Budowa i zasady działania miejskiej sieci elektroenergetycznej

Miejska sieć elektryczna to zespół sieci zasilających o napięciu 110 (35) kV i więcej, sieci dystrybucyjnych o napięciu 10 (6) — 20 kV, obejmujący podstacje transformatorowe oraz linie łączące centralną stację ciepłowniczą z podstacjami transformatorowymi i podstacje transformatorowe, a także wejścia do odbiorców i sieci dystrybucyjnych o napięciu 0,38 kV (ryc. 1.).

Określony zespół sieci służy do zasilania odbiorców użytkowych (budynki mieszkalne, instytucje komunalne), małych, średnich, a czasem dużych odbiorców przemysłowych zlokalizowanych na terenie miasta.

Sieci zasilające o napięciu 110 (35) kV i wyższym budowane są z redundancją na liniach i transformatorach, których moc przy zasilaniu liniami napowietrznymi o napięciu 110 kV wynosi 25 MBA, a przy 220 kV — 40 MVA. Są to tak zwane wzory pierścieni, które otaczają miasto. Schematy sieci miejskich są planowane w oparciu o potrzebę zapewnienia odpowiedniego stopnia niezawodności zasilania odbiorców należących do określonej kategorii.

Ryż. 1.Miejski system zasilania

W miejskiej sieci zasilania odbiorców I kategorii o mocy 10 — 15% całkowitej mocy wszystkich odbiorców obejmują: oddziały operacyjne i położnicze szpitali, kotłownie pierwszej kategorii, silniki elektryczne sieci i pompy zasilające kotłownie drugiej kategorii, stacje wodociągowe i kanalizacyjne, stacje telewizyjne, repeatery, windy, muzea o znaczeniu państwowym, centralne dyspozytornie miejskich sieci elektrycznych i grzewczych, sieci gazowe i oświetlenie zewnętrzne. Specjalną grupę odbiorników elektrycznych kategorii I stanowią budynki i instytucje rządowe.

Do odbiorników elektrycznych kategorii II, których moc wynosi 40-50% łącznej pojemności wszystkich użytkowników sieci miejskiej, zalicza się budynki mieszkalne z odbiornikami elektrycznymi do gotowania o więcej niż 8 mieszkaniach, budynki mieszkalne o 6 lub więcej kondygnacjach, akademiki, placówki oświatowe instytucje.

Zobacz też: Schematy zasilania dla użytkowników kategorii II

Moc odbiorców energii elektrycznej kategorii III wynosi 30-50% całkowitej mocy odbiorców w sieci miejskiej. Obejmują one wszystkie odbiorniki elektryczne, które nie należą do odbiorników elektrycznych kategorii I i II.

Linie elektroenergetyczne o napięciu do 20 kV sieci miejskiej na terenach budowlanych z budynkami o wysokości 4 pięter i więcej są prowadzone kablem (z przewodami aluminiowymi, z ołowianymi, aluminiowymi, plastikowymi lub gumowymi uszczelnionymi osłonami i pancerzem z taśm stalowych) i układane są w wykopach ziemnych, blokach (ze znacznym prawdopodobieństwem uszkodzenia mechanicznego), kanałach i tunelach (gdy linie wychodzą z procesora).

Na obszarach, na których zabudowane jest miasto, drogą powietrzną budowane są dźwignie na 3 piętrach i pod liniami energetycznymi o napięciu do 20 kV. Na jednej linii rozdzielczej nie mogą znajdować się więcej niż 3 sekcje o różnych przekrojach. Pole przekroju linii kablowej musi wynosić co najmniej 35 mm2. Linie kablowe energetyczne są zwykle układane różnymi trasami lub w różnych wykopach.

Napowietrzne linie elektroenergetyczne o napięciu do 20 kV buduje się z izolatorami kołkowymi na wspornikach drewnianych (z zamocowaniami żelbetowymi) lub żelbetowych z drutów stalowo-aluminiowych o przekroju do 70 mm2 ułożonych poziomo i po trójkącie. Na linii o napięciu do 1 kV przewód neutralny znajduje się pod przewodami fazowymi, a przewody oświetlenia zewnętrznego pod przewodem neutralnym.

Podstacje transformatorowe i punkty rozdzielcze budowane są głównie jako wolnostojące, zamknięte, z wewnętrznym wyposażeniem montażowym. Budowle te wyróżniają się znaczną kubaturą części konstrukcyjnej (do 324 m3). Stosowane są również wbudowywane w budynki, mocowane do budynków oraz podziemne TP i RP. Na obszarach z sieciami napowietrznymi znajdują się masztowe podstacje transformatorowe.

Budynki TP lub RP mogą być murowane, blokowe, panelowe. Ponadto do instalacji wnętrzowych i napowietrznych stosowane są kompletne stacje transformatorowe, umożliwiające podłączenie linii napowietrznej lub kablowej, składające się z transformatora i rozdzielni 0,38 kV.

Sieć o napięciu 6 — 20 kV pracuje z izolowanym lub skompensowanym przewodem neutralnym, co powoduje konieczność doboru izolacji do napięcia sieci.W obecności kompensacji pojemnościowych prądów ziemnozwarciowych sieci kablowe mogą pracować przez długi czas w trybie jednofazowym ziemnozwarciowym. Zobacz tutaj, aby uzyskać więcej informacji: Korzystanie z sieci elektrycznych z izolowanym przewodem neutralnym

Przy doborze parametrów urządzeń (przełączników) do sieci dystrybucyjnych należy wziąć pod uwagę, że moc zwarciowa w sieci miejskiej o napięciu 6 i 10 kV na szynach 6-10 kV procesora nie powinna przekraczać odpowiednio 200 i 350 MBA. Wynika to z konieczności zapewnienia odporności termicznej linii kablowych.

Funkcje trybu pracy sieci miejskiej obejmują:

• wyraźne szczyty obciążenia w dziennym harmonogramie obciążenia, co prowadzi do nierównomiernego obciążenia sprzętu sieciowego w ciągu dnia i roku;

• niski współczynnik mocy odbiorców energii z tendencją do dalszego spadku;

• ciągły wzrost zużycia energii elektrycznej.

Podejmowanie decyzji w doborze parametrów miejskiej sieci elektroenergetycznej w procesie jej projektowania, a także przy przyłączaniu nowych przyłączy do eksploatowanej sieci opiera się na znajomości obliczonych obciążeń poszczególnych elementów sieci zasilającej system.

Obliczenie obciążenia polega na określeniu jego wartości na wejściu każdego użytkownika, a następnie znalezieniu obciążenia pojedynczego elementu sieci. Odbiorcy energii elektrycznej w sieci miejskiej są warunkowo podzieleni na budynki mieszkalne i usługi komunalne. Obciążenie przedsiębiorstw przemysłowych podłączonych do sieci miejskiej jest pobierane zgodnie z ich projektami zasilania lub zgodnie z rzeczywistymi pomiarami.

W celu opracowania naukowych projektów rozwoju sieci elektroenergetycznej konieczne jest prognozowanie zużycia energii elektrycznej na okres dłuższy niż 10 lat. Prognozy krótkookresowe i eksploatacyjne (od kilku godzin do sezonu) sporządzane są dla operacyjnego zarządzania siecią.

Zarządzanie obciążeniem, w celu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w godzinach szczytowych oraz zapewnienia bilansu mocy czynnej, a także najbardziej ekonomicznej pracy elektrowni, sprowadza się do wyrównania dobowego harmonogramu obciążenia kosztem odbiorców (zwiększanie obciążenia w godzinach nocnych i spada w godzinach szczytowego obciążenia). Najskuteczniejszym sposobem zachęcania konsumentów do pracy w nocy jest niższa taryfa za energię elektryczną w określonych godzinach.