Кабельные линии электропередачи
Зарождение в начале XIX в. техники передачи электроэнергии по изолированным проводникам, получившим впоследствии общее название «кабели», было связано с необходимостью передачи электрических сигналов. Силовые кабели появились в конце XIX в. вместе с первыми электрическими генераторами и началом развития электроснабжения. В настоящее время силовые кабельные линии сооружаются в тех случаях, когда строительство воздушных линий нецелесообразно по причинам экономического, архитектурно-планировочного или экологического характера.
Совокупность этих причин в наибольшей степени проявляется при решении вопросов электроснабжения крупных городов и промышленных зон, где в большинстве случаев приходится считаться с необходимостью отчуждения достаточно больших территорий под трассы воздушных линий, а также с экологическими и эстетическими недостатками их сооружения в густонаселенных районах. Поэтому в последние десятилетия для электроснабжения таких районов все шире используются кабельные линии, а в крупнейших городах с целью высвобождения территории для жилищного строительства все чаще ранее сооруженные воздушные линии заменяются кабельными.
Кабельная линия (КЛ) как электроустановка состоит из следующих элементов: собственно силового кабеля (или кабелей), оборудования для соединения и секционирования участков кабеля и присоединения концов кабеля к аппаратуре и к шинам распределительных устройств (кабельная арматура), а также аппаратуры подпитки маслом или газом (для масло- и газонаполненных кабелей). Кабели могут прокладываться не только в земляных траншеях, но и в различных кабельных сооружениях — в коллекторах, туннелях, каналах, блоках, шахтах, в кабельных этажах и двойных полах, по эстакадам и в галереях.
|
|
|
Основными элементами кабеля являются: токопроводящая жила, изоляция и оболочка.
В качестве материалов токоведущих элементов в основном используют медь и алюминий. В последнее время в связи с дефицитностью и высокой стоимостью меди при Uном ≤ 35 кВ преимущественно изготовляются кабели с алюминиевыми жилами.
Коммутационное оборудование
Коммутационным оборудованием называют электротехнические аппараты, предназначенные для включения и отключения электрических цепей, а также аппараты, предназначенные для создания видимого разрыва электрических цепей для обеспечения безопасности ремонта электрического оборудования.
Любой элемент электрической сети характеризуется параметрами, при которых он имеет наилучшие технико-экономические характеристики. Такие параметры называются номинальными. Для генераторов, это номинальная активная мощность (Pгном) и номинальное напряжение (Uгном), для трансформаторов – номинальная полная мощность (Sтном) и номинальное напряжение обмоток и т.п. Однако в процессе эксплуатации электросетевому оборудованию подчас приходится работать в таких режимах, в которых параметры отличаются от номинальных значений. Если речь идет о протекающих в элементах сети токах, то имеются в виду режимы перегрузки и режимы коротких замыканий. В режиме перегрузки ток в элементе сети не должен превышать длительно допустимого значения (Iдл.доп). Так, например, сталеалюминевый провод воздушной линии электропередачи марки АС 95/16 рассчитан на длительно допустимый ток около 330 А.
|
|
|
В процессе эксплуатации, провод воздушной линии может оборваться под действием ветра или веса гололеда. В результате провод упадет на землю, что приведет к короткому замыканию. Причинами коротких замыканий также могут быть разрушение изоляции или попадание молнии в электроустановку, неосторожные действия персонала, обслуживающего электрические сети, и т.п. Короткое замыкание приводит к увеличению токов в сети в несколько раз выше номинального и снижению напряжения. При этом нарушается нормальная работа всех электроустановок. Если максимально быстро не отключить элементы сети от источников электрической энергии, они могут быть безвозвратно разрушены. Так как невозможно заранее предсказать, где произойдет короткое замыкания, все элементы сети присоединяются через специальные устройства – автоматические выключатели.
|
|
|
Выключатели предназначены для включения и отключения электрических цепей в нормальном и возможных аварийных режимах в момент короткого замыкания, когда величина тока превышает величину номинального тока в несколько десятков, а то и сотен раз.
При размыкании электрической цепи, по которой протекает ток, возникает электрическая дуга – один из видов электрического разряда. Электрическая дуга обладает высокой температурой (порядка 6000–18000 °С), что приводит к нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии контактов коммутационного оборудования. В связи с этим, все выключатели оборудованы специальными устройствами – дугогасительной камерой, в которой происходит гашение дуги.
Конструкция выключателя определяется номинальным напряжением, током короткого замыкания, подлежащим отключению, и требованиями к быстродействию.
|
|
|
В настоящее время получили широкое применение следующие виды выключателей: масляные, воздушные, элегазовые, электромагнитные, вакуумные. Выключатели каждого вида имеют свою область применения, определяемые их особенностями, техническими характеристиками и стоимостью.
Рис. 16. Баковые многообъемные масляные выключатели 220 кВ.
В настоящее время масляные выключатели считаются морально устаревшими и заменяются другими типами выключателей, где это возможно и если их замена экономически обоснованна.
В воздушных выключателях дуги разрывается сжатым воздухом. Для сжатия воздуха такие выключатели оснащаются компрессорами, которые создают давление воздуха в специальных ресиверах, где происходит аккумуляция сжатого воздуху. Воздушные выключатели по мере увеличения номинального напряжения отключаемой цепи объединяются в группы из нескольких выключателей, рассчитанных на напряжение 110 кВ. При этом расхождение контактов выключателей в момент отключения происходит синхронно. Так, выключатель на 220 кВ содержит два выключателя 110 кВ, соединенные последовательно. Внешний вид воздушных выключателей 220 кВ показан на рис. 17. Для выключателей на напряжение 500 кВ используются шесть выключателей, а на напряжение 750 кВ восемь последовательно соединенных воздушных выключателей.
Рис. 17. Воздушные выключатели 220 кВ.
Основной недостаток воздушных выключателей – необходимость установки компрессоров для создания сжатого воздуха. В настоящее время воздушные выключатели заменяются на элегазовые.
Элегазовые выключатели получили своё название благодаря применению в них особенного газа, который называется элегаз. Элегаз (шестифтористая сера) – это газ, состоящий из соединения серы с фтором (SF6) Элегаз – инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2-3 раза выше прочности воздуха. При давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в 100 раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Молекулы газа способны улавливать электроны дугового столба и образовывать относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. При газовом дутье в струе элегаза поглощение электронов из дугового столба происходит еще более интенсивно.
Гасительное устройство в элегазовых выключателях находится в герметизированном заземленном баке или в резервуаре, помещенном в фарфоровый изолятор. За счет большой электрической прочности элегаза элегазовые выключатели имеют компактные размеры. Внешний вид элегазового выключателя напряжением 110 кВ показан на рис. 18.
К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести повышенные требования к герметичности выключателя, необходимость в периодической подкачке элегаза, токсичность продуктов разложения газа в результате действия дуги, а также образование элегазового конденсата внутри выключателя под действием низких температур порядка – 35°С.
Рис. 18. Элегазовый выключатель напряжением 110 кВ.
При эксплуатации оборудования электрических сетей, линий электропередач, силовых трансформаторов, выключателей приходится проводить их техническое обслуживание, осуществлять плановые ремонты и устранять возможные последствия аварий. Для того, чтобы обслуживающий персонал мог беспрепятственно производить ремонтные работы на электрическом оборудовании, необходима изоляция его от токоведущих частей электрической сети. Для этих целей в распределительных устройствах устанавливают специальные устройства, называемые разъединителями.
Разъединитель – это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный видимый промежуток.
Все разъединители обеспечивают видимый разрыв цепи при отключении. Они изготавливаются термически и электродинамически стойкими к ожидаемым токам короткого замыкания. Разъединители изготавливаются для наружной и внутренней установки. Наружные разъединители устанавливаются в открытых распределительных устройствах на специальных фундаментах, к которым крепятся при помощи опорных изоляторов, которые выполняют функции изоляции и конструктивной основы разъединителей. На разъединители устанавливаются специальные устройства, называемые заземляющими ножами, которые предназначены для заземления отключенных и изолированных участков системы.
Внешний вид разъединителей, установленных в открытом распределительном устройстве высокого напряжения, показан на рисунках 19, 20.
Рис. 19. Разъединитель напряжением 110 кВ.
Рис. 20. Разъединитель поворотного типа напряжением 220 кВ.
Выключатели и разъединители, предназначенные для включения и отключения электрических цепей, в электроэнергетике принято называть коммутационным оборудованием. В результате коммутации в цепи происходят процессы, которые в первый момент времени переключения (при замыканиях и размыканиях различных участков цепи) могут сопровождаться сверхтоками и перенапряжениями.
Условные графические обозначения этих аппаратов, применяющиеся на однолинейных электрических схемах, показаны на рисунке 21.
Рис. 21. Условные графические обозначения коммутационного оборудования:
а – выключатель, б – разъединитель
2.2. Потери мощности и электроэнергии в электрических сетях
Транспортировка любого товара от мест производства до мест продажи, а затем до мест использования требует затрат каких-либо ресурсов, которые, расходуясь, совершают полезную работу по транспортировке товара. Например, транспортировка товаров электрифицированным железнодорожным транспортом требует затрат электроэнергии, доставка автотранспортом – затрат бензина и т.д. Электроэнергия же является таким товаром, для передачи которого от электростанций (мест производства) к потребителям по электрическим сетям не используются другие ресурсы, а затрачивается часть самой транспортируемой электроэнергии.
При транспортировке товара автотранспортом говорят «расход бензина на доставку товара составил столько-то литров». Однако при транспортировке электроэнергии по электрическим сетям обычно говорят «потери электроэнергии составили столько-то кВт.ч». Отсюда следует, что термины характеризующие затраты на выполнение одной и той же работы – транспортировки товара – могут быть различны. Использование термина «потери электроэнергии» не совсем удачно, поскольку вызывает у неспециалистов ассоциации с потерей товара при его транспортировке, т.е. с плохо организованным процессом транспортировки электроэнергии. В связи с этим целесообразнее вместо термина «потери электроэнергии» использовать термин «технологический расход электроэнергии на ее транспортировку по электрическим сетям». Но, с другой стороны, в объем технологического расхода ресурса на доставку товара вряд ли имеет смысл включать: - возможные хищения ресурса (например, хищения бензина из бензобака); - его нерациональный расход (например, автомашина едет по нерациональному пути, что приводит к увеличению расхода бензина); - его неверный учет за счет большой погрешности измерений (например, фактически машина заправлена 80 литрами бензина, а счетчик показывает 100 литров). К этим составляющим технологического расхода как раз больше подходит термин «потери ресурса».
Расходы на доставку товара включаются в его цену, а, значит, регламентируются законодательством в сфере экономической деятельности. Так, глава 25 Налогового кодекса РФ, посвященная налогу на прибыль организаций и регулирующая понятия доходы и расходы организаций, оперирует в текстах статей то термином «расход», то термином «потери». Кроме того, в сфере электроэнергетики термин «потери электроэнергии» прижился очень давно. Поэтому, используя в дальнейшем термин «потери электроэнергии», необходимо осознавать, что не весь объем этих потерь является по своей физической природе потерями, а является ресурсом для выполнения работы по передаче электроэнергии по электрическим сетям от электростанций к потребителям.
Для определения потерь электроэнергии и эффективности работы энергетического объекта необходимо измерение электроэнергии поступившей на объект и отпущенной потребителям и на смежные энергетические объекты. Организация учета электроэнергии представляет собой процесс получения, отображения и регистрации информации для целей государственной, ведомственной и корпоративной отчетности, а также для удовлетворения требованиям управления предприятием.
Различают коммерческий и технический учет. Коммерческим (расчетным) учетом электроэнергии называется учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее. Счетчики, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными счетчиками. Техническим (контрольным) учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии внутри электростанций, подстанций, предприятий, зданий и т. п. Счетчики, устанавливаемые для технического учета, называются счетчиками технического учета.
Общая схема учета электроэнергии в электрических сетях выше 1000 В представлена на рисунке 22. Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) служат для уменьшения измеряемых токов и напряжения до уровней, которые могут быть измерены стандартными слаботочными приборами, что в целом делает процесс измерения экономичным и безопасным. К вторичным обмоткам ТТ и ТН подключаются как измерительные приборы (И), так и средства релейной защиты (РЗ) и автоматики (А).
Рис. 22. – Общая схема учета электроэнергии
Прямое или непосредственное включение счетчиков – без измерительных трансформаторов тока ТТ и напряжения ТН – возможно только на стороне низкого напряжения (0,4 кВ и ниже) при максимальном токе нагрузки до 100 А (как правило, счетчики непосредственного включения применяются для учета электроэнергии бытовых потребителей).
Для автоматизации функций расчетного и технического учета электроэнергии используется совокупность технических, информационных и программных средств, объединенных в автоматизированные информационно-измерительные системы контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ).
АИИС – это иерархическая система, представляющая собой техническое средство, функционально объединяющее совокупность измерительно-информационных точек измерений, информационно-вычислительных комплексов энергоустановок, информационно-вычислительного комплекса и системы обеспечения единого времени, выполняющее функции проведения измерения, сбора, обработки и хранения результатов измерений, информации о состоянии объектов и средств измерений, а также передачи полученной информации в интегрированную автоматизированную систему управления коммерческим учетом на рынке электроэнергии.
2.3. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
Современные электроэнергетические системы работают на переменном токе, и электрическая энергия от электростанций передается и распределяется между потребителями по трехфазным сетям. Переменный ток протекает под воздействием переменного напряжения, имеющего форму синусоиды (рис. 23.).
Рис. 23. Трехфазное переменное напряжение синусоидальной формы
В процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии, напряжение в узлах системы под влиянием различных факторов изменяет свою форму и частоту. Явление это неизбежно и связано с технологическими особенностями этого процесса. Для нормирования и оценки этих изменений были введены их характеристики – показатели качества электроэнергии. Создание электроэнергетической системы, в которой не будет возникать каких-либо помех с экономической точки зрения не целесообразно. Так, еще на ранних этапах развития электроэнергетики, производители оборудования, генерирующие и сетевые компании, потребители договорились о некотором приемлемом для всех уровне помех в сети. Так, еще в 1870 году в своде законов Германии было записано: «Развивая электрическую сеть необходимо учитывать, что подключение новой линии (оборудования) может вызывать искажения (помехи), а так как это приводит к ухудшению работы действующей сети или может повлиять на работу электроустановок подключаемых позднее, необходимо стараться развивать сети так, чтобы искажений не возникало».
Важно отметить, что характеристика качества электрической энергии, является очень важной с точки зрения рыночных отношений. Для любого товара (а электроэнергия – это товар), всегда оговариваются две характеристики: количество товара и его качество. Особенность электроэнергии как товара – это неразрывность производства, передачи и потребления электрической энергии. Потребитель не может вернуть электрическую энергию в сеть в случае, если ее качество было не удовлетворительным. В таких условиях, задача обеспечения качества электроэнергии должна решаться совместно всеми субъектами электроэнергетического рынка (генерирующие компании, сетевые компании, системный оператор, администратор торговой сети, сбытовые компании и потребители), регулируя зоны ответственности через договорные отношения. Это требование нашло отражение в действующей нормативно-правовой документации.
В первую очередь необходимо выделить Гражданский кодекс Российской Федерации, Статья 542 части второй, которого говорит о том, что качество электроэнергии, подаваемой энергоснабжающей организацией, должно соответствовать требованиям, установленным государственными стандартами и иными обязательными правилами или предусмотренным договором энергоснабжения, а Статья 543 — о том, что абонент обязан обеспечивать надлежащее техническое состояние эксплуатируемых электрических сетей, приборов и оборудования..
Требования Гражданского кодекса нашли отражение и в федеральном законе РФ «Об электроэнергетике». В частности, Статья 3 этого закона дает следующее определение двустороннего договора купли-продажи электрической энергии: Договор – это соглашение, в соответствии с которым поставщик обязуется поставить покупателю электрическую энергию в определенном количестве и определенного соответствующими техническими регламентами и иными обязательными требованиями качества… Кроме этого, Статья 6 гласит, что общими принципами организации экономических отношений и основами государственной политики в сфере электроэнергетики являются: обеспечение бесперебойного и надежного функционирования электроэнергетики в целях удовлетворения спроса на электрическую энергию потребителей, обеспечивающих надлежащее исполнение своих обязательств перед субъектами электроэнергетики.
До принятия иных технических регламентов качество электрической энергии в электрических сетях общего назначения нормируется Государственным стандартом ГОСТ 32144.
Таким образом, за качество электрической энергии отвечают как энергоснабжающие организации, так и потребители, при этом взаимоотношения должны строиться на договорных отношениях, в том числе и в части разграничения ответственности за качество электроэнергии.
Эти принципиальные положения изложены как конкретные требования в «Правилах функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики», утвержденных постановлением Правительства РФ от 31.08.2006 № 530. В частности, в разделе VIII «Обеспечение надежности снабжения потребителей электрической энергией и ее качества» п.112 устанавливает ответственность всех субъектов электроэнергетики за исполнение или ненадлежащее исполнение обязательств по соответствующим договорам, «в том числе за надежность снабжения ЭЭ и ее качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями».
Интересен тот факт, что в последнее время потребители электрической энергии все больше обращают внимание на её качество. Так, например, решением Арбитражного суда Тверской области от 20.02.2009 открытое акционерное общество "Тверская энергосбытовая компания" привлечено к административной ответственности и ему назначено наказание в виде штрафа в размере 40 000 рублей. Наказание назначено в связи с заявлением гражданина-потребителя электрической энергии и на основании испытаний качества электрической энергии в ходе которого было установлено, что качество поставляемой электрической энергии за период испытаний не соответствует требованиям Государственного стандарта.
Рассмотрим, от чего зависит уровень помех в сети, в чем опасность их возникновения и какими показателями характеризуется качество электроэнергии. К ним относятся:
- отклонение частоты;
- медленные изменения напряжения;
- провалы напряжения;
- размах и доза фликера, характеризующие колебания напряжения;
- коэффициенты искажения синусоидальной формы кривой напряжения и n-ой гармонической составляющей напряжения;
- коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности;
- кратковременные перенапряжения, импульсы напряжения.
Отклонение частоты . Как отмечалось ранее, частота напряжения в электроэнергетической системе зависит от скорости вращения роторов генераторов, установленных на электростанциях. Все генераторы, подключенные к единой электрической сети, вырабатывают электроэнергию с одинаковой частотой. В каждый момент времени и в Москве, и в Челябинске, и в Иркутске она одинакова. В свою очередь, частота зависит от скорости вращения турбины и от мощности электрической нагрузки подключенной к генератору.
При увеличении электрической нагрузки, ротор генератора снижает скорость вращения, если не увеличить количество пара на ТЭС или воды на ГЭС, подаваемых в турбины. Может произойти и обратная ситуация: снизилась мощность нагрузки, высвободилась энергия генераторов электростанций – возросла скорость их вращения, увеличилась частота в системе.
При этом мощность нагрузки в электрической сети изменяется случайным образом, так как никто из потребителей не предупреждает поставщиков о том, что он включит или отключит электроприемники в следующий момент времени. Нормально допустимое отклонение частоты от номинальной (50 Гц) составляет ±0,2 Гц. Для поддержания частоты в этих пределах все турбины на электростанциях оснащены автоматическими регуляторами частоты и скорости вращения.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 436; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!