Учебная нагрузка Группы: ЗЭЭ-510 ЗЭЭ-520 ЗЭЭ-530 ЗЭЭ-540 12 часов лекций (6 пар) + 4 часа лабораторных работ (2 пары) Всего аудиторных занятий: Вид итогового. - презентация

1 Учебная нагрузка Группы: ЗЭЭ-510 ЗЭЭ-520 ЗЭЭ-530 ЗЭЭ часов лекций (6 пар) + 4 часа лабораторных работ (2 пары) Всего аудиторных занятий: Вид итогового контроля: ЭКЗАМЕН Домашнее задание: Расчётно-графическая работа

2 ПЭЭ-5 й курс заочники 1. Конспект лекций (папка). 2. Методическое пособие (папка). 3. Презентации (папка). 4. РГР (папка). 5. Контрольные вопросы к экзамену (документ).

3 РГР Тема: Проектирование электроснабжения микрорайона ЗАДАНИЕ: 1. Определить расчетные электрические нагрузки жилищных зданий, расчет нагрузок общественных зданий и расчет нагрузки наружного и внутриквартального освещения. 2. Определить месторасположения ТП, количества и мощности трансформаторов. 3. Определить схемы электроснабжения. 4. Определить сечения кабельных линий.

4 Папка РГР 1. Варианты на РГР 5 курс ( год). 2. ГОСТЫ и нормы. 3.Примеры. 4. Пособие по выполнению РГР.

5 Цели и задачи преподавания дисциплины Дисциплина "Потребители электрической энергии" является специальной дисциплиной в системе подготовки инженера-электрика по специальности – «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений». Основная цель преподавания дисциплины состоит в том, чтобы будущий специалист обладал знаниями, умениями и навыками в области потребления электрической и тепловой энергии, наиболее характерных технологических процессов, а также эксплуатации установок и электрооборудования.

6 В результате изучения дисциплины студент должен: Иметь теоретическую и практическую подготовку инженера-электрика специальности в области потребления электрической и тепловой энергии; Иметь навыки расчета основных характеристик приемников электрической энергии; Понимать электротехнические процессы, протекающие в потребителях и приемниках электрической энергии; Знать классификацию потребителей электрической и тепловой энергии, характеристики групп потребителей электрической и тепловой энергии; Знать влияние потребителей электрической и тепловой энергии на питающую сеть при их совместном подключении;

7 В результате изучения дисциплины студент должен: Знать режимы работы потребителей электрической энергии и энергосилового оборудования промышленных предприятий, способы достижения рациональных режимов электропотребления; Знать теоретические основы и принципы работы различных тепловых машин; Уметь составлять электрические схемы с учетом особенностей потребителей электрической энергии; Уметь рассчитывать режимы работы отдельных потребителей и приемников электрической и тепловой энергии; Разбираться в вопросах монтажа, наладки и эксплуатации электрооборудования

8 Энергетическая система (энергосистема) Энергетическая система (энергосистема) это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.электростанцийэлектрическихтепловых

9 Энергетическая система

10 Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций, линий энергетической сети и приемников электроэнергии, называется электроэнергетической системой. Электрическими сетями называются части электроэнергетической системы, состоящие из подстанций и линий электропередачи постоянного и переменного тока различных напряжений. Электрическая сеть служит для передачи и распределения электрической энергии от места ее производства к местам потребления. Структура электроэнергетической системы

11 Особенности ЭЭС 1. Производство, преобразование, перераспределение, потребление электроэнергии процессы взаимосвязанные. Аккумулировать электроэнергию в промышленных масштабах невозможно. 2. Быстрота переходных процессов и переходов режимов работы. 3. ЭЭС осуществляет функционирование всех остальных систем.

12

13 Единая энергетическая система России (ЕЭС России) состоит из 69 региональных энергосистем, которые, в свою очередь, образуют 7 объединенных энергетических систем: Востока,Сибири, Урала, Средней Волги, Юга, Центра и Северо-Запада.(ЕЭС России)Востока СибириУрала Средней Волги ЮгаЦентра Северо-Запада Все энергосистемы соединены межсистемными высоковольтными линиями электропередачи напряжением кВ и выше и работают в синхронном режиме (параллельно). В электроэнергетический комплекс ЕЭС России входит около 700 электростанций мощностью свыше 5 МВт. На конец 2012 года общая установленная мощность электростанций ЕЭС России составила ,83 МВт. Единая энергетическая система России

14 Ежегодно все станции вырабатывают около одного триллиона кВт ч электроэнергии. В 2012 году электростанции ЕЭС России выработали 1 032,1 млрд. кВт ч (на 1,3% больше, чем в 2011 году). Сетевое хозяйство ЕЭС России насчитывает более линий электропередачи класса напряжения 110 – 1150 кВ. Управление электроэнергетическими режимами 7 энергообъединений и энергосистем, расположенных на территории 79 субъектов Российской Федерации осуществляют филиалы ОАО «СО ЕЭС» объединенные и региональные диспетчерские управления соответственно.филиалы ОАО «СО ЕЭС» Единая энергетическая система России

15 Параллельно с ЕЭС России работают энергосистемы Азербайджана, Белоруссии, Грузии, Казахстана, Латвии, Литвы, Молдавии, Монголии, Украины и Эстонии. Через энергосистему Казахстана параллельно с ЕЭС России работают энергосистемы Центральной Азии - Киргизии и Узбекистана. Через устройство Выборгского преобразовательного комплекса совместно (несинхронно) с ЕЭС России работает энергосистема Финляндии, входящая в энергообъединение энергосистем Скандинавии НОРДЕЛ.НОРДЕЛ Кроме того, параллельно с энергосистемами Норвегии и Финляндии работают отдельные генераторы ГЭС Кольской и Ленинградской энергосистем, а также один из блоков Северо-Западной ТЭЦ. ОАО «СО ЕЭС», являясь координатором параллельной работы энергосистем, обеспечивает регулирование частоты в энергообъединении стран – участниц синхронной зоны. Единая энергетическая система России

16

17 Структура потребителей В зависимости от выполняемых функций, возможностей обеспечения схемы внешнего электроснабжения, величины и режимов потребления электроэнергии и мощности, тарифов и систем расчетов за электроэнергию, особенностей правил пользования электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие условные группы: Промышленные и приравненные к ним потребители Производственные сельскохозяйственные потребители Общественно- коммунальные потребители Оптовые потребители- перепродавцы Бытовые потребители

18 Структура поставок энергии потребителям за 2005 год

19

20 Группы потребителей Полезный отпуск электроэнергии тыс. Квт*ч Доля в полезном отпуске % 1. Промышленные и приравненные к ним потребители с присоединённой мощностью 750 кВА и выше % 2. Промышленные и приравненные к ним потребители с присоединённой мощностью до 750 кВА % 3. Непромышленные потребители % 4. Производственные сельскохозяйственные потребители % 5. Население городское % 6. Население сельское % 7. Городские населенные пункты, рассчитывающиеся по общему счетчику % 8. Сельские населенные пункты, рассчитывающиеся по общему счетчику % 9. Итого отпущено потребителям % 9.1. В т. ч. высокое напряжение (110 кВ) % 9.2. среднее I (35 кВ) % 9.3. среднее II (6,10 кВ) % 9.4. низкое (0,4 кВ) % Структура поставок энергии потребителям за 2009 год

21 Промышленные потребители электрической энергии К промышленным потребителям относят: строительные предприятия за исключением предприятий строительных колхозов и совхозов, предприятия всех видов транспорта, сельскохозяйственной техники, шахты, рудники, карьеры, нефть- газопромыслы, предприятия материал о обеспечения и обслуживания, предприятия связи, коммунального хозяйства и бытового обслуживания. Предприятия являются самыми энергоемкими. Доля промышленности в суммарном потреблении электроэнергии составляет 65%, из них 70% - силовые приводы, а остальные на технические нужды, транспорт 8%. Всего электрифицировано 30% транспорта, из всего железнодорожного 55%.

22 Производственные сельскохозяйственные потребители К группе относят предприятия, комбинаты, фабрики, заводы, лесхозы, рыбхозы, питомники, фермы, станции, производящие сельскохозяйственную продукцию. Здесь же оросительные системы, свинофермы и оранжереи, а также мастерские и станции по ремонту сельскохозяйственной техники и ферм.

23 Оптовые потребители- перепродавцы К группе относят специальные предприятия, имеющие на своем эксплуатаций трансформаторные станции. Оптовые потребители перепродавцы являются посредниками между энергосистемой и потребителями. Они имеют на эксплуатации подстанции, потребляющие часть энергии, освобождают от забот по эксплуатации электролиний и подстанций.

24 Бытовые потребители. К группе бытовых потребителей относятся наряду с населением относятся подсобные, приусадебные, индивидуальные, садовые участки и дачи, находящиеся в личном пользовании, гаражи для личных машин, личные мастерские художников и скульпторов, а также освещение дворов, лестниц и номерных фонарей. Рассматриваемая группа потребителей - самая многочисленная и самая неблагоприятная с точки зрения несовершенства систем учета и возможностей хищения электроэнергии. Бытовые потребители оплачивают потребленную электроэнергию по одноставочному тарифу, установленному для населения независимо от мощности и назначения применяемых в быту электроприемников. Тариф для бытовых потребителей пользующихся электроплитами несколько ниже чем для остальных. Бытовое электропотребление из года в год увеличивается за счет внедрения разнообразных бытовых электроприборов. Характерной особенностью указанной группы потребителей является совместная с жилищной организацией ответственность перед энергосистемой по некоторым вопросам энергопотребления и расчетам за электроэнергию.

25 Общественно-коммунальные потребители Группа охватывает государственные учреждения, предприятия торгового и общественного питания, больницы, поликлиники, сады-ясли, учебные заведения, речные и аэровокзалы, аэропорты, музеи, театры и др. непроизводственные предприятия. Крупными потребителями электрической энергии в сфере ЖКХ являются бюджетные организации и предприятия ЖКХ (общественное питание, коммунально-бытовое обслуживание и др.). К группе бюджетно-финансируемых организаций относятся учреждения здравоохранения, детские дошкольные учреждения, учебные заведения (высшие, средние и специальные), учреждения культуры и искусства, физкультурные и спортивные учреждения, учреждения МВД и Минобороны, административные учреждения (научно-исследовательские и проектные институты, административно-производственные учреждения, общественные организации и т.п.). В городах и городских поселениях значительная доля электрической энергии, потребляемой в ЖКХ, расходуется на привод механизмов систем тепло - водоснабжения и водоотведения.

26 Классификация электроприёмников и потребителей электрической энергии Электроприемник – устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии для ее использования (осветительные лампы, двигатели и т. д.). Электроприемник или группа электроприемников, связанных технологическим процессом и размещенных на определенной территории, называется потребителем электрической энергии (станок, цех, завод и т. д.).

27 Классификация электроприемников Электроприемники в практике электроснабжения удобно классифицировать по следующим признакам: по надежности электроснабжения; по роду тока; по напряжению; по режиму работы.

28 По надежности электроснабжения 1 категория – электроприёмники перерыв электроснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, повреждению опасного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприёмников 1 категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения основного оборудования.

29 По надежности электроснабжения Электроприёмники 1 категории – должны обеспечиваться электрической энергией от двух независимых взаимно- резервирующих источников питания и перерыв в электроснабжении, при нарушении электроснабжения от одного из источников питания, может быть допущен только на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы, 1 категории, должно быть предусмотрено питание от третьего независимого источника питания и в качестве двух независимых источников питания для остальных приёмников 1 категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.д. …

30 По надежности электроснабжения Электроприёмники 2 категории – рекомендуется обеспечивать электрической энергией от двух независимых взаимно- резервирующих источников питания. Для данной категории, при нарушении электроснабжении от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время необходимое для включения резервного питания, действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание по воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность аварийного ремонта за время не более одних суток. Кабельные вставки должны быть выполнены двумя кабелями, каждый из которых выбирают по максимальному длительному току воздушной линии. 2 категория – электроприёмники перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

31 По надежности электроснабжения 3 категория – остальные электроприёмники не подходящие под определения 1 и 2 категории. Для электроприёмников 3 категории – электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерыв в электроснабжении необходимый для ремонта или замены поврежденных элементов системы электроснабжения не превысит одних суток.

32 По роду тока электроприемники, работающие от сети промышленной частоты (50, 60 Гц) большинство электроприемников; электроприемники, работающие от сети повышенной (пониженной) частоты; электроприемники, работающие от сети постоянного тока. Установки повышенной частоты применяются, например, для нагрева диэлектриков. Повышение частоты используется также в технологиях, требующих высокие скорости вращения (n = об/мин; f = 133–400 МГц). Пониженная частота используется в металлургии. Постоянный ток используется в транспорте, для электролиза и др.

33 По напряжению до 1 кВ и выше 1 кВ – переменный ток. до 1,5 кВ и выше 1,5 кВ – постоянный ток. Номинальное напряжение электроприемника определяет величину его мощности. Мощные электрические двигатели используются для привода насосных, компрессорных агрегатов. При выборе типа электрического двигателя большое значение имеет мощность и напряжение: при напряжении до 1 кВ и мощности до 100 к Вт экономичнее использовать асинхронные двигатели; свыше 100 к Вт – синхронные двигатели; при напряжении 6 кВ и мощности до 300 к Вт – асинхронные двигатели; при напряжении 6 кВ и мощности больше 300 к Вт – синхронные двигатели. В настоящее время на практике чаще всего используются асинхронные электродвигатели.

34 По режиму работы По режиму работы в соответствии с ГОСТ 183–74 электроприемники классифицируют на 8 режимов. Но для решения практических задач по определению электрических нагрузок, как правило, используют 3 следующих характерных режима работы электроприемников: Продолжительный режим работы электроприемника соответствует номинальной неизменной нагрузке, продолжающейся столь долго, что температура τ его частей достигает установившихся значений. Установившейся температурой считается температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1 °С; Кратковременный режим работы (ПКР) электроприемника характеризуется тем, что он работает при номинальной мощности в течение времени, за которое его температура не успевает достичь установившейся. При отключении электроприемник длительно не работает, и его температура снижается до температуры окружающей среды; Повторно-кратковременный режим работы электроприемника – режим, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами.

35 Потребители электрической энергии классифицируются по суммарной установленной мощности электроприемников; по принадлежности к отрасли промышленности; по тарифной группе; по категории энергетической службы.

36 По суммарной установленной мощности электроприемников По суммарной установленной мощности (Р уст ) электроприемников различают следующие потребители электроэнергии: малые, Р уст < 5 МВт; средние, 5 МВт Р уст 75 МВт; крупные, Р уст > 75 МВт.

37 По принадлежности к отрасли промышленности По принадлежности к отрасли промышленности потребители электроэнерги бывают: Металлургические; Химические; Нефтехимические; легкой промышленности; Машиностроения; Горнорудные.

38 По тарифной группе По тарифной группе различают 2 группы потребителей электроэнергии, отличающиеся условиями выбора компенсирующих устройств, а также условиями расчетов за электроэнергию: I тарифная группа – потребители, установленная (присоединенная) мощность трансформаторов которых S тр 750 кВ · А. Выбор компенсирующих устройств осуществляется при проектировании (реконструкции) одновременно с выбором всех элементов системы электроснабжения. При этом потребители данной группы рассчитываются за электроэнергию по двухставочному либо многоставочному тарифам; II тарифная группа – присоединенная мощность трансформаторов которых S тр 750 кВ · А. Мощность компенсирующих устройств таких потребителей устанавливается энергоснабжающей организацией. Оплата за электроэнергию, как правило, осуществляется по одноставочному тарифу.

39 По категории энергетической службы О масштабах и сложностях энергетического хозяйства потребителей можно судить по суммарной годовой трудоемкости ремонтов и обслуживания электрооборудования. Чем выше эта трудоемкость (чел · ч), тем сложнее энергетическое хозяйство. И в зависимости от этого показателя потребители электроэнергии классифицируются на 12 групп.

40 Характеристики электроприёмников Характеристики электроприёмников Основными характеристиками электроприёмников являются: 1. Номинальная мощность Р н (S н, Q н ); 2. Номинальный коэффициент мощности cos φ ; 3. Номинальный КПД η н ; 4. Номинальная продолжительность включения ПВ н ; 5. Номинальное напряжение U н ; 6. Номинальная частота f н ; 7. Номинальный ток I н.

41 Показатели качества электрической энергии Качество электрической энергии нормируется ГОСТом по следующим параметрам: Отклонение напряжения, Колебания напряжения, Синусоидальность напряжения, Несимметрия напряжения Отклонение частоты питающего тока, Провалы напряжения, Импульс напряжения, Временное перенапряжение.

42 Характерные типы электроприемников Наиболее характерными типами ЭП, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях применяется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.

43 Электродвигатели Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели. Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 к Вт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 к Вт - синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 к Вт - асинхронные двигатели, а выше 300 к Вт - синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 к Вт - асинхронные двигатели, выше 400 к Вт – синхронные. Большое распространение асинхронных двигателей обусловлено их простотой в исполнении и эксплуатации и относительно небольшой стоимостью.

44 Электрическое освещения Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения, для нужд городского освещения и т.д.

45 Электросварочные установки Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные – к сети 6 – 10 кВ.

46 Вентильные преобразователи Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети; коэффициент несинусоидальности при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.

47 Электротермические установки Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа ЭП также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений (последнее происходит в связи с падениями напряжения на сопротивлениях сети от токов разных последовательностей). Кроме того, дуговые печи, как и вентильные установки, являются нелинейными ЭП с малой инерционностью. Поэтому они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

48 Отклонение напряжения Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу асинхронных двигателей (АД), являющихся наиболее распространенными приемниками электроэнергии в промышленности. Механическая характеристика двигателя при номинальном (М1) и пониженном (М2) напряжениях.

49 Влияние отклонения напряжения на лампы накаливания Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью, световым потоком, световой отдачей (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы.Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. При отклонениях напряжения на 10% эти характеристики приближенно можно описать следующими эмпирическими формулами:

50 Влияние отклонения напряжения на лампы накаливания Из кривых на рисунке видно, что со снижением напряжения наиболее заметно падает световой поток. При повышении напряжения сверх номинального увеличивается световой поток F, мощность лампы P и световая отдача h, но резко снижается срок службы ламп Т и в результате они быстро перегорают. При этом имеет место и перерасход электроэнергии. Зависимости характеристик ламп накаливания от напряжения: 1 – потребляемая мощность, 2 – световой поток, 3 – световая отдача, 4 – срок службы.

51 Влияние отклонения напряжения на электрические печи Электрические печи чувствительны к отклонениям напряжения. Понижение напряжения электродуговых печей, например, на 7 % приводит к удлинению процесса плавки стали в 1,5 раза. Повышение напряжения выше 5% приводит к перерасходу электроэнергии. Отклонения напряжения отрицательно влияют на работу электросварочных машин : например, для машин точечной сварки при изменении напряжения на 15% получается 100 % - ный брак продукции.

52 Влияние колебаний напряжения К числу ЭП, чрезвычайно чувствительных к колебаниям напряжения относятся осветительные приборы, особенно лампы накаливания и электронная техника. Стандартом определяется воздействие колебаний напряжения на осветительные установки, влияющие на зрение человека. Мигание источников освещения (фликер-эффект) вызывает неприятный психологический эффект, утомление зрения и организма в целом. Это ведет к снижению производительности труда, а в ряде случаев и к травматизму. Наиболее сильное воздействие на глаз человека оказывают мигания с частотой Гц, поэтому допустимые колебания напряжения в этом диапазоне минимальны - менее 0,5 %. Колебания напряжения нарушают нормальную работу и уменьшают срок службы электронной аппаратуры: радиоприемников, телевизоров, телефонно-телеграфной связи, компьютерной техники, рентгеновских установок, радиостанций, телевизионных станций и т.д. При значительных колебаниях напряжения (более 15%) могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей. Колебания напряжения с размахом 10 – 15 % могут привести к выходу из строя батарей конденсаторов, а также вентильных преобразователей.

53 Влияние несимметрии напряжений Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах ЭП появляется несимметричная система напряжений. Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить нормально допустимые значения, в то время как отклонения напряжения у ЭП других фаз будут находиться в нормируемых пределах. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, снижается надежность работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом.

54 Влияние несинусоидальности напряжения Высшие гармоники вызывают: паразитные поля и электромагнитные моменты в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают механические характеристики и КПД машины. В результате необратимых физико- химических процессов, протекающих под воздействием полей высших гармоник, а также повышенного нагрева токоведущих частей наблюдается: ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, кабелей; ухудшение коэффициента мощности ЭП; ухудшение или нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, компьютерной техники и других устройств с элементами электроники ;

55 Влияние несинусоидальности напряжения Высшие гармоники вызывают: погрешности измерений индукционных счетчиков электроэнергии, которые приводят к неполному учету потребляемой электроэнергии; нарушение работы самих вентильных преобразователей при высоком уровне высших гармонических составляющих. Наличие высших гармоник неблагоприятно сказывается на работе не только электрооборудования потребителей, но и электронных устройствах в энергосистемах. Для некоторых установок (система импульсно- фазового управления вентильными преобразователями, комплектные устройства автоматики и др.) допустимые значения отдельных гармоник тока (напряжения) указываются изготовителем в паспорте изделия.

56 Влияние отклонения частоты Электромагнитная составляющая ущерба обусловлена увеличением потерь активной мощности в электрических сетях и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Известно, что снижение частоты на 1 % увеличивает потери в электрических сетях на 2 %. Анализ работы предприятий с непрерывным циклом производства показал, что большинство основных технологических линий оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений, а их приводами служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя.

57 Влияние электромагнитных помех В системах электроснабжения общего назначения нашли широкое применение электронные и микроэлектронные системы управления, микропроцессоры и ЭВМ, что привело к снижению уровня помехоустойчивости систем управления ЭП и резкому возрастанию количества их отказов. Основной причиной отказов является воздействие электромагнитных переходных помех, возникающих при электромагнитных переходных процессах как в сетях энергосистем, так и в городских, и промышленных электрических сетях. Длительность протекания переходных процессов составляет от нескольких периодов тока промышленной частоты до нескольких секунд, а эффективная полоса частот помех может достигать десятков мегагерц.

58 Графики электрических нагрузок При проектировании систем электроснабжения выполняется ряд расчетов, результаты которых позволяют выбрать оборудование подстанций, сечение и материал проводников, наиболее экономичные способы передачи электроэнергии, конфигурацию сети и т.п. Определение расчетных электрических нагрузок и учет изменения их во времени в этом случае является исходным материалом для всего последующего проектирования. При проектировании и эксплуатации электрических сетей промышленных предприятий приходится иметь дело с различными видами их нагрузок: по активной мощности P, по реактивной мощности Q и по току. Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузки по активной, реактивной мощностям и току соответственно. Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.

59 Назначение и классификация графиков нагрузок Электрическая нагрузка характеризует потребление электрической энергии отдельными приемниками, группой приемников в цехе, цехом и заводом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок: а) активная мощность P; б) реактивная мощность Q; в) ток I.

60 Назначение и классификация графиков нагрузок В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок: а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии; б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям; в) пиковый ток – для определения колебаний напряжения, выбора устройств защиты и их уставок.

61 Электрическая нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам. Регистрировать изменения нагрузки во времени можно самопишущим прибором (рис.1). В условиях эксплуатации изменение нагрузки по активной и реактивной мощности во времени записывают, как правило, в виде ступенчатой кривой, по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии, снятым через одинаковые интервалы времени t и (рис. 2). рис.1 рис.2

62 Индивидуальные графики (p(t), q(t), i(t)), необходимы для определения нагрузок мощных приемников электроэнергии (электрические печи, преобразовательные агрегаты главных приводов прокатных станов и др.). При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики нагрузок (от графиков нагрузок нескольких приемников электроэнергии до графиков предприятия в целом). Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии предприятием, правильно и рационально выбрать питающие предприятие источники тока, а также выполнить наиболее рациональную схему электроснабжения.

63 Индивидуальные графики 1.Периодический; 2.Циклический; 3.Нециклический; 4.Нерегулярный; 5.Равномерный.

64 Периодический

65 Циклический

66 Нециклический

67 Нерегулярный

68 Групповые графики ; В зависимости от видов индивидуальных графиков и тесноты взаимосвязи между режимами работы отдельных ЭП делятся на 3 типа: 1. Периодические 2. Почти периодические 3.Нерегулярные

69 Назначение графиков нагрузок По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок предприятия. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства. Групповой график нагрузок слагается из индивидуальных графиков нагрузок приемников, входящих в данную группу. Степень регулярности групповых графиков определяется типами индивидуальных графиков и взаимосвязью нагрузок отдельных приёмников по технологическому режиму работы.

70 Показатели графиков нагрузки При решении практических задач электроснабжения очень часто отсутствуют графики электрических нагрузок. Поэтому для описания режимов энергопотребления в практике электроснабжения использу­ют систему показателей, адекватно описывающих эти графики. При этом различают физические величины и безразмерные коэффициенты графиков нагрузки. При рассмотрении индивидуальных графиков их показатели обозначаются строчными буквами (p, q, s, i, k), групповых - пропис­ными (P, Q, S, I, K).

71 Показатели графиков нагрузки Физические величины, характеризующие графики электриче­ских нагрузок: 1. P c – средняя нагрузка (Q с, S с, I с ). 2. Р ск – среднеквадратичная (эффективная) нагрузка (Q ск, S ск, I ск ). 3. Р м – максимальная нагрузка (Q м, S м, I м ): а)Р р – расчетная (максимальная длительная) нагрузка; б)Р пик – пиковая (максимальная кратковременная) нагрузка.

72 Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок Коэффициент использования – основной показатель для расчета нагрузки – это отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к её номинальному значению. Значения коэффициента использования должны быть отнесены к тому же периоду времени (циклу, году, смене), к которому отнесены мощности, на основе которых этот коэффициент вычисляется. (1)

73 Индивидуальный график активных нагрузок Для графика активных нагрузок (рис.) средний коэффициент использования активной мощности приемника за смену может быть определен из выражения (2):

74 , где Э а – энергия, потребляемая приемником за смену; Э а,возм – энергия, которая могла бы быть потреблена приемником за смену при номинальной загрузке его в течение всей смены. (2)

75 Коэффициентом включения приемника k В – называется отношение продолжительности включения приемника в цикле t В ко всей продолжительности цикла t ц. Время включения приемника за цикл складывается из времени работы t р и времени холостого хода t х : Коэффициентом включения группы приемников, или групповым коэффициентом включения K В, называется средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников, входящих в группу, определяемое по формуле: (3) (4)

76 Коэффициентом загрузки k з,а приемника по активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности P С,В (за время включения t В в течение времени цикла t ц ) к его номинальной мощности: (5) Групповым коэффициентом загрузки по активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения: (6)

77 Коэффициентом формы индивидуального или группового графика нагрузок называется отношение среднеквадратичного тока (или среднеквадратичной полной мощности) приёмника или группы приёмников за определенный период времени к среднему значению его за тот же период времени: (7)

78 Коэффициентом максимума активной мощности называется отношение расчетной активной мощности к средней нагрузке за исследуемый период времени. Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены. Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой P n (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы приемников: (9) (8)

79 Коэффициентом заполнения графика нагрузок – называется отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени (обычноP M =P(30)). Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены. Коэффициентом разновременности максимума активных нагрузок называется отношение суммарного расчётного максимума активной мощности узла системы электроснабжения к сумме расчётных максимумов активной мощности отдельных групп приемников, входящих в данный узел системы электроснабжения. Этот коэффициент характеризует смещение максимума нагрузок отдельных групп приемников во времени, что вызывает снижение суммарного максимума узла по сравнению с суммой максимумов отдельных групп. (10) (11)

80 Группы приёмников электрической энергии. К группам приёмников электрической энергии, обладающим близкими характерными свойствами относятся: 1. Силовые общепромышленные установки; 2. Электроосветительные установки; 3. Преобразовательные установки; 4. Электродвигатели производственных механизмов; 5. Электрические печи; 6. Электротермические установки.

81 Силовые общепромышленные установки Двигателя компрессоров, насосов и вентиляторов работают в длительном режиме. Подъёмно-транспортные устройства работают в повторно-кратковременном режиме. К этой группе приёмников электрической энергии относятся: Компрессоры Вентиляторы Насосы Подъемно- транспортные механизмы Электрические приёмники относятся к 1 категории или особой категории.

82 Электроосветительные установки Электрические светильники являются однофазными нагрузками, но так как они незначительной мощности (мощность менее 2 к Вт) при правильной группировке светильников можно добиться равномерной нагрузки по фазам с несимметрией. Характер нагрузки равномерный без скачков, но значение зависит от времени суток, времени года, географического положения. Частота питающего тока промышленная, коэффициент мощности для люминесцентных ламп =1, для газоразрядных ламп =0,6. Обратить внимание, что в проводах особенно нулевых при применении газоразрядных ламп появляются высшие гармоник тока. Кратковременные перерывы питания допустимы. Продолжительные перерывы питания до минут и часов для некоторых приёмников недопустимы, то есть необходимо применять резервные источники питания. Если отключение освещения угрожает безопасности людей, применяют специальное аварийное освещение.

83 Преобразовательные установки Для преобразования трёхфазного тока в постоянный или трёхфазного тока промышленной частоты в трёхфазный или однофазный ток пониженной (повышенной или высокой) частоты на территории промышленного предприятия сооружают преобразовательные установки.

84 Преобразовательные установки В зависимости от типов преобразований тока преобразовательные установки делятся на: Полупроводниковые; Установки с ртутным распределением; С двигателями-генераторами; С механическими выпрямителями. По назначению преобразовательные установки делятся для питания: Двигателей; Машин и механизмов; Электролизных ванн; Внутризаводского электротранспорта; Электрофильтров; Сварочных установок.

85 Электродвигатели производственных механизмов. Данный вид потребителей электрической энергии распространен на всех промышленных предприятиях. В станках. где требуется высокая частота вращения и её регулирование применяют двигателя постоянного тока, питаемые от выпрямительных установок. Род тока – трёхфазный переменный промышленной частоты, напряжением 660/380/220 В. Коэффициент мощности изменяется в широких пределах. По надёжности энергоснабжения относятся ко 2 категории, но известен ряд станков, где перерыв в питании недопустим по техники безопасности, и по причине возможной порчи изделий, особенно при обработке крупных дорогостоящих изделий.

86 Электрические печи Различают: 1. Электрические печи сопротивления; 2. Соляные ванны; 3. Установки прямого нагрева; 4.Рудно-термические печи; 5. Дуговые печи прямого нагрева 6. Дуговые печи косвенного нагрева 7. Тигельные печи; 8. Канальные печи; 9. Установки индукционного нагрева; 10. Установки диэлектрического нагрева.

87 Электрические печи Для чего нужны? 1. Термообработка; 2. Плавление; 3. Нагрев под ковку и штамповку; 4. Производство ферросплавов; 5. Выплавка стали; 6. Плавка цветных металлов; 7. Нагрев под механическую деформацию; 8. Сушка диэлектриков.

88 Электротермические установки 1. Очень простое и точное осуществление заданного температурного режима. 2. Возможность концентрации высоких мощностей в малом объеме. 3. Получение высоких температур (3000 C и выше против 2000 при топливном нагреве). 4. Возможность получения высокой равномерности теплового поля. Под электротермическими установками понимают установки, в которых электрическая энергия используется для нагрева изделий. Электрический нагрев дает следующие преимущества по сравнению с топливным:

89 Электротермические установки 1. Отсутствие воздействия газов на обрабатываемое изделие. 2. Возможность вести обработку в благоприятной среде (инертный газ или вакуум). 3. Малый угар легирующих присадок. 4. Высокое качество получаемых металлов. 5. Легкость механизации и автоматизации электротермических установок. 6. Возможность использования поточных линий. 7. Лучшие условия труда обслуживающего персонала. Недостатки: более сложная конструкция, высокая стоимость установки и получаемой тепловой энергии.

90 Классификация электротермических установок По способу превращения электрической энергии в тепло: Установки с нагреваемым током активным сопротивлением Индукционные установки Дуговые установки Установки диэлектрического нагрева По месту выделения тепловой энергии: Прямого нагрева (тепло выделяется непосредственно в изделиях) Косвенного нагрева (тепло выделяется в нагревателе либо в межэлектродном промежутке эл. дуги По конструктивным признакам По назначению

91

92 Основы термодинамики Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы. Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Температура тел - определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами

93 Существует 5 наиболее известных температурных шкал: стоградусная, или шкала Цельсия (ºC), Фаренгейта (ºF), абсолютная, или шкала Кельвина (K), шкала Реомюра (ºR) и шкала Ранкина (ºRa). При переводе из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия из исходной цифры вычитают 32 и умножают на 5/9. При переводе из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта исходную цифру умножают на 9/5 и прибавляют 32.

94 Шкала Фаренгейта Была предложена зимой 1709 года немецким учёным Габриэлем Фаренгейтом. По этой шкале за нуль принималась точка, до которой в один очень холодный зимний день (дело было в Данциге) опустилась ртуть в термометре учёного. В качестве другой отправной точки он выбрал температуру человеческого тела. По этой не слишком логичной системе точка замерзания воды на уровне моря оказалась равной +32º, а точка кипения воды +212º. Шкала популярна в США и Великобритании.

95 Шкала Реомюра В 1731 году французский учёный Рене де Реомюр предложил температурную шкалу, основанную на использовании спирта, обладающего свойством расширяться. За нижнюю реперную точку была принята точка замерзания воды. Градус Реомюр произвольно определил как одну тысячную от объёма, который занимает спирт в резервуаре и трубке термометра при нулевой точке. При нормальных условиях точка кипения воды по этой шкале составляет 80º. Шкала Реомюра ныне повсеместно вышла из употребления.

96 Шкала Цельсия В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий предложил шкалу, в которой за нуль принималась температура смеси воды и льда, а температура кипения воды приравнивалась к 100º. За градус принимается сотая часть интервала между этими реперными точками. Эта шкала более рациональна, чем шкалы Фаренгейта и Реомюра, и широко используется в науке.

97 Шкала Кельвина Была предложена в 1848 году английским ученым Уильямом Томсоном (он же лорд Кельвин ) как более точный способ измерения температуры. По этой шкале нулевая точка, или абсолютный нуль, представляет собой самую низкую температуру, какая только возможна, т. е. некое теоретическое состояние вещества, при котором его молекулы полностью перестают двигаться. это значение было получено путём теоретического изучения свойств газа, находящегося под нулевым давлением. По стоградусной шкале абсолютный нуль, или нуль Кельвина, соответствует -273,15ºС. Следовательно на практике 0ºС может быть приравнен к 273К. До 1968 года единица измерения кельвин (К) именовалась как градус Кельвина (ºК).

98 Шкала Ранкина Была предложена шотландским инженером и физиком Уильямом Ранкином. Нуль её совпадает с нулём термодинамической температуры, а по размеру 1º Ra равен 5/9 К. Т. е. принцип тот же, что и в шкале Кельвина, только по размерности шкала Ранкина совпадает не со шкалой Цельсия, а со шкалой Фаренгейта. Данная система измерения температуры распространения не получила.

99 Формулы перевода шкал Фаренгейта, Кельвина, Реомюра и Ранкина в шкалу Цельсия

100 Термодинамические процессы и циклы Если в термодинамической системе меняется хотя бы один из параметров любого входящего в систему тела, то в системе происходит термодинамический процесс. Основные термодинамические параметры состояния Р, V, Т однородного тела зависят один от другого и взаимно связаны уравнением состояния: F (P, V, Т). Для идеального газа уравнение состояния записывается в виде: P × v = R × T, где: P - давление; v – удельный объем; T – температура; R – газовая постоянная (у каждого газа свое значение). Если известно уравнение состояния, то для определения состояния простейших систем достаточно знать две независимые переменные из трех Р = f1 (v, T); v = f2 (Р, Т); Т = f3 (v, Р)

101 Рисунок 3. Изохорные процессы в P – T координатах (v 3 >v 2 >v 1 ).

102 Рисунок 4. Изобарные процессы в v – T координатах P 1 >P 2 >P 3

103 Рисунок 5. Изотермические процессы в P – v координатах T 3 >T 2 >T 1

104 Примерный график адиабатного процесса в P – v координатах Примерный график адиабатного процесса в P – v координатах

105

106 Фазовая диаграмма для водяного пара в T, s-диаграмме

107 Область I газообразное состояние (перегретый пар, обладающий свойствами реального газа). Область II равновесное состояние воды и насыщенного водяного пара (двухфазное состояние); двухфазную область II называют также областью парообразования. Область III, ограниченная изотермой ЕК, жидкое состояние (вода). Область IV равновесное состояние твердой и жидкой фаз. Область V твердое состояние.

108 Области III, II и I отделены так называемыми пограничными линиями: левой АК и правой KD. Общая для левой и правой пограничных линий (и областей I, II и III) точка К обладает особыми свойствами и называется критической точкой. Эта точка имеет определенные параметры р кр, v кр и Т кр, при которых кипящая вода переходит в перегретый пар, минуя двухфазную область. Отсюда следует, что вода (точнее, ее жидкая фаза) не может существовать при температурах выше Ткр. Будучи нагретой до этой температуры, вся вода практически мгновенно должна превратиться в пар. Вместе с тем пар при давлениях, больших чем ркр, и при охлаждении до температуры Ткр непосредственно превращается в жидкость, минуя область влажного пара.

109 Критическая точка воды имеет следующие параметры: p кр = 22,136 МПа; t кр = 374,15 °С; v кр = 0,00326 м 3/кг.

110 Т – S диаграмма цикла Карно

111 К.П.Д цикла:

112 Цикл Ренкина в T-S диаграмме.

113 Цикл с промежуточным перегревом пара в T-S диаграмме

114 Схема установки с регенеративным циклом: Т - турбина, К – конденсатор, Н – насос, Р – некий нагревающий реактор, PП1, РП2 – регенеративные подогреватели. Стрелками показаны отборы пара из турбины.

115 Т-S диаграмма цикла с регенеративным подогревом.

116 Циклы Карно и Ренкина насыщенного водяного пара в T, S диаграмме

117 Идеальная регенерация теплоты в цикле насыщенного пара

118 Схема установки для совместной выработки тепловой и электрической энергии ПК. паровой котел; Т паровая турбина; К конденсатор-подогреватель; Н насос; ТП теп­ловой потребитель.

119 Простейшая схема газотурбинной установки В её состав входят: К – компрессор, КГ – камера горения, ГТ – газовая турбина, ТН – топливный насос, ПМ – пусковой мотор.

120 Схема газотурбинной установки, работающей по замкнутому циклу Камера горения здесь заменена газовым котлом ГК, представляющем из себя трубчатую конструкцию, подобную обычным водотрубным котлам, работающим на органическом топливе. На схеме В – подвод воздуха, ПС – отвод продуктов сгорания. Кроме известных уже элементов в схему включен регенератор – Р и охладитель воздуха – 0.

121 Идеальный цикл ГТУ на P, V диаграммах

122 Идеальный цикл ГТУ в T,S диаграммах

123 Схема парогазовой установки

124 Обозначение парогазовой установки 1.Компрес­сор. 2. Камера сгорания. 3. Газовая турбина. 4.Генератор. 5.Котлоагрегат. 6. Паровая турбина. 7.Генератор. 8.Конденсатор. 9.Насос. 10. Подогреватель.

125 Идеальный цикл парогазовой установки в T, S-диаграмме

126 Цикл газотурбинной части установки Цикл Ренкина паротурбинной части При раздельном осуществлении газотурбинной и паротурбинной установок теплота, подводимая в цикле газотурбинной установки, измеряется площадью а 12d, а полезная работа площадью Тепло, подводимое в цикле паротурбинной установки, измеряется площадью с 6788'9f, а полезная работа пло­щадью 6788'99'6. Количество тепла, измеряемое площа­дью 35ad, бесполезно отдается в процессе 35 отработавшими газами окружающей среде. В парогазовой же установке количество тепла, изображаемое площадью 34bd, отдается в процессе 34 отработавшими газами питательной воде. Эта площадь равна пло­щади с 67 е (заштрихована), определяющей количество тепло­ты, получаемой в процессе 67 питательной водой. Следовательно, при одинаковой мощности количество теплоты, подводимой в паро­турбинной установке, по сравнению с раздельной установкой умень­шается на величину площади с 67 е. Этот выигрыш в расходе теплоты и определяет эффективность рассматриваемой парогазовой установки.

127 Принципиальная схема парогазовой установки с высоконапорным парогенератором

128 1. Парогенератор. 2. Компрессор. 3. Газовая турбина. 4. Генератор. 5. Паровая турбина 6. Генератор 7. Конденсатор 8. Насос 9. Подогре­ватель Обозначение парогазовой установки с высоконапорным парогенератором