1. Электроснабжение

Электроснабжением называют обеспечение потребителей электрической энергией.

Различают:

• электроснабжение города;
• электроснабжение жилых и общественных зданий;
• электроснабжение интеллектуальных зданий (компьютерных и телекоммуникационных систем);
  
• электроснабжение предприятий;
• централизованное электроснабжение;
• децентрализованное электроснабжение.
  

2. Электроснабжение города

2.1. Основные понятия

При описании электроснабжения города оперируют следующими понятиями (см. также рис. 1):

• система электроснабжения;
  E - electricity supply system;
  F - réseau d'alimentation
  
• энергетическая система (энергосистема);
  E - power supply system;
  E - power system;
  D - Verbundnetz
  
• электрическая сеть;
  E - electrical power network;
  E - electrical power system;
  F - réseau d'énergie électrique (sens restreint);
  F - réseau d'alimentation électrique;
  D - Electrizitätsversorgungsnetz
  
• линия электропередачи (ЛЭП);
  E - electric line;
  F - ligne électrique;
  D - Leitung 
  • воздушная линия электропередачи (ВЛ)
    E - overhead line;
    F - ligne aérienne;
    D - Freileitung
  • кабельная линия электропередачи (КЛ)
    E - underground cable;
    F - ligne souterraine;
    D - Kabel

Рис. 1. Упрощенная структурная схема электроснабжения города

ГРЭС — государственная районная электростанция; Г — генератор; ПВ — повысительная трансформаторная подстанция; ПН — понизительная трансформаторная подстанция; РУ — распределительное устройство 6-10 кВ; РП — распределительный пункт; ПП —  пункт приема электроэнергии; ТП — трансформатрная подстанция; ВЛ — воздушная линия электропередачи; КЛ — кабельная линия электропередачи

Электрические сети различают:

• по роду тока:
  • сети постоянного тока
  • сети переменного тока
    В основном сети выполняются по системе трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Эта система позволяет осуществлять трансформацию электроэнергии и передавать ее на дальние расстояния.

• по напряжению [1]:
  • низкого напряжения (до 1000 В): 380/220, 660 В;
  • среднего напряжения: 6-20, 20, 35 кВ;
    
  • высокого напряжения: 110, 150, 220 кВ;
  • сверхвысокого напяжения: 330, 500, 750 кВ;
  • ультравысокого напряжения: выше 1000 кВ.

Электрическую сеть города принято делить на следующие составные части [2]:

• электроснабжающая сеть города напряжением 35-220 кВ;
• питающая электрическая сеть 10(6) кВ;
• распределительная электрическая сеть 10(6) кВ;
• распределительная сеть 380 В.

Электроэнергия в процессе передачи ее от от электростанции до потребителей преобразуется один или несколько раз (по напряжению, роду тока или его частоты), и по мере приближения к потребителям распределяется на более мелкие потоки (осуществляется несколько ступененей распределения электроэнергии).

При описании систем электроснабжения часто используют обобщающие термины — источник питания и пункт приема электроэнергии.

От источника питания электроэнергия поступает на пункт приема электроэнергии.

Источник питания является относительным термином. Для центра питания источником питания является повысительная подстанция. Для пункта приема электрической энергии — центр питания и т. д.

Для приема, преобразования и распределения электроэнергии используют различные устройства (электроустановки):

• распределительные устройства (РУ)
  E - switching substation;
  F - poste de sectionnement;
  F - poste de coupure;
  D - Schaltstation;
  
• распределительные пункты (РП);

• подстанции

E - substation (of a power system)
F - poste (d'un électrique réseau électrique)
D - Station (eines Netzes):

• трансформаторные подстанции (ТП);

E - transformer substation
F - poste de transformation
D - Umspannstation

• преобразовательные подстанции;

E - converter substation
F - poste de conversion
F - station de conversion (déconseillé)
D - Umrichterstation

2.2. Взаимоотношения между энергосистемой (энергоснабжающей организацией) и потребителем

Взаимоотношения между энергоснабжающей организацией и потребителем (абонентом) регламентированы Правилами пользования электрической энергией.
Данные правила можно разделить [9]:

• на юридически-правовые;
• технико-экономические;
• оперативно-диспетчерские.

К юридически-правовым вопросам относятся:

• регламентация порядка присоединения электроустановок потребителей к энергосистеме.
  Различные по составу и присоединяемой мощности потребители ставят перед энергосистемой задачи разной сложности присоединения;
• разграничения балансовой принадлежности оборудования и сетей и эксплуатационной ответственности между потребителем и энергосистемой;
• выбор соответствующих тарифов и системы расчета за электроэнергию; 
• определение условий электроснабжения потребителей в период возникновения в энергосистеме временных дефицитов мощности или энергии в целях сохранения устойчивости режима системы и ее разгрузки за счет отключения части потребителей;
• определение порядка допуска персонала энергосистемы в электроустановки потребителей для оперативных переключений и для контроля над режимом электропотребления;
• регламентация ответственности энергосистемы и потребителей за электроснабжение, качество электроэнергии и соблюдение правил пользования электроэнергией.

Технико-экономические вопросы взаимоотношений между энергосистемой и потребителем связаны с разработкой и выполнением:

• технических условий на присоединение электроустановок потребителей к энергосистеме;
  
• схем размещения приборов контроля качества электроэнергии;
  
• схем размещения приборов учета;
  
• нормативов по компенсации реактивной мощности и оптимальных режимов работы компенсирующих устройств;
  
• правил и норм по надежной и экономичной эксплуатации электроустановок потребителей.

Оперативно-диспетчерские взаимоотношения определяются необходимостью обеспечения:

• электроснабжения потребителей в соответствии с выбранным уровнем надежности схемы их внешнего электроснабжения;
• нормальных условий эксплуатации и ремонта оборудования, сетей и приборов энергосистемы и потребителей;
  
• установленных стандартом норм качества электроэнергии;
• разгрузки энергосистемы для сохранения устойчивости ее режима при возникновении временных аварийных дефицитов мощности.
  
  Единство электрической схемы энергосистемы и потребителей обуславливает необходимость строгой регламентации взаимоотношений между оперативно-диспетчерским персоналом.
  Координация взаимоотношений между энергосистемой и потребителем возложена на Энергосбыт.
  

3. Электроснабжение жилых и общественных зданий

Электроснабжение здания удобнее рассматривать с описания его электроприемников.

3.1. Электроприемники жилых и общественных зданий

Электроприемники жилых зданий:

• электроприемники квартир:
  • осветительные электроприборы;
  • бытовые электроприборы:
    • нагревательные;
    • хозяйственные;
    • культурно-бытовые;
    • санитарно-гигиенические;
      
• электроприемники общедомового назначения:
  • осветительные электроприемники:
    • светильники лестничных клеток, технических подполий, чердаков, вестибюлей, холов, служебных и других помещений;
  • силовые электроприемники:
    
    • лифтовые установки;
    • вентиляционные системы;
    • противопожарные устройства.
      

Электроприемники общественных зданий [6]:

• осветительные электроприемники;
• силовые электроприемники:
  • механическое оборудование;
  • электротепловое оборудование;
  • холодильные машины;
  • подъемно-транспортное оборудование;
  • санитарно-технические установки;
  • приточно-вытяжные вентиляционные установки и системы кондиционирования воздуха;
  • системы связи и сигнализации;
  • противопожарные устройства и др.
    

3.2. Электрическая сеть здания (см. рис. 3)

В здании устанавливают вводно-распределительное устройство (ВРУ) или главный распределительный щит (ГРЩ) (E - main switchboard), предназначенные:

• для приема электроэнергии (к ВРУ или ГРЩ присоединяют внешнюю питающую кабельную линию, идущую от трансформаторной подстанции);
• распределения электрической энергии по электроприемникам здания (к ВРУ присоединяют электрическую сеть здания);
• для защиты от перегрузок и короткого замыкания отходящих от ВРУ линий. Защита осуществляется с помощью установленных в ВРУ предохранителей или автоматических выключателей.

ВРУ является также точкой разграничения ответственности за эксплуатацию электрических сетей между персоналом электроснабжающей организации и персоналом потребителя (абонента).

Конструктивно ВРУ выполняют в виде многошкафных устройств или шкафов одностороннего или двухстороннего обслуживания, а также в виде ящиков.
ВРУ являются комплектными электрическими устройствами заводского изготовления.
ВРУ устанавливают в специальном (электрощитовом) помещении, доступ в который имеет только обслуживающий персонал. Допускается устанавливать ВРУ не в специальных помещениях, а на лестничных клетках, в коридорах и т. д., но при этом шкафы (ящики) должны запираться, рукоятки аппаратов управления не выводиться наружу или быть съемными.
Кабели внешней питающей линии вводят снизу.

В электрической сети здания различают следующие линии и сети (см. рис. 2):

• питающие:
  • (силовые) питающие линии от ВРУ здания до силовых распределительных пунктов;
  • (осветительные) питающие линии от ВРУ здания до групповых щитков освещения.
  E - main;
  E - supply main;
  E - feeder.
• распределительные:
  • линии от силовых распределительных пунктов до силовых электроприемников
  E - current distributor
  
• групповые:
  • линии, идущие от групповых щитков освещения до светильников.
    

Рис. 2. Структурная схема электрической сети здания

ВРУ — вводно-распределительное устройство; ГРЩ — главный распределительный щит; СРП — силовой распределительный пункт; ЩО1...ЩО3 — (групповые) щитки освещения; 1...6 — силовые электроприемники (в основном асинхронные электродвигатели)

Каждую питающую или распределительную линию можно выполнить по радиальной, магистральной или радиально-магистральной (смешанной) схеме. На рис. 3 силовой распределительный пункт СРП, групповой щиток освещения ЩО1, электроприемники 1, 2 и 6 подсоединены по магистральной схеме.  Групповые щитки освещения ЩО3, ЩО4, электроприемники 4, 5 и светильники подсоединены по магистральной схеме (включены в цепочку).
Радиальная схема обеспечивает более высокую надежность питания отдельных потребителей, т. к. при аварии питающей линии прекращает работать только один электроприемник. При этом электроприемники других линий продолжают нормальную работу.
В осветительных сетях радиальная схема питания почти не применяется из-за высокой стоимости ее сооружения.

По направлению прокладки питающие линии делят:

• на горизонтальные;
• стояки (вертикальные).
  

4. Электроснабжение предприятий

Электроснабжение предприятий принято делить на три системы:

• система внешнего электроснабжения предприятия
  В систему внешнего электроснабжения входят относящиеся к энергосистеме электростанции, подстанции и линии электропередачи, вплоть до находящегося на территории предприятия пункта приема электроэнергии.
  В зависимости от энергоемкости предприятия функцию пункта приема электроэнергии могут выполнять разные электроустановки, такие как (в порядке убывания энергоемкости предприятия):
  
  • узловая распределительная подстанция (УРП);
    
  • главная понизительная подстанция предприятия (ГПП);
    
  • подстанция глубокого ввода (ПГВ); 
  • центральный распределительный пункт (ЦРП);
    
  • трансформаторная подстанция (ТП).
  В системе внешнего электроснабжения предприятий наиболее распространенными являются напряжения 35, 110 и 220 кВ.
• система внутреннего (внутриобъектного) электроснабжения предприятия (внецеховые сети)
  В систему внутреннего электроснабжения  предприятия входят: пункт приема электроэнергии (т. е. УРП, или ГПП, или ПГВ, или ЦРП, или ТП), потребительские ТП и линии электропередачи, связывающие между собой пункт приема электроэнергии, потребительские подстанции (ПТ) и вводно-распределительные устройства (ВРУ) цехов. В состав системы внутреннего электроснабжения могут входить собственные электростанции предприятия.
  
• система внутрицехового электроснабжения (внутрицеховые электрические сети).

В систему внутрицехового электроснабжения входят:

• силовая сеть (электроснабжение силовых установок):
  • питающая (силовая) сеть
    сеть от РУ 0,4-0,69 кВ ТП до низковольтных устройств распределения электроэнергии: распределительных щитов, распределительных пунктов и т. д.;
  • распределительная (силовая) сеть
    сеть от низковольтных устройств распределения электроэнергии до электроприемников.
    
• осветительная сеть (электроснабжение осветительных установок):
  • питающая (осветительная) сеть
    сеть от РУ подстанции до вводного устройства (ВУ), или вводно-распределительного устройства (ВРУ), или главного распределительного щита (ГРЩ);
  • распределительная (осветительная) сеть
    сеть от ВУ, или ВРУ или ГРЩ до распределительных пунктов, щитков и пунктов питания наружного освещения;
  • групповая сеть
    сеть от распределительных пунктов, щитков до светильников, розеток и других электроприемников.
    

Схема электроснабжения предприятий во многом зависит от суммарной установленной мощности электроприемников предприятия (от энергоемкости предприятия).
По энергоемкости предприятия принято делить следующим образом [2]:

• малые — установленная мощность менее 5 МВт;
• средние — установленная мощность от 5 до 75 МВт;
• крупные — установленная мощность более 75 МВт.

Ниже представлены упрощенные структурные схемы электроснабжения предприятий разной энергоемкости.

Рис. 3. Структурная схема электроснабжения малого предприятия
(с небольшой установленной мощностью)

Малое предприятие имеет одну трансформаторную подстанцию (ТП).
Внешнее электроснабжение осуществляется от энергосистемы по кабельным линиям  напряжением 6-10 кВ до трансформаторной подстанции (ТП) предприятия.
Внутреннее электроснабжение реализовано по кабельным линиям напряжением 0,4 кВ от трансформаторной подстанции (ТП) до вводно-распределительного устройства (ВРУ) или главного распределительного щита (ГРЩ) цехов.

Рис. 4. Структурная схема электроснабжения среднего предприятия
(со средней  установленной мощностью)

В качестве пункта приема электроэнергии используется центральный распределительный пункт (ЦРП), который получает электроэнергию от энергосистемы по кабельным линиям  напряжением 6-10 кВ и распределяет ее по кабельным линия 6-10 кВ по трансформаторным подстанциям (ТП).

Рис. 5. Структурная схема электроснабжения крупного предприятия
(с большой установленной мощностью)

Отличие от предыдущей схемы состоит в том, что внешнее электроснабжение осуществляется от энергосистемы по воздушной линии напряжением 35-110 кВ и выше до главной понизительной подстанции (ГПП) или до подстанции глубокого ввода (ПГВ).

Список литературы

1. Макаров Е. Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ - М.:Папирус Про, 2005
2. Ополева Г. Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-Мб, 2006
3. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий. - учеб. для студ. сред. проф. образования. - М.: Издательский центр "Академия", 2006.
4. Тульчин И. К., Нудлер Г. И. Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
5. Цигельман И. Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий: Учеб. для электромеханич. спец. техникумов. — 3-е изд. испр. и доп. — М.: Высш. шк. 1988.
6. Киреева Э. А., Цырук С. А. Электроснабжение жилых и общественных зданий. — М.: НТФ "Энергопрогресс", 2005. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу "Энергетик". Вып. 8(80)].
7. Трунковский Л. Е. Электрические сети промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1991. 128 с. (Библиотека электромонтера. Вып. 632)
8. Щербаков Е. Ф., Дубов А. Л. Распределение электрической энергии на предприятиях: учебное пособие. —  Ульяновск: УлГТУ, 2006.
9. Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательство «Мастерство», 2002.-320 с: ил.