Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ  ИНСТИТУТ  ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра Электроснабжение промышленных предприятий

 

ЭлектроЭНЕРГЕТИКА

 

Конспект лекций

для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика

(по дисциплине «Электроснабжение»)

  

Алматы 2007

СОСТАВИТЕЛИ: Н.А. Туканова, Р.Н. Бозжанова. Электроэнергетика. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2007. – 36 с.

 

Данная разработка включает конспект лекций по курсу «Электроэнергетика» для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика (по дисциплине «Электроснабжение»).

.Ил. 15, табл. 1, библиогр. - 12 назв.

 Рецензент: д-р техн. наук, проф. М.В. Мукажанов.

 Печатается по плану издания Некоммерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи» на 2007 г.

 

 Содержание

 

Введение

4

1 Лекция № 1. Электроснабжение потребителей как подсистема  энергетической и технологической системы

4

2 Лекция № 2. Электрические нагрузки промышленных предприятий

7

3 Лекция № 3. Определение электрических нагрузок промышленных  предприятий на различных ступенях напряжения

11

4 Лекция № 4. Компенсация реактивной мощности

15

5 Лекция № 5. Распределение электроэнергии при напряжении до 1 кВ

19

6 Лекция № 6. Защитная аппаратура для сетей до 1000 В

23

7 Лекция № 7. Подстанции промышленных предприятий

26

8 Лекция № 8. Качество электрической энергии

30

Список литературы

35

 Введение 

Согласно учебному плану студенты специальности 050718 - Электроэнергетика изучают курс «Электроэнергетика», в который входит дисциплина: «Электроснабжение», включающая следующий объём часов: аудиторные занятия – 17 часов, самостоятельная работа студентов – 28 часов. По данной дисциплине предусмотрена расчетно-графическая работа, состоящая из заданий, предполагающих самостоятельное закрепление студентами пройденных разделов дисциплины.

К сдаче экзамена по курсу студенты допускаются после успешного выполнения и защиты расчетно-графической работы.

 1 Лекция № 1. Электроснабжение потребителей как подсистема энергетической и технологической системы

Содержание лекции:

- основные понятия и величины, используемые в электроснабжении;

- основные отрасли потребителей электроэнергии;

- основные группы электроприемников (ЭП).

Цели лекции:

- изучить основные понятия систем электроснабжения и группы электроприемников.

1.1 Основные понятия и величины, используемые в электроснабжении. Система электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия (ПП) является подсистемой энергосистемы, обеспечивающей комплексное электроснабжение промышленных, транспортных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей данного района. В то же время система электроснабжения промышленного предприятия является подсистемой технологической системы производства данного предприятия, которая предъявляет определенные требования к электроснабжению.

СЭС ПП создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии.

В настоящее время большинство потребителей получает электрическую энергию от энергосистем, которые объединяют с помощью линий электропередач источники электроэнергии – электрические станции. 

Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электроэнергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Электроснабжение – обеспечение потребителей электроэнергией.

Система электроснабжения (СЭС) совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

Централизованное электроснабжение – электроснабжение потребителей электроэнергии (ЭП) от энергосистемы.

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций (п/ст), и распределительных устройств (РУ), токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Приемник электроэнергии (электроприемник, ЭП) – аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования электроэнергии в другой вид энергии.

Потребитель электроэнергии – ЭП или группа ЭП, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

Независимый источник питания – источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания.

В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение собственных ТЭЦ, что обусловливается рядом причин:

а) потребностью в тепловой энергии для технологических целей и отопления и эффективностью попутного производства при этом электрической энергии;

б) необходимостью резервного питания для ответственных потребителей;

в) большой удаленностью некоторых предприятий от энергосистем.

1.2 Основные отрасли потребителей электроэнергии. Промышленные объекты относятся к отраслям промышленности, которые укрупненно можно разделить следующим образом:

1. Горнодобывающая промышленность (угольные шахты и рудники; карьеры открытой добычи угля, руды и нерудных ископаемых; нефтепромыслы; горно-обогатительные комбинаты и агломерационные фабрики).

2. Черная металлургия (коксохимические цеха; установки доменных цехов; установки мартеновских и конверторных цехов; установки прокатных цехов).

3. Машиностроение и металлообработка (металлорежущие станки; кузнечно-штамповочные машины и прессы; деревообрабатывающие станки; электроинструмент).

4. Химическая промышленность (азотная промышленность, производство соды, суперфосфата, серной кислоты, карбида кальция, хлора, металлического натрия, резиновых шин и технических изделий, синтетического каучука и т.д.).

5. Нефтеперерабатывающая промышленность.

6. Бумажно-целлюлозная промышленность.

7. Текстильная и легкая промышленность (прядильные и ткацкие фабрики хлопчатобумажных, суконных и искусственных тканей; обувные, галантерейные, меховые и другие фабрики).

         8. Промышленность строительных материалов (цементные, стекольные, кирпичные заводы, заводы железобетонных изделий).

         9. Пищевая промышленность (элеваторы, мельницы, крупяные и комбикормовые заводы, хлебозаводы, сахарные, молочные, спиртовые и другие заводы).

1.3 Основные группы электроприемников (ЭП). На промышленных предприятиях всех отраслей можно выделить большую группу общепромышленных установок, к которым относятся:

а) подъемно-транспортные машины (тельферы, кран-балки, мостовые, консольные и козловые краны, подъемники, лифты, манипуляторы и другие);

б) поточно-транспортные системы (конвейеры, перегрузочные механизмы, транспортеры, шнеки, нории);

в) компрессоры, насосы, вентиляторы.

         Особо следует выделить такую отрасль промышленности как электротехнология, в которую входят: а) электротермические установки (ЭТУ); б) электросварочные установки; в) электролизные установки; г)  электрические методы обработки металлов; д) установки электрического поля высокого напряжения.

         Наиболее распространенным потребителем электроэнергии является электрическое освещение производственных помещений (лампы накаливания, галогенные лампы, люминесцентные лампы, ртутные кварцевые лампы, ксеноновые и натриевые лампы).

 2 Лекция № 2. Электрические нагрузки промышленных предприятий

Содержание лекции:

- характеристики промышленных потребителей электроэнергии;

- основные виды электрических нагрузок используемые в расчетах;

- показатели, характеризирующие приемники электрической энергии и графики их нагрузок.

Цели лекции:

- изучить основные показатели, характеризирующие приемники электрической энергии и графики их нагрузок.

2.1 Характеристики промышленных потребителей электроэнергии, графики нагрузок. Потребители электроэнергии характеризуются по нескольким параметрам:

         1. ЭП ПП по роду тока делятся на следующие группы: а) приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц; б) приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц; в) приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц; г) приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок; д) приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

         В настоящее время электроснабжение ПП ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы (FD) и механические выпрямители.

         2. По напряжению – согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяющиеся на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В.

         3. Режимы нейтралей: а) установки напряжением до 1000 В выполняются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока – с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой.

б) электроустановки напряжением выше 1000 В делятся на установки:

1) с изолированной нейтралью (напряжение до 35 кВ);

2) с нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов (напряжение до 35 кВ и редко 110 кВ);

в) с глухо заземленной нейтралью (напряжение 110 кВ и выше).

Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с большими токами замыкания на землю (более 500 А).

4. По частоте тока приемники электроэнергии делятся на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 100 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами.

5. Приемники электроэнергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, то есть по сходству графиков нагрузки. Различают три характерные группы приемников:

а) приемники, работающие с продолжительной неизменной или мало меняющейся нагрузкой (рисунок 1). В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой;

 

 

 

 

 

Рисунок 1

         б) приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки (рисунок 2). В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды;

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2

         в) приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки (рисунок 3). В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений.

 

 

 

 

 

Рисунок 3

         6. Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз.

          7. Надежность (бесперебойность) питания. [ПУЭ 2005 г].

          В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:

          Электроприемники I категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: 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.

          Из состава ЭП I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники II категории – электроприемники, перерыв электроснабжение которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизма и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

 Электроприемники III категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категории. Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

2.2 Электрические нагрузки промышленных предприятий. Основой рационального решения всего сложного комплекса технико-экономических вопросов при проектировании электроснабжения современного промышленного предприятия является правильное определение ожидаемых электрических нагрузок – это первый этап проектирования любой СЭС, их значения определяют выбор всех элементов  системы. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы. Если в расчетах будет допущена ошибка в сторону уменьшения электрических нагрузок, то это вызовет повышенные расходы на потери электроэнергии в системе электроснабжения, ускорит износ электрооборудования, может ограничить производительность агрегатов, а также всего предприятия.

При проектировании основными параметрами являются: номинальная мощность электроприемника; групповая номинальная активная мощность; номинальная реактивная мощность;  средние нагрузки; среднеквадратичные нагрузки Рск, Qск, Iск за любой интервал времени; максимальные нагрузки; расчетные нагрузки; максимум средней нагрузки и другие.

2.3 Показатели, характеризирующие приемники электрической энергии и графики их нагрузок. При расчетах и исследовании нагрузок применяются некоторые безразмерные показатели (коэффициенты) графиков нагрузок, характеризующие режим работы приемников электроэнергии по мощности или во времени. Их определения может зависеть от параметров проектируемой системы, от отрасли промышленности для которой для которой осуществляется проектирование и т.д. Основными показателями являются: коэффициент использования; коэффициент включения; коэффициент загрузки по активной и реактивной мощностям; коэффициент формы графика нагрузок; коэффициент максимума активной мощности км,а; коэффициент спроса; коэффициент заполнения графика нагрузок; коэффициент разновременности максимумов нагрузок; коэффициент сменности по энергоиспользованию за год и приведенное (эффективное) число приемников.

3 Лекция № 3. Определение электрических нагрузок промышленных предприятий на различных ступенях напряжения

Содержание лекции:

- определение средних нагрузок;

- определение расчетных нагрузок;

- основные положения при расчете электрических нагрузок;

- методы расчета электрических нагрузок.

Цели лекции:

- изучить основные способы и места определения электрических нагрузок в СЭС ПП.

3.1 Определение средних нагрузок. Средняя мощность за наиболее загруженную смену какой-либо группы силовых ЭП с одинаковым режимом работы определяется как

Рсми,а×Рном,

Qсми.р.×Qном,

Qсмсм×tgj.

Реактивные нагрузки приемников с опережающим током (СД, БК) принимаются со знаком минус.

3.2 Определение расчетных нагрузок. В СЭС ПП существует несколько характерных мест определения электрических нагрузок (рисунок 4).

         1. Определение расчетной нагрузки, создаваемой одним приемником до 1000 В (нагрузка 1); необходимо для выбора сечения провода или кабеля, отходящего к данному приемнику, и аппарата, при помощи которого производиться присоединение приемника к силовому распределительному шкафу или распределительной линии.

         2. Определение расчетной нагрузки, создаваемой группой приемников до 1000 В (нагрузка 2). Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечений радиальных линий или распределительной магистрали, питающих данную группу приемников и аппарата присоединения данной группы приемников к главному силовому распределительному шкафу или питающей магистрали в схеме блока трансформатор – магистраль.

         3. Определение расчетной нагрузки, создаваемой на шинах напряжения 0,69-0,4/0,23 кВ цеховой п/ст (ТП) отдельными  крупными приемниками или силовыми распределительными шкафами, питающими отдельные приемники или группы приемников (нагрузка 3). Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения линий, отходящих от шин 0,69 или 0,4/0,23 кВ цеховой ТП и питающих указанные выше приемники, и аппаратов присоединения отходящих линий к шинам низшего напряжения цеховой ТП.

         4. Определение расчетной нагрузки, создаваемой на шинах 6-20 кВ распределительных пунктов (РП) отдельными приемниками или отдельными цеховыми трансформаторами с учетом потерь в трансформаторах (нагрузка 4), необходимо для выбора сечения проводов линий, отходящих от шин РП и питающие цеховые трансформаторы и приемники высокого напряжения, и отключающих аппаратов, устанавливаемых на этих линиях.

         5. Определение общей расчетной нагрузки на шинах каждой секции РП (нагрузка 5), необходимо для выбора сечения и материала шин 6-20 кВ РП, сечения линий, питающих каждую секцию шин РП, и отключающей аппаратуры со стороны шин ГПП. Если от шин 6-20 кВ ГПП непосредственно питаются цеховые трансформаторы или приемники, нагрузка 5 означает то же самое, что и нагрузка 4, только относительно шин 6-20 кВ ГПП.

         6. Определение общей расчетной нагрузки на шинах 6-20 кВ каждой секции ГПП (нагрузка 6), необходимо для выбора числа и мощности понизительных трансформаторов, установленных на ГПП, выбора сечения и материала шин ГПП и отключающих аппаратов, устанавливаемых на стороне низкого напряжения 6-20 кВ трансформаторов ГПП.

         7. Определение расчетной нагрузки на стороне высшего напряжения 35-220 кВ трансформатора ГПП с учетом потерь в трансформаторе, необходимо для выбора сечений линий, питающих трансформаторы  ГПП, и аппаратов присоединения трансформаторов и питающих их линий.

         3.3 Основные положения при расчете электрических нагрузок:

а) графики нагрузок цехов или всего ПП изменяются во времени, растут и по мере совершенствования техники производства выравниваются (повышается Кз – коэффициент заполнения графика нагрузки);

б) постоянное совершенствование производства (автоматизация и механизация производственных процессов) увеличивает расход электроэнергии, потребляемой предприятием. Это обстоятельство влечет за собой рост электронагрузок;

в) при проектировании СЭС необходимо учитывать перспективы развития производства и, следовательно, перспективный рост электронагрузок предприятия на ближайшие 10 лет.

         3.4 Методы расчета электрических нагрузок. К основным следует отнести методы определения электронагрузок по:

а) установленной мощности и коэффициенту спроса;

б) средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм графиков нагрузки);

в) средней мощности и коэффициенту формы графиков нагрузок;

г) средней мощности и отклонению от средней расчетной нагрузки (статистический метод).

         К вспомогательным можно отнести методы определения расчетных нагрузок по:

а) удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска продукции за определенный период;

б) удельной нагрузке на единицу производственной площади.


         3.5 Определение расчетной нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса

         Расчетная нагрузка для группы однородных по режиму работы приемников определяется из следующих выражений

,

,

,

.

3.6 Определение расчетной нагрузки по удельной нагрузке на единицу производственной площади.

Метод применим для сетей цехов, в которых приемники имеют малую мощность и они равномерно распределены на производственной площади.

Рр=rо×F

где F – площадь размещения приемников группы, м2;

rо – удельная расчетная мощность на 1 м2 производственной площади, кВт/м2.

3.6 Определение расчетной нагрузки по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции.

Wгг×wуд  ,

,

,

где Мг – годовой выпуск продукции, шт, м, т, м2.;

wуд – удельный расход электроэнергии, ;

Рсг – среднегодовая мощность нагрузки;

Тг – годовой фонд рабочего времени; a - коэффициент сменности по энергоиспользованию, a@0,5¸0,9.

3.7 Определение расчетной нагрузки по методу «Упорядоченных диаграмм нагрузок».

Рр= Рсм×Км,                                       Рсм= Рном×Ки,

Qр=1,1×Qсм – при nэ=nn<10;             Qсмсм×tgj.

Qр=Qсм – при nэ=nn³10.

Км определяется по графикам или таблицам зависимости Км=f (nэ; Ки).

 4 Лекция № 4. Компенсация реактивной мощности

Содержание лекции:

- реактивная мощность в электрических сетях;

- физическая сущность реактивной мощности;

- генерация реактивной мощности;

- баланс реактивной мощности;

- коэффициенты мощности;

- компенсирующие устройства для реактивных нагрузок.

Цели лекции:

- изучить способы и средства компенсации реактивной мощности.

4.1 Реактивная мощность в электрических сетях.

         Пусть приемник электроэнергии присоединен к источнику синусоидального напряжения  и потребляет синусоидальный ток , сдвинутый по фазе относительно напряжения на угол j.

Рисунок 5 - Кривые мгновенных значений тока, напряжения и мощности

Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением

[1]

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

         Среднее значение мгновенной мощности р за период питающего напряжения Т полностью определяется первым слагаемым

         Эта величина, именуемая активной мощностью, характеризует энергию, выделяемую в единицу времени на производство полезной работы, например, в виде тепла в приемнике с активным сопротивлением R

Р=U×I×cos j=I2R.

         Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности [1] за время Т равно нулю, т.е. на ее создание не требуются какие-либо материальные затраты и поэтому она не может совершать полезные работы. Ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обмен энергией, а это возможно лишь в том случае, если имеются особые реактивные элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию – емкость и индуктивность.

         Таким образом, полную мощность на зажимах приемника в комплексной форме можно представить следующим образом:

S=U×Icosj+jUIsinj=Р+jQ

где Q – реактивная мощность.

4.2 Физическая сущность реактивной мощности.

, квар.

Q – реактивная мощность, квар;

I – фазный ток, А;

Х – фазное индуктивное сопротивление, Ом;

Фт – амплитуда переменного магнитного потока, Вб;

Вт – амплитуда магнитной индукции;

m – магнитная проницаемость магнитной цепи, Гн/м;

V – объем магнитной цепи, см3;

U – напряжение, В.

         Потребление реактивной мощности

Как известно реактивная мощность может иметь индуктивный или емкостный характер нагрузки. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения, то нагрузка имеет индуктивный характер, а реактивная мощность потребляется и имеет положительный знак (+). В элементах сети имеют место потери реактивной мощности, которые могут быть соизмеримы с реактивной мощностью, потребляемой приемниками электроэнергии. Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются АД (60-65% от общего потребления), трансформаторы (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные и кабельные электросети и прочие приемники (10%).

         Для сравнения: активная мощность Р так же, как и реактивная потребляется приемниками и теряется в элементах сети и электрооборудования.

4.3 Генерация реактивной мощности. Если ток опережает напряжение, то нагрузка имеет емкостный характер, а реактивная мощность генерируется и имеет отрицательное значение (-). Реактивная мощность генерируется генераторами электростанций, синхронными двигателями, батареями силовых конденсаторов, тиристорными источниками реактивной мощности и линиями. 

         Для сравнения: активная мощность генерируется генераторами электростанций.

4.4 Баланс реактивной мощности.

SQi=0i        SQпотр=SQист,

SQпотр=Qнагр+DQ(потери),

SQист=Qген+ Qсд+ Qбк+ Qлэп+ Qтирист ист р.м.+….

         Для сравнения:

i=0i,        Ргеннагр+DР(потери).

4.5 Коэффициенты мощности.

         До недавнего времени основным нормативным показателем, характеризующим реактивную мощность, был коэффициент активной мощности . На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92-0,95. Однако соотношение P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности.  Например, при изменении этого коэффициента от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10%, а при изменении от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42%.

         При расчетах удобнее оперировать соотношением tgj=Q/Р, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

4.6 Компенсирующие устройства для реактивных нагрузок.

Основными компенсирующими устройствами являются: синхронные двигатели; синхронные компенсаторы (СК); статические конденсаторы и др.

         Наиболее часто используются БК предусматриваются специальные активные или индуктивные сопротивления, которые подключают параллельно конденсаторам. Эти сопротивления необходимы для разряда конденсаторов после их отключения, так как естественный саморазряд происходит медленно (3-5 мин). Разрядное сопротивление должно отключатся после каждого отключения БК от сети. Поэтому к БК должно быть постоянно и непосредственно (без промежуточных разъединителей, рубильников и предохранителей) подключено разрядное сопротивление:

 

 

а)                                            б)                                            в)

 

 

 

 

 

 

 

          

Рисунок 7 - Схемы присоединения БК к шинам 380 В:

а) автоматический выключатель А (применяется как при автоматическом регулировании, так и при его отсутствии);

б) рубильник Р с предохранителем П (применяется при отсутствии автоматического регулирования);

в) предохранитель П с контактором КТ или магнитным пускателем (применяется при автоматическом регулировании).

Схема а) применяется при индивидуальной компенсации.

Схемы б), в) применяются при групповой и централизованной компенсации.

         а)                                            б)                                  в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 8 - Схемы присоединения БК к шинам 6-10 кВ:

а) присоединение БК через отдельный выключатель, применяется для БК мощностью > 400 квар;

б) присоединение БК через ВН-17, применяется при мощности БК £ 400 квар;

в) схема индивидуальной компенсации реактивной мощности трансформатора или двигателя. Неудобство – общий выключатель.

 5 Лекция № 5. Распределение электроэнергии при напряжении до 1 кВ

 Содержание лекции:

- способы прокладки проводов и кабелей;

- прокладка проводов в защитных трубах;

- открытая прокладка проводов;

- схемы и конструктивное выполнение силовых и осветительных сетей;

- выбор сечений и защиты проводов и кабелей до 1 кВ;

- расчет электросетей по потере напряжения;

- сети электрического освещения.

Цели лекции:

- изучить способы и устройства распределения электрической энергии напряжением до 1 кВ.

5.1 Способы прокладки проводов и кабелей.

         Передачу и распределение электроэнергии потребителям ПП осуществляют электрическими сетями. ЭП присоединяют к внутрицеховым п/ст и распределительным устройствам при помощи защитных и пусковых аппаратов.

         Электросети промышленных предприятий выполняют внутренними (цеховыми) и наружными. Внутренние сети могут быть открытые, проложенные по поверхностям стен, потолков и другим элементам зданий и сооружений: на изоляторах, в трубах, коробах, лотках, на тросах и т.д. и скрытые, проложенные в конструктивных элементах зданий и сооружений: в стенах, полах, фундаментах, перекрытиях и др. Наружные сети прокладывают по наружным стенам зданий и сооружений, между зданиями, а также на опорах.

         Прокладка электросетей производится изолированными и неизолированными проводниками. Изолированные проводники выполняют защищенными и незащищенными. Защищенные проводники поверх электроизоляции имеют металлическую или другую оболочку, предохраняющую от механических повреждений. Незащищенные проводники таких оболочек не имеют.

         Выбор типа проводки, способа ее выполнения, а также марок провода и кабеля определяется характером окружающей среды, размещением технологического оборудования и ИП в цехе и другими показателями.

         В электросетях промышленных предприятий широко применяют шинопроводы. По конструкции они могут быть открытыми и закрытыми, по назначению – магистральными и распределительными (ШМА и ШРА).

5.2 Прокладка проводов в защитных трубах.

         Это защита от механических повреждений, но связана она с дополнительным расходом труб (тонкостенных стальных, пластмассовых и др.). Недостатки: эта прокладка, особенно в стальных трубах, связана с возможностью повреждения изоляции и с неудобствами в эксплуатации при необходимости замены поврежденных проводов. Такая прокладка, согласно ПУЭ, обязательна для взрывоопасных помещений, для чего предназначены специальные типы кабелей ВБВ и АВБВ.

5.3 Открытая прокладка проводов.

         Эта прокладка с креплением на роликах, изоляторах, тросах и других конструкциях является наиболее простой и дешевой, но не обеспечивает достаточной надежности и защиты проводов от механических повреждений.

         Более совершенной является прокладка проводов в лотках и коробах, особенно удобен этот вид прокладки при большом количестве проводов и кабелей для сложных многодвигательных агрегатов и автоматических линий.

         Для осветительных сетей наиболее современной проводкой являются осветительные шинопроводы типа ШОС, выполняемые четырьмя Cu или Al проводами. Светильники подключают через штепсельные окна, в которые вставляют штепсельные вилки с фазным, нулевым рабочим и нулевым защитным проводами.

5.4 Схемы и конструктивное выполнение силовых и осветительных сетей.

         Схемы должны обеспечивать надежность питания потребителей электроэнергии, быть удобными в эксплуатации. При этом затраты на сооружение линий, расходы проводникового материала и потери электроэнергии должны быть минимальными.

         Цеховые сети делят на питающие, которые отходят от ИП (подстанции), и на распределительные, к которым присоединяются ЭП. Схемы электросетей могут выполняться радиальными и магистральными.

Схемы могут быть радиальными, магистральными и смешанными.

 

 

 

 

 

 


         5.5 Выбор сечений и защиты проводов и кабелей до 1 кВ.

         Значения длительно допустимых токовых нагрузок для проводов и кабелей с Al и Cu жилами приводятся в таблице. При этом температура воздуха принята равной 25°С; температура почвы на глубине 0,7 м – 15°С. При значениях температур, отличных от указанных, и при прокладке нескольких кабелей в общей траншее к токовым нагрузкам, указанным в таблицах, вводят поправочные коэффициенты: температурный коэффициент и коэффициент прокладки.

         Сечение проводов и кабелей U < 1000 В по условию нагрева определяют из таблиц в зависимости от расчетного значения длительно допустимой токовой нагрузки при нормальных условиях прокладки из двух соотношений:

         а) по условию нагрева Iдл расчетным током

Iнорм.доп.пров. ³ .

         б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

Iнорм.доп.пров. ³ .

где Кпопр – поправочный коэффициент на условия прокладки проводников;

Кзащ – коэффициент защиты или кратность защиты, то есть соотношение Iнорм.доп.пров/Iн апп. или Iсраб.апп.

Для плавких вставок:

кз=1,25 – взрыво- и пожароопасные помещения, торговые помещения;

кз=1 – невзрыво- и непожароопасные помещения промышленных предприятий;

кз=0,33 – не требующие защиты от перегрузки.

Для автоматических выключателей:

Iу авт только с мгновенным расцепителем: Кзащ=1,25; 1; 0,22;

Iу авт с нерегулируемой обратно зависимой характеристикой, Кзащ=1,0; 1,0; 1,0;

Iтрог.авт с регулируемой характеристикой, Кзащ=1,0; 1,0; 0,66.

         При нормальных условиях Кпопр=1. Тогда

Iнорм.доп. ³ Iдл,

Iнорм.доп. ³ кзащ× Iзащ,

5.6 Расчет электросетей по потере напряжения.

DUф=I r cosj+I x sinj=I (r cosj+x sinj),

DUл=DUф=( I r cosj+I х sinj) или

DUл= .

5.7 Сети электрического освещения.

         Согласно ГОСТ отклонение U в сети рабочего освещения допускается в пределах от -2,5 до +5% от Uном. При использовании в сетях U=380/220 В совместного питания осветительной и силовой нагрузок следует учитывать колебания U при пуске двигателей, сопровождающиеся миганием ламп. Если такие колебания U повторяются более 10 раз в час, то они не должны превышать 4% от Uном ламп. Поэтому сеть электроосвещения, выбранная по условиям нагрева, проверяется на допустимую потерю U.

         При активной нагрузке освещения и равномерном ее распределении пользуются формулами, применяемыми для любого участка сети (cosj=1):

DU%=SM/CS      или    S=SM/CDU%

где SM=SpL – сумма моментов нагрузок;

         С= – коэффициент, зависящий от Uсети, системы распределения электроэнергии, материала провода (С – из таблиц).

         Сечение проводов осветительной сети на минимум проводникового материала определяется по формуле

S=(SM+Sam)/CDU,

где SM – сумма моментов данного и всех последующих по направлению энергии участков с тем же числом проводов в линии, что и данный участок; кВт×м;

Sam – сумма моментов всех ответвлений, которые питаются от данного участка, но имеющих другое с ним число проводов;

a – коэффициент приведения моментов, зависящий от числа проводов на участке и в ответвлении (по таблице);

DU – расчетная потеря напряжения, допускаемая от начала рассчитываемого участка до наиболее удаленного светильника, %.

         Расчетная формула для S применяется последовательно ко всем участкам сети, начиная от питательной магистрали, идущей от шин п/ст, до последней лампы. По выбранному расчетному сечению провода подбирается ближайшее большее стандартное сечение провода. Далее по выбранному сечению данного участка и его фактическому моменту определяются потери напряжения.

6 Лекция № 6. Защитная аппаратура для сетей до 1000 В.

Содержание лекции:

- предохранители;

- автоматические воздушные выключатели.

Цели лекции:

- изучить способы и средства защиты электроприемников в сетях до 1000 В.

6.1    Предохранители. Их применяют для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки будут выбраны с запасом по пропускной способности, превышающим примерно на 25% Iном.пл.вст.. [устройство ПН и ПР]

         Плавкие вставки выдерживают токи на 30-50% выше Iном в течении 1 часа и более. При токах, превышающих Iном.пл.вст. на 60-100% они плавятся за время меньше 1 часа.

         Наиболее распространенными предохранителями до 1000 В являются: ПР2 – предохранитель разборный; НПН – насыпной предохранитель неразборный; ПН-2 – предохранитель насыпной разборный.

         Основные типы предохранителей имеют         Iном от 15 до 1000 А.

         По конструктивному выполнению предохранители можно разделить на 2 группы: а) с наполнителем из кварцевого песка (ПН2; НПН; ПП17; ПП18); б) без наполнителей (ПР2).

         Плавкие предохранители делят на:

а) инерционные – с большой тепловой инерцией, т.е. они выдерживают значительные кратковременные токовые нагрузки;

б) безинерционные – с малой тепловой инерцией, т.е. с ограниченной способностью к перегрузкам.

         Условия выбора предохранителей

Iном.пред.³ Iдл. ,

Iном.вст ³ Iдл,

где Iдл – длительный расчетный ток, определяется по формуле

.

 

 

 

 

 

 Рисунок 12 - Характеристика предохранителя

 При выборе плавких вставок для ЭД с большими пусковыми токами, превышающими номинальные токи, вводится коэффициент снижения пускового тока a, который при легком пуске принимается равным a=2,5, а при тяжелом пуске a=1,6.

         При защите ответвления, идущего к одиночному двигателю при легких пусках (станки, вентиляторы, насосы и т.п.)

Iвст ³ Iпускпуск×Iномд    

При защите ответвления, идущего к одиночному двигателю с частыми пусками или большой длительностью пускового времени (краны, центрифуги, дробилки и т.п.)

Iвст ³ ;

         При защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку

Iвст ³ ,

где  Iкр – максимальный кратковременный ток линии.

Iкр= I/пуск+ I/дл, [Iкр= Iпуск.наиб.эп+]

где I/пуск – пусковой ток электродвигателей, включаемый одновременно, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшей величины;

I/дл – длительный расчетный ток линии до момента пуска одного или группы ЭД, определяемый без учета Iраб пускаемых ЭД, А. Iном.пл.вст для защиты ответвления, идущего к сварочному аппарату, выбирают из соотношения

Iвст ³ 1,2× Iсв×         ,

где Iсв – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения ПВ, А. Iном.пл.вст для защиты ответвления, идущего к сварочному аппарату, можно принимать равным Iдоп провода, идущего к сварочному аппарату. Селективность (избирательность) защиты плавкими предохранителями магистральной линии с ответвлениями достигается последовательным возрастанием Iном.пл.вст на отдельных участках по мере приближения к пункту питания. Селективность обеспечивается, если ток предохранителя на следующей ступени больше на две ступени тока предохранителя предыдущей ступени.

6.2 Автоматические воздушные выключатели. Они предназначены для включения и отключения низковольтных цепей в нормальном режиме (коммутационный аппарат), а также для защиты от токов короткого замыкания. Автоматы могут иметь три исполнения расцепителей:

1. Тепловой расцепитель, представляющий собой биметаллическую пластинку, имеющую обратно зависимую от тока выдержку времени (характеристику), с его помощью осуществляется защита от перегрузки.

  

 

 

Рисунок 13

2. Максимально-токовый расцепитель (электромагнитный расцепитель), представляющий собой электромагнит, срабатывающий мгновенно и осуществляющий защиту при коротких замыканиях или при значительных сверхтоках.

        

 

 

 

 

 

 

Рисунок 14

3) Комбинированный расцепитель, осуществляющий защиту, как от перегрузок, так и от токов коротких замыканий.

 

 

 

 

  

Рисунок 15

Выбор автоматических выключателей.

         Тепловой расцепитель (тепловое реле магнитного пускателя)

Iтепл.р. ³ Iдл.

         Электромагнитный или комбинированный расцепитель

Iэл ³ Iдл.

         Ток срабатывания электромагнитного или комбинированного расцепителя

Iср.эл. ³ 1,25×Iкр.

         Для ответвления к одиночному ЭД Iкр=Iпуск.

         Ток срабатывания расцепителя автомата с регулируемой обратно зависисимой от  тока характеристикой

Iср.р. £ 1,25 Iдл.

         Для взрывоопасных помещений Iдлит=1,25× Iдлит.дв.

                Во всех случаях должно быть обеспеченно надежное отключение короткого замыкания защитными аппаратами, для этого Iодноф.к.з. в сетях с глухо заземленной нейтралью и Iдвухф.к.з в сетях с изолированной нейтралью должны в 3 раза и более превышать Iном.расц., имеющего обратно зависимую от тока характеристику; в 1,1 раза и более – ток срабатывания автомата, имеющего только электромагнитный расцепитель.

 

 

7 Лекция № 7. Подстанции промышленных предприятий

Содержание лекции:

- требования к СЭС ПП;

- схемы электроснабжения подстанций;

- распределительные устройства подстанций;

- комплектные трансформаторные п/ст ;

- подстанции для электролизных установок;

- подстанции для дуговых и руднотермических электрических печей;

- выбор числа и мощности трансформаторов и типа подстанций.

Цели лекции:

- изучить типы подстанций и их характеристики.

7.1 Требования к СЭС ПП. Системы электроснабжения современных предприятий должны удовлетворять следующим требованиям:

а) экономичности и надежности;

б) безопасности и удобства эксплуатации;

с) обеспечения надлежащего качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ-13109, уровней и отклонений напряжения, стабильности частоты и др.;

д) экономии цветных металлов и электроэнергии;

е) гибкости системы, дающей возможность дальнейшего развития без существенного переустройства основных вариантов электросетей на период строительства и эксплуатации;

ж) максимального приближения источников высшего напряжения к электроустановкам потребителей, обеспечивающего минимум сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации, снижение первоначальных затрат и уменьшение потерь  электроэнергии с одновременным повышением надежности.

7.2 Схемы электроснабжения подстанций.

Система электроснабжения наиболее рациональна и надежна, когда источники высшего напряжения максимально приближены к потребителям, а прием электроэнергии рассредоточивается по нескольким пунктам, благодаря чему сводится к минимуму число сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации.

Схема электроснабжения строится таким образом, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой («холодный» резерв, т.е. отключенный при нормальном режиме, применяется в исключительных случаях).

Резервирование предусматривается в самой схеме электроснабжения путем перераспределения отключенных нагрузок между оставшимися в работе частями сети с использованием перегрузочной способности электрооборудования и отключением в отдельных случаях неответственных потребителей. Восстановление питания производится автоматически. Применяется, как правило, раздельная работа элементов СЭС: линий, секций шин, токопроводов, трансформаторов. Параллельная  работа допускается лишь в исключительных  случаях:

- при питании ударных резкопеременных нагрузок;

- если АВР не обеспечивает необходимое быстродействие восстановления питания с точки зрения самозапуска электродвигателей.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей электроэнергии, распредустройств (РУ), а также вспомогательных устройств (аккумуляторных батарей или других ИП вторичных цепей, конденсаторных батарей, помещения управления, компрессорных станций для получения сжатого воздуха, бытовых помещений и т.д.)

Наиболее характерными для промышленных предприятий являются трансформаторные подстанции (ГПП; ТП). Кроме них применяются преобразовательные подстанции (ПП) с полупроводниковыми, машинными и другими преобразователями тока или частоты, которые по общим принципам устройства мало отличаются от трансформаторных.

Подстанции, на которых энергия, поступающая от ИП не преобразуется, а лишь распределяется по приемникам электроэнергии, называются распределительными подстанциями (РП).

На крупных энергоемких предприятиях применяются прогрессивные СЭС в виде глубоких вводов высокого напряжения 35÷220кВ; токопроводов U= 6÷35кВ.

Иногда одновременно применяются и глубокие вводы и токопроводы.

Глубоким вводом  называется СЭС с максимально возможным приближением высшего напряжения 35÷220кВ к электроустановкам потребителей. При этом число ступеней промежуточной трансформации и количество аппаратов получается минимальным.

На очень крупных предприятиях при напряжении питающих линий 330-500кВ электроэнергия трансформируется на U=110-220кВ. Глубокие вводы выполняются по магистральным или радиальным сетям.

Рассмотрим наиболее употребительные типовые схемы подстанций глубоких вводов 110-220кВ, разработанные институтом «Энергосетьпроект» (ПГВ).

7.3 Распределительные устройства подстанций.

Каждая п/ст имеет распределительные устройства (РУ), содержащие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства.

По конструктивному исполнению РУ делят на открытие и закрытие. Они могут быть комплектными (сборка на предприятии – изготовителе) или сборные (сборка частично или полностью на месте применения).

Открытое распределительное устройство (ОРУ) – распределительное устройство, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе; закрытое распределительное устройство (ЗРУ) – устройство, оборудование которого расположено в здании.

Комплектное распределительное устройство (КРУ) – распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами, вспомогательными устройствами, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде и предназначенное для внутренней установки.

Комплектное распределительное устройство наружной установки (КРУН) – это КРУ, предназначенное для наружной установки.

Распределительный переключательный пункт (РП) – распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Открытые распределительные устройства.

Для напряжений 35кВ и выше обычно сооружаются ОРУ с применением для отдельных элементов  крупноблочных узлов заводского изготовления. Конструкции ОРУ разнообразны и зависят от высшего и низшего напряжений, принятой схемы электросоединений, наличия на стороне ВН выключателей или заменяющих их КЗ и ОД и их размещения по отношению к воздушной ЛЭП и трансформатору.

На ГПП промышленных предприятий РУ напряжением 110-35/10 кВ, как правило, выполняют открытыми и лишь для производств с сильным загрязнением воздуха, при отсутствии свободной территории, при очень низких температурах окружающей среды или в случае особых требований – закрытыми.

Применение ОРУ уменьшает стоимость и сокращает сроки строительства п/ст. При замене и демонтаже электрооборудования ОРУ по сравнению с закрытыми более маневроспособны. Однако обслуживание ОРУ несколько сложнее, чем закрытых. Кроме того, для наружной установки требуется более дорогое электрооборудование, способное выдержать прямые атмосферные воздействия.

Для опорных конструкций в ОРУ используется железобетон или металл, ошиновка выполняется чаще всего гибким проводом, который с помощью гирлянд изоляторов крепится к опорам.

Конструкция ОРУ должна обеспечивать свободный доступ к трансформатору при эксплуатации. Соединение трансформатора с РУ низшего напряжения выполняется обычно гибким проводом или пакетом шин (токопроводом). При схеме блока «трансформатор – токопровод» токопровод присоединяют непосредственно к выводам трансформатора и тогда РУ низшего напряжения отсутствует.

Распределительные устройства низшего напряжения 3-6-10кВ можно выполнять как комплектные распределительные устройства закрытые (КРУ) и открытые (КРУН).

7.4 Комплектные трансформаторные п/ст (КТП) поставляются с заводов-изготовителей полностью собранными или подготовленными для сборки. КТП изготовляют для внутренней установки, КТПН – для наружной установки; они могут быть закрытыми и открытыми.

7.5 Подстанции для электролизных установок.

Для питания электролизных установок применяются преобразовательные п/ст (ПП) с полупроводниковыми кремниевыми выпрямителями.

7.6 Подстанции для дуговых и руднотермических электрических печей (ДСП, РТП)

Для питания ДСП и РТП применяются трансформаторы специальной конструкции с вторичным напряжением до 200÷250В и мощностью 20МВ∙А и выше.

Трансформаторы устанавливаются в цехе вблизи печи с целью снижения потерь в токопроводе между трансформатором и печью.

Печи могут получать питание от РУ ГПП при напряжении 6-10кВ, оперативные включения и отключения установки производятся выключателем В, установленным в КРУ.

Мощные печные трансформаторы получают питание напряжением 35-110кВ.

ДСП создают значительные пиковые токи и неравномерное потребление мощности за цикл плавки, поэтому мощность трансформатора используется только в первые периоды при плавлении шихты.

         РТП имеют более спокойный режим работы и меньшие эксплуатационные толчки тока.

Для компенсации реактивной мощности, обусловленной низким cosφ, в установках дуговых печей монтируются компенсирующие устройства на напряжение 6-10 и 35-110кВ.

7.7 Выбор числа и мощности трансформаторов и типа подстанций

Выбор типа, числа и схем питания п/ст должен быть обусловлен величиной и характером электрических нагрузок, размещением нагрузок на генеральном плане предприятия, а также производственными, архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями. Должны учитываться расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, условия охлаждения, требования пожарной и электробезопасности.

 8 Лекция № 8. Качество электрической энергии

Содержание лекции:

- электромагнитная совместимость;

- показатели качества электрической энергии;

- способы определения показателей качества электрической энергии.

Цели лекции:

- изучить основные показатели качества электрической энергии и методы их определения.

8.1 Электромагнитная совместимость. Увеличение числа источников электромагнитного поля многократно повышает его интенсивность относительно естественного магнитного поля Земли (в 10 тысяч раз по сравнению со времени Максвелла). Это негативно влияет на здоровье людей и обостряет проблему электромагнитной совместимости электрооборудования и электрических сетей, под которой понимается способность потребителей электроэнергии нормально функционировать и не вносить в электрическую сеть недопустимых искажений, затрудняющих работу других потребителей.

Снижение качества электроэнергии обусловливает:

– увеличение потерь во всех элементах электросети;

– перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции, сокращение срока службы электрооборудования;

– рост потребления электроэнергии и требуемой мощности электрооборудования;

– нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики;

– сбои в работе электронных систем управления, вычислительной техники и специфического оборудования;

– вероятность возникновения однофазных коротких замыканий из-за ускоренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные;

– появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередач, находящихся вблизи действующих;

– помехи в теле- и радиоаппаратуре, ошибочную работу рентгеновского оборудования;

– неправильную работу счетчиков электрической энергии.

         Нормы КЭ, устанавливаемые настоящим стандартом, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в СЭС общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электросетей СЭС общего назначения и электросетей потребителей электроэнергии. Кондуктивная электромагнитная помеха в СЭС – электромагнитная помеха, распространяющаяся по элементам электрической сети.

         8.2 Показатели КЭ.

1. Установившееся отклонение напряжения бUу.

2. Размах изменения напряжения бUt.

3. Доза фликера Рt; [фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в питающей сети].

4. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Кu.

5. Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения Кu(n).

6. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2u.

7. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности Коu.

8. Отклонение частоты Df.

9. Длительность провала напряжения.

10. Импульсное напряжение Uимп.

11. Коэффициент временного перенапряжения Кпер.U.

         8.3 Основные формулы для определения показателей качества электрической энергии.

Отклонение напряжения (dUу)

         Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:

– нормально допустимые значения установившегося отклонения напряжения dUу на выводах приемников электроэнергии равны ± 5% от номинального напряжения электросети;

– предельно допустимые значения dUу равны ± 10%.

 – установившееся отклонение напряжения

где Uу= – усредненное напряжение, В или кВ как результат усреднения N наблюдений напряжений U(1)i за интервал времени 1 мин;

Ui – значение напряжения U(1)i в i-ом наблюдении, В, кВ. Число наблюдений за 1 мин должно быть не менее 18.

Колебания напряжения

         Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

– размахом изменения напряжения dUt;

– дозой фликера Рt (частотой колебаний напряжения).

         Размах изменения напряжения – это разность между следующими друг за другом экстремумами огибающей действующих значений напряжения.

         Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения dUу и размаха изменений напряжения dUt в точках присоединения к электросетям напряжением 0,38 кВ равно ± 10% от номинального U.

где Ui, Ui+1 – значения следующих один за другим экстремумов и горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом полупериоде основной частоты, В.

Несинусоидальность напряжения Кu

         Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

– коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения Кu;

– коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения Кu(n).

Таблица 1 - Нормы коэффициента искажения синусоидальности

                          напряжения Кu,  %

Нормально допустимое значение при Uном, кВ

Предельно допустимое значение при Uном, кВ

0,38

6-20

35

110-330

0,38

6-20

35

110-330

8,0

5,0

4,0

2,0

12,0

8,0

6,0

3,0

        

Допускается вычислять данный показатель по формуле

.

Несимметрия напряжений

         Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

– коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности К2u;

– коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0u.

Нормально допустимое значение К2u равно 2,0%.

Предельно допустимое значение К2u равно 4,0%.

Нормально допустимое значение К0u равно 2,0% – в точках общего присоединения к четырехпроводным электросетям 0,38 кВ.

Предельно допустимое значение К0u равно 4,0% там же.

         Значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2u вычисляют как результат усреднения N наблюдений К2ui на интервале времени Ts равном 3с, по формуле

.

Число наблюдений N должно быть не менее 9.

         Значение коэффициента несимметрии по нулевой последовательности К0u вычисляют как результат усреднения N наблюдений К0ui на интервале времени Ts равном 3с, по формуле

.

Число наблюдений N должно быть не менее 9.

Отклонение частоты D f

         Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы:

– нормально допустимые значения D f равны ± 0,2 Гц;

– предельно допустимые значения D f равны ± 0,4 Гц.

         Усредненное значение частоты fу в герцах вычисляют как результат N наблюдений fi на интервале времени, равном 20с, по формуле

.

Число наблюдений N должно быть не менее 15.

         Отклонение частоты D f в герцах вычисляют по формуле:

         D f= fу-fном, где fном – номинальное значение частоты, Гц.

Провал напряжения

         Этот показатель характеризуется показателем длительности провала напряжения со следующими нормами – D tп;

– предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электросетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электросетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

         Длительность провала напряжения D tп в секундах определяется по формуле

D tп= tк tн,

где tн, tк – начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

         Глубина провала напряжения

dUп=,

где Umin – минимальное из всех измеренных среднеквадратичных значений напряжения Umin в В, кВ.

         Частота появления провалов напряжения Fп в % вычисляют по формуле

Fп=,

где m(dUn, Dtn) –число провалов напряжения глубиной dUn и длительностью Dtn за период времени напряжения Т;

М – суммарное число провалов напряжения за период времени наблюдений Т.

Импульс напряжения Uимп

         Этот показатель характеризуется показателем импульсного напряжения Uимп, значения которых для грозовых и коммутационных импульсов приведены в ГОСТ-13109-97.

         Импульсное напряжение Uимп в В, кВ измеряют как максимальное значение напряжения при резком его изменении (длительность фронта импульса не более 5 мс)

Dtимп0,5=tк0,5-tн0,5

где tн0,5, tк0,5 – момент времени в микросекундах, миллисекундах, соответствующее пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведенной на половине амплитуды импульса, в микросекундах, миллисекундах.

Временное перенапряжение

         Этот показатель характеризуется показателем коэффициента временного перенапряжения КперU, значения которого приведены в ГОСТ-13109-97.

         Коэффициент временного перенапряжения

КперU=.

 Список литературы

1. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений /Б.И. Кудрин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.

2. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 1986. – 400с.

3. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для проф. Учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001. – 336с: ил.

4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учебное пособие для сред. проф. образования. – М., 2001. – 320с.

5. Киреева Э.А. и др. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. – М.: НТФ Энергопрогресс, Энергетик, 2003. – 120с.

6. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. –  М.: Энергоатомиздат, 1991. – 464 с.

7. Справочник по проектированию электроснабжения Электроустановки промышленных предприятий. /Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. –  М.: Энергоатомиздат, 1990. – 476 с.

8. Правила устройства электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2001. – 928 с.

9. Киреева Э.А. Справочные материалы по электрооборудованию (цеховые электрические сети, электрические сети жилых и общественных зданий).- 2004.

10. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: Электроснабжение / Под ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -568 с.

11. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: Электрооборудование / Под ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -592с.

12. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. – 4 изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.  - 608с.: ил.

  

Наталья Анатольевна Туканова

Райхан Нурмухамедовна Бозжанова