ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет Красноярск, 2008 Институт инженерной физики и радиоэлектроники

Электроснабжение

УДК ББК С38 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Электроснабжение» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Создание группового проектного обучения студентов СФУ, как одного из основных элементов инновационной образовательной программы в рамках приоритетного образовательного проекта «Образование» на базе учебно-научно-производственного комплекса», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г. Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин Синенко, Л. С. С38Электроснабжение. Презентационные материалы. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : наглядное пособие / Л. С. Синенко, Е. Ю. Сизганова, Ю. П. Попов. – Электрон. дан. (16 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, – (Электроснабжение : УМКД / рук. творч. коллектива Ю. П. Попов). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 16 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше. ISBN (комплекса) ISBN (пособия) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» от г. (комплекса) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» от г. (пособия) Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Электроснабжение», включающего учебную программу, конспект лекций, учебное пособие по курсовому проектированию, учебное пособие по дипломному проектированию, учебное пособие к практическим занятиям, методические указания по лабораторным работам, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Электроснабжение. Банк тестовых заданий». Представлена презентация (в виде слайдов) теоретического курса «Электроснабжение». Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров «Электроэнергетика» укрупненной группы «Энергетика». © Сибирский федеральный университет, 2008 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию Объем 16 Мб Красноярск: СФУ, , Красноярск, пр. Свободный, 79

4 Оглавление Раздел 1Раздел 1 Тема 1.1. Электрическое хозяйство потребителей Электрическое хозяйство потребителейЭлектрическое хозяйство потребителей электроэнергии Тема 1.2. Уровни (ступени) системы электроснабжения. Уровни (ступени) системы электроснабжения.Уровни (ступени) системы электроснабжения. Тема 1.3. Потребление электроэнергии и электрические Потребление электроэнергии и электрическиеПотребление электроэнергии и электрические нагрузки Тема 1.4. Выбор схем, напряжений и схем Выбор схем, напряжений и схемВыбор схем, напряжений и схем присоединения промышленных предприятий к субъектам присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики Тема 1.5. Схемы и конструктивное исполнение главных Схемы и конструктивное исполнение главныхСхемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций понизительных и распределительных подстанций Тема Схемы электроснабжения в сетях Схемы электроснабжения в сетяхСхемы электроснабжения в сетях напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ постоянного тока постоянного тока Тема 1.7. Транспорт (канализация) электрической Транспорт (канализация) электрическойТранспорт (канализация) электрической энергии

5 Оглавление Раздел 2Раздел 2 Тема 2.1. Выбор сечений проводов и жил Выбор сечений проводов и жилВыбор сечений проводов и жил кабелей Тема 2.2. Расчет токов короткого замыкания Расчет токов короткого замыканияРасчет токов короткого замыкания Тема 2.3. Выбор аппаратов и токоведущих Выбор аппаратов и токоведущихВыбор аппаратов и токоведущих устройств в электрических установках устройств в электрических установках Тема 2.4. Шины и шинопроводы в системах Шины и шинопроводы в системахШины и шинопроводы в системах электроснабжения Тема 2.5. Установки наружного и внутреннего Установки наружного и внутреннегоУстановки наружного и внутреннего освещения Тема 2.6. Защитные методы электробезопасности Защитные методы электробезопасностиЗащитные методы электробезопасности

6 Оглавление Раздел 3Раздел 3 Тема 3.1. Пуск и самозапуск электрических Пуск и самозапуск электрическихПуск и самозапуск электрических двигателей Тема 3.2. Качество электрической энергии Качество электрической энергииКачество электрической энергии Тема 3.3. Компенсация реактивной мощности Компенсация реактивной мощностиКомпенсация реактивной мощности Тема 3.4. Организация электропотребления Организация электропотребленияОрганизация электропотребления Тема 3.5. Энергосбережение на промышленных Энергосбережение на промышленныхЭнергосбережение на промышленных предприятиях Тема 3.6. Инвестиционное проектирование объектов Инвестиционное проектирование объектовИнвестиционное проектирование объектов электрики Тема 3.7. Рекомендации по оценке эффективности Рекомендации по оценке эффективностиРекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов инвестиционных проектов

7 Тема 1.1 Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии (2 часа ) Лекция 1

Тема 1.1. Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии 8 Научные картины мира Первая картинаВторая картинаТретья картина Постулаты Классические (физические) К-постулаты Вероятно–статистические В-постулаты Ценологические (технетические) Т-постулаты 1К. Справедливы принцип относительности, принцип невозможности: в момент создания два одинаковых продукта – изделия (особи одного вида), изготовленные на одной технике, по одной технологии, из одинаковых материалов, неразличимы в пределах паспортных характеристик вида, в том числе и по экологическому воздействию (отходам) 1В. Существует вероятность события как число, связанное с этим событием так, что вероятности в теоретическую модель входят в качестве свободных параметров, и можно говорить о численной практической достоверности, которая законом больших чисел и центральной предельной теоремой определяет различие или неразличимость особей (объектов) одного вида и разных 1Т. Может быть предложено достаточно много систем отсчета, относительно которых два ценоза могут быть равноправны и неравноправны, а сами системы различны по объективности знания, фиксируемого документально и онтологически отражающего физическую, биологическую, технетическую, информационную, социальную реальности

Тема 1.1. Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии 9 Научные картины мира Первая картинаВторая картинаТретья картина Постулаты Классические (физические) К-постулаты Вероятно–статистические В-постулаты Ценологические (технетические) Т-постулаты 2К. Изделие – вид (действующая техника, применяемая технология, используемые материалы, выпускаемая продукция, возникающие отходы) полностью и однозначно определяется конечным набором параметров в рассматриваемый момент времени 2В. Параметры ряда изделия одного вида определяются законом распределения (в пределе – нормальным) так, что при состоятельной, несмещённой и эффективной оценке и принятой доверительной вероятности существуют и вычислимы математическое ожидание (среднее) и дисперсия (или среднее квадратичное отклонение – ошибка) 2Т. Состояние ценоза в любой фиксируемый момент времени не определимо любой наперёд заданной системой показателей тождественно точно: чем больше параметров и точнее каждый из них конвенционно определяется, тем менее точно для каждого момента времени описывается ценоз Продолжение таблицы

Тема 1.1. Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии 10 Научные картины мира Первая картинаВторая картинаТретья картина Постулаты Классические (физические) К-постулаты Вероятно–статистические В-постулаты Ценологические (технетические) Т-постулаты ЗК. Пространство безгранично, абсолютно, однородно и изотропно, а время выражает длительность бытия; уравнения механики Ньютона и электродинамики Максвелла - обратимы ЗВ. Пространство может быть любой вычислительно- приемлемой размерности и любой геометрии, а время – лишь поставленная наблюдателем метка события, связанная или не связанная с реальным временем, но характеризующая последовательность смены состояний или длительность чего-либо ЗТ. Для ценозов существует направленность развития в ограниченном неоднородном евклидовом пространстве и феноменологическом времени, концептуально исключающая обратимость, абсолютность времени и его однородность Продолжение таблицы

Тема 1.1. Электрическое хозяйство потребителей электроэнергии 11 Научные картины мира Абстрактные (идеальные) объекты исследования и управления Тела (поля) и движение (траектории) Процессы и системыЦенозы и структуры Узловые точки научно-технического прогресса НОКР и изготовление (создание) единичных техники, технологии, материала, конечной продукции, порождение выбросов (экологическое воздействие) Инвестиционное проектирование и построение (создание) объектов отраслей экономики (производство, услуги, потребление), включая обустройство проживания на основе неприродного Информационный отбор НИОКР и изделий, инвестиционных проектов и функционирующих ценозов на основе тотальной оценки каждого технетического, информационного, социального индивида и каждого решения как вида Преимущественная область действия в науке и практике применения электричества и математический аппарат ЭлектротехникаЭлектроэнергетикаЭлектрика Единичные электротехнические изделия, комплексы и конечные электрические цепи; дифференциальное и интегральное исчисление, механика Ньютона и электродинамика Максвелла, принцип наименьшего действия в математической форме Лагранжа и Гамильтона Электрические сети и системы, режимы, оценка устойчивости; теория вероятностей и математическая статистика, кибернетика, теория больших или сложных систем, системный анализ, исследование операций, технический анализ; многокритериальная оптимизация Электрическое хозяйство, электротехническое и электроэнергетическое обеспечение с оценкой электросбережения; гиперболические Н-распределения, фрактальная геометрия, ценологический анализ, ограничения самоорганизации, структурно-топологическая оптимизация

12 Уровни (ступени) системы электроснабжения ( 1 час) Тема 1.2 Уровни (ступени) системы электроснабжения ( 1 час) Лекция 2

Тема 1.2. Уровни (ступени) системы электроснабжения 13 Первый уровень (1УР) – отдельный электроприемник; второй уровень (2УР) – щиты распределительные и распределительные пункты напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ постоянного тока, щиты управления и щиты станций управления, шкафы силовые, вводно- распределительные устройства, установки ячейкового типа, шинные выводы, сборки, магистрали; третий уровень (3УР) – щит низкого напряжения трансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ или сам трансформатор; четвертый уровень (4УР) – шины распределительной подстанции РП 0(6) кВ; пятый уровень (5УР) – шины главной понизительной подстанции, подстанции глубокого ввода, опорной подстанции района; шестой уровень (6УР) – граница раздела предприятия и энергоснабжающей организации

Тема 1.2. Уровни (ступени) системы электроснабжения 14 К I категории относят электроприемники, для которых характерно опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Во II категорию входят электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. К III категории относят все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий

15 Тема 1.3 Потребление электроэнергии и электрические нагрузки (2 часа) (Лекция 2-3)

Тема 1.3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки 16 График нагрузки Р = f(t) с интервалом осреднения Δt = 3 мин: P ср(3–6), P cр(15–18) – усредненные (средние) нагрузки за интервал Δt = 3–6 мин и 15–18 мин; Р mах - максимальная нагрузка (усредненная за Δt = 30 мин) за первые 30 мин графика

Тема 1.3. Потребление электроэнергии и электрические 17 Р с(i) – одно из получасовых усреднений; Р ф(max) – максимальная фактическая получасовая нагрузка за сутки; Р в(max) – максимальная нагрузка в вечерние часы прохождения максимума в энергосистеме; P v(max) – максимальная нагрузка в утренний максимум; P min – минимальная нагрузка; Р ср – среднесуточная нагрузка; Р 3(max) – заявленный максимум нагрузки, равный расчетному Р р Суточный P(t) график электрических нагрузок

18 Тема 1.4 Выбор схем напряжений и схем присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики (2 часа) (Лекция 3-4)

Тема 1.4. Выбор схем, напряжений и схем присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики 19 Типовые схемы соединений для РУ кВ понижающих подстанций энергосистем

Тема 1.4. Выбор схем, напряжений и схем присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики 20 Типовые схемы соединений для РУ кВ понижающих подстанций энергосистем

Тема 1.4. Выбор схем, напряжений и схем присоединения промышленных предприятий к субъектам электроэнергетики 21 Схема плана промышленного предприятия и картограмма нагрузок по цехам Y, м yiyi xixi X, м

22 Тема 1.5 Схемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций (2 часа) (Лекция 4-5)

Тема 1.5. Схемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций 23 Безмостиковые схемы блочных ГПП

Тема 1.5. Схемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций 24 Безмостиковые схемы блочных ГПП

Тема 1.5. Схемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций 25 Схемы подстанций с перемычками (мостиками) между питающими линиями

Тема 1.5. Схемы и конструктивное исполнение главных понизительных и распределительных подстанций 26 Схемы подстанций с перемычками (мостиками) между питающими линиями

27 Тема 1.6 Схемы электроснабжения в сетях напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ постоянного тока (2 часа) (Лекция 5-6)

Тема 1.6. Схемы электроснабжения в сетях напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ постоянного тока (Лекция 5-6) 28 Схемы питания трансформаторов ЗУР а – радиальная б – магистральная

Тема 1.6. Схемы электроснабжения в сетях напряжением до 1 кВ переменного и до 1,5 кВ постоянного тока (Лекция 5-6) 29 Принципиальна схема одноагрегатной КВПП Т – трансформатор; F – предохранители; S – переключатель завода (для КВПП У4); РУ – распределительное устройство 230 В; QF – автоматические выключатели; R – балластное сопротивление; КМ – контактор

30 Тема 1.7 Транспорт(канализация) электрической энергии (2 часа)

Тема 1.7. Транспорт (канализация) электрической энергии 31 Схема воздушной линии электропередач и опоры

Тема 1.7. Транспорт (канализация) электрической энергии 32 Кабельные траншеи и расположение в них кабелей

Тема 1.7. Транспорт (канализация) электрической энергии 33 Группы и номера каналов блоков

34 Тема 2.1 Выбор сечений проводов и жил кабелей (2 часа) (Лекция 7)

Тема 2.1. Выбор сечений проводов и жил кабелей 35 Варианты схем внешнего электроснабжения Схема внешнего электроснабжения при получении электроэнергии от подстанции энергосистемы Схема внешнего электроснабжения при получении электроэнергии от шин генераторного напряжения

Тема 2.1. Выбор сечений проводов и жил кабелей 36 Маркировка кабелей из сшитого полиэтилена А алюминиевая жила (без обозначения – медная жила); Пв изоляция из сшитого полиэтилена; П оболочка из полиэтилена; Пу оболочка из полиэтилена увеличенной толщины; В оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката; Внг-LS оболочка из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности («LS» Low Smoke – низкое дымо- и газовыделение); г продольная герметизация водоблокирующими лентами; 2г двойная герметизация (водоблокирующими лентами и алюмополиэтиленовой лентой)

37 Тема 2.2 Расчет токов короткого замыкания (2 часа) (Лекция 8)

Тема 2.2. Расчет токов короткого замыкания 38 Кривые для определения коэффициента затухания периодической слагающей тока КЗ

Тема 2.2. Расчет токов короткого замыкания 39 Характерная схема цеховой электрической сети для расчета токов КЗ

40 Тема 2.3 Выбор аппаратов и токоведущих устройств в электрических установках (2 часа) (Лекция 9)

Тема 2.3. Шины и шинопроводы в системах электроснабжения 41 Условия выбора разъединителей (отделителей и короткозамыкателей) Расчетный параметр цепи Каталожные данные разъединителя Условие выбора U уст I раб(max) i у B к U ном I ном I m дин I m ; t m U уст U ном I раб(max) I ном i у I m дин B к Примечание. I т дин амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания

Тема 2.3. Шины и шинопроводы в системах электроснабжения 42 Условия выбора предохранителей выше 1 кВ Расчетный параметр защищаемой цепи Номинальные параметры предохранителя Условие выбора U уст I раб(max) I п0 U ном I ном I откл н U уст U ном I раб(max) I ном I п0 I откл н

Тема 2.3. Шины и шинопроводы в системах электроснабжения 43 Условия выбора трансформатора тока Расчетный параметр цепи Каталожные данные трансформатора тока Условие выбора U уст U ном U уст U ном I раб(max) I ном I раб(max) I ном iуiу I m дин или К дин i у I m дин или i у BкBк I т ; t т или К т ; I 1 ном B к или B к (К т I 1ном ) 2 t Z2Z2 Z 2ном Z 2 Z 2ном

44 Тема 2.4 Шины и шинопроводы в системах электроснабжения (2 часа) (Лекция 10)

Тема 2.4. Шины и шинопроводы в системах электроснабжения 45 Расположение шин на изоляторах а – плашмя б – на ребро

Тема 2.4. Шины и шинопроводы в системах электроснабжения 46 Схемы цеховой сети, выполненной комплектными шинопроводами 1 магистральный шинопровод; 2 распределительный шинопровод; 3 ответвительная секция магистрального шинопровода; 4 вводная коробка; 5 ответвительная коробка

47 Тема 2.5 Установки наружного и внутреннего освещения (2 часа) (Лекция 11)

Тема 2.5. Установки наружного и внутреннего освещения 48 Схемы размещения светильников а – накаливания б – люминисцентные

Тема 2.5. Установки наружного и внутреннего освещения 49 Разновидности схем питающих осветительных сетей а – радиальная б – магистральная в – радиально-магистральная

50 Тема 2.6 Защитные методы электробезопасности. Режим нейтрали источников и приемников электроэнергии, заземляющие устройства (2 часа) (Лекция 12)

Тема 2.6. Защитные меры электробезопасности и заземление 51 Прикосновение к сети с заземленной нейтралью а – двухполюсное б – однополюсное

Тема 2.6. Защитные меры электробезопасности и заземление 52 Прикосновение в сети с изолированной нейтралью а – двухполюсное; б – однополюсное при несовершенной изоляции; в – однополюсное при пробое фазы на корпус; г – однополюсное при одновременном замыкании на землю одной из двух фаз

53 Тема 3.1 Пуск и самозапуск электрических двигателей (1,5 часа) (Лекция 13)

Тема 3.1. Пуск и самозапуск электрических двигателей 54 Пуск и самозапуск электрических двигателей а – схема подключения АДб – схема замещения АД

Тема 3.1. Пуск и самозапуск электрических двигателей 55 Зависимость параметров обмотки ротора АД (А ) от скольжения

Тема 3.1. Пуск и самозапуск электрических двигателей 56 Расчетная схема узла промышленной комплексной нагрузки с АД

57 Тема 3.2 Качество электрической энергии (2 часа) (Лекция 13-14)

Тема 3.2. Качество электрической энергии 58 Установленные ГОСТ 13109–97 нормы ПКЭ

59 Провал напряжения (а) и осциллограмма провала напряжения с переходом напряжения на новый уровень и возвращением на предшествующий или близкий к нему уровень скачком с высокочастотными составляющими (б) 59 Тема 3.2. Качество электрической энергии

60 (Лекция 14-15) Тема 3.3 Компенсация реактивной мощности

61 Компенсация реактивной мощности а – cхема одного или двух полупериодных выпрямителей, работающих на активную нагрузку б – сдвиг первой гармонии при = 0 61 Тема 3.3. Компенсация реактивной мощности

62 Компенсация реактивной мощности а – схема фазоуправляемого тиристорного регулятора б – кривые тока i(t), напряжения u(t) при угле управления а 0 а б

Тема 3.3. Компенсация реактивной мощности 63 Определение оптимальных значений потребляемой Q

64 Тема 3.4 Организация электропотребления (Лекция 15-16)

65 Потребитель и электроснабжающая организация Взаимоотношение потребителя и энергоснабжающей организации включает : технические условия на технологическое присоединение к электрическим сетям субъекта электроэнергетики и юридическое разграничение ответственности и установление границы раздела предприятие – энергосистема (6 УР системы электроснабжения); договорные отношения по параметрам и времени электропотребления с выделением величины активных мощностей и электроэнергии; соблюдение потребителем Правил устройств электроустановок, Правил технической эксплуатации и технической безопасности и других законодательных, директивных, нормативных, регламентирующих документов, которые всегда разрабатывались и будут разрабатываться субъектами электроэнергетики и разработчиками (изготовителями) электротехнической продукции Тема 3.4. Организация электропотребления

66 Динамика рангового Н-распределения электропотребления предприятий республики Хакасия A 1 = А max (1) – константа где A i – электропотребление объекта с r = 1, t – временной ряд, а 1, b 1, β 0, Т – константы аппроксимирующих уравнений. β – характеристический показатель A(x)=A 1 /x β

67 Тема 3.5 Энергосбережение на промышленных предприятиях (1,5 часа) (Лекция 16)

Тема 3.5. Энергосбережения на промышленных предприятиях 68 Энергетические балансы Энергобалансы, в зависимости от их функционального назначения, классифицируются по следующим признакам: время разработки; объект энергопотребления; целевое назначение; совокупность видов анализируемых потоков энергии; способ разработки и форма их составления. Энергобаланс по своему целевому назначению обеспечивает анализ различных технологий; производств; отопления; освещения, вентиляции и других направлений энергопотребления.

Тема 3.5. Энергосбережения на промышленных предприятиях 69 Энергосбережение на промышленных предприятиях Цены на электроэнергию долл/кВтч Перекрестное субсидирование за рубежом: 1 – данные для промышленности; 2 – бытовые потери

Тема 3.5. Энергосбережения на промышленных предприятиях 70 Энергосбережение на промышленных предприятиях Цены на электроэнергию долл/кВтч Перекрестное субсидирование за рубежом: 1 – данные для промышленности; 2 – бытовые потери

71 Тема 3.6 Инвестиционное проектирование объектов электрики (1 час) (Лекция 17)

Тема 3.6. Инвестиционное проектирование объектов электрики 72 Схема техноэволюции

73 Концептуальная схема оценки эффективности инвестиционного проекта Оценка общественной значимости проекта -+ Оценка общественной значимости проекта -+ Оценка общественной значимости проекта -+ Оценка общественной значимости проекта -+ Рассмотрение и оценка вариантов поддержки проекта. Оценка коммерческой эффективности с учетом поддержки - + Проект неэффективен Первый этап. Эффективность проекта в «целом» Второй этап 73 Тема 3.7. Рекомендации по оценке эффективности инвестиционного проекта

Концептуальная схема оценки эффективности инвестиционного проекта Оценка эффективности проекта для каждого участника -+ Определение организационно-экономического механизма реалиазации проекта и состава его участников. Разработка схемы финансирования, обеспечивающей финансовую реализуемость для каждого участника -+ Проект неэффективен Второй этап. Эффективность участия в проекте Конец расчета 74 Тема 3.7. Рекомендации по оценке эффективности инвестиционного проекта