|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тема 1.1. Схемы и элементы энергетических системСтр 1 из 14Следующая ⇒
Курс лекций по дисциплине ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ по направлению 140400 – Электроэнергетика и электротехника
Одобрено на заседании кафедры протокол №___ от «_____»_______________2013г. зав. кафедрой _____________________ Л.С. Зимин
САМАРА 2013г.
СОДЕРЖАНИЕ Стр.
ЛЕКЦИЯ 1. Тема 1.1. Схемы и элементы энергетических систем Введение Задачи курса: Изучение принципов построения, расчета и эксплуатации экономических и надежных электрических сетей и электрических установок предприятий. Современные системы электроснабжения – это сложный комплекс электротехнического оборудования, который работает в строгой взаимосвязи производства и потребления электроэнергии. Пример системы:
На схеме условно в виде одного энергоблока представлены ГЭС, ТЭЦ, АЭС. Т1, Т2, Т3 – повышающие трансформаторы электростанций, п/ст – трансформаторные подстанции.
Основные определения: Электрическая станция – это электроустановка предназначенная для производства электроэнергии или электроэнергии и тепла. Электрическая подстанция – это электроустановка предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергии. Другого напряжения. Преобразованию может подвергаться и частота. Электроустановка – это установка в которой производится, преобразуется, распределяется или потребляется электроэнергия. Линия электропередачи – это система проводов или кабелей предназначенная для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Электрическая сеть – это совокупность подстанций и линий электропередачи.
Особенности электроснабжения, как отрасли промышленности: 1. Одновременность производства и потребления электроэнергии в каждый момент времени. 2. Существует значительная неравномерность потребления в течение суток, что вынуждает применять специальные устройства для выравнивания графиков нагрузок. 3. Каждое ПП находится в непрерывном развитии, т.е. вводятся новые производственные мощности, улучшаюсь, показатели использования старого оборудования, изменяется технология производства. Система ЭПП должна быть гибкой, допускать рост мощности и изменение условий ее потребления. Это обстоятельство отличает системы ЭПП от районов энергосистем, где рост мощности также имеет место, но место потребления более стабильны. 4. Электроэнергия на предприятии рассматривается как одно из составляющих производственного процесса, наряду с сырьем и материалами, трудом входит в себестоимость продукции. Доля затрат в себестоимости зависит от отрасли. Например, в машиностроении от 2 до 3%, в металлургии 20 - 30 %. Перерывы в электроснабжении приводят к экономическому ущербу, а в некоторых случаях и опасности для жизни людей. Поэтому в ущерб также включают себестоимость продукции. 5. Рост абсолютных значений потребляемых и установленных мощностей. Основные типы электроприемников. (ЭП) Электроприемником (ЭП) - называется аппарат, определенно назначенный для преобразования электроэнергии в другие виды энергии (электродвигатель, электропечь, светильник и т.д.). Потребителем электроэнергии называется ЭП или группа электроприемников, объединенных общим технологическим процессом и размещающихся на ограниченной территории. ЭП классифицируются по различным принципам: I. По надежности различают 3 категории: 1. ЭП-ки перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение работы важных элементов коммутационного хозяйства городов. Например, ЭП-ки доменных печей, водоотливных и подъемных установок шахты, насосных станций для охлаждения печей. В составе первой категории выделяют особую группу, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства. Перерыв в электроснабжении приборов первой категории допускается на время действия автоматического выключения резерва (АВР), т.е. несколько секунд. Питание осуществляется от двух независимых источников. ЭП-ки особой группы должны питаться от трех источников. 2. ЭП-ки перерыв в электроснабжении которых приводит к массовым недовыпускам продукции, простою механизмов, рабочих, нарушению норм жизни значительного кол-ва городских и сельских жителей. ЭП-ки питаются от одного или двух независимых источников питания. (один трансформатор применяется при наличии централизованного резерва и возможности замены повредившегося за время не более суток. Перерыв в электроснабжении допускается во время ручного переключения электросетей. Выбор варианта питания от двух или одного источников осуществляется на основании технико-экономических расчетов с учетом ущерба:
где З – затраты; К – капитальные затраты; Еп – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; Э – эксплуатационные расходы; У – ущерб. 3. Все остальные ЭП-ки. Питание может осуществляться от одного источника. Допускается перерыв в электроснабжении на время ремонта и замены поврежденного элемента, но не более суток. II. По режиму работы различают три группы: 1. Продолжительный режим. В этом режиме аппарат может работать длительное время без повышения температуры отдельных частей свыше допустимой. 2. Кратковременный режим. В этом режиме температура отдельных частей аппарата не успевает достичь установленной за время работы, а за время паузы успевает остыть до температуры окружающей среды. 3. Повторнократковременный режим (ПКР). Рабочие периоды чередуются с кратковременными периодами отключения (например, электродвигатели, сварочные аппараты). Температура за время включения не успевает достичь установившегося значения, а за время паузы не снижается до температуры окружающей среды.
III. По номинальной (установочной) мощности различают три группы: 1. Большой мощности (более 70 ¸ 100 МВт); 2. Средней мощности (от 4 ¸ 75 МВт); 3. Малой мощности (менее 4 МВт). Для электродвигателей за номинальную мощность принимают мощность на валу. Для электропечей и сварочных установок – мощность питающего трансформатора [кВА]. Для осветительных электроприемников за номинальную мощность принимают мощность лампы без учета потерь пуска регулировочной аппаратуры. Для ЭП, работающих в ПКР, мощность, приведенная к продолжительному режиму. IV. По номинальному напряжению: ЭП - ки выше 1000 иниже 1000 В. V. По степени симметрии (по степени неравномерности распределения мощности по фазам): - симметричные трехфазные; - не симметричные однофазные.
VI. По степени линейности вольтамперной характеристики (ВАХ) различают линейные и нелинейные электроприемники. ЭП, имеющие линейную ВАХ, сохраняют в течение периода переменного тока свое сопротивление неизменным и потребляют из сети синусоидальный ток. Нелинейные ЭП изменяют свое сопротивление в течении периода. Примеры ЭП с нелинейной ВАХ:
Присутствие ЭП с нелинейной ВАХ приводит к искажению кривых тока и напряжения, что вызывает ряд негативных последствий: - нагрев и выход из строя конденсаторных батарей; - искажение показаний электроизмерительных приборов; - помехи в линии связи и электронной аппаратуры; - дополнительные потери в электросети (поверхностный эффект). VII. По роду тока ЭП делятся: а) переменного тока промышленной частоты 50 ¸ 60 Гц; б) переменного тока повышенной частоты 200 ¸ 400 Гц (переносной инструмент, электропривод в текстильной и подшипниковой промышленности); в) до 20 кГц в установках нагрева и расплавления металла (индукционные печи); г) до 1000 кГц (поверхностная закалка); д) переменного тока пониженной частоты. Применяется для питания индукторов для нагрева металла, с целью увеличения глубины проникновения вихревых токов. Для электромагнитного перемешивания металла; е) постоянного тока (электролиз, гальванопокрытия, сварка на постоянном токе, ДПТ). VIII. По степени подвижности: стационарные и подвижные ЭП. Лекция 3. ЛЕКЦИЯ 4 Силовые трансформаторы Силовые трансформаторы являются основным электрооборудованием, обеспечивающим передачу электроэнергии от электростанций к потребителями её распределения. Классификация: 1. По назначению: - повышающий 10/121кВ (Кт=12); - понижающий 110/11кВ (Кт=10). 2. По условиям работы: для работы в нормальных и специальных условиях. 3. По виду изолирующей и охлаждающей среды: - масляные ТМЗ; - сухие ТСЗ; - заполненные негорючим диэлектриком и с литой изоляцией ТЭНЗ. 4. По типам, характеризующим назначение и основное конструктивное исполнение: однофазные и трехфазные, а также наличие регулирования напряжения: с РПН и ПБВ. 5. По типу обмоток: двухобмоточные (а), трехобмоточные (б), автотрансформаторы (в); трансформаторы с расщепленной обмоткой (используются для снижения токов КЗ, т.к. мощность каждой обмотки равна половине мощности трансформатора) (г); повышающий трансформатор, играющий роль сумматра мощностей (д).
а) б)
в)
г) д) Параметры трансформаторов. 1. Номинальная мощность – это максимальная полная мощность, которая может быть передана через трансформатор при нормальных условиях охлаждения, номинальных напряжении и частоте. 2. Коэффициент трансформации при работе трансформатора на холостом ходу ХХ. 3. Напряжение короткого замыкания
где zт*н – относительное сопротивление трансформатора. Это сопротивление зависит от конструкции трансформатора, диаметра обмоток, расстояния между ними. Для реально существующих трансформаторов uк находится в пределах 5-10% (до 15%), при возрастании uк растет стоимость трансформатора и потери реактивной мощности. Трансформаторы с большим uк используют в сетях высокого напряжения т.к. ограничивают ТКЗ. Трансформаторы с низким uк используются на понизительных п/ст расположенных около потребителя. 4. Ток ХХ – ток, который при нормальном напряжении устанавливается в одной обмотке при разомкнутой другой. 5. Потери ХХ ( 6. Потери КЗ зависят от сечения магнитопроводов. Схемы и группы соединения. Группа соединения – угловое (300 кратное) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями обмоток трансформатора. Обозначается числом, которое при умножении на 300 дает угол отставания в градусах. Например, 11 соответствует углу 3300. Используются три схемы соединения «треугольник», «звезда», «зигзаг»:
Соединения в «звезду» часто используют для обмотки высокого и сверх высокого напряжения, работающих в сетях с заземленной нейтралью, т.к. это позволяет экономить на изоляции обмоток, изоляцию делают неравномерной по длине обмотки: нормальная (полная) в начале обмотки и ослабленная внизу у нейтральной точки. Недостатки: Если напряжение высокое, то обмотку делать легко (рассчитывается на линейное напряжение). Если ток очень большой, то предпочтительней делать соединение в «треугольник», т.к. Соединение в «треугольник» применяется для обмоток низкого напряжения, т.к. это позволяет снизить ток обмотки (ток обмотки Iф в Конструкция трансформатора Основные элементы: 1. Магнитопровод, изготовленный из высококачественной стали. 2. Обмотки. Изготавливают из алюминия и меди двух типов: концентрические и чередующиеся. Чередующиеся используются в основном для печных трансформаторов, иногда для сухих, т.к. у них большой поток рассеивания и большое реактивное сопротивление. Магнитопровод и обмотки масляных трансформаторов располагаются в баке двух типов: - с легким разъемом (вверх), используются для трансформаторов небольшой мощности; - с нижним разъемом – для большей мощности, т.к. на баке располагаются расширители, фильтры, реле давления. ЛЕКЦИЯ 5 Графики нагрузок. ЛЕКЦИЯ 6 Тема 2.2. Методы определения расчетных нагрузок Расчетной называется нагрузка, по которой выбирают мощность ИП и пропускную способность сети. Чаще всего это греющий максимум, но может быть и пиковая мощность, если она приводит к недопустимым колебаниям напряжения. Для одного ЭП или для группы с количеством меньше 3 за расчетную мощность принимают установленную.
для одного ЭП: для группы ЭП: Для группы ЭП сменный или суточный график, которой известен, из графика определяются Р30, Q30, тогда полная расчетная мощность и ток:
Чаще всего, на стадии проектирования графики нагрузки неизвестны, поэтому применяют следующие методы определения расчетной нагрузки: - метод упорядоченных диаграмм; - метод коэффициентов спроса; - метод удаленной нагрузки на единицу производственной мощности; - метод удельного расхода электроэнергии на единицу предыдущей. Метод упорядоченных диаграмм (метод эффективного числа метод коэффициента максимума) Этот метод является основным при расчете нагрузок. Применение его возможно, если известны единичные мощности ЭП, их количество и технологическое назначение. Количество ЭП влияет на коэффициент максимума, но ЭП различной мощности оказывают разное весовое влияние, поэтому группу из n различных ЭП, заменяют статически равноценной группой из эффективного числа nэ ЭП с одинаковой мощностью и с одинаковым режимом работы.
где Руст=Рн – номинальная мощность ЭП. Если все ЭП одинаковые, то nэ=n, иначе nэ < n. При большом количестве ЭП действуют нормали допускающие упрощения, облегчающие расчет эффективного числа. Зависимость коэффициента максимума от nэ и коэффициента использования определяются вероятностными методами и приводятся в справочниках в виде таблицы или графиков. Расчет выполняется по узлам питания СЭС в следующем порядке: 1. приемники делятся на характерные технологические группы, для которых находят из справочников Ки и 2. определяется среднесменная активная и реактивная мощности
3. по узлам питания определяют общее количество ЭП n; их суммарную установленную мощность, суммарные активную и реактивную мощности; 4. находят значение группового Ки; 5. рассчитывается nэ; 6. по кривым определяется Км=f(nэ, Ки); 7. определяют расчетную активную мощность, реактивную принимают следующей: Qp=Qсм, при nэ 8. вычисляют полную расчетную мощность и ток: При расчете результирующего максимума нагрузки нескольких групп ЭП нельзя складывать расчетные максимумы отдельных групп. Для нахождения результирующей расчетной нагрузки определяют результирующие Км и nэ, отдельных групп соответственно.
  
Метод коэффициента спроса. Используется для приближенных расчетов, если известен коэффициент спроса, номинальная мощность всех ЭП-ов и коэффициент мощности.
Расчетную нагрузку узла электроснабжения определяют с учетом: равномерности максимумов нагрузки отдельных групп.
Недостатки метода в том, что он не учитывает число ЭП-ов. ЛЕКЦИЯ 7 ЛЕКЦИЯ 8 Маркировка силовых линий Марка состоит из букв русского алфавита. Порядок букв в марке следует от жилы к покрову. Первая буква- материал токопроводящих жил. Медь не нумеруется. А- алюминий. Здесь же иногда при однопроволочных жилах в конце марки могут стоять буквы – ОЖ. Вторая буква- материал изоляции. 1. Бумажная изоляция. а) пропитанная маслоканифольной массой не маркируются. б) обедненно-пропитанная В- в конце марки. в) с неспекающемся составом Ц- в конце марки. 2. Пластмассовая изоляция. а) В- ПВХ после жилы. б) П- полиэтилен. в) Пс - полиэтилен самозатухающий. г) Пв- полиэтилен вулканизированный. д) Пвс- полиэтилен вулканизированный затухающий. 3. Резиновая изоляция. а) Р- обыкновенная резина после обозначения оболочки. б) Рт- резина теплостойкая. Третий слой- оболочка. 1. Гладкая алюминиевая. А - после изоляции. 2. Алюминиевая гофрированная – Аг. 3. Свинцовая- С. 4. ПВХ- В 5. Полиэтилен –П. 6. Резиновая оболочка Н после жилы. Если в трехжильных кабелях жилы заключаются в металлическую оболочку, то перед буквой оболочки ставится буква О. Если кабель не имеет защитного покрова, то после оболочки Г- голый. Четвертый слой- защитный покров от механических повреждений. Он состоит из кабельной брони, подушки и наружного покрова. Кабельная броня состоит из:
Подушка состоит из бумаги, пластмассы и битума:
Наружный покров. Для защиты от коррозии и механических воздействий. 1. Джутобитумные покрытия не маркируется 2. Стеклянная пряжа 3. Шланги: - из ПВХ – Шв - из полиэтилена - Шп 4. Без покрова - Г АВВГ – алюминиевый кабель с алюминиевой жилы с ПВХ оболочкой и ПВХ оболочкой без защитного покрова. ААБ – алюминиевые жилы с бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке бронированной стальной ленты с джутобитумным покрытием. ААШ – алюминиевый шланг из ПВХ. СБ – медный бронированный стальной с двумя лентами Способ прокладки кабелей По территории предприятия прокладывают большое количество параллельно идущих кабелей (20-30 шт). Обычно кабели прокладываются в тоннелях вместе с контрольными кабелями и трубопроводами воды. При числе кабелей 6-30 их прокладывают в специальных кабельных каналах. При малом числе кабелей (до 6 штук) их прокладывают в траншеях или по стенам зданий или технологическим эстакадам. Кабели, положенные в траншеях, защищены кирпичами или железобетонными плитами.
Достоинства: дешевизм, большой длительно допустимый ток. Недостатки: меньшая надежность, неудобство ремонта. Шинопроводы По назначению бывают: - Магистральные; - Радиальные. Магистральные.
Такое расположение шинопроводов позволяет уменьшить индуктивное сопротивление.
Шины обмотаны полимерной изоляцией, и закреплены жестко в диэлектрике. Назначение магистрального шинопровода: передача электроэнергии от трансформаторной подстанции до силовых шкафов или до отдельных мощных электроприемников. Обычно прокладывается под потолком Распределительные. Для непосредственного подключения ЭП.
ЛЕКЦИЯ 10 Режимы нейтрали В электроустановках низкого и высокого напряжения нейтраль может быть соединена и не соединена с землей, то есть говорят о режимах нейтрали. Режим нейтрали оказывает серьезное влияние на работу электросети. Если в сети происходит наиболее вероятное повреждение (70-90% случаев). Однофазное КЗ – то токи и напряжение зависят от напряжения нейтрали. а) Для изолирования нейтрали ток мал, а напряжение неповрежденных фаз увеличивается относительно земли в √ 3 раз и возможно перенапряжение. б) Для глухо заземленной нейтрали ток поврежденной фазы большой, но опасности перенапряжения нет. Напряжение на здоровых фазах не увеличивается. Бесперебойность питания. а) При глухо заземленной нейтрали, при повреждении участка он автоматически отключается и питание потребителей прерывается. б) При изолированной нейтрали питание не прерывается. Классификация электросетей в зависимости от режима нейтрали
4. Нейтраль заземленная через дугогасящую катушку.
Электрические установки напряжением до 1000В могут выполняться с изолированной или глухо заземленной нейтралью. Установки с изолированной нейтралью применяются в условиях с повышенными требованиями безопасности, например шахты, торфяные разработки. С обязательно глухим заземлением нейтрали выполняются городские сети трехфазного переменного тока, сети промышленных предприятий, электросети сельскохозяйственного назначения, а также временные сети строительных площадок. Электроустановки напряжением выше 1 кВ по виду режима нейтрали разделяются на 2 категории: С эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю) С изолированной нейтралью. В электросетях 110кВ и выше не пользуются глухо заземленной нейтралью. Сети напряжением 6, 10, 20, 35 кВ выполняются с изолированной или компенсированной нейтралью. ЛЕКЦИЯ 12 ЛЕКЦИЯ 13 Синхронные двигатели Основное назначение СД- привод производственных механизмов. Опережающий номинальный cos=0.9, т.е. в нормальном режиме СД перевозбужден и выдает реактивную мощность в сеть. Реактивная мощность, вырабатываемая СД, может даже превышать номинальную, если двигатель недогружен по активной мощности.
Преимущества СД. Возможность плавного регулирования вырабатываемой мощности. Недостатки: вращающаяся часть; большие габариты; большая масса; сложность монтажа; большая стоимость Конденсаторная батарея Выпускаются на напряжение до 220 В, до 35 КВ. Бывают однофазные и трехфазные КБ. Низкие удельные потери КБ колеблются в пределах
 
F- толщина диэлектрика. Снижение толщины диэлектрика ведет к росту напряженности электрического поля и следовательно к пробою диэлектрика.
Оптимальным для бумажно-масленных конденсаторов КБ обычно изготавливают в виде батарей оснащенных приборами коммутации, защиты и измерения и называются комплексными компенсирующими устройствами (ККУ). Если на заводе применяют и КБ и СД
 Преимущества КБ: низкие удельные потери, статический аппарат, вес, отсутствие шума, простота монтажа и эксплуатации. Недостатки: ступенчатое регулирование, остаточный заряд, чувствительность к высшим гармоникам напряжения и к повышенному напряжению. ЛЕКЦИЯ 14 ЛЕКЦИЯ 15 Расчет токов К.З. (Ino.) Расчет в именованных единицах
Расчет в относительных единицах Расчет активного сопротивления трансформатора. При расчете тока КЗ на стороне 0, 4 КВ (ниже 1000 В) необходимо учитывать активное сопротивление.
ЛЕКЦИЯ 16 Сопротивление КЗ. Прямая последовательность: r1, x1, z1 – также как и в расчете трехфазного КЗ. Сопротивление обратной последовательности r2, x2, z2. Для статических элементов цепи: z2=z1, x2 = x1, r2 = r1 -они равны прямой последовательности (трансформаторы, реакторы, ЛЭП). Для генераторов и двигателей они отличаются и определяются по справочнику. Сопротивление нулевой последовательности r0, x0, z0. Для воздушных ЛЭП: r0=(3..8)r1
Кабельные линии трехжильные: Реактор: Синхронные машины: Сопротивление нулевой последовательности трансформатора зависит от режима его нейтрали и расположения точки КЗ по отношению к этому трансформатору. Методы ограничения токов КЗ В современных мощных электроустановках часто токи КЗ велики, что приводит к необходимости или устанавливать мощное элекрооборудование, устойчивое к большим токам КЗ, что очень дорого, либо ограничивать токи КЗ с целью применения более дешевого оборудования. Существует 3 метода ограничения: секционирование применение трансформаторов с расширенной обмоткой применение токоограчивающих реакторов
Реактор имеет дополнительное сопротивление, поэтому начальное напряжение на шинах в первом случае.
ЛЕКЦИЯ 17 Пример. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-28; Просмотров: 993; Нарушение авторского права страницы
, 
; 
Стандартные значения ПВ: 15; 25; 40; 60; 100%.
Мощность продолжительного режима: 
.
, 
) зависят от качества стали сердечника – это потери в магнитопроводе.
.
раз меньше Iл(н)). Соединение в «треугольник» позволяет улучшить кривую напряжения, если она несинусоидальная, благодаря устранению гармоник равных трем, для которых соединение в треугольник представляет собой короткозамкнутый контур.
, 
, 
; 
; 
, 
. 
; 
; 
; 
10 и Qр=1.1Qсм, nэ< 10; 
; 
; 
- коэффициент равномерности максимумов нагрузок отдельных групп ЭП-ов.
Ом / м; 
для конденсаторов с бумажной изоляции.
для конденсаторов с изоляцией из полипропилена.
КВ/с и она легко реализуется в конденсаторах напряжением 1 КВ и выше. При Uc< 1 КВ уменьшение числа слоев становится затруднительно, т.к. снижается надежность КБ из-за повышения вероятности совпадения слабых мест различных слоев, поэтому напряженность поля для КБ напряжением ниже 1 КВ вынуждены снижать, что ведет к удорожанию.
-фазное значение ЭДС в точке К.З.
-среднее номинальное напряжение источника.
- сверхпереходная ЭДС генератора.
- именованные единицы.
; 
; 
; 
