения предприятий

Надежность электроснабжения имеет решающее значение для нормальной работы всех промышленных предприятий. В зависимости от степени важности объекта, сложности технологических процессов, существует несколько категорий, определяющих критерии подачи электричества в каждом конкретном случае.

Первая категория. Электроснабжение оборудования, входящего в данную категорию не должно прерываться. Нарушение этого требования приводит к возникновению опасных ситуаций для работающих, повреждению оборудования, нанесению значительного ущерба, выпуску бракованной продукции, расстройствам сложных технологических процессов.

В связи с этим для данной категории электроприемников предусматриваются два независимых источника питания. Перерыв в электроснабжении допускается только на момент включения автоматического ввода резерва. Наиболее яркими примерами служит сталелитейное производство, насосные станции, разливочные краны, котельные производственного пара и другие аналогичные объекты.

В первую категорию входит еще одна группа электроприемников, от бесперебойной работы которых зависит возможность безаварийной остановки производства. Например, в некоторых производственных процессах остановка вентиляции может привести к опасной концентрации газов, обладающих горючестью или токсичностью, прекращение работы насосов – к пожару или взрыву. Подобные электродвигатели устанавливаются на задвижках и запорной арматуре, приводах вентиляторов и компрессоров в центробежных насосах. К особой группе относятся и некоторые виды аварийного освещения.

Вторая категория. Считается наиболее многочисленной и включает в себя потребителей, также выполняющих важные функции, однако перерыв их электроснабжения вызывает лишь массовое недополучение продукции заказчиками, простои рабочих, машин, механизмов, оборудования и транспорта.

Требования к резервному питанию таких потребителей не столь строгие, как у первой категории. Во время перерыва электроснабжения дежурный персонал вручную включает резервные источники питания. При отсутствии постоянного персонала, эту процедуру выполняет выездная бригада. У электроприемников второй категории не существует каких-то постоянных критериев по предъявляемым требованиям. Одни группы больше напоминают 1-ю категории, а другие – третью. Поэтому следует осторожно подходить к вопросам резервирования именно этой категории потребителей, не допускать необоснованных действий по устройству резерва, во избежание удорожания всей системы электроснабжения.

Третья категория. Включает в себя все остальные потребители, не относящиеся к 1-й и 2-й категориям. Они используются в основном в цехах и на участках вспомогательного назначения. В отношении третий категории допускаются перерывы в питании на период ремонтных или профилактических работ. Отсутствие электроснабжения допускается на срок, не превышающий одних суток.

Электроснабжение в послеаварийном режиме

Для того чтобы правильно решать вопросы резервирования, нужно установить режимы и ситуации, которые возникают при авариях и в послеаварийный период. Сам аварийный режим представляет собой кратковременную ситуацию переходного характера, возникающую при нарушении нормальной работы электроснабжения или отдельных участков и звеньев системы. Аварийный период продолжается до того момента, пока не будет отключен поврежденный элемент или целое звено.

Аварийный режим продолжается в соответствии с периодом, в течение которого действует релейная защита, автоматика и телеуправление. После этого наступает так называемый послеаварийный режим, после того как будут отключены все поврежденные элементы. Его продолжительность значительно больше, чем у аварийного режима. Данный период растягивается до полного восстановления нормальной работы всей системы электроснабжения.

Следовательно, данная система должна быть построена так, чтобы при наступлении послеаварийного режима основные производственные мощности предприятия могли нормально функционировать после выполнения всех действий по переключениям и переподключениям. Энергоснабжение налаживается с использованием всех резервных и дополнительных источников питания, даже тех, которые совершенно нерентабельны в нормальных условиях эксплуатации.

Послеаварийный режим допускает частичное ограничение подаваемых мощностей и перерывы в подаче питания на короткое время для всех потребителей третьей категории, и выборочно – для второй категории. Кроме того, допускаются отклонения от нормальных уровней напряжения и частоты в рамках допустимых пределов.

При невозможности полного сохранения в рабочем состоянии всех основных производственных мощностей, необходимо обеспечить сокращенный рабочий режим предприятия, во время которого поддерживается состояние горячего резерва. В этом случае после полного восстановления штатного энергоснабжения, предприятие сможет быстро возобновить свою производственную деятельность в соответствии с заданной программой.

Энергоснабжение и потребляемая мощность

Энергоснабжение предприятий во многом зависит от потребляемой мощности. В связи с этим все предприятия могут быть крупными, средними и малыми.

Значения номинальных напряжений, принятых в ГОСТ для разных сетей, будут следующими:

До 1000 вольт – 36, 220/127, 380/220, 660/380В.
Свыше 1000 вольт – 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ.

Напряжение, наиболее оптимальное для конкретного предприятия, зависит от ряда факторов. Среди них наиболее важными считаются потребляемая мощность, удаленность предприятия от источника питания, а также значение питающего напряжения. Как правило, промышленные предприятия получают напряжение в пределах 6-220 кВ. К предприятиям с высокой энергетической емкостью подводятся напряжения, величиной 330, а в некоторых случаях и 500 кВ.

На средних предприятиях используется напряжение величиной 35 кВ, подводимое на территорию в виде глубокого магистрального ввода. Сюда же в сеть подключаются трансформаторы 35/0,4 кВ, без промежуточного напряжения 6-10 киловольт. Внутри цехов применяется напряжение 20 кВ, подводимое с помощью недорогой аппаратуры и кабелей. Использование такого напряжения позволяет снизить годовые расходы и снизить потери электроэнергии в сетях, трансформаторах и прочем оборудовании. Тем не менее, 20 кВ не является единым напряжением на предприятиях, поскольку оно не обеспечивает всех потребностей на первых ступенях электроснабжения.

Электроустановки до 1000 В

Данный тип электроустановок эксплуатируется при напряжении 380/220В. Они обеспечивают питанием силовые и осветительные электроприемники через общие трансформаторы, но отдельные сети. На предприятиях, где проводится расширение или реконструкция очень редко используется напряжение 220/127В, хотя здесь и есть электроустановки, рассчитанные на такое напряжение.

Более низкое напряжение в 36 В применяется для освещения помещений с повышенной опасностью, где невозможно использование стационарного освещения и переносных ламп. В особенно неблагоприятных условиях для питания источников освещения требуется напряжение не более 12 вольт. Напряжение 660 вольт используется очень редко, в основном при большой удельной плотности нагрузок и высокой концентрации мощностей.

Читайте также: