Содержание , Актуальность проблемы модернизации городских электрических сетей
За последние десятилетия доля городского населения во всём мире постоянно и стремительно увеличивается. С начала двадцатого века более половины населения планеты проживает в городах. По некоторым прогнозам уже к 2030 году эта цифра вырастет до 60%, а буквально к 2050 году городские жители будут представлять уже 70% населения Земли. И это не удивительно, ведь города представляют собой центры развития, обеспечивающие постоянный прогресс в культурной, научной и технической сферах, что, в свою очередь, даёт возможности для улучшения благосостояния людей.
Но, помимо прочего, урбанизация несёт в себе огромную нагрузку как для городской инфраструктуры, так и для окружающей среды. Города потребляют 60% питьевой воды и 75% энергии, дают 80% мировых выбросов парниковых газов [ 1 ]. В связи с этим повышение эффективности городской инфраструктуры является важнейшей задачей для поддержания экономического и экологического баланса в мире. Комплексный подход позволит поддерживать качество жизни в городах, обеспечивать экономическую стабильность и защитить окружающую среду и природные ресурсы. Для человечества это будет означать снижение бытовых затрат и улучшение качества коммунальных услуг.
Крайне важным аспектом развития инфраструктуры города является эффективное и экологически безопасное электроснабжение. Потребность всё большей электрификации всех сфер производственной и бытовой деятельности человека обусловлена опять же ростом числа городов и численности населения в них. Такое увеличение городских потребителей объясняет постоянный прирост потребления электроэнергии в мире. На данный момент в среднем каждый год этот показатель растёт на 2,7%.
Развитие электропотребления в городах характеризуется увеличением электрических нагрузок на всех его объектах. В данных условиях для устойчивого развития комплексов потребителей становится необходимым строительство новых источников питания. Передача электроэнергии городским потребителям осуществляется, в основном, по кабельным линиям. Кабельные линии распределительной городской сети выполняются на напряжение 6–10 кВ, а характерное для большинства крупных городов централизованное производство электрической энергии на электростанциях и значительное удаление потребителей от центров питания требует создания сложных разветвленных городских электрических сетей [ 2 ]. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до потребителей требует в современных сетях не менее чем пяти–шестикратной трансформации сначала в повышающих, а затем в понижающих трансформаторах. При этом потери в трансформаторах составляют 5–7% от передаваемой мощности. В связи с этим, уменьшение числа трансформаций в системе электроснабжения (СЭС) потребителей – один из способов снижения потерь электрической энергии при ее передаче. Очевидно, что невозможно сооружать электростанции в черте города, к тому же бесперспективным представляется строительство высоковольтных линий электропередач 10–20 кВ от внешних источников питания до потребителей.
Переработка твёрдых бытовых отходов для выработки тепловой и ...
... Количество образования ТБО Твердые бытовые отходы составляют большую часть всех отходов потребления. Ежегодно количество твердых бытовых отходов по всему миру увеличивается на 3%. В странах СНГ образуется 100 млн. тонн твердых бытовых отходов в год. ...
Независимо от уровня питающего напряжения существуют некоторые проблемы, возникающие при проектировании и выполнении городских подстанций:
- должны быть соблюдены существующие нормы по обеспечению безопасности жилой зоны;
- стоимость участков земли в городе высока, что заставляет склоняться к строительству максимально компактных подстанций;
- из–за наличия коммуникаций в городе (канализация, водопровод, системы связи) выбор места расположения подстанций довольно сильно ограничивается.
Таким образом становится понятно, что существующая концепция построения систем электроснабжения городов практически исчерпала свои возможности, и для повышения энергоэффективности СЭС требуется поиск и внедрение новых технологий. Поэтому использование в системах электроснабжения объектов глубокого ввода, как одного из способов снижения потерь при передаче электрической энергии, весьма актуально. Сооружение подстанций глубокого ввода (ПГВ) сегодня является необходимым и перспективным направлением развития систем электроснабжения больших городов, входящих в состав объединённых электроэнергетических систем.
Использование глубокого ввода в городских электрических сетях
Глубокий ввод – это такая система электроснабжения, при которой высшее напряжения максимально приближено к электроустановкам потребителя. При этом число ступеней промежуточной трансформации и аппаратов сводится к минимуму.
Для разъяснения актуальности и для доказательства необходимости применения систем глубокого ввода следует указать некоторые их особенности и преимущества.
Глубокий ввод и дробление подстанций на промышленных предприятиях облегчило задачу регулирования напряжения. Подстанции глубоких вводов располагаются приблизительно в центре групп локализованных электроприёмников. Благодаря этому отсутствует резкая разница в степени удалённости цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП), питаемых от ПГВ, и в степени разнородности режима их работы, как при крупных главных понизительных подстанциях (ГПП).
Напряжения на шинах ЦТП значительно не различаются, а значит их регулирование гораздо легче осуществить. Это значит, что на разукрупнённых подстанциях достаточный уровень и достаточное качество напряжения можно обеспечить применением авторегулируемого трансформатора и автоматизированными конденсаторными батареями. Но оба эти способа обязательно должны быть согласованы, чтобы избежать ложного срабатывания регулирования под напряжением (РПН) силового трансформатора.
Конструктивное исполнение системы глубокий ввод
При системе глубоких вводов на предприятиях могут устанавливаться понижающие трансформаторы 110/10, 35/6 или 35/0,4 кВ, а это значительно удешевляет установку и уменьшает потери мощности. Не требуются промежуточные распределительные пункты (РП), которые при ГПП обязательны. Свойства РП берёт на себя распределительное устройство вторичного напряжения. Резко сокращаются распределительные сети вторичного напряжения 6–10 кВ, а следовательно, сильно уменьшается протяженность дорогих кабельных туннелей и других кабельных трасс. Таким образом используется меньшее количество звеньев коммутации и сетевых звеньев и число ступеней трансформации уменьшается по сравнению с всё той же крупной ГПП. Исходя из вышесказанного, несложно заметить, что зона аварии сокращается, а токи (рабочие и токи короткого замыкания) сокращаются при использовании таких небольших подстанций. Соответственно упрощается коммутация, и в ряде случаев удается обойтись без реактирования линий или же применить групповые реакторы, чтобы не ставить дорогих громоздких многоамперных выключателей. Что касается распределительной сети в целом, то предпочтительнее использование линий 110 кВ, так как они дешевле и компактнее относительно линий 220 кВ. Напряжение 220 кВ рекомендуется применять только в качестве питающего, в этом случает пропадает одна ступень трансформации. Именно резкое упрощение и удешевление распределительной сети является одним из главных достоинств глубокого ввода, учитывая, что одновременно с этим повышается и надёжность сети.
Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции
... курсовой работы «Распределительное устройство РУ-110(220)кВ, проходной подстанции». Распределительное устройство называют электроустановку, служащую для приёма и распределения электрической энергии одного класса напряжения. Проходная подстанция Задачей данной курсовой работы ... так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10-4-106) происходит быстрая диффузия ...
На крупных предприятиях глубокие вводы отходят от узловой распределительной подстанции (УРП) или главной понизительной подстанции. На предприятиях средней мощности – непосредственно от энергосистемы. По территории предприятия линии глубоких вводов проходят в виде радиальных кабельных или воздушных линий электропередач к наиболее крупным пунктам потребления электроэнергии. Такая организация системы электроснабжения приводит к децентрализации приёма электроэнергии, которая принимается теперь не одной ГПП, а подстанциями глубокого ввода 35, 110 или 220 кВ, расположенными недалеко друг от друга. Сколько должно быть построено таких ПГВ определяется в первую очередь плотностью нагрузки, её концентрацией и размещением. Наиболее целесообразно применять разукрупнение подстанций там, где нагрузка размещена на большой территории во многих пунктах. Например, на горно–обогатительных карьерах, где число подстанций, подключаемых к системе глубокого ввода может доходить до 10–12 [ 3 ]. На предприятиях, на которых применяются электропечи, электролизные ванны или мощные двигатели, то есть на которых нагрузка более концентрирована, число ПГВ в разы меньше, но мощность их значительно выше. Подстанции глубокого ввода размещаются обычно рядом с производственными корпусами, которые они обслуживают, и распределительные устройства подстанций рекомендуется встраивать в корпуса. ПГВ чаще выполняются по упрощённой схеме – без сборных шин, без выключателей на стороне первичного напряжения.
Применение воздушных линий целесообразно при небольшой плотности застройки промзоны. В целях снижения отделяемой под воздушную линию площади допускается прохождение линий над всеми несгораемыми сооружениями и зданиями (исключение – взрывоопасные установки).
Расчет и проектирование отпаечной тяговой подстанции постоянного тока
... от другой подстанции. В данном курсовом проекте необходимо рассчитать отпаечную тяговую подстанцию постоянного тока. Для питания тяговых потребителей на данной подстанции применяем двойную трансформацию, то есть от питающей подстанции напряжением 110 кВ ...
При выборе высоты опор должна учитываться возможность прокладки под проводами воздушных линий трубопроводов, транспортных и других коммуникаций. В некоторых случаях применение специальных опор может быть оправдано для увеличения длины пролётов.
Благодаря разработке новых конструкций и совершенствованию способов прокладки всё большее распространение получают кабельные линии электропередачи (КЛЭП) напряжением 110–220 кВ. Но надо учитывать, что особого внимания со стороны персонала требуют маслонаполненные КЛЭП низкого давления, так как они имеют маслосистему и систему охлаждения, что делает их ненадёжными звеньями распределительной сети. Прокладка таких линий рекомендуется в земле, траншеях, каналах и лотках, ниже зоны промерзания, с использованием специальных колодцев для муфт. Из–за большой стоимости в тоннелях прокладка маслонаполненных кабелей не осуществляется.
Распределительная сеть при системе глубокого ввода
Распределительная сеть при системе глубокого ввода может осуществляться в виде радиальных или магистральных линий. В общем виде радиальная схема глубокого ввода 110–220 кВ показана на
рисунке 1.
Радиальные схемы глубоких вводов 110–220 кВ позволяют использовать простейшие схемы первичной коммутации подстанций глубокого ввода – схемы линия–трансформатор
: без коммутационных аппаратов (глухого присоединения) с разъединителем, предохранителем, выключателем.
При магистральных схемах глубоких вводов отключение магистрали приводит к потере питания всех трансформаторов, подключенных к магистрали. Поэтому используются схемы, позволяющие отключать поврежденный трансформатор на самой подстанции и повторно включать магистраль устройством АПВ. В общем виде магистральная схема глубокого ввода 110–220 кВ показана на рисунке 2.
Схемы глубоких вводов напряжением 110–220 кВ выполняются воздушными или кабельными линиями, схемы глубоких вводов 330 кВ и выше – воздушными линиями.
Использование схемы для систем электроснабжения бытовых потребителей
Если в СЭС предприятий есть примеры использования глубокого ввода, то в системах электроснабжения бытовых потребителей такого опыта на данный момент нет, но в целом следует сказать, что достаточно широкого использования система глубокого ввода пока что не достигла. Можно предположить, что до недавних пор причиной тому было отсутствие электрооборудования для реализации систем электроснабжения с использованием данной системы. В настоящее время эта проблема практически решена. На рынке электрооборудования предлагаются высоковольтные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ–изоляция) напряжением до 500 кВ включительно. По сравнению с маслонаполненными кабелями такие кабельные линии имеют более высокие технико–экономические показатели. Такая особенность позволяет их применение в сетях 110–220 кВ промышленных предприятий с высокой плотностью застройки. Прокладка кабелей с СПЭ–изоляцией осуществляется в открытых кабельных сооружениях (на технологических и кабельных эстакадах, кабельных галереях).
Но стоит отметить, что передача электроэнергии по кабельным линиям из сшитого полиэтилена в настоящее время обходится в 7–20 раз дороже, чем по воздушным линиям напряжением 110–220 кВ, а при увеличении напряжения разница в стоимости увеличивается. Однако, для прохождения воздушной линии нужна полоса, свободная от коммуникаций и застройки, что в условиях некоторых предприятий часто недопустимо, учитывая, что ширина такой полосы должна быть 20–30 м при напряжении 110–220 кВ соответственно. Применение именно КЛЭП для питания подстанций глубокого ввода позволяет выполнять распределительные устройства 110–220 кВ подстанций по схеме «линия–трансформатор» без коммутационных аппаратов.
Электроснабжение химического предприятия по производству синтетических каучуков
... короткого замыкания; выбрать элементы системы электроснабжения завода; проверить кабельные линии на термическую стойкость; рассмотреть вопросы ... сети напряжением до и свыше 1 кВ должны рассматриваться отдельно. [22] Рисунок 2.1 – Фрагмент схемы электроснабжения завода ... темы выпускной квалификационной работы заключается в том, что создание надежных и эфективных систем электроснабжения, ...
Усовершенствования касаются не только стадии распределения энергии по линиям электропередач. Начат выпуск трансформаторов ТМГ–СЭЩ – 35/0,4, предназначенных для работы в электрических сетях напряжением 35 кВ. Использование в СЭС городов таких трансформаторов позволит применить систему понижения напряжения с 35 кВ сразу до 0,4, минуя значение 6 или 10 кВ. Кроме этого, трансформатор обладает меньшими габаритами и более низким уровнем шума за счет шихтовки по методу STEP LAР, что обеспечивает возможность использования его в городских электросетях. Указанная технология шихтовки магнитопроводов с применением лучшей электротехнической стали, позволила свести потери холостого хода в трансформаторах к минимальным показателям.
Габариты комплектных трансформаторных подстанций зависят как от размеров трансформаторов, так и от компактности распределительных устройств высшего и низшего напряжений. Наиболее компактными считаются элегазовые комплектные распределительные устройства (КРУЭ).
По мере освоения промышленностью производства токопроводов напряжением до 330 кВ с элегазовой изоляцией увеличивается их применение для схем глубоких вводов при высокой плотности застройки промышленной площадки и наличии агрессивной окружающей среды. Как можно меньшие размеры распределительного устройства позволяют размещать подстанции под землёй и под жилыми или офисными многоэтажными зданиями.
Постепенно начала внедряться система глубоких вводов с непосредственным подведением токов высокого напряжения к узлам потребителей и с монтированием понижающих трансформаторов у скважин для меньшего числа трансформаций напряжения. Выбор напряжения на второй и последующих ступенях распределения энергии при системе глубоких вводов 35–220 кВ, а также выбор вторичного напряжения мощных ГПП в тех случаях, когда не представляется возможным осуществить глубокие вводы, производится на основе технико–экономических расчетов. При наличии собственной станции этот выбор производится одновременно с выбором напряжения генераторов и окончательное решение принимается с учетом всех технических и экономических факторов как на самой станции, так и в распределительной сети. В тех очень редких случаях, когда все основное питание производится от собственной теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), при выборе напряжения генераторов необходимо учитывать сетевые факторы в той мере, в какой это возможно по параметрам генератора и по схеме коммутации электростанции [ 4 ]. Связи на вторичном напряжении целесообразны тем, что при этом резервируются не только сети, но и питающие их трансформаторы ГПП. Иногда при небольших мощностях связей, в частности при системе глубоких вводов и дроблении ГПП, связи целесообразно делать путем смыкания ближайших концевых участков сетей вторичного напряжения, питаемых от разных ГПП, это наиболее дешевый способ связей.
Преимущества системы глубокий ввод
Следует также отметить, что в последние годы все большее применение находит напряжение 35 кВ в так называемой системе глубокого ввода высокого напряжения. Хорошие результаты дает разделение питания спокойных и резкопеременных нагрузок, которое несложно реализуется при системе глубоких вводов. Одним из простых способов разделения питания является использование в схеме электроснабжения сдвоенного реактора. При этом спокойные и резкопеременные нагрузки подключаются к различным секциям (ветвям) реактора. На напряжении 35 кВ питаются предприятия средней мощности, удаленные электропотребители, крупные электроприемники. Эти схемы находят наибольшее применение для питания распределительных пунктов, понизительных трансформаторных подстанций или нескольких ГПП одного предприятия. Двойная или тройная трансформация энергии (на электростанциях и районной подстанции, опорных и цеховых подстанциях) нецелесообразна, поэтому в настоящее время применяется система глубоких вводов на напряжения 35, 110 кВ и выше непосредственно в цеховые подстанции. При распределении электроэнергии по магистральной схеме делают ответвления от воздушной высоковольтной линии на отдельные подстанции или заводят кабельную линию поочередно на несколько подстанций.
Проект системы электроснабжения завода «Уральская кузница»
... напряжения сетей, как внешних, так и внутренних, обеспечения оптимального коэффициента загрузки трансформаторов, применения глубоких вводов, ... электроснабжения являются: правильное распределение электроэнергетики, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, обеспечение необходимого качества электроэнергии на шинах подстанции, ... кузница» ... работ 10.2.2 Расчет сметной стоимости работ ...
Из изложенного вытекает, что при системе двухтрансформаторных ПГВ обеспечивается бесперебойное питание ответственных потребителей при необходимом запасе мощности выбранных трансформаторов при использовании их допустимой послеаварийной перегрузки и наличии АВР на вторичном напряжении трансформаторов. Трансформатор подключен вилкой к двум линиям. На стороне 6–10 кВ предусмотрена короткая перемычка с ТЭЦ, пропускная способность которой рассчитана на питание наиболее ответственных нагрузок ПГВ в послеаварийном режиме. В нормальном режиме перемычка разомкнута. Все пункты приема электроэнергии от энергетической системы, а также эти пункты и собственные электростанции должны быть связаны между собой кабельными или воздушными линиями или же токопроводами на первичном или вторичном напряжении. При значительной мощности и длине связи выполняются на повышенном напряжении.
Необходимо подчеркнуть, что без применения приведенных выше упрощенных схем ПГВ и ГПП практически невозможно было бы внедрение глубоких вводов и системы децентрализации приема электроэнергии (или метода разукрупнения ГПП).
Это стало возможным без уменьшения надежности электроснабжения благодаря применению автоматики: автоматического повторного включения (АПВ) на головном выключателе питающей линии 35–220 кВ и АВР на секционном выключателе вторичного напряжения 6–10 кВ [ 5 ]. При помощи этой автоматики быстро восстанавливается питание при аварийном отключении линии или трансформатора. Поэтому описанные упрощенные схемы коммутации без выключателей на первичном напряжении ПГВ (ГПП) в случае применения двухтрансформаторных ПГВ и при наличии АВР на вторичном напряжении в большинстве случаев пригодны для питания потребителей любой категории. Однако время действия устройств защиты и автоматики, требующееся для восстановления питания при авариях, должно быть минимальным. В противном случае затрудняется и осложняется, а иногда становится невозможным самозапуск электродвигателей, в связи с чем может расстроиться сложный технологический процесс. Поэтому при определенных условиях, может возникнуть необходимость в применении выключателей на вводах к трансформаторам ПГВ или ГПП.
Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий ...
... числа подстанций 35-220 кВ, а прохождение воздушных линий глубоких вводов затруднено, то используются токопроводы. Исходя из этих подсчетов, можно принять окончательное решение построения схемы. Электроснабжение промышленных зданий. Напряжение Напряжение, ...
Выводы
Большой опыт использования подстанций глубокого ввода имеется за рубежом. Подстанции размещаются в зданиях внешнего вида, не ухудшающих архитектуру города, а во многих случаях – под землей. Пример такого размещения – подстанция в Анахейме (Калифорния), которая находится под городским парком в зоне комфортной застройки Лос–Анджелеса. Подстанция имеет 8 элегазовых ячеек напряжением 69 кВ, два трансформатора мощностью 50 МВА напряжением 132/11 кВ.
Примером подстанции, встроенной в городское здание торгового центра, является подстанция Haymarket 330/110 кВ в Сиднее, являющаяся частью торгового комплекса.
Крупнейшей подземной подстанцией – первой в мире с КРУЭ напряжением 500 кВ является подстанция глубокого ввода Shin Toyosu в центре Токио [ 6 ].
В заключение хотелось бы отметить, что применение системы глубоких вводов позволило:
- существенно повысить надёжность электроснабжения;
- уменьшить капитальные затраты и издержки на систему;
- уменьшить длину низковольтной сети, то есть снизить потери мощности и напряжения;
- уменьшить ёмкостные токи и токи короткого замыкания в сети;
- отказаться от построения промежуточных распределительных пунктов;
- осуществить питание электроприёмников с резкопеременной, нелинейной или ударной нагрузкой без весомого ущерба для всей системы электроснабжения [7 ].
Данные достоинства позволяют считать систему глубоких вводов одной из наиболее прогрессивных схем электроснабжения. И можно спрогнозировать, что в дальнейшем она будет ещё более широко применяться в схемах внешнего и внутреннего электроснабжения промышленных предприятий и городов.
Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/vidyi-shem-elektrosnabjeniya-gorodov/
- Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий: Учебник для вузов. – 2–е изд., исправ. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. – 499 с.
- Тихомиров П. М. Расчёт трансформаторов. / П. М. Тихомиров. – М.: Альянс, 2016. – 528с.
- Подстанции глубокого ввода http://forca.ru/ .
- Глубокие вводы 35–220 кВ http://electromaster.ru/ .
- Алексеев Б. А. Подстанции глубокого ввода // Энергоэксперт. 2009. №1 с. 92–97c.
- Проблемы электроснабжения крупных городов и мегаполисов https://www.ruscable.ru/ .
- Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях http:// / .
