Принцип получения электроэнергии
Конспект лекций
По
«ЭЛЕКТОРОСНАБЖЕНИЮ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ И УСТАНОВОК»
Автор: Зайцева Н.А.
Преподаватель Челябинского
Металлургического колледжа
Рецензенты: Лукашин Ю.П.
Начальник ЦСиП ЧМК
Методист: Кулиненко И.М.
Методист по информационным технологиям
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация............................................................................................................. 5
Электрические станции........................................................................................ 6
Электрические сети напряжением до 1000В..................................................... 10
Режимы работы электроприёмников................................................................ 11
Электрические аппараты напряжением до 1000 В........................................... 11
Расчет нагрузок методом упорядоченных диаграмм...................................... 13
Расчетные методы определения нагрузок......................................................... 14
Понятие потери и падение напряжения в электрических сетях....................... 14
Схемы силовых и осветительных сетей напряжением до 1000В..................... 16
Основные определения величин реактивной мощности................................... 16
Компенсирующие устройства............................................................................ 18
Регулирование напряжения............................................................................... 19
Вольтодобавочные трансформаторы............................................................... 20
Защитная коммутационная аппаратура............................................................ 21
Типовые марки автоматических выключателей............................................... 22
Электрические сети напряжением выше 1000В................................................ 23
Разъединители.................................................................................................... 23
Короткозамыкатели и отделители..................................................................... 24
Воздушные линии (линии электропередач ЛЭП)............................................. 25
Опоры................................................................................................................. 25
Силовые кабели.................................................................................................. 26
Шины.................................................................................................................. 27
Изоляторы.......................................................................................................... 27
Силовые трансформаторы................................................................................. 28
Общие положения по выбору силовых трансформаторов.............................. 29
Расчет силовых трансформаторов.................................................................... 30
Измерительные трансформаторы..................................................................... 31
Высоковольтные выключатели.......................................................................... 33
Токоограничивающие реакторы....................................................................... 34
Комплектные трансформаторные подстанции................................................. 35
Конструктивное выполнение РУ....................................................................... 37
Разрядники......................................................................................................... 38
Короткое замыкание.......................................................................................... 38
Расчет сечения питающей линии....................................................................... 43
Электродинамические действия токов к.з......................................................... 44
Выбор и расчет плоских шин............................................................................ 44
Выбор высоковольтных аппаратов по токам КЗ............................................. 45
Релейная защита................................................................................................. 46
Максимальное токовое реле типа РТМ и РТВ.................................................. 47
Индукционное реле мощности.......................................................................... 47
Газовое реле....................................................................................................... 48
Изучение различных типов реле....................................................................... 48
Индукционное реле тока типа РТ - 80; ИТ - 81/1............................................. 49
Направленная максимальная токовая защита.................................................. 49
Оперативный ток................................................................................................ 50
Типовые схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле.............. 51
Максимальная токовая зашита (МТЗ)............................................................... 53
Токовая отсечка.................................................................................................. 55
Защита электродвигателей................................................................................. 56
Дифференциальная защита................................................................................ 58
Защита от замыкания на бак трансформатора................................................. 59
Автоматизация систем электроснабжения........................................................ 60
Заземление и зануление..................................................................................... 64
Техника высоких напряжений и молниезащита зданий................................... 65
Молниезащита зданий и сооружений............................................................... 67
Защита подземных сооружений от электрокоррозии...................................... 68
Литература......................................................................................................... 70
Аннотация
Настоящий конспект лекций по предмету «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» представляет собой переработанное и дополненное издание учебника «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» «Высшая школа» 1990 год.
В нем даны сведения об электростанциях и электрических схемах, описано основное электрооборудование станций и подстанций. Рассмотрены электрические нагрузки промышленных предприятий, режимы работы и вопросы компенсации реактивной мощности электроустановок. Рассмотрены вопросы автоматизации систем электроснабжения, релейной защиты молниезащиты зданий и сооружений, техники высоких напряжений.
Электрические станции.
Конденсационная электрическая станция (КЭС) или
ГРЭС – государственная районная электрическая станция.
ГРЭС может снабжать электрической энергией большой район страны.
1. Склад топлива и система топливо подачи;
2. Система топливо приготовления;
3. Парогенератор (котёл);
4. Турбина;
5. Конденсатор;
6. Циркуляционный насос;
7. Циркуляционный насос;
8. Циркуляционный насос;
9. Горелки парогенератора;
10. Вентилятор;
11. Дымосос;
12. Воздухонагреватели;
13. Водяной экономайзер;
14. Подогреватели низкого и высокого давления;
15. Деаэратор.
КПД 42 – 45%
Принцип получения электроэнергии.
Топливо со склада 1 поступает в систему топливо приготовления 2, откуда на горелки парогенератора 9, сгорая нагревает воду в котле 3 до образования перегретого пара (500*С и выше) и под давлением поступает на лопасти турбины 4, которая жёстко связанна с генератором образуя турбоагрегат. При помощи, которого механическая энергия вращения турбины генератора преобразуется в электрическую энергию. Часть полученной эл.энергии идёт на собственные нужды, а остальное через повышающую подстанцию в общую сеть.
Топливо для данной станции:Газ, каменный уголь, мазут, торф, природные сланцы.
Особенности станции:
1. Производит экологическое загрязнение;
2. Удалённость от потребителей. Строится вблизи месторождений. Энергия передаётся на высоких и сверхвысоких напряжениях;
3. Блочный принцип построения;
4. Данными станциями вырабатывается 60% от выработки всей электроэнергии.
Теплоэлектроцентраль. (ТЭЦ)
ТЭЦ строится вблизи потребителей, поэтому часть электрической энергии выдаётся на генераторном напряжении. (6;10;35кВ)
Для этого вблизи ТЭЦ сооружают генераторное распредустройство (ГРУ).
Отработанный на турбине пар идёт на нужды производства и для горячего водоснабжения и отопления жилых массивов.
КПД 60 – 65%
Данные станции строятся в промышленных городах с большим потреблением электроэнергии и тепла.
Недостатки:
1. Привозное сырьё и загрязнение окружающей среды.
2. Часть эл.энергии через подстанцию поступает в общую сеть. На ТЭЦ вырабатывается 25% от выработки всей эл. энергии.
3. На ТЭЦ по сравнению с КЭС происходит экономия топлива.
Гидроэлектростанция (ГЭС).
Для получения эл.энергии используют энергию водяных потоков, т.к. производство эл. энергии простое, то и себестоимость самая низкая по отношению к другим станциям.
Попутно со строительством ГЭС решаются хозяйственные задачи: судоходство, водоснабжение городов и посёлков, орошение земель, разведение рыб.
По отношению к другим станциям ГЭС более экономична.
Недостатки: долгострой, большие капиталовложения, затопления больших территорий, удаленность от потребителей.
КПД 95 – 98%
К недостаткам данной станции можно отнести долгострой и большие капитальные вложения, затопление больших территорий водой.
Попутно со строительством ГЭС решаются хозяйственные задачи: судоходство, водоснабжение городов и поселков, орошение земель, рыбное хозяйство. По отношению к остальным станциям она экологически чистая.
Атомная электрическая станция(АЭС).
АЭС строят в районах обеднённых энергоресурсами т.к. 1 кг U238 обогащённого = 2900т каменного угля
Существуют 2 типа АЭС.
- АЭС на тепловых нейтронах: существуют два типа реакторов:
· ВВЭР – водо-водяной энергетический, в котором замедлитель нейтронов и теплоносителем, отводящим тепло из реактора является обычная вода.
· РБМК – реактор большой мощности канальный в котором замедлитель нейтронов графит теплоноситель вода ( новые станции на таких реакторах не строят).
1. Турбина.
2. Генератор.
3. Конденсатор.
4. Конденсат.
5. Питательные насосы.
6. Циркуляционный насос.
7. Реактор.
8. Рабочие каналы.
9. Парогенератор.
АЭС на быстрых нейтронах. Во всем мире и в России в качестве ядерного топлива используют уран 235 и плутоний 239. В данных АЭС используется новый тип реакторов, в которых есть активная зона.
В этой активной зоне происходит ядерная реакция с выделением быстрых нейтронов, которые воздействуют на уран 238 (не использующийся как ядерное топливо), преобразует его в плутоний 239, являющийся качественным ядерным топливом. Данная станция имеет повышенную радиационную защиту, что позволяет в дальнейшем использовать её не только для получения электрической энергии, но и для горячего водоснабжения.
Достоинства:
Она способна сама для себя воспроизводить топливо.
КПД- 65%.
Газотурбинная электростанция (ГТЭ).
1. Камера сгорания.
2. Газовая турбина.
3. Компрессор.
4. Разгонный двигатель.
5. Генератор.
6. Трансформатор.
Продукты горения из камеры сгорания под давлением вращают газовую турбину, на одном валу с которой находится компрессор, нагнетающий воздух в камеру сгорания для улучшения процесса горения, генератор и разгонный двигатель. Разгонный двигатель позволяет за 2 минуты запустить данную станцию, что обеспечивает ей высокую манёвренность и возможность использования её для покрытия пика нагрузок в случае аварии.
КПД 42%
Для повышения КПД на некоторых станциях отработанные на турбине продукты сгорания поступают в парогенератор, нагревая в нём воду. Такая станция, называется ПГУ, она имеет 2 турбины и 2 генератора.
КПД около 63%.
МГД генератор (магнитогидродинамический).
1. Насос;
2. Камера сгорания;
3. Газовое сопло;
4. Мощные магниты;
5. Электроды;
6. Канал генератора;
7. Паровой котёл;
8. Насос;
9. Турбина;
10. Генератор;
11. Конденсатор.
Топливо поступает в камеру сгорания 2, в которой продукты горения разогреваются до высоких температур, образуя плазму, и со скоростью поступают в канал генератора 6, по бокам которого находятся мощные магниты 4.
Образовавшийся ток снимается при помощи электродов 5, отработанные продукты горения поступают в парогенератор 7. Образовавшийся пар вращает турбину 9.
КПД - 63%
Электрические сети напряжением до 1000В.
Классификация электрических приемников по степени надежности и бесперебойности электроснабжения.
 |
Схема две трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ.
Все электропотребители согласно ПУЭ делятся на три категории по надежности и бесперебойности электроснабжения.
· Первая категория.
· Вторая категория.
· Третья категория.
В последнее время из первой категории выделяют приемники требующие особо повышенной надежности. Для этой цели кроме двух независимых источников имеется третий аварийный независимый источник.
К первой категории: относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой нарушение технического процесса, гибель людей, выход из строя основного оборудования. Такие электроприемники запитываются от двух независимых источников (3х) рис.1. Перерыв в электроснабжении, которых разрешается только на время автоматического ввода резерва.
Ко второй категории: относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может вызвать массовый брак, недоотпуск продукции, простой рабочих и механизмов. Перерыв в электроснабжении таких приемников разрешается на время ручного ввода резерва, но не более 30 минут.
К третьей категории: относится приемники, не вошедшие в первую и вторую категорию. Перерыв в электроснабжении разрешается на время ремонта не более суток, такие приемники можно запитывать по одной линии.
Независимым источником называется такой источник, на котором остается напряжение при исчезновении его на других источниках. Это два распределительных устройства двух различных станций, две секций шин, каждая из которых питается от независимого источника и не имеет связи автоматически отключающей обе секции при нарушении питания на одной из них.
Режимы работы электроприемников
Длительный режим работы – в этом режиме приёмники работают долго и за время работы температура частей машины достигает допустимого значения (насосы, вентиляторы и т.д.). Продолжительность включения (ПВ) > 60%
Повторно кратковременный режим – это такой режим, в котором периоды работы чередуются с периодами пауз. За время работы температура частей машины не достигает допустимого значения, а за время пауз не успевает остыть до температуры окружающей среды. ПВ от 15% до 60%
Кратковременный – в таком режиме приёмники работают мало, за время работы температура частей машины не достигает допустимого значения, а остановки длительные и машины остывают до температуры окружающей среды. ПВ < 15%.
По напряжению приемники делятся:
1. Питающиеся непосредственно от сети 6 или 10 кВ;
2. Питающиеся от сети 220, 380, 660 В.
По роду тока:
1. От сети переменного тока промышленной частоты (50 Гц);
2. От сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;
3. От сети постоянного тока.
Электрические аппараты напряжением до 1000 В.
Рубильник – это неавтоматический выключатель на 2 положения (включено, выключено). Бывают трех, двух и однополюсного исполнения. Они не имеют дугогосительной системы, поэтому отключать токи нагрузки нельзя. Они предназначены для создания видимого разрыва цепи. Рубильниками с дугогосительной камерой разрешается отключать цепи с током до номинального.
Переключатель – это рубильник для поочередного переключения в нескольких электроцепях. По исполнению бывают с фиксированным положением и с возвратом в нулевое положение. По количеству контактов от 2 до 32.