Общие вопросы электроснабжения презентация

Понятие о системах электроснабжения и потребителях электроэнергии

Основные термины и определения
Основными потребителями электрической энергии являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и поселков.
Электроустановки потребителей энергии характеризуются номинальным напряжением.
Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии (электродвигателей, ламп и др.) называется то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

Электроустановки потребителей электрической энергии разделяются на две категории;
электроустановки напряжением до 1 кВ
электроустановки выше 1 кВ.
Это разделение связано с различием в типах и конструкциях аппаратов, а также с различием в условиях безопасности, требованиях, предъявляемых при сооружении и эксплуатации электроустановок разных напряжений.

Напряжения электросетей и питания электроприемников в России:

Передача электроэнергии высоким напряжением
При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока.
Формула РЛ = I2R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии R и протекающего тока I. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток I. Так, при снижении тока в 2 раза потери мощности в линии РЛ снижаются в 4 раза.
Согласно формуле полной электрической мощности
S = I×U, для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности на дальние расстояния целесообразно передавать при высоком напряжении.

Однако строительство высоковольтных линий электропередачи сопряжено с рядом технических трудностей. Кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне опасно и практически невозможно для конечных потребителей

Наряду с трехфазным переменным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменною тока.
Постоянный ток используют в химической промышленности и цветной металлургии (электролизные установки для выработки алюминия), в электрифицированном транспорте и т.д.

Источники и потребители электрической энергии

Основные определения
В системе электроснабжения объектов можно выделить, три вида электроустановок:
по производству электроэнергии - электрические станции:
по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии - электрические сети и подстанции;
по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах - приемники электроэнергии.

Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия сгораемого топлива, падающей воды, паpa, атомная и др.) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида первичной энергии существующие электрические станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные, солнечные и др.

Источник электрической энергии преобразует любые виды энергии в электрическую энергию.

Приемником электроэнергии (электроприемником, токоприемником) называется электрическая часть производственной установки, промышленный или бытовой электроприбор, который получает электроэнергию от источника и преобразует ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию и др. виды энергии
На следующем слайде представлена схема-диаграмма прямого и обратного преобразования электроэнергии в различные виды энергии и различные устройства – преобразователи, связанные с преобразованием энергии.

Электроснабжение
Источники и приемники электроэнергии
Механическая
энергия
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
Генераторы
Динамомашинки
Пъезозажигалки
Источники
электроэнергии
Преобразование энергии в источниках и приемниках
Приемники
электроэнергии
Электродвигатели
Электромагниты
Реле
Механическая
энергия
Химическая
энергия
Тепловая
энергия
Световая
энергия
Энергия плазмы
Аккумуляторы
Электрические
батареи
Термопары
Фотоэлементы
Солнечные
батареи
Термоядерные
реакторы
МГД-генераторы
Аккумуляторы на зарядке
Электролизн. ванны
Электронагрева-тельные приборы
Электрические
лампы
Светодиоды
Плазматроны
Плазменные сва-рочные аппараты
Химическая
энергия
Тепловая
энергия
Световая
энергия
Энергия плазмы

Потребитель электрической энергии - электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
Потребителями электроэнергии в системах электроснабжения жилых и общественных зданий могут быть квартира, подъезд, жилой дом, поселок, город и т.д.
Электропотребителями промышленных зданий являются производственный участок, цех, производственный корпус, предприятие

Энергетическая система (энергосистема) - совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.
Электроэнергетической системой называется совокупность электрической части энергосистемы и питающихся от нее потребителей электрической энергии, объединенных общностью процессов при производстве, передаче, распределении и потреблении электрической энергии.

Электрическая часть энергосистемы (электрическая система) – совокупность электроустановок электрических станций, подстанций и электрических сетей энергосистемы.
Таким образом, в электроэнергетическую систему не входят теплоэнергетические установки, тепловые сети и потребители теплоэнергии, а в электрической системе, помимо этого, нет потребителей электроэнергии, как показано на следующем слайде

Потребители теплоэнергии
Тепловые сети
Потребители электроэнергии
Электросети
Электроэнергетическая система
Электростанции ТЭЦ
Энергетическая система
Электрическая система
Энергоресурсы

В нашей стране создана Единая энергетическая система России (ЕЭС России).
ЕЭС России представляет собой совокупность производственных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом при производстве, преобразовании и распределении электрической и тепловой энергии, и имеет централизованное диспетчерское управление.
ЕЭС России с помощью межсистемных связей объединяет энергетические системы отдельных регионов, соединяя их линиями электропередачи (ЛЭП).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии,
состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями электропередачи,
и работающая на определенной территории.

Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции - электроустановке, состоящей из трансформаторов или иных преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств.

Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на распределительных подстанциях (РП).

Электрические сети как и потребители электроэнергии подразделяют по следующим признакам:
Напряжение сети.
Сети могут быть напряжением до 1 кВ - низковольтными, или низкого напряжения (НН),
и выше 1 кВ ─ высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).
2. Род тока.
Сети могут быть постоянного и переменного тока.

Электрические сети выполняются в основном по системе трехфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным,
поскольку при этом может достаточно просто производиться трансформация электроэнергии.
Трехфазная система электроснабжения проявляет все свои преимущества как при передаче электроэнергии (экономия проводов),
так и при работе трехфазных электрических машин, таких как трехфазных генераторов и трехфазных электродвигателей.

Принятая частота переменного тока в ЕЭС России равна 50 Гц.
При большом числе однофазных приемников от трехфазных сетей осуществляются однофазные ответвления.
Сети маломощных потребителей, квартирные сети имеет, как правило, однофазное исполнение.
Однофазное напряжение переменного тока поступает к потребителю с помощью распределительного устройства или распределительного щита по двум проводам («фаза» и «ноль»).

Назначение и область применения сетей
По назначению и области применения сети подразделяются на:
сети общего назначения для электроснабжения промышленных, сельскохозяйственных, строительных, транспортных и бытовых потребителей;
сети автономного электроснабжения для питания различных автономных объектов: транспортных средств, судов, самолётов, космических аппаратов, автономных станций, роботов и др.;

сети технологических объектов для электроснабжения производственных объектов и различных инженерных сетей (водоснабжения и водоотведения, тепловых сетей, газовых сетей и др.);
контактные сети – сети электрического транспорта, служащие для электроснабжения движущиеся вдоль сети различных транспортных средств (метро, трамвай, троллейбус, локомотив и др.).

Мощность и размеры сетей
Электрические сети классифицируются по величине территории, которую они охватывают, величинам используемого напряжения сети и передаваемой мощности.
Магистральные сети охватывают территории отдельных регионов и стран, и взаимодействуют как с крупными источниками электроэнергии (электростанциями большой мощности), так и со сверхмощными центрами электропотребления (большими городами).

Магистральные сети отличаются высоким и сверхвысоким уровнем напряжения (330, 500, 750 кВ), а также большими перетоками электрической мощности (гигаватты).
Региональные сети − это сети регионального масштаба.
Региональные сети получают электроэнергию, как от магистральных сетей, так и от собственных региональных источников питания (электростанции), обслуживая крупных электропотребителей (большие города, крупные промышленные зоны и предприятия).

Региональные сети характеризуются высоким напряжением (110, 220 кВ) и достаточно большими потоками мощности (сотни мегаватт).
Районные сети − это сети масштаба отдельного района.
Районные сети, как правило, не имея собственных источников питания, получают питание обычно от региональных сетей.

Районные сети обеспечивают электроснабжение небольших городов и поселков, предприятий с небольшим энергопотреблением, не крупных месторождений, транспортных узлов и др.
Районные сети имеют средний уровень напряжения (10-35кВ) и небольшие потоки мощности (порядка единиц мегаватт).
Внутренние сети обеспечивают распределение электроэнергии в пределах небольшого города, или его квартала, села, фабрики, завода.

Как правило, внутренние сети имеют подключение к внешней сети через одну или две точки питания.
Для бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей внутренние сети располагают собственным резервным источником питания.
Внутренние сети характеризуются низким и среднем уровнем напряжения (до 10-20 кВ) и небольшой мощностью (от сотен киловатт до единиц мегаватт).

Электропроводка
Электропроводкой называется электрическая сеть нижнего уровня, которая служит для электроснабжения отдельного здания или помещения, цеха промышленного предприятия и др.
Электропроводки часто входит в состав внутренней сети.
Электропроводки характеризуются низким уровнем напряжения (до 1 кВ) и небольшими потоками мощности (до сотен киловатт).

Конструктивное выполнение сетей
Линии электросетей могут быть:
воздушными;
кабельными;
токопроводами.
Подстанции электросетей могут быть:
открытыми;
закрытыми.

Тепловые электростанции

Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с генератором).
Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую.
Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.

Тепловая электрическая станция

По характеру обслуживания тепловые электрические станции делят на:
районные (ГРЭС);
конденсационные (КЭС);
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Районные электростанции (ГРЭС)
снабжают потребителей только электроэнергией и располагаются в районе энергетических запасов (угля, торфа, газа и т. д.).
Турбины ГРЭС обеспечивают конденсационный режим, при котором пар проходит последовательно через все ступени турбины, после чего конденсируется в конденсаторе.

Конденсационные электростанции (КЭС)
снабжают потребителей только электроэнергией,
по принципу работы КЭС соответствуют ГРЭС, но удалены от потребителей электроэнергии.
Конденсационные электростанции передают вырабатываемую мощность на высоких и сверхвысоких напряжениях.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
снабжают потребителей электрической и тепловой энергией, располагающиеся в районе их потребления.
Они отличаются от ГРЭС и КЭС тем, что используют теплоту «отработавшего» в турбинах пара для нужд промышленного производства,
а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения.

Принципиальная схема ТЭЦ и системы
теплофикации

Твердое топливо, поступающее из топливного склада, с помощью транспортера попадает в топливный бункер, а затем дробильное устройство (шаровую мельницу). Пылевидное топливо пневмотранспортом вдувается к горелкам топки котла 1. При сгорании топлива выделяется газ с температурой 1200─1600°С. Эти газы омывают трубы внутри котла 1, по которым протекает вода, отдают свою теплоту, и вода превращается в пар. Вырабатываемый пар с температурой 540—560ºС поступает по паропроводу в паровую турбину 2.

Вследствие разности давлений пара, поступающего в турбину и выходящего из нее, а также разности температур пар, расширяясь при прохождении через все ступени турбины, совершает механическую работу, т. с. вращает вал турбины 2, а вместе с ним и генератор 3. Отработанный пар в паровой турбине с температурой 120─140°С направляется по трубам в конденсатор 4, где пар превращается в дистиллированную воду, которая откачивается насосом 5 в деаэратор 6 для освобождения конденсатора от растворенного в нем воздуха.

Другая часть отобранного пара отбирается из промежуточной ступени турбины и направляется в теплофикационный коллектор 7 для использования в системе теплоснабжения промышленных предприятий и коммунально-хозяйственных объектов. При водяной системе теплоснабжения пар поступает в коллектор 7 в пароводяные подогреватели 15, где отдает теплоту воде, циркулирующей в тепловой сети.

Пар в пароводяных подогревателях превращается в конденсат, который насосом 18 откачивается в деаэратор 6. Нагретая вода поступает по линии тепловой сети 16 к потребителям 13 и 14 и после охлаждения в них по обратной линии тепловой сети попадает сетевыми насосами 17 вновь на подогрев в пароводяные подогреватели 15.

При паровой системе теплоснабжения пар из указанного коллектора 7 направляется в паровую линию 8; из нее в теплопотребляющие аппараты 9, где превращается в конденсат, который из сборных баков 11 насосами 12 через конденсатную линию 10 перекачивается в деаэратор 6, а затем в котел 1 при помощи питательных насосов 20.

Для конденсации пара в конденсаторе 4 подача воды в паровой котел 1 выполняется насосами 19, которые подают холодную воду из источника водоснабжения 21 (реки, озера, артезианской скважины).

Отработанные газы из топки котла с температурой 350÷450°С нельзя выбрасывать в атмосферу, поэтому на пути их следования установлен водяной экономайзер, который дополнительно подогревает питательную воду.
Продолжая свой путь, газы проходят через золоулавливатель, а затем отсасывающим дымососом выбрасывают в дымовую трубу. ГРЭС и КЭС имеют невысокий КПД.
Только 30÷40% энергии топлива превращается в электрическую энергию, а остальная часть теряется с отходящими газами, выбрасываемыми в атмосферу через дымовую трубу, и с циркуляционной водой, проходящей через конденсатор турбины.
Таким образом, работа конденсационных станций на привозном топливе экономически невыгодна.

Как работает АЭС
Принцип работы АЭС

Атомные электростанции (АЭС)

Атомные электростанции отличаются от обычной паротурбинной станции тем, что на АЭС в качестве источника тепловой энергии используется процесс деления ядер урана, плутония, тория и др.
В результате расщепления этих материалов в специальных устройствах ─ реакторах выделяется огромное количество тепловой энергии.
АЭС могут выполняться одно- и двухконтурными.

Атомная электростанция

Принципиальная схема одноконтурной АЭС
1 – турбина;
2 – генератор;
3 – конденсатор;
4 – конденсат;
5 – насосы;
6 – реактор;
7 – рабочие каналы
В одноконтурных АЭС контуры теплоносителя (воды) и рабочего тела (пара) совпадают;
в двухконтурных АЭС контуры теплоносителя и рабочего тела разделены.
Принципиальная схема одноконтурной АЭС представлена на рисунке из которого видно, что все оборудование такой АЭС работает в радиационном режиме, что усложняет его эксплуатацию, хотя и упрощает процесс получения тепловой энергии.

Принципиальная схема двухконтурной АЭС
1 – турбина;
2 – генератор;
3 – конденсатор;
4 – конденсат;
5 – питательный насос;
6 – циркуляционный насос;
7 – реактор;
8 – рабочие каналы;
9 – парогенератор
Принципиальная схема двухконтурной АЭС представлена на слайде
В качестве регулятора скорости протекания реакции используют вертикально расположенные в реакторе стержни из графита,
а в качестве теплоносителя ─ тяжелую воду или жидкий гелий
(-190° С).

Выделяющаяся в каналах реактора энергия нагревает воду первичного контура до температуры 255---215º С.
Нагретый пар поступает в парогенератор, где отдает свою теплоту воде вторичного контура и превращает ее в пар с температурой 250÷260º С и давлением 1,25 МПа, который подается в турбину.
Принципиальная схема двухконтурной АЭС
1 – турбина;
2 – генератор;
3 – конденсатор;
4 – конденсат;
5 – питательный насос;
6 – циркуляционный насос;
7 – реактор;
8 – рабочие каналы;
9 – парогенератор

Охлажденная вода из парогенератора при температуре 190° С и давлении 10 МПа подается циркуляционным насосом обратно в реактор.
Эта вода, циркулирующая непосредственно через реактор, является радиоактивной, поэтому оборудование этого контура ограждают специальными железобетонными, чугунными, свинцовыми и другими конструкциями.
Принципиальная схема двухконтурной АЭС
1 – турбина;
2 – генератор;
3 – конденсатор;
4 – конденсат;
5 – питательный насос;
6 – циркуляционный насос;
7 – реактор;
8 – рабочие каналы;
9 – парогенератор

Вторичный замкнутый контур «парогенератор ─ турбина ─ конденсатор» не представляет опасной радиоактивности и работает так же, как и в тепловых паротурбинных станциях.
Принципиальная схема двухконтурной АЭС
1 – турбина;
2 – генератор;
3 – конденсатор;
4 – конденсат;
5 – питательный насос;
6 – циркуляционный насос;
7 – реактор;
8 – рабочие каналы;
9 – парогенератор

Атомные электростанции расходуют незначительное количество горючего, например для выработки 1 млн. кВт-час электроэнергии расходуется около 400 г урана.
Такие станции можно сооружать в любом месте, так как они не связаны с местом расположения естественных запасов топлива.
Кроме того, окружающая среда не загрязняется дымом, золой, пылью и сернистым газом.

Как работает ТЭЦ На примере Хабаровской ТЭЦ-1

Гидроэлектрические станции (ГЭС)

Гидроэлектростанции ─ это такие станции, где в качестве первичного двигателя применяют гидравлические турбины.
ГЭС располагаются на равнинных и горных реках.
На ГЭС механическая энергия падающей воды преобразуется в электрическую при помощи гидравлических турбин и соединенных с ними генераторов.

Саяно-Шушенская ГЭС

Если по всему сечению (створу) реки установить плотину , то уровень воды перед плотиной (верхний бьеф 1) окажется выше уровня после плотины 7 (нижний бьеф 2).
Разность уровней между верхним и нижним бьефами называется напором.
Мощность электростанции определяется значением напора и количеством воды (расходом), проходящей через турбины в единицу времени.
Конструктивная схема гидроэлектростанции

Гидравлические турбины 9 устанавливаются на уровне нижнего бьефа 2, где по проводящему каналу вода направляется в спиральную камеру и из нее — на лопасти ротора гидротурбины, на который насажен ротор электрического генератора.
Таким образом, энергия воды в гидротурбине превращается сначала в механическую, а затем в электрическую энергию.
Достоинствами гидростанций являются их высокий КПД и низкая себестоимость выработанной электроэнергии.
Однако следует учитывать большую стоимость капитальных затрат при сооружении ГЭС и значительные сроки их сооружения, что определяет большой срок их окупаемости (десятки лет).

Особенностью работы электростанций является то, что они должны вырабатывать столько энергии, сколько ее требуется в данный момент для покрытия нагрузки потребителей, собственных нужд станций и потерь в сетях.
Поэтому оборудование станций должно быть всегда готово к периодическому изменению нагрузки потребителей в течение дня или года.
Для обеспечения указанных требований энергосистемы оборудуют специальными диспетчерскими пунктами, оснащенными средствами контроля, управления, связи и специальными мнемоническими схемами расположения электростанций, линий передач и понизительных подстанций.
Диспетчерский пункт получает необходимые данные и сведения о состояниях технологического процесса на электростанциях.

Диспетчерский пункт АЭС

Диспетчер на подстанции АЭС

Гидроэлектростанция. Принцип действия
Принцип работы гидроагрегата на примере Бурейской ГЭС
Как устроена и работает гидроэлектростанция (ГЭС) — плотина Гувера (США)

Мини теплоэлектростанции (мини-ТЭС)

Альтернативой крупным сетевым ТЭС в последнее время стали когенерационные установки малой мощности, так называемые мини теплоэлектростанции (мини-ТЭС).
Мини-ТЭС, являясь автономными источниками электроэнергии, способны обеспечить, как и крупные ТЭЦ, электрической и тепловой энергией отдельные здания, сооружения или небольшие предприятия.
Главным преимуществом когенерационной технологии на базе мини-ТЭС (мини-ТЭЦ) является более высокая энергоэффективность и значительная экономия топлива по сравнению с использованием раздельных тепло- и электрогенерирующих установок малой мощности.

Так, если при раздельном производстве электроэнергии и тепла, так называемый энергетический КПД установки составляет порядка 60%
Энергоэффективность при раздельной выработке
электрической и тепловой энергии

При совместном производстве электроэнергии и тепла в одной когенерационной установке (мини-ТЭС) энергетический КПД может достигать 90 %
Энергоэффективность при совместной выработке электрической и тепловой энергии в когенерационной установке (мини-ТЭС)

Различают мини-ТЭС на базе газопоршневых (ГПУ) и газотурбинных установок (ГТУ).
Реже используются мини-ТЭС, работающие на дизельном топливе.
Наиболее перспективными видами топлива для ГТУ, наряду с природным газом, считаются шахтный метан, попутный газ при нефтедобыче, биогаз и свалочный газ.
Мини-ТЭС все более широко используются в автономном энергоснабжении объектов жилищно-коммунальной сферы: жилых домов, развлекательных и торговых центров, офисов, бань, бассейнов, больниц, предприятий быстрого питания, зимних стадионов и пр.

Когенерационные установки в России используются в небольших промышленных предприятиях, на автозаправках, на плавучих буровых платформах, в газоперекачивающих компрессорных станциях, в котельных и др.
Мини-ТЭС могут применяться в качестве основных или резервных источников тепло- и электроэнергии, работающих как в автономном режиме, так и совместно с существующими тепло- и электросетями.
Приближенность источников тепло- и электроэнергии на базе мини-ТЭС к потребителям позволяет сократить протяженность сетей, уменьшить потери при транспортировке энергии и улучшить ее качество, повысить долю полезного использования энергии природного газа.

Применение когенераторных мини-ТЭС в крупных городах эффективно дополняет рынок энергоснабжения без строительства новых линий электропередач и теплотрасс, разгружает существующие электрические и тепловые сети, покрывает недостаток генерирующих мощностей.
Работа автономных мини-ТЭС позволяет значительно увеличить качество электрической энергии при высокой стабильности по частоте и напряжению, а также качество теплоснабжения и горячего водоснабжения со стабильной и регулируемой температурой.
Внедрение когенераторных электростанций позволяет решить проблему электро- и теплоснабжения различных потребителей без строительства дорогостоящих линий электропередачи и теплосетей с высокой долей капитальных вложений и большими сроками окупаемости.

Схемы
электрических станций
и подстанций

Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) ─ это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.
Для наглядного и простого изображения электрических станций и подстанцию обычно используют однолинейные схемы, которые показывают соединение электрических частей, относящихся к одной фазе.
Примерный вид схемы
электрических соединений
электростанции

Принципиальной электрической схемой электростанции или подстанции называется схема, изображающая в виде условных обозначений совокупность различных устройств, относящихся к станции с электрическими соединениями между ними, дающая наглядное представление о принципе работы электрических частях электростанции (подстанции) в целом.
Для графического изображения электроэнергетических систем, а также отдельных элементов и связи между элементами используют общепринятые условные обозначения.
На следующем слайде показаны условные обозначения основных элементов электроэнергетической системы.

Машина переменного тока (генератор)
Трансформатор силовой двухобмоточный
Трансформатор силовой трехобмоточный
Автотрансформатор
Дугогасительный реактор
Выключатель
Проводник (линия электропередачи)
Кабельная линия
Нагрузка

Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Условные графические обозначения основных элементов схем выполняют согласно ГОСТ 2.710—81 (буквенно-цифровое обозначение в электрических схемах).
На рисунке приведена принципиальная схема электрической системы. Если напряжение генераторов ТЭЦ составляет 6-20 к В, то экономически целесообразно снабжать электроэнергией через узловые распределительные подстанции (УРП1-УРП4) городских и промышленных потребителей, расположенных вблизи ТЭЦ.

Принципиальная схема электрической системы

Для электроснабжения потребителей, удаленных на значительные расстояния, и связи электростанций с энергетической системой применяют напряжения, превышающие генераторное напряжение.
Для этого на ТЭЦ, ГЭС-1 и ГЭС-2 и тепловых районных электростанциях ГРЭС-1 и ГРЭС-2 устанавливают повышающие трансформаторы для линий напряжением 35, 110, 220 кВ.

Трансформаторные подстанции п/СТ1- п/СТ4 и узловые распределительные подстанции УРП1-УРП4 предназначены для преобразования напряжений и для связи отдельных частей системы и питания мощных потребителей, а трансформаторные подстанции ТП — для питания потребителей меньшей мощности.

При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними.
На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений отдельных устройств

На рисунке приведена схема электрических соединений станции, выдающей всю мощность с шин генераторного напряжения.
На отходящих линиях установлены линейные разъединители Рл с заземляющими ножами Pз, предназначенными для отделения и заземления линии при ее плановом отключении.
Схема содержит одну систему сборных шин СШ, к которой через выключатели В и шинные разъединители Рш подключены генераторы Г1 и Г2, трансформаторы собственных нужд Т1 и Т2 и отходящие линии Л.

Собственные нужды электрических станций и подстанций

Механизмы собственных нужд
На современных электростанциях производственный процесс полностью механизирован за счет применения различных механизмов, устанавливаемых на основных агрегатах и вспомогательных устройствах станций и подстанций.
К механизмам собственных нужд электростанций относят:
приводные двигатели механизмов;
их источники питания;
внутристанционные электрические сети;
распределительные устройства установок.

На ТЭЦ различают следующие механизмы собственных нужд:
топливоподача и топливные склады (разгрузочные краны, скреперы, перегружатели, транспортеры и т. д.);
угледробильные установки для приготовления угольной пыли (грохоты, дробилки, угольные мельницы, питатели угля, мельничные вентиляторы и др.);
котельные агрегаты (питатели угольной ныли, дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные насосы, механизмы золоудаления);

турбоагрегаты (насосы конденсатные, циркуляционные, масляные, газоохлаждения и др.);
теплофикационные установки (насосы сетевые бойлерного устройства, конденсатные и др.);
вспомогательное оборудование (дренажные и пожарные насосы, вентиляторы, мостовые краны, подъемники и лифты, задвижки и др.);
вспомогательные цеха (химводоочистки, масляное хозяйство, компрессорные установки, механические мастерские и др.).

На ГЭС различают механизмы собственных нужд:
для гидротурбин и генераторов (масляные и водяные насосы систем регулирования и охлаждения генераторов, смазки агрегатов и др.);
для подъемных механизмов (краны, лебедки, тельферы, лифты и др.);
для электрообогрева (решетки, пазы щитов и затворов, электрическое отопление и др.);
для вспомогательного оборудования (дренажные и пожарные насосы, двигатель-генераторы и др.);
для вспомогательных цехов станций (механические мастерские, масляное хозяйство, компрессорные установки и др.).

Установки собственных нужд питаются, как правило, от генераторов станции, что обеспечивает надежность их работы.
Для крупных двигателей мощностью 200 кВт и выше применяют трехфазное напряжение 6 кВ, для остальных двигателей ─ 380 В.

На слайде приведена схема питания механизмов собственных нужд ТЭЦ, на которой установлены турбогенераторы Г1 и Г2 напряжением 6-10 кВ и три паровых котла Р1, Р2 и один резервный Ррез.
Для питания мощных электродвигателей Д1 используют напряжение 6 кВ, для питания остальных двигателей и осветительных установок ─ 380/220 В.

При генераторном напряжении 6 кВ три секции собственных нужд (по одной секции на каждый котел) питаются тремя кабельными линиями Л1 – ЛЗ через выключатели
B1 – ВЗ.
При генераторном напряжении 10 кВ указанные линии питаются через трансформаторы
Т1 – ТЗ напряжением 10/6 кВ (указаны штриховой линией).

Для обеспечения надежности питания механизмов собственных нужд предусмотрена резервная линия Лрез, которая выключателями В4 – В6 с помощью устройства автоматического включения резерва (АВР) может подключаться к любой из секций собственных нужд.
Токоприемники, подключаемые на напряжение 380/220 В, питаются через трансформаторы Т4 –Т6 и могут подключаться также через резервный трансформатор Трез и соответствующие автоматы на любую секцию шин напряжением 380/220 В.

Электродвигатели напряжением 6 кВ присоединяют к сборным шинам распределительного устройства через масляные выключатели.
Электродвигатели Д2– Д7 напряжением 380 В присоединяют к шинам распределительного щита через предохранители, рубильники и магнитные пускатели, а также через автоматы.

По назначению и характеру работы механизмы собственных нужд разделяют на ответственные и неответственные.
Ответственными считаются механизмы, остановка которых вызывает снижение выработки электрической и тепловой энергии, ведет к остановке основных агрегатов станции, порче оборудования и пр.
Неответственными считаются механизмы, остановка которых не приводит к снижению выработки электрической или тепловой энергии, например на тепловых электростанциях ─ это механизмы топливоподачи, компрессорные и вентиляционные установки и др.

К установкам собственных нужд относят и
источники постоянного тока, предназначенные для питания цепей управления, сигнализации, автоматики, релейной защиты, сетей аварийного освещения и резервных электроприводов особо ответственных механизмов.
Таким источником постоянного тока обычно является аккумуляторная батарея напряжением 220 В, состоящая из последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов.

Аккумуляторные батареи на электростанциях работают в режиме постоянного подзаряда.
При аварийном отключении сети переменного тока батарея полностью принимает на себя питание подключенной к ней нагрузки.
Аккумуляторную батарею можно также заряжать от комплектных статических устройств заводского изготовления.

Список литературы
Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. – 2-е изд., испр. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2008. – 214 с.
Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. – М.: Изд. «Мастерство», 2001. – 320 с.
Правила устройства электроустановок. 7-е издание – М.: КНОРУС, 2009. – 488 с.
Анчарова Т.В., Рашевская М.А., Стебунова Е.Д. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2012. – 416 с.