Характеристики электрического оборудования станций и подстанций Лекции28 часов Лабораторные занятиянет Практические занятиянет Самостоятельная работа (внеаудиторная) - презентация

1 Характеристики электрического оборудования станций и подстанций Лекции28 часов Лабораторные занятиянет Практические занятиянет Самостоятельная работа (внеаудиторная) 27 часов Общая трудоемкость54 часа Экзамен!

2 2 Основные Направления и Задачи курса Главная задача электроэнергетики --- получение и передача электроэнергии до потребителя. Задачей курса «Характеристики электрического оборудования станций и подстанций" будет изучение энергетического оборудования с точки зрения его принципа работы, устройства и продолжительной работы в условиях эксплуатации.

3 3 В процессе разработки и эксплуатации электрооборудования станций и подстанций приходится решать две главные проблемы: обеспечение изоляции токоведущих элементов друг от друга и от "земли" и обеспечение теплового режима в соответствии с температурой окружающей среды и характеристиками используемых материалов. Основные проблемы при создании высоковольт- ного оборудования

4 4 1. На протяжении всего срока службы изоляция находится под воздействием рабочего напряжения, которое нормируется стандартами. Кроме этого она подвергается воздействию перенапряжений, а также испытывает а) механические, б) термические и в) иные воздействия. В результате всех этих воздействий изоляция подвергается старению. Эта проблема решается индивидуально для каждого типа оборудования.

5 5 Первая проблема при создании высоковольтного оборудования обеспечение работоспособности изоляции в течение всего срока службы. Так как эта проблема решается индивидуально для каждого типа оборудования, то целесообразно классифицировать оборудование по его функциональному назначению.

6 6 Структура энергетического оборудования высокого напряжения Энергетическое оборудование высокого напряжения Источники активной и реактивной мощности Преобразо вательные установки Аппараты высокого напряжения Компенси- рующие аппараты Электро- двигатели Актив- ные нагруз- ки

7 7 Источники активной и реактивной мощности Генераторы переменног о тока пром. частоты Генераторы постоянного тока Синхронные компенсато- ры Генераторы высокой частоты Генераторы низкой частоты Импульсные генераторы Генерирующие установки специального назначения

8 8 Преобразовательные установки Преобразова- тельные установки высокого напряжения переменного тока Трансфор- маторы Преобразователь ные установки высокого напряжения постоянного тока

9 9 Аппараты высокого напряжения Коммутационные аппараты Измерительные аппараты Ограничивающие аппараты

10 10 Коммутационные аппараты Выклю- чатели Выключа- тели нагрузки Разъеде- нители Коротко- замыка- тели Отдели- тели

11 11 Измерительные аппараты Трансформа- торы тока Трансформаторы напряжения Делители

12 12 Ограничивающие аппараты Предохра- нители РеакторыРазрядникиОПН

13 13 Компенсирующие аппараты Управляемые шунтирующие реакторы Неуправляе- мые шунтирую- щие реакторы Косинусные конденсатор- ные установки

14 14 Электродвигатели АсинхронныеСинхронныеПостоянного тока

15 15 Активные нагрузки Нагреватели разного вида

16 16 По функциональному назначению оборудование весьма разнообразно. Условия эксплуатации и, соответственно, воздействующие факторы на оборудование различны.

17 17 2. Вторая проблема: обеспечение теплового режима.

18 18 Объединяющим фактором во всем многообразии высоковольтных установок является единство цели обеспечение безаварийной работы всего оборудования в целом, всей энергосистемы.

19 19 Изоляция электрических устройств делится на внешнюю и внутреннюю. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки и части изоляционных конструкций, которые соприкасаются с атмосферой (с атмосферным воздухом). Внутренняя изоляция находится внутри корпуса устройства, она состоит из комбинации различных диэлектриков газообразных, жидких, твердых.

20 20 Под влиянием электрического поля в процессе эксплуатации, как правило, происходит деградация изоляции, т. е. ухудшение ее диэлектрических свойств. Причем, характер повреждения и последствия повреждения изоляции различны для внутренней и внешней изоляции. Это необходимо учитывать как при разработке устройств, так и в процессе эксплуатации. Отсюда вытекает важный элемент в процессе создания и эксплуатации любого оборудования человеческий фактор.

21 21 Задача разработчика создать современное оборудование, с учетом длительной эксплуатации и обеспечить его надежность в течение всего срока эксплуатации. Задача эксплуатации обеспечить безаварийную эксплуатацию и умело прогнозировать его пригодность к дальнейшей эксплуатации путем периодических профилактических проверок состояния элементов изоляции.

22 22 Основная проблема, которая встает в процессе создания новых видов изделий высоковольтного оборудования координация изоляции. Под координацией изоляции в высоковольтной технике понимается комплексное решение вопросов оценки возможных перенапряжений с учетом их статистического характера, выбора защитных средств и изоляционных конструкций

23 23 Задача координации изоляции: согласование характеристик защитных устройств и характеристик изоляции в различных условиях работы.

24 24 Например, выдерживаемые напряжения подстанционного оборудования скоординированы с пробивным и остающимся напряжением разрядников. Усовершенствование разрядников (снижение остающегося напряжения) позволяет снизить нормируемые выдерживаемые напряжения защищаемой изоляции, в частности, трансформаторов.

25 25 20 век – век машин и систем высокой конструктивной сложности. Из теории надежности известно, чем сложнее устройство, тем выше вероятность выхода его из строя. Каждый выход оборудования из строя называется отказом в работе или просто отказом. Каждый отказ может привести к аварии. Чем сложнее устройство, тем выше вероятность аварии.

26 год тяжелая авария на 2-ом блоке АЭС ТМJ в США, 1984 год утечка ядовитых газов в Индии, 1986 год взрыв "Челенджера", 1986 год разрушение 4-го блока Чернобыльской АЭС, 2001 год гибель подводной лодки "Курск", 2003 год взрыв "Колумбии«, 2009 год авария на СШ ГЭС.

27 27 Человеческие жертвы, радиоактивные заражения, огромные экономические потери вот характерные результаты отказов сложных систем.

28 28 В последнее время все больше встает проблема влияния устройств, созданных и создаваемых человеком на окружающую среду. В этой части необходимо отметить экологическую безопасность в процессе производства, эксплуатации и утилизации отработавшего оборудования. Например, элегаз очень перспективен для применения в качестве дугогасящей среды в высоковольтных выключателях, однако, элегаз вызывает изменения в ионосфере нашей планеты, что опасно для жизни на земле. Решения этого противоречия пока нет. Глобальная задача создавать оборудование экологически безопасное на всех этапах его существования.

29 29 1. Источники активной и реактивной мощности К источникам активной и реактивной мощности принято относить турбо- и гидрогенераторы, синхронные компенсаторы и двигатели большой мощности с номинальным напряжением 3 кВ и более. Как правило, это очень дорогостоящее оборудование.

30 30 Структура производителей электроэнергии

31 31 Можно уверенно назвать два основных типа генераторов электрической энергии: турбогенераторы и гидрогенераторы.

32 Классы генерирования напряжения и номинальная частота Главными параметрами, служащими принципиальной основой проектирования и конструирования электротехнических изделий всех видов и назначений электрических устройств, электроустановок являются номинальные напряжения, частоты и токи, устанавливаемые государственными стандартами.

33 33 Стандарты напряжения, частоты и тока определены комплексом стандартов, приведем только два: ГОСТ "Ряды номинальных напряжений постоянного и переменного тока"; ГОСТ "Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В".

34 34 ГОСТ наибольшие междуфазные рабочие напряжения ГОСТ устанавливает номинальные междуфазные напряжения трехфазного тока свыше 1000 В электрических сетей, источников и приемников электрической энергии общего назначения, а также их наибольшие междуфазные рабочие напряжения, которые длительно допустимы по условиям работы изоляции электрооборудования для каждого класса напряжения.

35 35 Номинальные значения частот установлены ГОСТ Для источников энергии : 50, 400, 1000, 6000, Гц. 50 Гц Электроэнергия в РФ производится главным образом в виде переменного тока стандартной частоты 50 Гц. Часть производимой электроэнергии преобразуется для технологического использования и других целей в переменный ток повышенной частоты.

36 36 50 Гц стандартная промышленная частота; 100, 150 Гц электропривод деревообрабатывающих станков; 200 Гц переносный электроинструмент; 300 Гц электропривод в машиностроении; 400 и 500 Гц для гироскопических приборов; 1000, 2000 и 2400 Гц электропривод в машиностроении и в технологических процессах нагрева и плавки металла. Качество электроэнергии (номинальное напряжение, частота), отпускаемой электрическими станциями, нормируется ГОСТ

37 Генераторы переменного тока промышленной частоты История развития электромашиностроения, начиная со времени открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831 год) и до середины 80-х годов 19-го столетия, представляет собой по существу историю развития машины постоянного тока. Затем в процессе развития электротехники и электроэнергетики ситуация изменилась в сторону машины переменного тока.

38 38 Достаточно подробно принцип работы генератора переменного тока изложен в кн.: Петров Г. Н. Электрические машины. В 3-х частях. Ч. 1 Введение. Трансформаторы. Учебник для вузов. М., Энергия, В настоящее время основным производителем электрической энергии является машина переменного тока.

39 39 Принцип действия машины переменного тока

40 40 Напряжение, которое получается на выходе генератора, имеет вид периодической кривой, колеблющейся во времени относительно нулевого значения. Если принять поток индукции В везде однородным, то э. д. с. и ток активной нагрузки будут иметь вид синусоиды. Направление наводимой э. д. с. определяется по правилу "правой руки".

41 41 Элемент машины переменного тока, который создает магнитный поток, называют индуктором. Элемент машины, в котором наводится э. д. с., называют якорем.

42 42 Принцип действия трехфазной синхронной машины 1 – обмотки статора; 2 – обмотки ротора

43 43 При вращении ротора поле обмотки 2, будет наводить в обмотке статора 1 (якоря) переменную э. д. с. с частотой f, которую можно определить по формуле: n число оборотов ротора в минуту, а в секунду

44 44 Если ротор имеет не одну пару полюсов (север, юг), а в общем случае p пар, то при той же частоте вращения ротора частота тока будет в р раз больше:

45 45 Ротор четырехполюсный

46 46 В России принят стандарт: частота изменения э. д. с. 50 Гц. Один период переменной э. д. с. в обмотке статора соответствует одному обороту ротора для двухполюсной машины, поэтому частота э. д. с. равна частоте оборотов ротора в минуту

47 47 Электрическая машина, у которой частота генерируемого тока зависит от частоты вращения ротора и прямопропорциональна последней, называется синхронным генератором.

48 48 Роторы турбогенераторов выполняют явнополюсными и неявнополюсными

49 49

50 50

51 51

52 52 Общий вид современных генераторов Общий вид турбогенератора: 4 ротор; 5 сердечник статора; 7 корпус турбогенератора; 8 охладитель; 9 возбудитель; 11 охладитель возбудителя; 12 маслопровод к подшипнику

53 53 Общий вид современного гидрогенератора: 1 контактные кольца; 2 возбудитель; 3 втулка ротора; 4 обод ротора; 5 полюс; 6 верхняя крестовина; 7 обмотка статора; 8 сердечник статора; 9 корпус статора; 10 тормоз-домкрат; 11 нижняя крестовина; 12 масляная ванна подпятника; 13 подпятник; 14 вал; 15 воздухоохладитель

54 54 Номинальные напряжения генераторов в настоящее время достигает 20 кВ. При постоянной тенденции увеличения единичных мощностей генераторов до 1000 МВт и более номинальное напряжение 20 кВ оказывается уже недостаточным, т. к. из-за огромных рабочих токов осуществление передачи энергии от генератора к трансформатору становится крайне затруднительным.

55 55 Ведутся работы по созданию гидрогенераторов на 110 кВ, турбогенераторов на 30 кВ.