Решения по энергосбережению: стратегия распределения нагрузки по времени

Содержание

Режимы работы электрических систем и их параметры

При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов.
Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты.

Под режимом сети понимается ее электрическое состояние. Рассмотрим возможные режимы работы электрических систем.

При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы

электростанций и сетей и удержание основных параметров в пределах допустимых норм. Отметим, что нормальным считается режим и при включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также для резкопеременных (ударных) нагрузок. В этих случаях после завершения переходного процесса, который продолжается доли секунды, вновь наступает установившийся нормальный режим, когда значения параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых пределах.

В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося
нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей.

Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.

Источник: Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов.

Помощь студентам

Разногласия в ГОСТах

Как же так, есть нормы, в стандарте приведены новые требования, а практическая реализация не наступила и почти что через тридцать лет. Причиной этому послужило постоянное наращивание мощности бытовыми приборами, их количеством и растущее потребление. Поэтому энергоснабжающие организации не могли достигнуть даже допустимых отклонений предыдущего стандартного номинального напряжения.

Первый из рассматриваемых нормативов – это ГОСТ 32144-2013, предназначенный для определения основных параметров качества электрической энергии. Как один из этих показателей, в стандарте установлены допустимые диапазоны для разности потенциалов.

Разумеется, рассматривать все пункты и их расчетную часть смысла не имеет, поэтому оговорим наиболее важные моменты:

  • согласно п.4.2.2 номинальное напряжение считается 220 В между фазой и нулем, и 380 В для линейной нормы.
  • провалы напряжения, которые, как правило, обуславливаются введением мощных потребителей, длительность провала не должна превышать 1 минуты;
  • в соответствии с п.4.3.3 импульсные перенапряжения, которые могут обуславливаться атмосферными разрядами, составляют норму от 1 микросекунды до нескольких миллисекунд;
  • несимметрия трехфазной сети согласно п.4.2.5 должна составлять не более 2 – 4% коэффициента несимметрии в десятиминутном интервале по недельной характеристике.

Для сравнения с предыдущими нормами, в действии находится ГОСТ 29322-2014, который относится к международным стандартам и устанавливает номинальные характеристики рядов напряжения. Был разработан в соответствии с другими нормами — IEC 60038:2009 и аннулировал действие стандарта 1992 года. Но в нем, согласно п.3.1 номинал сетей бытовой энергии устанавливается на отметку 230 В и 400 В для электрических сетей с переменным током частотой 50 Гц. Стоит сказать, что для зарубежных сетей с частотой 60 Гц имеются некоторые отличия, но допустимое отклонение частоты всего 2%, поэтому для отечественных потребителей эти поправки неактуальны.

Общие требования

1.2.11. При проектировании систем электроснабжения и реконструкции электроустановок должны рассматриваться следующие вопросы:

  1. перспектива развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжения;
  2. обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей электрической энергии, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их принадлежности;
  3. ограничение токов КЗ предельными уровнями, определяемыми на перспективу;
  4. снижение потерь электрической энергии;
  5. соответствие принимаемых решений условиям охраны окружающей среды.

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и экономической целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов резервирования следует учитывать перегрузочную способность элементов электроустановок, а также наличие резерва в технологическом оборудовании.

1.2.12. При решении вопросов развития систем электроснабжения следует учитывать ремонтные, аварийные и послеаварийные режимы.

1.2.13. При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты и автоматики при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также одновременного длительного исчезновения напряжения на этих источниках питания при тяжелых системных авариях.

1.2.14. Требования 1.2.11-1.2.13 должны быть учтены на всех промежуточных этапах развития энергосистем и систем электроснабжения.

1.2.15. Проектирование электрических сетей должно осуществляться с учетом вида их обслуживания (постоянное дежурство, дежурство на дому, выездные бригады и др.).

1.2.16. Работа электрических сетей напряжением 2-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

  • в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ – более 10 А;
  • в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи:
    • более 30 А при напряжении 3-6 кВ;
    • более 20 А при напряжении 10 кВ;
    • более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор – более 5А.

При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов.

Работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так и с эффективно заземленной нейтралью.

Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

Повреждения и утяжеленные режимы работы электрических сетей

Втрехфазных электрических сетях возможныповреждения электрооборудования иутяжеленные режимы работы. Повреждения,связанные с нарушением изоляции,разрывом проводов линий электропередачи,ошибками персонала при переключениях,приводят к КЗ фаз между собой или наземлю (рис. 7.1). Возможны и более сложныеповреждения. Кроме того, в случаеразвития повреждения не исключеныпереходы одного вида повреждения вдругой с охватом большего числа фаз.При КЗ в замкнутом контуре появляетсябольшой ток, увеличивается падениенапряжения на элементах оборудования,что ведет к общему понижению напряженияво всех точках сети и нарушению работыпотребителей; возникает также опасностьнарушения параллельной работыэлектростанций.

Утяжеленныережимы работыэлектрических сетей возникают, какправило, в результате аварий или послеаварийных отключений оборудования,при последующих перегрузках и отклоненияхнапряжения от номинальных значений. Ихотя эти режимы в течение некотороговремени считаются допустимыми, все жеони создают предпосылки для различногорода повреждений и расстройств в работеэлектрических сетей. Например, в сетях6-35 кВ, работающих с изолированнойнейтралью или заземлением черездугогасящий реактор, замыкание однойфазы на землю сразу не приводит к КЗ (вместе замыкания фазы на землю проходитлишь относительно небольшой емкостныйток) и не отражается на работе потребителейэлектроэнергии, поскольку при этомискажаются лишь фазные напряжения ине изменяются значения междуфазныхнапряжений. Однако для такого утяжеленногорежима характерно повышение напряжениянеповрежденных фаз относительно землидо линейного (рис. 7.2, б)ко всей электрически связанной сети,что создает угрозу повреждения изоляциии междуфазного КЗ через землю (рис.7.3). Поэтому время работы сетей сзаземленной фазой ограничивается (вряде случаев до 2 ч). За это время участоксети с заземленной фазой должен бытьобнаружен и выведен в ремонт.

Дляобеспечения нормальных условий работыэлектрических сетей и предупрежденияразвития повреждения необходимы быстраяреакция на изменения режима работы,незамедлительное отделение повредившегосяоборудования от неповрежденного и принеобходимости включение резервногоисточника питания потребителей.

Выполнениеэтих задач возложено на устройстварелейной защиты и автоматики. Релейнаязащита в случае возникновения аварийногорежима воздействует на отключениевыключателей поврежденных участковсети или оборудования.

Крелейной защите предъявляются следующиетребования.

1.Автоматическое отключение оборудованияэлектрических сетей в аварийных режимахдолжно быть избирательным (селективным).Это означает, что релейная защита должнаотключать только поврежденноеоборудование или участок сети. На рис.7.4 пунктирной линией выделены участки,подлежащие автоматическому отключениюв случае их повреждения. Неселективноедействие релейной защиты приводит кразвитию аварийной ситуации.

2.Автоматическое отключение оборудованияпри КЗ должно быть по возможностибыстрым, чтобы уменьшить размерыповреждения и не нарушить режим работыэлектростанций и приемников электрическойэнергии. В современных электрическихсистемах, оснащенных быстродействующимивыключателями и совершенными устройствамирелейной защиты, практически достигнутонаименьшее полное время отключениянаиболее ответственных участков сетей0,05-0,06 с. В распределительных сетяхприменяются менее быстродействующиевыключатели и более простые защиты,поэтому полное время отключенияповрежденного оборудования можетдостичь нескольких секунд.

3.Для того чтобы релейная защита реагировалав аварийных режимах, она должна обладатьопределенной чувствительностью, т.е.должна приходить в действие при КЗ влюбом месте защищаемой зоны и приминимально возможном токеКЗ. Чувствительность характеризуетсякоэффициентом чувствительности КчДля защит, реагирующих на ток КЗ,

img-wSUOdb.png

гдеIКmin– минимальный ток КЗ;

Iсз– ток срабатывания защиты.

Значениекоэффициента чувствительности в рядеслучаев считается удовлетворительным,если он равен или более 1,5.

4.Релейная защита должна быть надежной,безотказно работать при КЗ в защищаемойзоне и только при тех режимах, прикоторых предусмотрена ее работа.

Устройстварелейной защиты отличаются друг отдруга по принципу действия, схемевключения и другим признакам. Применениетех или иных защит определяетсяособенностями электрическогооборудования, схемами его включения,рабочим напряжением и ответственностьюпотребителей.

img-AwOtLk.jpg

Рис.7.1. Поврежденияв электрической сети с заземленнойнейтралью:

а,б, в– одно-, двух- и трехфазное КЗ соответственно;г– разрыв фазы

Устройстварелейной защиты в электрических сетяхдополняются устройствами противоаварийнойавтоматики, позволяющими быстроустранять опасные послеаварийныережимы и восстанавливать электроснабжениепотребителей, исключая вмешательствоперсонала.

Нижерассматриваются принципы действия,особенности схем и обслуживаниеоперативным персоналом некоторыхнаиболее распространенных устройстврелейной защиты и автоматики наподстанциях энергосистем.

img-QtSN4n.png

7.2

СССР переходит на новый стандарт – 220/380 В

В Советском Союзе, несмотря на наличие прогрессивного стандарта 220/380 В, при реализации плана массовой электрификации строили сети переменного тока преимущественно по устаревшей методике – на 127/220 В. Первые попытки перейти на напряжение европейского образца были предприняты в нашей стране ещё в 30-х годах XX века. Однако массовый переход был начат лишь в послевоенное время, его причиной стала возрастающая нагрузка на энергосистему, которая поставила инженеров перед выбором – либо увеличивать толщину кабельных линий, либо повышать номинальное напряжение. В итоге остановились на втором варианте. Определённую роль в этом сыграл не только фактор экономии материалов, но и привлечение к работе немецких специалистов, имевших прикладной опыт использования электрической энергии с напряжением 220/380 В.

Переход растянулся на десятилетия: новые подстанции строили уже под номинал 220/380 В, а большинство старых переводили лишь после плановой замены отслуживших свой срок трансформаторов. Поэтому в СССР долгое время параллельно сосуществовали два стандарта для сетей общего пользования – 127/220 В и 220/380 В. Окончательное переключение на 220 В некоторых однофазных потребителей, по свидетельствам очевидцев, произошло только в конце 80-х — начале 90-х годов.

Категории электроприемников и обеспечение надежности электроснабжения

1.2.17. Категории электроприемников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

1.2.18. В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории. Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

1.2.19. Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п. Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения. Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

1.2.20. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

1.2.21. Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

3. Режимы работы электрических сетей по реактивной мощности

КУ используются батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и статические источники реактивной мощности.

Потребители реактивной мощности имеют, как правило, индуктивный характер нагрузки. Рассмотрим с позиций теоретической электротехники совместную работу конденсаторов и потребителей с индуктивным характером нагрузки, подключенных параллельно к одной точке электрической сети. Работа потребителей индуктивного характера основана на создании магнитного поля, энергия которого в первую четверть периода берется от источника, во вторую четверть – отдается обратно источнику, в третью четверть энергия для создания магнитного поля вновь берется от источника, а в четвертую – вновь отдается источнику и т. д.

Конденсаторы имеют емкостной характер нагрузки. Работа такой нагрузки основана на создании электрического поля, энергия которого во вторую четверть периода берется от источника, в третью четверть – отдается источнику, в четвертую – вновь берется от источника, в первую четверть следующего периода – вновь отдается источнику и т. д. Таким образом, в течение каждой четверти периода индуктивная и емкостная нагрузки обмениваются энергией. Так, для создания магнитного поля в индуктивной нагрузке используется энергия электрического поля емкостной нагрузки, и наоборот.

Следовательно, конденсаторы являются источником реактивной энергии для индуктивной нагрузки.

Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры. Конденсаторные батареи устанавливаются в узлах электрической сети напряжением до 220 кВ. Мощность конденсаторной батареи зависит от количества параллельно-последовательно включенных конденсаторов в одной фазе, напряжения сети в точке подключения батареи и схемы включения фаз.

При включении фаз Cф конденсаторной батареи треугольником генерируемая одной фазой реактивная мощность в соответствии с рис. 3.2 составляет

где U, I – линейные напряжение и ток.

При включении фаз Сф конденсаторной батареи в звезду генерируемая одной фазой реактивная мощность составляет

где Uф, Iф – фазные напряжение и ток.

Ограничение потребляемой мощности по требованию

Другая тактика недопущения создания пиков потребления – отключение нагрузок по запросу, что означает распределение и управление электроэнергией в зависимости от запросов пользователей с учетом возможностей питающей сети. Пользователям могут быть представлены определенные льготы, за то, чтобы они уменьшали потребляемую мощность, когда у сети нет возможности обеспечить электроэнергией всех потребителей. В основном такая ситуация возникает в наиболее жаркую погоду, когда обывателям и бизнесу необходима дополнительная мощность на вентиляцию и кондиционирование. В некоторых странах существуют специальные сторонние компании, которые анализируют параметры электрической сети и определяют цену электроэнергии в каждый момент.

Потребителям, согласившимся на отключение нагрузки при необходимости, предоставляются определенные льготы, а у поставщика появляется дополнительная энергия, которую можно продать. В любом случае у такой компании должен быть договор с потребителем, который должен сократить энергопотребление до заранее определенного уровня по первому требованию поставщика. Подобные контракты могут содержать как аварийные схемы потребления (потребитель должен уменьшить нагрузку под угрозой высоких штрафов), так и опционные (снижение потребления стимулируется материально, а потребитель решает сам насколько ему необходимо снизить нагрузку). Обычно контракты лимитируют продолжительность ограничений в пределах 2 – 4 часов и количество подобных ограничений (от 3 до 5) в год. У промышленности больше возможностей по применению указанной схемы, в то время как офисные или жилые строения не могут резко сократить энергопотребление без существенного влияния на комфорт находящихся в них людей.

Уведомление о необходимости ввода ограничения потребления электроэнергии поступает по телефону или автоматически с узла учета и мониторинга. Обычно оно приходит заранее, за 30-60 минут до момента, когда необходимо снизить потребляемую мощность. После получения уведомления потребитель либо вручную, либо при помощи программируемой автоматики последовательно отключает или сокращает энергопотребление своих нагрузок до достижения затребованного уровня. После этого автоматика узла учета и мониторинга или диспетчерская служба поставщика электроэнергии начинает отсчет времени ограничения потребления энергии.

После его завершения та же автоматика или диспетчерская служба посылает уведомление о завершении режима ограничения, и потребитель электроэнергии может восстановить нормальную работу оборудования или производства.

Выгода от применения ограничения потребления электроэнергии зависит от конкретных условий и тарифов. Применяются различные варианты поощрения клиентов за использование подобной схемы. Если у потребителя имеется достаточное количество некритичных ко времени работы нагрузок, отключение которых позволяет избежать пика потребления в электросети, его выгода может составить до 30% от общей суммы.

Срок окупаемости систем автоматического снижения потребления электроэнергии, как правило, составляет менее одного года. Без использования автоматических систем отключение нагрузки приходится проводить вручную, что приводит к определенным рискам, например, если диспетчер не успеет отреагировать на введение режима ограничения за определенное время. Если потребитель, работающий по такой схеме, не ограничит потребление электроэнергии, на него будут наложены достаточно высокие штрафы. Таким образом, установка автоматизированной системы, позволяющей избежать всплеска потребления и обеспечить ограничение потребления энергии по запросу поставщика, является достаточно выгодным вложением материальных средств.

Совместное использование оборудования контроля и управления электросетью и веб-сайта снижения потребления по требованию делает участие потребителя в схемах снижения нагрузки по запросу питающей сети более удобным. Подобный сайт дает возможность поставщику электроэнергии уведомить своих потребителей об аварийных или опционных ограничениях электроэнергии. Пользователи, узнав необходимость и условия опционного ограничения, могут проверить и проанализировать свое энергопотребление и, в зависимости от различных условий, более оперативно принять решение об опционном ограничении потребления электроэнергии. Подобный сайт также поддерживает функции аудита и записи прошедших событий, демонстрирующих функционирование сети.

Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности

1.2.22. Для электрических сетей следует предусматривать технические мероприятия по обеспечению качества электрической энергии в соответствии с требованиями ГОСТ 13109.

1.2.23. Устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3-20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100% номинального в период наименьших нагрузок этих сетей. Отклонения от указанных уровней напряжения должны быть обоснованы.

1.2.24. Выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях производятся исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости.

Всё об энергетике

Номинальные напряжения электрических сетей, источников и приёмников электрической энергии постоянного и переменного тока промышленной частоты определяются комплексом документов: ГОСТ 23366, ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 6962 и ГОСТ 29322.

Ряд стандартных напряжений

Ряд стандартных напряжений установлен ГОСТ 23366 для постоянного и переменного тока промышленной частоты. Напряжение на выводах проектируемого оборудования должно соответствовать значениям этого ряда, за исключением некоторых случаев [3, п.2]. Ниже приведены стандартный ряд напряжений для потребителей электрической энергии

[3, таб.1]. Основной ряд напряжений постоянного и переменного тока потребителей электрической представлен в таблице 1, вспомогательный ряд напряжений переменного тока — в таблице 2, а постоянного тока — в таблице 3.
Таблица 1 — Ряд напряжений постоянного и переменного тока потребителей электрической энергии

№ п/п U, В № п/п U, В
1 0,6 14 1140
2 1,2 15 3000
3 2,4 16 6000
4 6 17 10000
5 9 18 20000
6 12 19 35000
7 27 20 110000
8 40 21 220000
9 60 22 330000
10 110 23 500000
11 220 24 750000
12 380 25 1150000
13 660

Таблица 2 — Вспомогательный ряд напряжений переменного тока потребителей электрической энергии

№ п/п U, В
1 1,5
2 5
3 15
4 24
5 36
6 80
7 2000
8 3500
9 15000
10 25000
11 150000

Таблица 3 — Вспомогательный ряд напряжений постоянного тока потребителей электрической энергии

№ п/п U, В № п/п U, В № п/п U, В № п/п U, В
1 0,25 11 24 21 300 31 5000
2 0,4 12 30 22 400 32 8000
3 4,5 13 36 23 440 33 12000
4 1,5 14 48 24 600 34 25000
5 2 15 54 25 800 35 30000
6 3 16 80 26 1000 36 40000
7 4 17 100 27 1500 37 50000
8 5 18 150 28 2000 38 60000
9 15 19 200 29 2500 39 100000
10 20 20 250 30 4000 40 150000

Стандартный ряд напряжений для источников и преобразователей (например: генератор, трансформатор и т.п.) электрической энергии

[3, таб.2]. Ряд напряжений для переменного тока приведен в таблице 4, для постоянного — в таблице 5.
Таблица 4 — Ряд напряжений переменного тока источников и преобразователей электрической энергии

№ п/п U, В № п/п U, В
1 6 15 10500
2 12 16 13800
3 28,5 17 15750
4 42 18 18000
5 62 19 20000
6 115 20 24000
7 120 21 27000
8 208 22 38500
9 230 23 121000
10 400 24 242000
11 690 25 347000
12 1200 26 525000
13 3150 27 787000
14 6300 28 1200000

Таблица 5 — Ряд напряжений постоянного тока источников и преобразователей электрической энергии

№ п/п U, В № п/п U, В
1 4,5 8 230
2 6 9 460
3 12 10 600
4 28,5 11 1200
5 48 12 3300
6 62 13 6600
7 115

При выборе напряжения следует отдавать предпочтение основному ряду.

Номинальное напряжение электрооборудования до 1000 В

Номинальное напряжение оборудования до 1000 В регламентировано стандартом ГОСТ 21128. Ряд номинальных напряжений приведён в таблице 6 [2, с.2].
Таблица 6 — Номинальное напряжение источников, преобразователей, систем электроснабжения, сетей и приёмников до 1000 В

Род и вид тока Номинальное напряжение, В
источников и преобразователей систем электроснабжения, сетей и приёмников
Постоянный 6; 12; 28,5; 48; 62; 115; 230; 460 6; 12; 27; 48; 60; 110; 220(230); 440
Переменный:
однофазный 6; 12; 28,5; 42; 62; 115; 230 6; 12; 27; 40; 60; 110; 220(230)
трёхфазный 42; 62; 230; 400; 690 40; 60; 220(230); 380(400); 660(690); (1000)

Примечание:

В скобках указаны значения напряжения для электрических сетей согласно [6, таб.1]

Номинальное напряжение электрооборудования свыше 1000 В

Номинальное напряжение электрооборудования свыше 1000 В регламентировано ГОСТ 721. Ряд номинальных напряжений приведён в таблице 7 [1, с.3].
Таблица 7 — Номинальные междуфазные напряжения для сетей напряжением свыше 1000 В

Сети и приёмники, кВ Генераторы и синхронные компенсаторы, кВ Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН, кВ Трансформаторы и автотрансформаторы с РПН, кВ Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ
Первичные обмотки Вторичные обмотки Первичные обмотки Вторичные обмотки
(6) (6,3) (6) и (6,3)* (6,3) и (6,6) (6) и (6,3)* (6,3) и (6,6) (7,2)
10 10,5 10 и 10,5* 10,5 и 11,0 10,0 и 10,5* 10,5 и 11,0 12,0
20,0 21,0 20,0 22,0 20,0 и 21,0* 22,0 24,0
35 35 38,5 35 и 36,75 38,5 40,5
110 121 110 и 115 115 и 121 126
(150)* (165) (158) (158) (172)
220 242 220 и 230 230 и 242 252
330 330 347 330 330 363
500 500 525 500 525
750 750 787 750 787
1150 1150 1200

Примечание:

1. Напряжения указанные в скобках не рекомендуются для вновь проектируемых сетей и электроустановок; 2. Напряжения, обозначенные «*» для трансформаторов и автотрансформаторов, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электростанций или к выводам генератора;

В РФ исторически сложились две системы напряжений (кВ):

  • 110 — 330 — 750
  • 110 — 220 — 500 — 1150

Первая система напряжений (110 — 330 — 750) преобладает в западной части РФ, а вторая (110 — 220 — 500 — 150) — в её восточной части. В сетях центральной части РФ нет явного преобладания одной системы напряжений на другой, это своего рода переходная зона.

Номинальное напряжение тяговых систем (электрифицированного транспорта)

Номинальное напряжение для электрифицированного транспорта регламентировано ГОСТ 6962 и ГОСТ 29322. В таблице 8 приведен ряд номинальных напряжений для тяговых подстанций и токоприемников электрифицированного транспорта [4, стр.3][6, таб.2].
Таблица 8 — Номинальные напряжения тяговых подстанций и токоприемников электрифицированного транспорта

Вид электрифицированного транспорта Напряжение, В
на шинах тяговой подстанции на токоприемнике электрифицированного транспорта
Железные дороги
Магистральные:
переменного тока
(27500) 25000
постоянного тока (3300) 3000
Промышленные:
подъездные и карьерные пути переменного тока
(27500) 25000
подъездные, карьерные и внутризаводские пути постоянного тока (3300) (1650) (600) 3000 1500 600 (550)
Городской электрифицированный транспорт
метрополитен (825) 750
трамвай, троллейбус (600) 600 (550)

Примечание:

В скобках указаны значения напряжения согласно [4, стр.3]

Допустимые отклонения напряжения

В реальности, при эксплуатации электрических сетей, источников, преобразователей и потребителей электрической энергии напряжения на них отличается от номинальных параметров. Это может быть связано с нарушением нормального режима работы оборудования, потерями электроэнергии при передаче и т.п. ГОСТ 29322-2014 частично регламентирует допустимые значения отклонения напряжения.

Для электрооборудования напряжением 100 ÷ 1000 В этот диапазон ограничивается значением ±10% [6, таб.1]. Иными словами для чайника рассчитанного на номинальное напряжение 230 В допускается работа при повышении напряжения вплоть до 252 В и его просадке до 198 В. Подробнее ниже, в таблице 9 [6, таб.А.1].
Таблица 9 — Наибольшее и наименьшее напряжения источников и приёмников электрической энергии напряжением 100 ÷ 1000 В включительно

Системы Номинальная частота, Гц Напряжение, В
Номинальное напряжение источников и приёмников электроэнергии Наибольшее напряжение источников и приёмников электроэнергии Наименьшее напряжение источников электроэнергии Наименьшее напряжение приёмников электроэнергии
Трехфазные трех-, четырехпроводные системы 50 230 253 207 198
230/400 253/440 207/360 198/344
400/690 440/759 360/621 344/593
1000 1100 900 860
60 120/208 132/229 108/187 103/179
240 264 216 206
230/400 253/440 207/360 198/344
277/480 305/528 249/432 238/413
480 528 432 413
347/600 382/660 312/540 298/516
600 660 540 516
Однофазные трехпроводные системы 60 120/240 132/264 108/216 103/206

Допустимые отклонения напряжения для тяговых систем (электрифицированного транспорта) приведены в таблице 10 (источник — [6, таб.2]).
Таблица 10 — Наибольшее и наименьшее напряжение тяговых систем

Вид системы Частота, Гц Напряжение, В
Номинальное Наибольшее Наименьшее
Системы постоянного тока 600* 720* 400*
750 900 (975) 500 (550)
1500 1800 (1950) 1000 (1100)
3000 3600 (3850) 2000 (2200)
Однофазные системы переменного тока 50 или 60 6250* 6900* 4750*
16 2/3 15000 17250 12000
50 или 60 25000 27500 (29000) 19000

Примечание:

1. Номинальные напряжения обозначенные «*» не рекомендуются для вновь проектируемых сетей и электроустановок; 2. В скобках указаны значения напряжения согласно [4, стр.3]

У электрооборудования напряжением 1 ÷ 35 кВ ГОСТ 29322-2014 устанавливает допустимое отклонение примерно ±10% [6, таб.3].

Допустимые отклонения напряжения для электрооборудования 35 ÷ 230 кВ регламентированы ГОСТ 29322-2014 частично, а для электрооборудования напряжением свыше 230 кВ не регламентированы вовсе. Но это, вообще говоря, предмет отдельной статьи.

Историческая справка

Номинальные напряжения электрических сетей, источников и приёмников электрической энергии постоянного и переменного тока промышленной частоты до 1992 определялись комплексом документов ГОСТ 23366, ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 6962. ГОСТ 23366 устанавливал ряд стандартных напряжений для электроустановок, ГОСТ 21128 регламентировал номинальное напряжение в электроустановках до 1000 В, для электроустановок свыше 1000 В — ГОСТ 721, а ГОСТ 6962 — номинальные напряжения для городского электрифицированного транспорта и железных дорог.

В 1992 был издан ГОСТ 29322-92 «Стандартные напряжения» который по замыслу разработчиков должен был использоваться в комплексе с ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 23366 и ГОСТ 6962 [5, с.1]. По своей сути ГОСТ 29322, являясь документом подготовленным методом прямого применения международного стандарта МЭК 38-83 [5, c.6], предназначался для искоренения исторически и территориально сложившихся номинальных напряжений и их приведения к «европейскому» стандарту. В конечном итоге ГОСТ 29332 должен был заменить комплекс документов ГОСТ 721/21128/23366/6962.

Второе издание ГОСТ 29332 выпало на 2014 год. В этот раз ГОСТ 29332-2014 был составлен «методом перевода» стандарта IEC 60038:2009 и уже не опирался на ГОСТ 721/21128/23366/6962, хотя последние не утратили свою юридическую силу.

Список использованных источников

  1. ГОСТ 721-77 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приёмники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В — Введ. 01.07.78. — Москва : Стандартинформ, 2007. — 8 с.
  2. ГОСТ 21128-83 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приёмники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В — Взамен ГОСТ 21128-75; введ. 30.06.84. — Москва : Стандартинформ, 1995. — 5 с.
  3. ГОСТ 23366-78 Ряды номинальных напряжений постоянного и переменного тока — Введ. 01.01.80. — Москва : Стандартинформ, 1992. — 5 с.
  4. ГОСТ 6962-75 Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений — Взамен ГОСТ 6962-54; Введ. 01.01.77. — Москва : Стандартинформ, 1976. — 5 с.
  5. ГОСТ 29322-92 Стандартные напряжения — Введ. 01.1.93. — Москва : Стандартинформ, 2005. — 7 с.
  6. ГОСТ 29322-2014 Стандартные напряжения — Взамен ГОСТ 29322-92; введ. 01.10.2015. — Москва : Стандартинформ, 2020. — 13 с.

Понятия «фактический уровень напряжения» и «фактическое напряжение» — это разные понятия

Для определения величины тарифа на передачу электроэнергии важно установить на каком «фактическом уровне напряжения» подключён потребитель электроэнергии. Не на каком «фактическом напряжении

», а на каком «

фактическом УРОВНЕ напряжения ». Это не одно и тоже.

Эти понятия становятся, практически тождественными при ситуации, когда граница балансовой принадлежности потребителя находится НЕ на ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ.

В этом случае за «напряжение

», относящееся к соответствующему «

уровню напряжения », принимают «

фактическое напряжение » ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО.

То есть «фактическое напряжение» ЭПУ совпадает с «напряжением», которое относится к тому или иному «уровню напряжению». «Фактическое напряжение

» ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ «фактический УРОВЕНЬ напряжения», используемый для выбора величины тарифа на передачу электроэнергии.

Например, если у вас «фактическое напряжение» ЭПУ в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО составляет 6кВ, и эта точка подключения находится НЕ на источнике питания, то напряжение, относящееся к соответствующему «уровню напряжения

», будет тоже 6 кВ. Поэтому, «уровень напряжения» будет «средним вторым» (СН2), так как напряжение ЭПУ полностью совпадает с напряжением, относящимся ко второму «уровню напряжения» (СН2). Отсюда, ваш «фактический уровень напряжения», на котором подключены ваши ЭПУ к объектам электросетевого хозяйства ТСО, будет полностью определяться указанным выше совпадением «напряжений»: напряжения ЭПУ и напряжения, относящегося к соответствующему «

уровню напряжения ».

Далее, исходя из «фактического уровня напряжения», по тарифному меню ТСО, определяем величину тарифа на передачу электроэнергии, соответствующую уровню напряжения — среднее второе напряжение (СН2).

Совсем иная ситуация, когда граница балансовой принадлежности потребителя находится на ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ.

Список использованной литературы

  • Д.Файбисович «Каким быть номинальному напряжению в распределительных сетях» 2003
  • Госполитиздат  «План электрификации РСФСР» 1955
  • Шульц Ю. «Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков» 1989
  • Грищенко А.И., Зиноватный П.С. «Энергетическое право России.»   2008.

4. Расчет установившихся режимов электрических сетей

•проверка допустимости параметров режима для элементов сети, в частности проверка допустимости величин напряжений по условиям работы изоляции, величин токов − по условиям нагрева проводов, величин мощностей − по условиям работы источников активной и реактивной мощности;

•оценка качества электроэнергии путем сравнения отклонений напряжений в сети с допустимыми отклонениями напряжений от номинальных значений;

•определение экономичности режима по величинам потерь мощности и электроэнергии в электрической сети.

Исходными данными для расчета установившегося режима электрической сети являются:

•принципиальная схема электрической сети, характеризующая взаимную связь между отдельными ее элементами;

•расчетная схема замещения электрической сети, состоящая из схем замещения отдельных элементов, т.е. из сопротивлений, проводимостей, коэффициентов трансформации, называемых

параметрами схемы замещения электрической сети;

•значения активных и реактивных мощностей в узлах нагрузки;

•значения активных и реактивных мощностей источников питания, кроме одного, называемого балансирующим по мощности и покрывающим небаланс между вырабатываемой и потребляемой в ЭЭС мощностями;

•значение напряжения в одном из узлов электрической сети,

называемом базисным узлом по напряжению.

Электрическая сеть с позиций теоретической электротехники является электрической цепью и для ее расчета справедливы законы Ома и Кирхгофа и все методы расчета электрических цепей, известные из теоретической электротехники. Электрическая сеть (электрическая цепь) состоит из ветвей, узлов и контуров. Ветвью называется участок сети, состоящий из последовательно соединенных элементов, по которым протекает один и тот же ток. Узлом называют место соединения двух или более ветвей. Контуром называют замкнутый участок сети, состоящий из нескольких ветвей.

Электрическая сеть, не содержащая контуров, называется разомкнутой (рис. 3.4,а,б). В такой сети каждый узел нагрузки получает питание с одной стороны (от одного источника). Замкнутая сеть содержит контуры. Простейшая замкнутая сеть – это кольцевая сеть (рис. 3.4,в), в которой каждый узел нагрузки получает питание с двух сторон. В

сети с двухсторонним питанием (рис. 3.4,г) каждый узел нагрузки получает питание с двух сторон от разных источников питания. Сложнозамкнутая сеть (рис. 3.4,д) содержит не менее двух контуров с общими ветвями. Нагрузки в такой сети могут получать питание с двух и более сторон.

Известные номиналы напряжений

Все функционирующие сегодня ЛЭП большой протяжённости работают на номинальных напряжениях 115 – 1200 кВ трёхфазного тока. Дальнейшее повышение вольтажа неэффективно, приводит к появлению обильных коронных разрядов, обнаруживающих тенденцию перерастать в дугу. Самые большие потери возникают на низковольтной части. К примеру, во Франции ежегодные потери оцениваются в 325 ГВт часов, что составляет 2,5%, в США они достигают 7,5%. Это объясняется разницей номинального напряжения – 220 В против 110.

На 1980 год экономически эффективная длина линии составляла 7000 км, но реально существующие намного короче указанной цифры. На значительных расстояниях начинают играть роль ёмкостное и индуктивное сопротивление. Вместе они образуют реактивный импеданс, не дающий поставить энергию пользователям. Это блуждающие туда и сюда токи, представляющие собой целиком паразитный эффект. Этим определяется фактор мощности линии, не слишком большой.

Сегодня доказано, что выгоднее на больших дистанциях поставлять постоянный ток, не затекающий в индуктивные сопротивления – ёмкостное, образованное проводом и землёй, и индуктивное. Отсутствует понятие реактивной мощности. Доказывается факт, что Никола Тесла вёл борьбу за переменный ток преимущественно для причинения ущерба Эдисону.

Учитывая сэкономленное, выгодно строить на концах мощных линий преобразовательные станции для перевода токов. Одновременно уходят потери на излучение, просачивание сквозь экран в землю, снижается уровень коронного разряда. Уже сегодня кабели для подзарядки аккумуляторов подводных лодок питаются постоянным током, передавать по ним переменный нецелесообразно уже на расстоянии 30 км. Сегодняшние линии имеют в 20 раз большую протяжённость, успешно эксплуатируются. Для передачи переменного тока ограничения зависят от расстояния:

  1. На малых линиях – тепловые потери, призванные не разрушить изоляцию провода.
  2. На средних дистанциях учитывается падение напряжения, нельзя брать слишком высокое.
  3. На дальних дистанциях в силу вступают факторы реактивной мощности, определяющие устойчивость системы.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...