Тексты лекций по дисциплине «оптимизация и управление системы электроснабжения»

Потребители электроэнергии — это предприятия, организации, территориально обособленные цеха, строительные площадки, квартиры, у которых приемники электроэнергии подключены к электрической сети. Приемником электроэнергии (электроприемником) называют устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии в целях ее использования.
Потребители электроэнергии по надежности их электрообеспечения делятся на три категории. К первой категории относятся потребители, которые допускают перерывы в питании в пределах долей секунды. Ими являются потребители, от непрерывной работы которых зависит жизнь людей: лечебные учреждения; телефонные станции; устройства противопожарной, охранной сигнализации; системы аварийного освещения крупных магазинов, зрелищных и спортивных учреждений; лифты общественных зданий; водопроводные и канализационные системы; городской электрический транспорт; сети уличного освещения с суммарной нагрузкой до 10000 кВ∙А. К этой же категории потребителей следует отнести предприятия с непрерывным производственным процессом, остановка которых может привести к опасной для жизни людей ситуации, экологически неблагоприятным последствиям, существенным экономическим убыткам, повреждению дорогостоящего оборудования, нарушению функционирования особо важных объектов коммунального хозяйства. Время перерывов в электроснабжении определяется временем включения другого независимого источника энергии с помощью систем аварийного включения резерва.
Потребители второй категории допускают перерывы в электропитании на время, необходимое для включения резервных линий дежурным персоналом. К этой категории потребителей относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению жизнедеятельности городских и сельских жителей. В эту же категорию входят жилые дома, общежития, где установлены электроплиты, административно-общественные здания, детские учреждения, предприятия общественного питания, коммунальные предприятия (химчистки, прачечные, бани и т.п.), магазины.
К третьей категории относятся потребители, которые не входят в первую и вторую категории.
В электроэнергетической системе распределение и передача энергии от источников к потребителям осуществляется с помощью электрических сетей. Они включают в себя трансформаторные и преобразовательные подстанции, распределительные устройства и воздушные или кабельные линии электропередачи (ЛЭП). Передачу энергии обычно осуществляют с повышением напряжения ЛЭП и его последующим понижением у потребителя с помощью трансформаторов.
Простейшие системы передачи электрической энергии представлены на рис. 1.1. В случае системы с повышением и понижением напряжения (рис.1.1, б) от генератора Г электрическая энергия напряжением U₁ подается на повышающий трансформатор Т₁. Транспортировка электрической энергии осуществляется по линии электропередачи с активным сопротивлением R при напряжении U₂. Трансформатор Т₂ понижает напряжение до уровня U₃, необходимого потребителю с нагрузкой R_н.

Рис. 1.2.1. Системы передачи электроэнергии:

а — без повышения напряжения; б — с повышением и понижением напряжения на трансформаторах

Для этой системы полезная нагрузка Р_пол = U /R_н, обусловленная сопротивлением потребителя R_н, остается постоянной. Покажем эффективность передачи электрической энергии при напряжениях U₁. и U₂.

Полезная мощность, передаваемая источником потребителю в схемах, представленных на рис. 1.2.1, а и б, составляет Р_пол = U₁ I₁ = U₂I₂. Потери энергии при напряжениях U₁. и U₂. различаются и составляют: ΔР₁ = I R и ΔР₂ = I R. Отношение потерь будет определяться как

ΔР1/ ΔР2 = I R/I R = I / I

(1.2.1)

или с учетом закона Ома

ΔР1/ ΔР2 = U /U .

(1.2.2)

Таким образом, отношение потерь при передаче электроэнергии с увеличением напряжения от U₁ до U₂ уменьшается пропорционально отношению напряжений во второй степени при соблюдении постоянного значения R.

Принято, что рациональное и надежное энергообеспечение можно реализовать путем формирования электрических сетей с возможностью резервирования. Уменьшения потерь и реализации высокой пропускной способности линий связи с электростанциями добиваются использованием глубоких вводов высокого напряжения и формированием в пределах города или в непосредственной близости от него кольцевых сетей высокого напряжения. Глубоким вводом называют систему электроснабжения, включающую в себя питающую линию высокого напряжения и понижающую подстанцию. Эта система обеспечивает передачу значительной мощности вглубь территории крупного города или крупного промышленного предприятия.
Электрические сети высокого напряжения кольцевой конфигурации выполняют роль сборных шин для приема электроэнергии от удаленных электростанций и для присоединения городских источников электроэнергии и понижающих подстанций города. В этом случае для глубоких вводов характерно напряжение 110—500 кВ, для распределительных пунктов используются воздушные и кабельные линии напряжением 35—220 кВ. На территории предприятий подводы к крупным потребителям выполняют в виде кабельных или воздушных распределительных линий напряжением 0,4 и 10 (6) кВ. У потребителей применяют электрические линии внутренних сетей напряжением 0,4 кВ.
На рис. 1.2.2 приведена обобщенная схема электроснабжения города.
Городские электрические сети включают в себя подстанции и распределительные устройства, схемы которых представлены на рис. 1.2.3, 1.2.4. Обеспечение потребителей электроэнергией происходит с резервированием, т.е. электротехническое оборудование дублируется в целях сохранения электропитания в аварийных ситуациях и при проведении ремонтных работ. Резервирование по питанию от линий электропередачи Л₁, Л₂ (рис. 1.2.3) осуществляется с помощью использования разъединителей Р₃, Р₄, выключателей В₃, В₄ и двух понижающих трансформаторов Т₁, Т₂.
Потребители могут быть подключены к разным системам шин через выключатели и разъединители.
Электроснабжение отдельных районов города обычно осуществляется с помощью разветвленных распределительных сетей напряжением 6 или 10 кВ. Эти сети высокого напряжения обеспечивают, в основном, гибкость и надежность электроснабжения в городе. Отдельные потребители получают электроэнергию через распределительные пункты, где также предусмотрена возможность их подключения к различным источникам (рис. 1.2.4). Комбинацией выключателей В и разъединителей Р добиваются надежного обеспечения электроэнергией потребителей со стороны выключателей В₁—В₂. Выключатели В₅—В₇ обеспечивают переключение систем шин А и Б и создают

Рис. 1.2.2. Обобщенная схема электроснабжения города: