1.3 Присоединение потребителей к сети
В прошлом, подземные кабели или настенные изолированные провода от воздушной линии электропередачи неизменно оканчивались внутри помещений потребителя, где устанавливались вводная кабельная коробка, стандартные плавкие предохранители (не доступные для этого пользователя) и счетчики электроэнергии.
Тенденция последнего времени заключается в размещении этих вводных устройств по возможности в защищенном корпусе вне пределов здания.
Точкой присоединения потребителя к сети электроснабжения часто являются выходные клеммы счетчика(ов) электроэнергии или, в некоторых случаях, выходные клеммы главного автоматического выключателя защиты электроустановки (в зависимости от принятой местной практики), к которым сотрудниками сети энергоснабжения после удовлетворительного испытания и проверки рассматриваемой установки делается подключение. Типовая схема подключения показана на рис. C5 на следующей странице.
Примечание: на подстанциях при первичном напряжении свыше 72,5 кВ в некоторых европейских странах первичная обмотка включается по схеме «заземленная звезда», а вторичная - по схеме «треугольник». В этом случае на стороне вторичной обмотки подключается заземляющий реактор со схемой соединения обмоток в зигзаг, нейтраль которого через резистор соединяется с землей.
Рис. C5: Типовая схема подключения потребителей для систем с заземлением типа TT
Часто такой заземляющий реактор имеет вторичную обмотку для обеспечения этой подстанции низковольтным трехфазным питанием. В этом случае его называют «заземляющим трансформатором».
Рис. C4: Широко применяемые американские и европейские системы подключения потребителей к сети электроснабжения
Низковольтные потребители обычно снабжаются электроэнергией по системам TN или TT, описанным в главах F и G. Главный автомат защиты электроустановки, питающейся от системы TT, должен обязательно включать в свой состав устройство защиты от тока утечки на землю. При использовании системы TN для максимальной токовой защиты требуется выключатель или плавкий предохранитель-выключатель нагрузки.
Применение автоматического выключателя в литом корпусе с функцией защиты от токов утечки на землю УЗО (устройство защитного отключения), является обязательным на вводе любой низковольтной электроустановки и является частью системы заземления типа TT. Причина использования этой функции и соответствующие уровни токов утечки, при которых срабатывает выключатель, рассматриваются в пункте 3 главы G.
Еще одной причиной использования такого выключателя в литом корпусе является то, что потребитель не может превысить заявленную им и отраженную в договоре с энергоснабжающей организацией максимальную величину потребляемой мощности, поскольку при превышении установленного уровня устройство защиты от перегрузки, настроенное и опломбированное энергоснабжающей организацией, отключит подачу питания. Включение и отключение выключателя в литом корпусе доступно пользователю без ограничений, поэтому если такой выключатель самопроизвольно сработал при перегрузке или из-за неисправности бытового электроприбора, питание может быть быстро восстановлено после устранения причины аномального выключения.
Для удобства и потребителя и контролера, считывающего показания счётчиков электроэнергии, счетчики размещают в настоящее время:
в отдельно стоящей будке, закрепленной на столбе (рис. C6 и D7);
внутри здания, но при этом кабельный ввод и плавкие предохранители, устанавливаемые энергоснабжающей организацией, должны располагаться в установленном «заподлицо» защищенном шкафу, к которому возможен доступ со стороны дороги общего пользования (см. рис. C8 на следующей странице);
в защищенном шкафу, установленном вертикально на металлической раме в палисаднике или «заподлицо» на стене-ограде и доступном для уполномоченного персонала со стороны тротуара. На рис. C9 показана общая схема, в которой отключение цепи обеспечивается съемными плавкими вставками.
Для такого типа электроустановки часто требуется размещать главный автомат защиты на некотором расстоянии от места использования электроэнергии, например, лесопилки, насосных станций и т.п.
Рис. 06: Типовая электроустановка сельского типа
Главный автомат защиты установки располагается на территории домовладения в случаях, когда он настроен на срабатывание при превышении заявленной величины потребляемой мощности
Рис. C7: Электроустановки полугородского типа (торговые центры и др.)
Питающий кабель заканчивается в установленном «заподлицо» настенном шкафу, в котором находятся разъединительные плавкие вставки, к которым возможен доступ со стороны дороги. Этот метод предпочтителен по эстетическим причинам, когда потребитель может обеспечить удобное расположение счетчика и главного автомата защиты.
Рис. CB: Подключение электроустановок в центре города
Рис. C9: Типовая схема подвода низковольтного питания к частным потребителям
В области электронного учета электроэнергии для энергоснабжающих организаций были разработаны эффективные методы измерения количества потребленной электроэнергии и выставления потребителям счетов на оплату потребленной электроэнергии. При этом либерализация рынка увеличила потребности в сборе большего объема данных со счетчиков. Например, системы электронного измерения могут также помочь энергоснабжающим компаниям понять графики потребления энергии потребителями. Аналогично, они будут полезны для развития связи по ЛЭП и радиоканалам.
Если это экономически обосновано, применяются также системы предоплаты. Такие системы основаны на том, что потребители, сделавшие предоплату в специальных пунктах приема платежей, получают электронные карточки, с помощью которых информация, касающаяся этого платежа, передается на счетчики. Судя по всему, к настоящему времени основные вопросы для этих систем - безопасность и эксплуатационная совместимость - успешно решены. Привлекательность таких систем заключается в том, что они заменяют не только счетчики, но и системы выставления счетов, а также считывание показаний счетчиков контролерами и контроль за сбором платежей.
Необходимый уровень напряжения на входных клеммах питания потребителя важен для успешной работы оборудования и бытовых приборов. Фактические значения тока и соответствующие потери напряжения в типовой низковольтной сети показывают важность поддержания высокого коэффициента мощности как способа снижения потерь напряжения.
1.4 Качество поставляемой электроэнергии
В самом широком смысле качество электроэнергии в низковольтной распределительной сети означает:
соответствие нормативным требованиям в отношении величины напряжения и частоты;
отсутствие недопустимых колебаний и отклонений напряжения;
бесперебойное снабжение электроэнергией, за исключением отключений на плановое техническое обслуживание или отключений, вызванных системными неисправностями или другими чрезвычайными ситуациями;
сохранение формы кривой напряжения, близкой к синусоидальной.
В данном подразделе будет рассмотрено только поддержание величины напряжения, остальные вопросы обсуждаются в подразделе 1.3 главы E.
В большинстве стран органы, отвечающие за электроснабжение, обязаны поддерживать уровень напряжения на входных клеммах потребителей в пределах ± 5% (или в некоторых случаях ± 6% и больше - см. рис. С1) от заявленного номинального значения. И вновь МЭК и большинство национальных стандартов рекомендуют, чтобы низковольтные приборы проектировались и испытывались на функционирование при изменениях напряжения в пределах ± 10% от номинального значения. Это оставляет запас в 5% на самые худшие условия допустимой потери напряжения в сети электроустановки (например, - 5% на входных клеммах). Отклонения напряжения в типовой системе распределения электроэнергии происходят следующим образом: напряжение на высоковольтных клеммах понижающего трансформатора обычно поддерживается в пределах диапазона ± 2% с помощью автоматических переключателей (под нагрузкой) отпаек трансформаторов на подстанциях, питающих эту высоковольтную сеть от распределительной сети более высокого напряжения.
Если рассматриваемый понижающий трансформатор расположен вблизи подстанции, эти 2% диапазона отклонений напряжения могут приходиться на уровень, превышающий номинальную величину высокого напряжения. Например, в системе 20 кВ напряжение может составлять 20,5 кВ ± 2%. В этом случае в распределительном понижающем трансформаторе переключатель отпаек должен быть установлен в положение + 2,5%.
И наоборот, в местах, удаленных от подстанций, возможна величина напряжения 19,5 кВ ± 2%, и в этом случае переключатель отпаек должен быть установлен в положение - 5%. Разные уровни напряжения в системе допустимы и зависят от схемы перетоков мощности. Кроме того, эти различия являются причиной использования термина «номинальное» применительно к напряжению в системе.
Практическое применение
Если на понижающем трансформаторе правильно установлен переключатель отпаек, напряжение на выходе ненагруженного трансформатора будет поддерживаться в пределах ± 2% от его выходного напряжения холостого хода.
Для того чтобы нагруженный трансформатор мог поддерживать необходимый уровень напряжения, выходное напряжение холостого хода должно быть максимально возможным, но не превышать верхний предел + 5% (эта величина взята для примера). В современной практике соотношение обмоток трансформатора обычно дает выходное напряжение холостого хода около 104% от номинального значения111, если к высоковольтной обмотке прикладывается номинальное напряжение, или оно корректируется регулятором коэффициента трансформации в соответствии с описанным выше способом. В рассматриваемом случае это приведет к диапазону изменения напряжений от 102 до 106%.
Типовой трансформатор низковольтной распределительной сети имеет напряжение короткого замыкания - Uk%=5%. Если предположить, что его активная составляющая напряжения имеет 0,1 от этой величины, то потеря напряжения в таком трансформаторе при полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8 составит:
Потеря напряжения (%) = R% cos φ + X% sin ф = 0,5 х 0,8 + 5 х 0,6 = 0,4 + 3 = 3,4%.
При этом диапазон напряжений на выходных клеммах полностью нагруженного трансформатора
составит от (102 - 3,4) = 98,6% до (106 - 3,4) = 102,6%.
Тогда максимально допустимая потеря напряжения на распределительном кабеле составит: 98,6 - 95 = 3,6%.
В практическом смысле это означает, что в трехфазной четырехпроводной распределительной сети напряжением 230/400 В кабель средних размеров с медными жилами сечением 240 мм2 сможет обеспечить питание суммарной электрической нагрузки 292 кВА (при коэффициенте мощности 0,8), распределенной равномерно по длине кабеля на 306 м. Или же может быть обеспечено питание такой же нагрузки, расположенной на территории одного потребителя на расстоянии 153 м от трансформатора при такой же потере напряжения и т.д.
Интересно, что согласно расчетам, приведенным в стандарте МЭК 60287 (1982 г.), максимальная мощность, передаваемая таким кабелем, составляет 290 кВА, и поэтому диапазон допустимых напряжений в 3,6% не является чрезмерно ограничительным, т.е. такой кабель может полностью нагружаться для передачи мощности на расстояния, обычно требуемые в низковольтных распределительных системах.
Кроме того, коэффициент мощности 0,8 соответствует промышленным нагрузкам. В смешанных полупромышленных районах типовым является значение этого коэффициента 0,85, а для расчетов применительно к жилым районам обычно используется значение 0,9. Поэтому приведенная выше потеря напряжения может рассматриваться как худший случай.
