Диспетчеризация и телемеханизация в системах электроснабжения

Диспетчерская служба централизованно управляет системой энергоснабжения, контролирует действия отдельных ее элемен­тов и производит оперативные переключения, обеспечивающие нормальную работу данной системы или связанные с ремонтом оборудования и ликвидацией либо локализацией аварий.

Связь между диспетчерским пунктом или пунктом управления, где находится персонал диспетчерской/службы, и объектами уп­равления и контроля осуществляется с помощью телемеханичес­ких устройств, которые включают в себя устройства телеуправле­ния (ТУ), телесигнализации (ТС), телеизмерения (ТИ). Система ТУ-ТС-ТИ может обеспечивать:

телеуправление выключателями линий, трансформаторов, ав­томатизированных выпрямительных агрегатов, контакторов ос­вещения территории предприятия;

телесигнализацию о положении (включенное или отключен­ное) всех телеуправляемых и нетелеуправляемых объектов, круп­ных электроприемников, влияющих на распределение нагрузки в системе электроснабжения; аварийном отключении выключате­лей устройствами релейной защиты, замыкании на землю в сетях напряжением 6... 35 кВ, перегрузке телеуправляемых трансформа­торов или выпрямительных агрегатов, неисправностях на контрольных пунктах, обусловленных ненормальными режимами ра­боты устройств телемеханики;

телеизмерения напряжений на шинах подстанции и токов в линиях электроснабжения и цепях, силовых трансформаторов.

Телеуправление обеспечивает передачу на расстояние сигналов управления, воздействующих на исполнительные механизмы ус­тановок. Оно предусматривается в тех случаях, когда требуется про­изводить частые оперативные переключения в нормальных и ава­рийных режимах, причем указанные переключения невозможно осуществить средствами автоматики.

Систему телеуправления применяют для объектов, работающих без постоянного дежурного персонала, а также с целью дублиро­вания системы автоматического управления. Объекты электроснаб­жения с телеуправлением должны обязательно иметь местное уп­равление.

Передающие и приемные телемеханические устройства соеди­няют каналами связи, для которых используют проводные линии связи, радиолинии, силовые и высоковольтные линии. По спосо­бу использования каналов связи устройства ТУ-ТС-ТИ подразде­ляются на много- и малоканальные.

Контрольные вопросы

1. Что такое реле?

2. Перечислите основные требования, предъявляемые к релейной за­щите.

3. Что такое селективность защиты?

4. Как классифицируются реле по назначению?

5. В чем заключается различие между реле прямого и косвенного дей­ствия?

6. Какие конструкции реле получили наибольшее распространение?

7. Для чего предназначено реле времени?

8. Как осуществляется релейная защита от междуфазных коротких за­мыканий?

9. Где применяется максимальная токовая защита?

10. Чем действие токовой отсечки отличается от максимальной токо­вой защиты?

11. Для каких целей осуществляется автоматическое включение резерв­ных источников питания?

12. Для чего предназначено автоматическое повторное включение?

13. В чем смысл автоматической частотной разгрузки?

14. Как осуществляется самозапуск электродвигателей? Для чего он нужен? В каких случаях его применение невозможно?

ГЛАВА 14

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ИСПЫТАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ

Использование высоких напряжений в СЭС требует решения комплекса вопросов, касающихся обеспечения безаварийной ра­боты изоляции. Уровень изоляции (напряжение, которое она мо­жет выдержать, не повреждаясь) в первую очередь определяется номинальным напряжением установки, в которой изоляция бу­дет работать. Но во время эксплуатации вследствие различных внут­ренних и внешних причин к изоляции могут прикладываться на­пряжения, значительно превышающие номинальное. Это так на­зываемые перенапряжения, которые можно разделить на атмос­ферные, связанные с разрядами молнии, и внутренние, возника­ющие при различных нормальных или аварийных коммутациях в СЭС либо при резком изменении режима ее работы.

Чтобы изоляция надежно работала при возникновении таких перенапряжений, она должна выдерживать напряжения, более вы­сокие, чем номинальное. Эти напряжения, называемые испыта­тельными, определяют электрическую прочность изоляции. Зна­чения кратковременных испытательных напряжений промышлен­ной частоты устанавливает ГОСТ 15161 — 99.

Некоторые электроустановки (например, кабельные сети с но­минальным напряжением не более 20 кВ) полностью ограждены от воздействия атмосферных перенапряжений, поэтому электро­оборудование в этих случаях может иметь облегченную изоляцию.

В процессе эксплуатации первоначальные диэлектрические свой­ства изоляции постепенно ухудшаются под влиянием внешних воз­действий. Многие изоляционные конструкции работают при по­вышенных температурах, подвергаются механическим воздействи­ям (например, при коротком замыкании), увлажнению, загряз­нению. Все эти факторы способствуют ускорению процесса старе­ния изоляции, во время которого в изоляции могут развиваться различные дефекты, снижающие ее электрическую прочность. В ре­зультате последняя может уменьшиться настолько, что изоляция

будет пробита под действием перенапряжений или даже нормаль­ного напряжения установки.

Для своевременного обнаружения развивающихся дефектов в изоляции разработана система профилактических испытаний в со­ответствии с ПУЭ.

Высоковольтное электрооборудование испытывают повышен­ным напряжением переменного тока частотой 50 Гц в течение 1 мин при вводе в эксплуатацию и периодически при капиталь­ных ремонтах.

Изоляцию кабельных линий испытывают повышенным напря­жением постоянного тока в течение 5 мин.

Установка, собранная по схеме, показанной на рис. 14.1, по­зволяет испытывать выпрямленным током изоляцию кабельных линии и оборудование распределительных устройств (РУ).

До и после испытания изоляции повышенным напряжением рекомендуется проводить осмотр испытуемого объекта и измере­ние сопротивления изоляции мегаомметром.

Дефекты изоляции можно разделить на сосредоточенные и рас­пределенные. Сосредоточенные дефекты возникают в относитель­но небольшой части всего объема диэлектрика. Примером может служить трещина в фарфоре под шапкой подвесного изолятора, образующаяся от механических нагрузок. Такая трещина снижает механическую прочность и резко уменьшает пробивное напряже­ние изолятора.

Примером распределенного дефекта является увлажнение на­ружных слоев многослойной изоляции, которое происходит в ре­зультате впитывания влаги из окружающей среды.

Рис. 14.1. Схема установки для испытания изоляции повышенным напря­жением:

77, Т2 — регулировочный и испытательный трансформаторы; FU — предохранители; Р — измерительный прибор; R 1—R10— резисторы делителя напряжения; R11 — шунт к измерительному прибору; R 12 — добавочный реpзисторк

прибору; SN — переключатель измерения (встроен в прибор), B-высоковольтный вывод, 3 — заземленный вывод

Наиболее распространенный способ обнаружения общего ухуд­шения состояния диэлектрика — измерение тангенса угла диэ­лектрических потерь 1§5. Старение и увлажнение изоляции при­водят к росту диэлектрических потерь и могут быть обнаружены измерением 1§8 высоковольтным мостом. Но этот метод не выяв­ляет многих сосредоточенных дефектов. В изоляции может про­изойти частичный пробой диэлектрика, в месте которого, как это часто образуется проводящий канал за счет обугливания изоля­ции. Такой дефект, приводящий к сильному снижению пробив­ной прочности, может быть обнаружен приложением повышен­ного испытательного напряжения.

14 .2. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Перенапряжением, как уже отмечалось в подразд. 14.1, назы­вается кратковременное повышение напряжения до значения, опасного для изоляции электрооборудования. Перенапряжения воз­никают вследствие электромагнитных колебательных процессов, вызванных изменением режима работы электрических цепей и при разрядах молнии. Главную опасность в электрических установках напряжением 1... 220 кВ представляют возникающие при грозовых разрядах атмосферные перенапряжения.

Процесс атмосферного перенапряжения упрощенно можно представить следующим образом. Нижняя часть грозового облака (обычно заряженная отрицательно) и земля образуют своего рода конденсатор с обкладками облако — земля (рис. 14.2). По мере накопления отрицательных зарядов облака и положительных за­рядов земли растет напряженность электрического поля между ними. Когда напряженность в каком-нибудь месте достигает кри­тического значения (25...30 кВ/см), воздух ионизируется и начи­нается развитие разряда с облака на землю.

Перед моментом разряда в проводах линии электропередачи возникает электрический ток, обусловленный притягиванием по­ложительных зарядов с дальних участков линии к месту располо­жения облака. После разряда молнии электрическое поле исчезает вследствие нейтрализации зарядов облака и земли, накопившие­ся в линии заряды больше не удерживаются электрическим полем и начинают растекаться к обоим концам линии. Так возникают две электромагнитные волны индуктированного перенапряжения, движущиеся по линии в противоположных направлениях со ско­ростью света.

Прямой удар молнии в линию электропередачи при этом не обязателен. Но если он происходит, то также приводит к образо­ванию двух волн перенапряжения, идущих вдоль линии в противоположные стороны.

В данной ситуации перенапряжение осо­бенно велико, амплитуда тока молнии I_м достигает в среднем 25 кА, а в одном случае из ста — 200 кА. Между проводами и зем­лей возникает напряжение, кВ, определяемое по эмпирической формуле и = Ю0/_м.

Если это напряжение превы­шает электрическую прочность изоляции в какой-либо точке линии или на подстанции, то происходит перекрытие изоля­ции, ее пробой и короткое за­мыкание.

Электрические установки на подстанциях защищают от пря­мых ударов молнии вертикаль­ными стержневыми молниеотводами, а линии — горизонтальны­ми молниеотводами. Вертикальный стержневой молниеотвод пред­ставляет собой высокий столб с проложенным вдоль него сталь­ным проводом, который соединен с заземлителем. Горизонталь­ный молниеотвод представляет собой провод, расположенный над фазными проводами линии на тех же опорах. Чем выше над защи­щаемым объектом расположен молниеотвод, тем больше его за­щитная зона, в которой молниеотвод как бы перехватывает мол­нию и отводит ее в землю.

Защитная зона вертикального молниеотвода имеет вид конуса с радиусом r_х на высоте h_х (рис. 14.3). Значение r_х определяют по формуле

где h_а — разность высот молниеотвода и защищаемого объекта, h_а = = h - h_х; р — коэффициент, р = 1 при h < 30 м, при h > > 30 м.

Для защиты объектов, занимающих большую площадь (напри­мер, открытых подстанций), применяют два или четыре верти­кальных молниеотвода. Площадь защитной зоны группы из двух и особенно из четырех молниеотводов значительно больше, чем сумма площадей защитных зон двух или четырех одиночных мол­ниеотводов. Необходимое условие защищенности всей площади четырьмя молниеотводами:

Рис. 14.3. Защитная зона молние­отвода:

1 — защищаемый объект; 2 — мол­ниеотвод

где В — расстояние между молние­отводами по диагонали.

Тросовые молниеотводы защи­щают линию на всей протяженно­сти тросов.

Для отвода токов разряда мол­нии в землю молниеотводы при­соединяются к заземляющему ус­тройству (заземлителю) на под­станции и на каждой опоре линии. Заземлители выполняют из сталь­ных труб, прутков или уголков, вбиваемых в землю. Сопротивле­ние заземлителей опор линий электропередачи должно быть не более 30 Ом, сопротивление заземляющего устройства подстан­ции — не более 0,5 Ом.

Защита зданий, закрытых подстанций, распределительных ус­тройств от прямых ударов молнии выполняется заземлением молниеприемной сетки, железобетонных несущих конструкций кровли или металлического покрытия кровли. При отсутствии металли­ческих покрытий на крыше здания устанавливают стержневые мол­ниеотводы. Открытые РУ и подстанции защищают стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на опорах РУ. Подходы воз­душных линий напряжением 35 кВ защищают тросовыми молние­отводами на протяжении 1...4 км, а линии напряжением 110 кВ и выше — по всей длине. Требования к молниезащите и конструк­ции ее устройств приведены в ПУЭ.

Наличие молниезащиты воздушных линий и подстанций не предотвращает возникновение атмосферных перенапряжений при разрядах молнии вблизи подстанций и линий. Поэтому грозоза­щита воздушных линий, подстанций и РУ предусматривает уста­новку на линиях, не защищенных тросами по всей длине, трубча­тых разрядников, установку в РУ вентильных разрядников, при­менение на изоляторах защитных промежутков.

Разрядники настраивают так, чтобы происходил пробой их раз­рядных промежутков при возникновении перенапряжения: в ус­тановках напряжением до 35 кВ — до 9С1_и, в установках напряже­нием 35 кВ — до А11_Н, в установках напряжением 110 кВ и выше — до (2,4... 2)1/„. В результате пробоя импульс напряжения отводится в землю, после чего дуга в разряднике гаснет при переходе тока через нулевое значение.

В пожаро - и взрывоопасных электроустановках возникает по­вышенное напряжение еще одного вида, с которым необходимо считаться и принимать меры противодействия. При наполнении резервуаров и сливных операциях возможно образование зарядов статического электричества. В результате трения происходит элек­тризация потока сжатого воздуха, ременных передач и т.д. Заряды статического электричества резко увеличиваются при наличии при­месей воды, пыли или грязи в потоке жидкости, газа.

Основной мерой защиты от возникновения искр при разряде статического электричества служит заземление резервуаров, тру­бопроводов, сливо-наливных устройств. Кроме того, запрещается сливать жидкость свободно падающей струей и применять ремен­ные передачи в пожароопасных помещениях.

Контрольные вопросы

1. Для чего проводят испытание электрооборудования и кабелей по­вышенным напряжением?

2. Как осуществляется защита линий и подстанций от атмосферных перенапряжений?

3. Какие приборы и установки применяют для испытания прочности изоляции кабелей и электрооборудования?

4. Что называют защитной зоной молниеотвода?

5. Как работают вентильные разрядники?

6. Что характеризует тангенс угла диэлектрических потерь?

7. Назовите причины возникновения перенапряжений.

8. Какие разрядники устанавливают в электроустановках?

9. Что такое внутреннее перенапряжение?

10. Какие факторы влияют на старение изоляции?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Блок В.М. Пособие по курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов / В. М. Блок. — М: Высш. шк„ 1990.

2. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов / Е.А. Конюхова. — М.: Изд. центр «Академия», 2004.

3. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и ус­тановок/Б. Ю.Липкин. — М.: Высш. шк., 1990.

4. Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоатом издат, 1999.

5. Сибикин Ю.Д. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудова­ния промышленных предприятий и установок/ Ю.Д.Сибикин, М. Ю.Си­бикин. — М.: Высш. шк., 2003.

6. Сибикин Ю.Д. Справочник по эксплуатации электроустановок про­мышленных предприятий / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. — М.: Высш шк., 2001.

7. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок / Ю.Д.Сибикин, М.Ю. Сибикин, В.А.Яшков. - М.: Высш. шк., 2001.

8. Справочная книга для проектирования электрического освещения / [Г. М.Кноринг, Ю. Б.Оболенцев, Р. И.Берим, В.М.Крючков]; под ред. Г. М.Кноринга. — М.: Энергия, 1976.

9. Умов П. А. Обслуживание городских электрических сетей/ П.А.Умов — М.: Высш. шк., 1997.

10. Шеховиов В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения / В. П.Шеховцов. — М.: Форум-Инфра М, 2004.

11. ВСН-97 — 75. Указания по проектированию городских электриче­ских сетей. — М.: Госстрой России, 2000.

12. СП31-110—2003. Проектирование и монтаж электроустановок жи­лых и общественных зданий. — М.: Госстрой России, 2003.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие................................................................................................. 3

Введение....................................................................................................... 5

Глава 1. Общие вопросы производства и передачи электроэнергии...... 8

1.1 Понятие о системах электроснабжения............................ 8

1.2. Общие сведения об электрических станциях

и производстве электроэнергии.......................................17

1.3. Современное состояние электроэнергетики

России.................................................................................20

1.4. Влияние энергетических сооружений

на окружающую среду и основные мероприятия

по ее охране........................................................................22

1.5. Вопросы безопасности, связанные с нейтралями электроустановок...............................................................25

Глава 2. Внутрицеховое электроснабжение............................................29

2.1. Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании промышленных

предприятий.......................................................................29

2.2. Понятие о качестве электроэнергии и надежности электроснабжения..............................................................34

2.3. Конструктивное исполнение и схемы сетей напряжением до 1000 В....................................................45

2.4. Комплектные распределительные устройства напряжением до 1000 В....................................................58

2.5. Оформление чертежей внутрицехового электроснабжения..............................................................64

Глава 3. Электрические нагрузки............................................................68

3.1. Характеристики электрических нагрузок.........................68

3.2. Показатели графиков нагрузки.........................................74

3.3. Определение расчетной нагрузки.....................................79

3.4. Определение расхода электроэнергии..............................82

3.5. Рекомендации по последовательности расчетов электрических нагрузок.....................................................84

Глава 4. Системы электроосвещения промышленных предприятий......87

4.1. Виды освещения и характеристики источников

света....................................................................................87

4.2. Выбор напряжения электрических сетей

освещения...........................................................................91

4.3. Выбор метода расчета общего освещения.......................93

Глава 5. Потери напряжения, мощности, электроэнергии в электрических сетях, расчет и выбор площади сечения проводников и защитных аппаратов............................97

5.1. Потери напряжения в электрических сетях.....................97

5.2. Определение потерь электрической мощности

и электроэнергии.............................................................103

5.3. Расчет нагревания и охлаждения

проводников и выбор их площади сечения..................107

5.4. Расчет сетей электрического освещения........................110

5.5. Расчет стальных проводов,

шино - и токопроводов...................................................112

5.6. Защита электрических сетей и установок напряжением до 1000 В..................................................113

Глава 6. Компенсация реактивной мощности.......................................124

6.1. Основные положения.......................................................124

6.2. Компенсирующие устройства..........................................129

6.3. Технико-экономическое обоснование выбора средств компенсации реактивной

мощности..........................................................................133

6.4. Размещение компенсирующих устройств......................138

6.5. Регулирование работы компенсирующих

устройств...........................................................................139

Глава 7. Основное электрооборудование электрических станций

и подстанций............................................................................142

7.1. Синхронные генераторы..................................................142

7.2. Шинные конструкции и изоляторы...............................145

7.3. Силовые трансформаторы

и автотрансформаторы....................................................147

7.4. Выключатели высокого напряжения..............................156

7.5. Разъединители, отделители, короткозамыкатели

и заземлители...................................................................164

7.6. Выключатели нагрузки, предохранители, разрядники, реакторы.....................................................168

7.7. Измерительные трансформаторы...................................173

Глава 8. Внутризаводское электроснабжение промышленных

предприятий.............................................................................178

8.1. Выбор напряжения электрической сети, питающей промышленное предприятие..........................................178

8.2. Выбор напряжения для внутризаводского распределения электроэнергии......................................179

8.3. Принципы построения схем электроснабжения и картограммы электрических

нагрузок............................................................................180

8.4. Выбор числа и мощности трансформаторов.................183

8.5. Виды схем электроснабжения.........................................185

8.6. Технико-экономическая оценка вариантов схем электроснабжения............................................................191

Глава 9. Конструктивное исполнение электрических сетей,

трансформаторных подстанций и распределительных устройств напряжением свыше 1000 В..................................199

9.1. Конструктивное исполнение электрических сетей напряжением свыше 1000 В...........................................199

9.2. Выбор площади сечения проводов

и жил кабелей..................................................................205

9.3. Назначение и классификация подстанций....................209

9.4. Схемы и основное электрооборудование главных понизительных подстанций............................................210

9.5. Подстанции напряжением 6 (10)/0,4 (0,66) кВ............219

9.6. Распределительные устройства.......................................222

Глава 10. Токи короткого замыкания, выбор и проверка

токоведущих частей, изоляторов и аппаратов.....................231

10.1. Изменение тока в трехфазной цепи

при коротком замыкании............................................231

10.2. Расчет токов короткого замыкания............................234

10.3. Действие токов короткого замыкания

и ограничение их силы................................................243

10.4. Выбор и проверка токоведущих частей, изоляторов и аппаратов...............................................247

Глава П. Защитные меры электробезопасности.................................252

11.1. Основные сведения и определения............................252

11.2. Средства защиты, обеспечивающие безопасность обслуживания электроустановок................................259

11.3. Защитное заземление и способы

его выполнения............................................................260

11.4. Защитное отключение..................................................263

11.5. Конструкция и расчет заземляющих устройств.........265

Глава 12. Электроснабжение гражданских зданий.............................274

12.1. Общие сведения о схемах источников питания

и городских сетей.........................................................274

12.2. Электрооборудование гражданских зданий...............282

12.3. Особенности расчетов электрических нагрузок гражданских зданий.....................................................287

12.4. Схемы электрических сетей

гражданских зданий.....................................................298

12.5. Особенности устройства внутренних электрических сетей гражданских зданий...........................................310

12.6. Измерительные приборы, устанавливаемые

в электросетях гражданских зданий...........................316

12.7. Заземление (зануление) и защитное отключение

в гражданских зданиях................................................318

Глава 13. Релейная защита и автоматика в системах

электроснабжения промышленных и гражданских зданий.... 321

13.1. Общие вопросы релейной защиты.............................321

13.2. Классификация реле....................................................322

13.3. Конструкция вторичных реле......................................324

13.4. Токовая защита.............................................................326

13.5. Защита силовых трансформаторов и сетей напряжением до 1000 В...............................................331

13.6. Контроль, управление и сигнализация

на подстанциях.............................................................338

13.7. Автоматика в системах электроснабжения................342

13.8. Самозапуск электродвигателей...................................347

13.9. Диспетчеризация и телемеханизация

в системах электроснабжения.....................................350

Глава 14. Некоторые вопросы техники высоких напряжений

в системах электроснабжения.............................................352

14.1. Испытание изоляции....................................................352

14.2. Защита электрооборудования

от перенапряжений......................................................354

Список литературы...................................................................................358