И. Карапетян - Справочник по проектированию электрических сетей

Справочник по проектированию электрических сетей

под ред. Д. Л. Файбисовича

Издание 4-е, переработанное и дополненное

Предисловие

Проектирование электроэнергетических систем требует комплексного подхода к выбору и оптимизации схем электрических сетей и технико-экономическому обоснованию решений, определяющих состав, структуру, внешние и внутренние связи, динамику развития, параметры и надежность работы системы в целом и ее отдельных элементов.

Решение этих задач требует использования большого объема информации, рассредоточенной в различных литературных источниках, нормативных документах, ведомственных инструкциях, а также накопленного десятилетиями отечественного и зарубежного опыта проектирования. Концентрация такого материала в одном издании существенно облегчает работу проектировщика.

В СССР такую роль успешно выполнял «Справочник по проектированию электроэнергетических систем» под редакцией С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро, выдержавший 3 издания (1971, 1977 и 1985 гг.). Успех книги (3-е издание тиражом 30 000 экземпляров разошлось очень быстро) побудил авторов подготовить в 1990 г. 4-ю редакцию. Однако по не зависящим от них причинам это издание не вышло в свет.

За прошедшие с тех пор более 20 лет в стране произошли существенные социально-экономические изменения. Образование на территории бывшего СССР ряда самостоятельных государств изменило состав и структуру Единой энергетической системы (ЕЭС) страны. Переход к рыночной экономике коренным образом отразился на электроэнергетике. Значительная часть собственности в отрасли акционирована и приватизирована с сохранением контрольного пакета акций у государства. Создан рынок электроэнергии.

В этих условиях авторы, принимавшие участие в разработке указанного справочника, сочли необходимым подготовить настоящее издание, ограничившись в нем вопросами проектирования электрических сетей. При этом в основном сохранены структура и наименования разделов. Материал предыдущего издания существенно обновлен, а в ряде разделов — полностью переработан.

Авторы стремились в сжатой форме привести необходимую информацию по развитию современных электрических сетей, принципиальным методическим вопросам проектирования, стоимостным показателям элементов электрических сетей, а также последние данные по отечественному оборудованию и материалам, применяемым в электроэнергетических системах.

В настоящем издании учтены последние изменения структуры российской энергетики и требования новых нормативных документов; приведены новые технические данные по кабельным линиям, автотрансформаторам, коммутационным аппаратам и другим видам оборудования, а также уточненные стоимостные показатели объектов сетевого хозяйства; рассмотрены современные подходы к формированию тарифов на электроэнергию.

Авторы выражают признательность Л. Я. Рудык и Р. М. Фришбергу за полезные предложения.

Авторы благодарят рецензента к. т. н. В. В. Могирева за ценные замечания, сделанные им при просмотре рукописи.

Раздел 1

Развитие энергетических систем и электрических сетей. Задачи их проектирования

1.1. Развитие энергосистем России

Начало развития электроэнергетики России связано с разработкой и реализацией плана ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России). Энергетики нашей страны первыми в мире получили опыт широкого государственного планирования целой отрасли промышленности, такой важной и определяющей, как электроэнергетика. Известно, что с плана ГОЭЛРО началось многолетнее планирование развития народного хозяйства в масштабе всей страны, начались первые пятилетки.

Принципы централизации выработки электроэнергии и концентрации генерирующих мощностей на крупных районных электростанциях обеспечили высокую надежность работы и эффективность энергетического хозяйства страны. Все годы строительства электроэнергетика опережала темпы роста валовой промышленной продукции. Это принципиальное положение и в последующие годы, после завершения плана ГОЭЛРО, продолжало служить генеральным направлением развития электроэнергетики и закладывалось в последующие планы развития народного хозяйства. В 1935 г. (конечный срок выполнения плана ГОЭЛРО) его количественные показатели по развитию основных отраслей промышленности и электроэнергетики были значительно перевыполнены. Так, валовая продукция отдельных отраслей промышленности выросла по сравнению с 1913 г. на 205–228 % против 180–200 %, намеченных планом ГОЭЛРО. Особенно значительным было перевыполнение плана развития электроэнергетики. Вместо намеченного планом сооружения 30 электростанций было построено 40. Уже в 1935 г. по производству электроэнергии СССР перегнал такие экономически развитые страны, как Англия, Франция, Италия, и занял третье место в мире после США и Германии.

Динамика развития электроэнергетической базы СССР, а с 1991 г. — России, характеризуется данными табл. 1.1 и рис. 1.1.

Развитие электроэнергетики страны в 1930-е гг. характеризовалось началом формирования энергосистем. Наша страна протянулась с востока на запад на одиннадцать часовых поясов. Соответственно этому в отдельных регионах меняется потребность в электроэнергии и режимы работы электростанций. Эффективнее использовать их мощность, «перекачивая» ее туда, где она необходима в данный момент. Надежность и устойчивость снабжения электроэнергией можно обеспечить лишь при наличии взаимосвязей между электростанциями, т. е. при объединении энергосистем.

Таблица 1.1

К 1935 г. в СССР работало шесть энергосистем с годовой выработкой электроэнергии свыше 1 млрд кВтч каждая, в том числе Московская — около 4 млрд кВтч, Ленинградская, Донецкая и Днепровская — более чем по 2 млрд кВтч. Первые энергосистемы были созданы на основе линий электропередачи напряжением 110 кВ, а в Днепровской энергосистеме — напряжением 154 кВ, которое было принято для выдачи мощности Днепровской ГЭС.

Со следующим этапом развития энергосистем, характеризующимся ростом передаваемой мощности и соединением электрических сетей смежных энергосистем, связано освоение электропередач класса 220 кВ. В 1940 г. для связи двух крупнейших энергосистем Юга страны была сооружена межсистемная линия 220 кВ Донбасс — Днепр.

Нормальное развитие народного хозяйства страны и его электроэнергетической базы было прервано Великой Отечественной войной 1941–1945 гг. На территории ряда временно оккупированных районов оказались энергосистемы Украины, Северо-Запада, Прибалтики и ряда центральных районов европейской части страны. В результате военных действий производство электроэнергии в стране упало в 1942 г. до 29 млрд кВтч, что существенно уступало предвоенному году. За годы войны было разрушено более 60 крупных электростанций общей установленной мощностью 5,8 млн кВт, что отбросило страну к концу войны на уровень, соответствующий 1934 г.

Во время войны было организовано первое Объединенное диспетчерское управление (ОДУ). Оно было создано на Урале в 1942 г. для координации работы трех районных энергетических управлений: Свердловэнерго, Пермэнерго и Челябэнерго. Эти энергосистемы работали параллельно по линиям 220 кВ.

В конце войны и особенно сразу же после ее окончания были развернуты работы по восстановлению и быстрому развитию электроэнергетического хозяйства страны. Так, с 1945 по 1958 г. установленная мощность электростанций увеличилась на 42 млн кВт, или в 4,8 раза. Производство электроэнергии выросло за эти годы в 5,4 раза, а среднегодовой темп прироста производства электроэнергии составил 14 %. Это позволило уже в 1947 г. выйти по производству электрической энергии на первое место в Европе и второе — в мире.

В начале 1950-х гг. развернулось строительство каскада гидроузлов на Волге. От них протянулись на тысячу и более километров к промышленным районам Центра и Урала линии электропередачи напряжением 500 кВ. Наряду с выдачей мощности двух крупнейших Волжских ГЭС это обеспечило возможность параллельной работы энергосистем Центра, Средней и Нижней Волги и Урала. Так был завершен первый этап создания Единой энергетической системы (ЕЭС) страны. Этот период развития электроэнергетики прежде всего был связан с процессом «электрификации вширь», при котором на первый план выступала необходимость охвата обжитой территории страны сетями централизованного электроснабжения в короткие сроки и при ограниченных капиталовложениях.

В 1970 г. к Единой энергосистеме европейской части страны была присоединена Объединенная энергосистема (ОЭС) Закавказья, а в 1972 г. — ОЭС Казахстана и отдельные районы Западной Сибири.