Схемы и элементы энергетических систем

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.

	Схема двухобмоточного силового трансформатора с устройством регулирования напряжения ПБВ (без возбуждения)		Схема двухобмоточного силового трансформатора с устройством регулирования РПН
	Схема трехобмоточного силового трансформатора с устройством регулирования РПН (регулирование под нагрузкой)		АТ – автотрансформатор с РПН СН – нагрузка собственных нужд электростанции НГ – нагрузка СК – синхронный компенсатор

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; Е_п – 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.

tц – время цикла; tв – время включения; tо – время отключения; Tуст – установившаяся температура. ПКР характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла (tц): ; Стандартные значения ПВ: 15; 25; 40; 60; 100%. Мощность продолжительного режима: .

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:

1. Трансформаторы и дроссели с насыщающими магнитопроводами.   2. Электродуговая сварка, электродуговые печи.     3. Выпрямители.   4. Газоразрядные лампы.

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 ЭПделятся:

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.