1387

потребителей 2-й категории одной воздушной линией. Питание по одной кабельной линии допускается, если она расщеплена на два кабеля. Возможно питание потребителей этой категории через один трансформатор, если имеется централизованный резерв трансформаторов.

Для нагрузок 3-й категории допустим перерыв в питании на время, необходимое для ремонта линии электропередачи или не­ исправного электрооборудования, но не превышающее 24 ч. Пи­ тание таких потребителей осуществляется от одного источника.

Чем ближе к источнику энергии'находится рассматриваемая ступень электрической сети, тем больше ущерб при прекраще­ нии ее питания, так как по мере приближения ступени сети к ис­ точнику возрастает число питаемых ею потребителей. Поэтому уровень надежности системы электроснабжения повышают по мере перехода к более высоким ступеням системы.

Для нормальной работы токоприемников необходимо выпол­ нять требования, предъявляемые к качеству электроэнергии.

Показателями качества электрической энергии у приемников в случае питания их трехфазным током являются отклонения напряжения и частоты, колебания напряжения и частоты, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали

инесимметрия напряжений основной частоты (ГОСТ 13109—67). В частности, при снижении напряжения уменьшаются пусковой

имаксимальный моменты электродвигателей, возрастает ток, поступающий к ним из сети, увеличивается нагрев обмоток, резко уменьшается световой поток ламп. Превышение номиналь­ ного напряжения приводит к возрастанию потерь в стали транс­ форматоров, электродвигателей и аппаратов и увеличению их нагрева, ухудшению коэффициента мощности асинхронных дви­ гателей, сокращению срока службы осветительных ламп.

При снижении частоты против номинальной (50 Гц) умень­ шается частота вращения двигателей, ухудшается КПД и коэф­ фициент мощности асинхронных двигателей, возрастает сила тока и увеличивается нагрев машин. Отклонение напряжения (отклонение от номинального значения) выражается следующим

образом:

пряжение сети. Оно определяется при медленном изменении, не превышающем 1 % в секунду.

Допускается AUc для электродвигателей производственных механизмов от —5 до +10%, для остальных приемников элек­ трической энергий~±5%, Для ламп освещения от —2Д^до +5%.

При такой оценке отклонений напряжения не учитывается частота их повторений, которая имеет большое практическое значение для оценки ущерба, приносимого отклонениями на­

11

пряжения. Поэтому в точных расчетах режимов работы сетей пользуются и двумя такими критериями:

среднеквадратичным отклонением напряжения в процентах от номинального значения за некоторое время Т:

и средним отклонением в процентах за время Т:

т

о

Отклонение частоты (разность между фактическим значе­ нием основной частоты и ее номинальным значением, усреднен­ ная за 10 мин) не должно превышать ±0,1 Гц.

Системы электроснабжения должны выполняться таким об­ разом, чтобы можно было поддерживать необходимое напряже­ ние и частоту.

У трансформаторов с высшим напряжением 6 кВ и в боль­ шинстве случаев у трансформаторов 110/6 и 35/6 кВ промысло­ вых подстанций и подстанций компрессорных и перекачивающих насосных станции магистральных трубопроводов имеются об­ мотки с ответвлениями для изменения напряжения на ±5% при помощи переключателя, изменяющего число витков при отклю­ ченном от сети трансформаторе.

Невозможность регулирования напряжения под нагрузкой у этих трансформаторов затрудняет поддержание стабильного напряжения. В последнее время начали применять трансформа­ торы 110/6 кВ с переключателями, допускающими регулирова­ ние напряжения под нагрузкой и управляемыми автоматически, например на мощных подстанциях компрессорных станций ма­ гистральных газопроводов, перекачивающих насосных станций и др. Здесь же начали внедрять устройства автоматической ча­ стотной разгрузки (АЧР), которые предназначены для раз­ грузки генераторов питающей системы при послеаварийных ре­ жимах. Их устанавливают по заданию энергосистемы. АЧР действуют при снижении частоты до определенного значения и отключают наименее ответственные нагрузки, которые в после­ дующем автоматически включаются при восстановлении нор­ мальной частоты.

§ 2. Нагрузка приемников электроэнергии, расчет нагрузок

В зависимости от режима работы каждого приемника элек­ троэнергии н числа одновременно подключенных приемников непрерывно изменяется во времени результирующая нагрузка

12

(мощность, ток) элемента электрической установки — линии, трансформатора, генератора. Кривая, выражающая зависимость нагрузки от времени, носит название графика нагрузки. Суще­ ствуют индивидуальные графики нагрузок — для отдельных при­ емников электроэнергии и групповые —для группы приемников. Для выбора площади сечений проводов сетей и мощности источ­ ников питания (трансформаторов, генераторов) на практике ис­ пользуется система расчетных коэффициентов, характеризую­ щих основные параметры графиков ожидаемой нагрузки.

Эти коэффициенты выявляются на основе обработки стати­ стических данных о результатах работы действующих установок или из теоретических расчетов.

Коэффициент использования представляет собой отношение средней активной мощности, потребляемой приемником или группой приемников за определенное время (цикл, смену, год), Рср к установленной мощности приемников:

(1.4)

Средняя активная мощность Рср определяется как отношение активной энергии W&ко времени Т, в течение которого она из­ расходована,

Под установленной мощностью понимается для двигателей номинальная мощность (в кВт), развиваемая на валу, а для других электроприемников — мощность (в кВт), потребляемая из сети.

При этом пренебрегают КПД электродвигателей; во-первых он существенно не искажает результат из-за небольшой раз­ ницы величин, а во-вторых, на действующих установках соот­ ветствующие коэффициенты определяются с таким же допу­

щением.

Зная значение коэффициента использования, по установлен­ ной мощности Рн можно найти среднюю мощность.

Коэффициент максимума — это отношение расчетной мощ­ ности Рр группы приемников к средней Рср. См мощности за наи­ более загруженную смену:

Расчетная мощность (нагрузка)— такая длительная, неиз­ менная по величине нагрузка, которая по наиболее тяжелому тепловому действию на элементы электроустановки (макси­ мальной кратковременно допустимой температуре, тепловому износу изоляции) эквивалентна фактической или ожидаемой из­ меняющейся нагрузке. По расчетной нагрузке выбирают

13

проводники, аппараты, трансформаторы из условий нагрева и рассчитывают потери напряжения и максимальные потери мощ­ ности.

Обычно при определении коэффициента Км на основе обсле­ дования действующих установок вместо значения Рр в формулу (1.6) подставляют наибольшую из средних нагрузок за каждые 30 мин, так называемый «30-минутный максимум на­ грузки» Рзо-

Коэффициент спроса представляет собой отношение расчет­ ной активной мощности Рр к установленной мощности группы приемников Рн:

*н

Сучетом формулы (1.4), в которую вместо значения Рср под­ ставляется средняя активная мощность Рср. см, потребляемая за смену, и формулы (1.6)

Кс = Р ср. см Км * и . CM^N ( 1. 8) Р ср. см

Ки. см

где /Си. см — коэффициент использования за наиболее загружен­ ную смену.

Нагрузки для группы, содержащей определенное число элек­ троприемников одного вида, можно рассчитать на основе изве­ стных для этой группы коэффициентов Км и Кем или Кс в соот­ ветствии с формулами (1.4), (1.6), (1.8):

Зная по справочным данным средневзвешенный коэффи­ циент мощности cos ф данной группы электроприемников за наи­ более загруженную смену, можно найти расчетную реактивную мощность Qp=Pptg<p и полную расчетную мощность 5 Р.

Для т групп приемников

четных максимумов нагрузок групп, равный 0,9—0,95 для ЦП и линий напряжением 6—10 кВ и принимаемый равным единице в сетях напряжением до 1000 В. При очень большом числе элек­ троприемников расчетная нагрузка практически не отличается от средней за смену. Например, для 50 станков-качалок /См=1, а для 20 станков-качалок Км=1,02.

При определении нагрузок элементов сетей выше 1 000 В за­ дача упрощается тем, что либо эти элементы из-за наложения

14

постоянная по величине нагрузка, вызывающая потери электро­ энергии в элементе установки за определенное время, равные фактическим потерям при действительно имеющейся перемен­ ной нагрузке. Эффективная нагрузка обычно определяется для тока /п или для полной мощности 5Э. При мало изменяющемся с изменением нагрузки costp находят эффективную нагрузку и для активной мощности Рэ.

Эффективная нагрузка (/э, 5Э, Рэ) характеризует общее ко­ личество энергии, теряемое в рассматриваемом элементе элек­ троустановки за определенный отрезок времени, и, следова­ тельно, общее количество тепла, выделившееся за это время, но значения /э, 5Э, Рэ в общем случае не могут характеризовать предельный нагрев элемента в отдельные моменты рассматри­ ваемого отрезка времени.

Эффективное значение нагрузки может быть определено с помощью коэффициента формы нагрузочного графика /Сф, представляющего собой отношение среднеквадратичного значе­

§ 3. Основные виды схем электрических сетей

Схемы электрических сетей напряжением до 1000 В и мест­ ных сетей напряжением выше 1000 В могут быть двух видов: магистральные и радиальные.

В местных сетях внутреннего электроснабжения напряже­ нием выше 1 000 В (обычно 6 и 10 кВ), выполненных по маги­ стральной схеме, к одной питающей линии присоединяются вводы нескольких подстанций.

Исходя из требований быстрейшего восстановления питания потребителей при повреждении участков магистрали к одной магистрали присоединяют не более 3—5 подстанций.

Находят применение схемы с одиночными магистралями (рис. 1,3,а), где одна линия последовательно обходит ряд под­ станций, а резервирование обеспечивается магистралью, рас­ считанной на нагрузку наиболее загруженной магистрали.

Более надежно электроснабжение при схеме сквозных ма­ гистралей с двухсторонним питанием (рис. 1.3,6), когда маги­ страль с двух сторон присоединена к разным питающим источ­ никам и в нормальных условиях разомкнута на одной из подстанций. При этом одна часть подстанций питается от пер­ вого источника, а другая — от второго с возможно одинаковым распределением нагрузок. При выходе из работы одного из ис­ точников все подстанции переводятся на питание от другого (за­ мыкается перемычка, показанная на рисунке пунктиром).

16

Применяется также схема, аналогичная предыдущей, но с пи­ танием обоих концов магистрали от одного источника с присо­ единением их к разным секциям или к системам шин этого ис­ точника (рис. 1.3, в). Эта схема, называемая схемой кольцевой магистрали, несколько менее надежна, чем предыдущая.

Работа с замкнутой перемычкой в обеих схемах редко прак­ тикуется из-за вызываемого этим усложнения релейной защиты.

— О

Рис. 1.3. Магистральные схемы сетей напряжением выше 1000 В

Конечные участки магистралей в этих двух схемах должны рас­ считываться на бесперебойную работу потребителей при пита­ нии всех подстанций с одного конца магистрали.

Магистральные схемы сетей могут быть также выполнены как схемы двойных магистралей с питанием от разных секций или систем шин от одного источника или от двух разных источ­ ников (рис. 1.3, г) .

Радиальные схемы питания в сетях напряжением выше 1000 В характеризуются наличием отдельной линии, соединяю­ щей каждого потребителя (подстанцию, РП, электродвигатель) с источником питания (ЦП, ГПП). На рис. 1.4, а показано пи­ тание по одной линии. Выход из строя этой линии приводит к прекращению электроснабжения потребителя до ее восста­

17

сов и т. п.) возрастает число подстанций. При этом сильнее ска­ зываются преимущества магистральных схем.

Радиальные схемы проще в эксплуатации, чем магистраль­ ные; они дают возможность использовать несложные виды за­ щиты и простейшие устройства автоматизации.

Питание одной линией только одной подстанции позволяет быстро обнаружить и ликвидировать повреждение линии.

На нефтяных и газовых промыслах применяются как маги­ стральные, так и радиальные схемы сетей.

Схему радиального питания (см. рис. 1.4, а) применяют для потребителей 3-й категории, которые могут быть отключены на время ремонта линии. При воздушной линии эта схема приме­ нима для потребителей 2-й категории, но при этом рекоменду­ ется на питающем конце линии установить устройство автома­ тического повторного включения. На промыслах эта схема ис­ пользуется для буровых установок и других объектов, которые отнесены ко 2-й категории, и допустимы для объектов 1-й кате­ гории, если на них имеются автономные источники резервного питания (например, электростанция с двигателем внутреннего сгорания на буровой). Одиночные радиальные кабельные линии широко используются для подвода электроэнергии при напря­ жении 6 кВ к двигателям компрессорных станций промыслов и магистральных газопроводов, к двигателям водяных и нефте­ перекачивающих насосов на промыслах и магистральных нефте­

на промыслах для питания потребителей 2-й категории.

Для ответственных потребителей 1-й категории на промыс­ лах применяются схемы двойных магистралей (см. рис. 1.3,г), схемы с питанием от разных секций или систем шин одного ЦП, а также радиальные схемы (см. рис. 1.4,г). Здесь в ряде слу­ чаев может быть использована и радиальная схема (см. рис. 1.4, в): при выходе из работы одной линии часть потребите­ лей, присоединенных к секции шин, питаемой другой линией,

остается в работе.

Магистральные схемы сетей напряжением до 1 000 В приме­ няются иногда для питания двигателей станков-качалок и по­ гружных электронасосов на промыслах, для питания электро­ двигателей станков и другого силового электрооборудования ремонтных цехов и заводов, а также для электродвигателей вспомогательных устройств компрессорных и насосных станций.

Электродвигатели установок насосной эксплуатации скважин

1 000 В, прокладываемые от подстанций к распределительным щиткам, чаще всего выполняются в виде одиночных магистралей,

19

распределительные сети от щитков к потребителям — по ма­ гистральным и радиальным схемам. Радиальное питание приме­ няется главным образом для сосредоточенных нагрузок: круп­ ных электродвигателей, электропечей и т. п.

Аппаратура управления электрооборудованием, установлен­ ным во взрывоопасных помещениях, обычно выносится за пре­ делы этих помещений. Электроэнергия от аппаратов управления к электродвигателям и другим электроприемникам подводится обычно по радиальным схемам.

§ 4. Расчет сечений проводов электрических линий

При выборе площади сечений проводов исходят из условий соответствия провода требованиям нормальной работы линии и потребителей (по нагреву, отклонениям напряжения, механиче-

Рис. 1.5. Схемы замещения линии местных (а) и районных (б) сетей напряжением выше 35 кВ

ской прочности и другим критериям), которые можно назвать техническими требованиями, и из условий наибольшей выгоды с экономической точки зрения.

Расчеты линий по техническим требованиям для местных се­ тей и для районных сетей значительно отличаются друг от друга. В местных сетях, характеризуемых относительно небольшой протяженностью и не очень высокими напряжениями, токи утечки и емкостные токи, которые зависят от конструкции ли­ нии и ее рабочего напряжения, относительно малы и не прини­ маются во внимание.

В районных же сетях при их больших протяженностях и напряжениях активная и ёмкостная проводимости линий обус­ ловливают протекание токов проводимости, соизмеримых с то­ ками нагрузки.

При электрическом расчете местных сетей линия электропе­ редачи может быть представлена схемой замещения, содержа­ щей последовательно включенные сосредоточенные активное г и индуктивное х сопротивления, заменяющие распределенные вдоль линии фактические сопротивления (рис. 1.5, а). Через эти сопротивления протекает ток нагрузки / л.

Линии передачи районных сетей напряжением выше 35 кВ должны рассчитываться не только по сопротивлениям г и х, но

20