Общая характеристика систем электроснабжения
Электричество является универсальным видом энергии, которую можно передавать на большие расстояния, легко распределять и эффективно использовать, превращая в любой другой вид энергии или работу. В городском хозяйстве электроэнергия широко используется в жилых и общественных зданиях для освещения; привода силовых установок лифтов, холодильных и стиральных машин, насосов и вентиляторов; приготовления пищи и горячей воды; в системах теплоснабжения, водоснабжения и канализации, благоустройства территории города, городского электрифицированного транспорта, а также в качестве источника энергии для средств связи, радио и телевидения.
Надежное обеспечение потребителей электрической энергией стандартных параметров и в необходимом объеме является основной целью функционирования городской системы электроснабжения.
Систему электроснабжения города следует рассматривать как часть энергетической системы страны, в состав которой входят: 1) центры питания (ЦП) энергосистемы, служащие для приема, преобразования и распределения электроэнергии в городе; 2) распределительные устройства (РУ) - электроустановки, предназначенные для приема и распределения электроэнергии, в состав которых входят сборные и соединительные шины, коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики; 3) подстанции - это комплекс электроустановок для преобразования и распределения энергии, состоящий из трансформаторов и других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, устройств управления, защиты и автоматики; 4) распределительные пункты (РП) - подстанции городской распределительной сети, предназначенные для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации; 5) трансформаторные пункты - подстанции, предназначенные для преобра-
зования напряжения и распределения электроэнергии между потребителями; 6) линии электропередачи (ЛЭП) - это инженерные сооружения, служащие для передачи электроэнергии от электростанций к потребителям; 7) электроприемники потребителей - устройства (трансформаторы, электродвигатели, преобразователи, светильники и пр.), в которых электроэнергия преобразуется в другие виды энергии или работу.
Городская система электроснабжения (рис. 7.1) состоит из трех взаимосвязанных подсистем: 1) электроснабжающая, предназначенная для распределения электроэнергии между отдельными районами города с помощью центров питания и линий электропередачи напряжением 35-110 кВ; 2) распределительной, предназначенной для распределения энергии между отдельными городскими потребителями с помощью распределительных и трансформаторных пунктов, питающих и распределительных ЛЭП; 3) внутренней, предназначенной для распределения электроэнергии между группами или отдельным электроприемниками потребителей.
Рис. 7.1. Схема электроснабжения города
Например, к внутренней подсистеме зданий относятся: 1) ввод-но-распределителыюе устройство, соединяющее городскую электросеть с внутридомовой через главный щит с коммутационной аппаратурой, устройствами управления, защиты и автоматики; 2) вертикальные магистральные линии (стояки) с этажными щитками для питания квартир; 3) силовые линии лифтовых, насосных и других установок; 4) линии освещения и др.
Современные системы электроснабжения базируются на трехфазном неременном токе с частотой 50 Гц. Применение трехфазного переменного тока объясняется простотой конструкции, надежностью и экономичностью электрических машин, а также возможностью простого и эффективного преобразования напряжения в трансформаторах для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Основными недостатками переменного тока являются технические ограничения, возникающие вследствие наличия реактивных сопротивлений и необходимости генерирования реактивной мощности, недостаточной экономичности и плавности регулирования скорости вращения двигателей, невозможности аккумулирования энергии и неприемлемости прямого использования для некоторых целей. Поэтому наряду с трехфазным переменным током в городском хозяйстве применяется и постоянный ток, главным образом, для электроснабжения электрифицированного транспорта.
Городские системы электроснабжения имеют несколько уровней напряжения: 1) электроснабжающие сети высокого напряжения 35-110(150)-220(330) кВ; 2) питающие и распределительные сети среднего напряжения 6-10-20 кВ. Напряжения 220 (330) кВ применяются для связи мощных электростанций в энергосистемах, а также для межсистемных связей. Напряжения 35 и 110 кВ применяются для связи электростанций между собой и в распределительных сетях для питания крупных потребителей или районов города. В городских питающих и распределительных сетях в качестве основного рекомендуется применять напряжение 10 кВ. Для питания жилых и общественных зданий применяют трехфазные четырех проводные сети напряжением 380/220 В.
Таким образом, для электрических сетей современных городов рекомендуется система напряжения 110/10/0,4 кВ, которая ха-
растеризуется меньшими капиталовложениями и потерями электроэнергии по сравнению с системой 110/35/10(6)/0,4 кВ.
7.1.2. Основы проектирования систем электроснабжения
Проектирование городских систем электроснабжения условно разбивается на несколько взаимосвязанных этапов, касающихся разработки: 1) схемы электроснабжения в составе генерального плана развития города; 2) схемы развития электрических сетей города; 3) проектов отдельных объектов электроснабжающих сетей (ЛЭП и ЦП) и 4) проекта распределительных сетей города.
Схема электроснабжения города должна содержать общие сведения о составе и величине электрических нагрузок (суммарной мощности всех городских потребителей), источниках питания, размещении главных электрических подстанций и коридоров воздушных ЛЭП на период 10, 15 и 20-25 лет. Данная схема утверждается в составе генерального плана развития и, следовательно, является основой для построения перспективной системы электроснабжения города.
Схема развития электрических сетей города разбивается на этапы. Она должна включать в себя: 1) расчет по укрупненным показателям электрических нагрузок и нанесение их на план города; 2) определение источников покрытия электрических нагрузок; 3) расчет мощности и количества центров питания; 4) выбор схемы и напряжения сетей 35 кВ и выше; 5) план города с нанесением на нем трасс ЛЭП 35 кВ и выше; 6) определение объемов работ и затрат по этапам строительства сетей. Дополнительно в схеме рассматриваются балансы активных и реактивных мощностей, разрабатываются меры по регулированию напряжения и ограничению токов короткого замыкания, вопросы автоматизации и телемеханизации сетей. Утвержденная схема развития электрических сетей города является основой для проектирования линий электропередачи и подстанций напряжением 35 кВ и выше. Как правило, такие проекты выполняются путем разработки технорабочего проекта.
Проектирование распределительных городских сетей напряжением до 20 кВ выполняется в две стадии: 1) технический проект развития (реконструкции) сетей 0,4-20 кВ и 2) рабочие чертежи по
отдельным сетевым узлам объектов. Технический проект развития электрических сетей 0,4-20 кВ должен содержать: 1) расчет нагрузки коммунально-бытовых, промышленных и общегородских потребителей, центры которых наносятся на план застройки районов города; 2) баланс активных и реактивных нагрузок с распределением их по ЦП; 3) схему электроснабжения собоснованием принципа ее построения, анализом существующей сети, выбором напряжения питающей и распределительной сети, количества, мощности и расположения ТП. РП и других объектов; 4) мероприятия по регулированию напряжения, ограничению токов короткого замыкания, компенсации реактивной мощности, защите, автоматизации и телемеханизации сетей.
В техническом проекте разрабатываются чертежи-планы кварталов с нанесением трасс сетей в масштабе 1:2000, чертеж и расчетную схему сетей с указанием нагрузок потребителей, расчетных сечений и длин отдельных участков сетей, расположением и мощностью ТП, РП и ЦП. Дополнительно разрабатывается документация, в которой отражается спецификация на основное оборудование и материалы, определяется объем и сметная стоимость работ, связанных с реализацией проекта развития распределительных сетей города. Проект должен иметь технико-экономическое обоснование, в состав которого входит сравнение нескольких технически осуществимых вариантов развития сетей города. Сравнение вариантов осуществляется на базе расчета комплекса технико-экономических показателей, характеризующих различные варианты развития сетей. В качестве общих ТЭП используются: 1) жилая площадь, мЛ; 2) земельная площадь кварталов, га; 3) количество ТП. шт.; 4) расчетная мощность, кВт; 5) установленная мощность трансформаторов, кВА; 6) общая длина сетей (высоко- и низковольтной, кабельной и воздушной), м; 7) стоимость всех ТП (с учетом строительной части), руб.; 8) вес проводниковых материалов, кг, и др. Удельные показатели: 1) расчетная мощность на единицу площади. кВт<Чг, кВт/га; 2) средняя длина сети до и выше 1000 В, м/м" и м/кВт, кабельной и воздушной, м/м2 и м/кВт; 3) количество ТП на 1000 м2; 4) удельная стоимость ТП, руб./м2 и руб./кВт; 5) удельная стоимость сети (высоко-, низковольтной, кабельной и воздушной), руб./кВт.