Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II» (МГУПС (МИИТ))
Институт прикладных технологий
Московский колледж железнодорожного транспорта
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по разделу 4
«УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СОСТАВЛЕНИЕ
ИХ СХЕМ»
междисциплинарного курса
МДК.01.02 Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения
профессионального модуля
ПМ.01. Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей
для специальности
13.02.07 Электроснабжение (по отраслям)
Москва
2016
РАССМОТРЕНО
Предметной (цикловой) комиссией
Протокол от "__"_______2016г. №__
Председатель
__________________ (_____________)
Разработчики:
МКЖТ ИПТ МИИТ зав.отделением ТПС С.В.Ухина
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Урок 1
Урок-лекция
Введение. Место раздела в общей
структуре подготовки специалиста
Раздел «Устройство электрических сетей и составление их схем» входит в состав междисциплинарного комплекса МДК 01.02 «Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения» профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей (базовая подготовка)» и является частью образовательной программы подготовки специалистов среднего звена в соответствии с ФГОС СПО по специальности СПО 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям).
Результатом освоения профессионального модуля ПМ.01 является овладение обучающимися видом профессиональной деятельности (ВПД): Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей, в том числе профессиональными (ПК) и общими (ОК) компетенциями:
Код
Наименование результата обучения
ПК 1.1
Читать и составлять электрические схемы электрических подстанций и сетей
ПК 1.2
Выполнять основные виды работ по обслуживанию трансформаторов и преобразователей электрической энергии
ПК 1.3
Выполнять основные виды работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств электроустановок, систем релейных защит и автоматизированных систем
ПК 1.4
Выполнять основные виды работ по обслуживанию воздушных и кабельных линий электроснабжения.
ПК 1.5
Разрабатывать и оформлять технологическую и отчетную документацию
ОК 1
Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес
ОК 2
Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК 3
Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность
Код
Наименование результата обучения
ОК 4
Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития
ОК 5
Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности
ОК 6
Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями
ОК 7
Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий
ОК 8
Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации
ОК 9
Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности
С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе изучения раздела «Устройство электрических сетей и составление их схем» должен:
получить практический опыт:
- составления электрических схем устройств электрических подстанций и сетей;
- применения инструкций и нормативных правил при составлении отчетов и разработке технологических документов;
уметь:
- разрабатывать электрические схемы устройств электрических подстанций и сетей;
- вносить изменения в принципиальные схемы при замене приборов аппаратуры распределительных устройств;
- использовать нормативную техническую документацию и инструкции; выполнять расчеты рабочих и аварийных режимов действующих электроустановок и выбирать оборудование;
- оформлять отчеты о проделанной работе;
знать:
- условные графические обозначения элементов электрических схем;
- логику построения схем, типовые схемные решения, принципиальные схемы эксплуатируемых электроустановок;
- виды технологической и отчетной документации, порядок ее заполнения.
Раздел «Устройство электрических сетей и составление их схем» базируется на таких курсах, как «Электротехника и электроника», «Электрические машины», «Математика», и тесно связана с другими междисциплинарными курсами профессионального модуля ПМ.01.
Содержание раздела включает в себя все основные вопросы теории, расчета, выбора наивыгоднейших параметров, а также определение конкретных показателей работы электрических сетей.
Цель изучения раздела – установить взаимосвязь режимов работы последовательной цепи элементов системы электроснабжения при реализации технологических процессов, определить ее оптимальные параметры, методы эксплуатации и управления, научить обучающихся основам схемного конструирования.
УРОК 1
Комбинированный урок
Получение, преобразование, распределение и
использование электроэнергии.
1. Тепловые электростанции.
Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в одельно стоящем доме становится экономически выгодна.
На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.
Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС)..
Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400650°С и под давлением 324 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.
Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.
Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.
Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.
Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 6070%.
Такие станции строят обычно вблизи потребителей промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.
Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата паровой турбины относятся к паротурбинным станциям.Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
2. Гидроэлектростанции.
Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.
По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины.Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.
3. Атомные электростанции.
Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная(ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233U, 235U, 239Pu).
Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем, вбирается водой (теплоносителем 1-го контура), которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образованный пар поступает в турбину 4.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя 4) графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.
В России строят главным образом графито-водные и водо-водяные реакторы.На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы.Графито-газовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами.
II. Нетрадиционные источники энергии
1. Ветровая энергия
2. Геотермальная энергия
К категории гидротермальных конвективных систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, которые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера. Образование таких систем связано с наличием источника теплоты - горячей или расплавленной скальной породой, расположенной относительно близко к поверхности земли. Гидротермальные конвективные системы обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.
В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении горячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около20 % жидкости вскипает и превращается в пар. Этот пар отделяется с помощью сепаратора от воды и направляется в турбину. Вода, выходящая из сепаратора, может быть подвергнута дальнейшей обработке в зависимости от ее минерального состава. Эту воду можно закачивать обратно в скальные породы сразу или, если это экономически оправдано, с предварительным извлечением из нее минералов.
3. Энергия приливов и отливов.
4. Энергия солнца.
Сегодня для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию мы располагаем двумя возможностями: использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.
Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.
Простейшее устройство такого рода–плоский коллектор; в принципе это черная плита, хорошо изолированная снизу. Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, через которые текут вода, масло, ртуть, воздух, сернистый ангидрид и т. п. Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (на 200–500°С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники, по сути дела, представляют собой простые коллекторы солнечного излучения.
Более сложным и дорогостоящим коллектором является вогнутое зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом объеме около определенной геометрической точки – фокуса. Отражающая поверхность зеркала выполнена из металлизированной пластмассы либо составлена из многих малых плоских зеркал, прикрепленных к большому параболическому основанию.Благодаря специальным механизмам коллекторы такого типа постоянно повернуты к Солнцу–это позволяет собирать возможно большее количество солнечного излучения. Температура в рабочем пространстве зеркальных коллекторов достигает 3000°С и выше.
Солнечные фотоэлементы уже сегодня находят свое специфическое применение. Они оказались практически незаменимыми источниками электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях, а на Земле – в первую очередь для питания телефонных сетей в не электрифицированных районах или же для малых потребителей тока(радиоаппаратура, электрические бритвы и т.п.). Полупроводниковые солнечные батареи впервые были установлены на третьем советском искусственном спутнике Земли (запущенном на орбиту 15 мая 1958 г.).
7. Водородная энергетика
Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды. Водород можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ. Трубопроводный транспорт топлива – самый дешевый способ дальней передачи энергии. К тому же трубопроводы прокладываются под землей, что не нарушает ландшафта. Газопроводы занимают меньше земельной площади, чем воздушные электрические линии. Передача энергии в форме газообразного водорода по трубопроводу диаметром 750 мм на расстояние свыше 80 км обойдется дешевле, чем передача того же количества энергии в форме переменного тока по подземному кабелю. На расстояниях больше 450 км трубопроводный транспорт водорода дешевле, чем использование воздушной линии электропередачи постоянного тока..
Сейчас водород производят главным образом (около 80%) из нефти. Но это неэкономичный для энергетики процесс, потому что энергия, получаемая из такого водорода, обходится в 3,5 раза дороже, чем энергия от сжигания бензина. К тому же себестоимость такого водорода постоянно возрастает по мере повышения цен на нефть.
Когда водород станет столь же доступным топливом, как сегодня природный газ, он сможет всюду его заменить. Водород можно будет сжигать в кухонных плитах, в водонагревателях и отопительных печах, снабженных горелками, которые почти или совсем не будут отличаться от современных горелок, применяемых для сжигания природного газа.
Как мы уже говорили, при сжигании водорода не остается никаких вредных продуктов сгорания. Поэтому отпадает нужда в системах отвода этих продуктов для отопительных устройств, работающих на водороде, Более того, образующийся при горении водяной пар можно считать полезным продуктом он увлажняет воздух (как известно, в современных квартирах с центральным отоплением воздух слишком сух). А отсутствие дымоходов не только способствует экономии строительных расходов, но и повышает к. п. д. отопления на 30%.
Водород может служить и химическим сырьем во многих отраслях промышленности, например при производстве удобрений и продуктов питания, в металлургии и нефтехимии. Его можно использовать и для выработки электроэнергии на местных тепловых электростанциях.
Урок 3
Комбинированный урок
Схемы внешнего электроснабжения подстанций.
Схема питания трансформаторных подстанций от ЛЭП показана на рисунке 1.
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рисунок 1 - Схема двустороннего питания тяговых подстанций от двухцепной линии электропередач
В общем случае схема питания трансформаторных подстанций зависит от конфигурации районной сети, резерва мощности электрических станций и подстанций, возможности их расширения и др. Во всех случаях для большей надежности стремятся иметь схему двухстороннего питания тяговых подстанций На рисунке 1 обозначено: 1 – опорная (узловая) трансформаторная подстанция (не менее трех вводов высоковольтных линий). Оснащается комплексом высоковольтных коммутационных аппаратов и устройств автоматической защиты от повреждений; 2 – промежуточная ответвительная (отпаечная) подстанция. Высоковольтные выключатели не устанавливаются, за счет чего удешевляется система электроснабжения; 3 – промежуточная проходная (транзитная) подстанция, обеспечивается секционирование высоковольтных линий для ремонта или отключения при повреждениях.
Обеспечение надежности системы электроснабжения достигается: использованием двухцепной линии высокого напряжения, обеспечением двухстороннего питания каждой сети ЛЭП, секционированием ЛЭП на транзитных подстанциях, наличием быстродействующей автоматической защиты на опорных, транзитных трансформаторных, тяговых и районных подстанциях.
Обеспечение экономичности системы электроснабжения достигается сокращением высоковольтной аппаратуры (выключателей) за счет промежуточных подстанций, не имеющих таких выключателей. При повреждениях на этих подстанциях быстродействующей защитой отключаются линии на опорных подстанциях, а в бестоковую паузу – на промежуточных. Неповрежденные подстанции включаются системой автоматического повторного включения.
При питании от одноцепной линии передачи присоединение подстанций на отпайках не допускается. Все подстанции включаются в разрез линии, причем на каждой подстанции промежуточные линии передачи секционируются выключателем.
Урок 4
Комбинированный урок
Классификация электрических сетей.
Электрическая сеть совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий, размещённых на территории района, населённого пункта, потребителя электрической энергии
Электрические сети принято классифицировать по:
- назначению (области применения),
- масштабным признакам,
- по роду тока.
Электрические сети по назначению, области применения:
1. Сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.
2. Сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.)
3. Сети технологических объектов: электроснабжение производственных объектов и других [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
4. Контактная сеть: специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Электрические сети по масштабным признакам, размерам сети:
1. Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).
2. Региональные сети: сети масштаба региона (области, края). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).
3. Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).
4. Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).
5. Электропроводка: сети самого нижнего уровня отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).
Электрические сети по роду тока:
1. Сети переменного трёхфазного тока: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] передаётся по трём проводам таким образом, что [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются «фазой». Каждая «фаза» имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.
2. Сети переменного однофазного тока: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. «фаза» и «ноль»). Потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «ноль» отличается от провода [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
3. Сети постоянного тока: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.
Преобразование напряжения
Как правило, генераторы источника и потребители работают с низким номинальным напряжением. Потери энергии в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, поэтому для снижения потерь электроэнергию выгодно передавать на высоких напряжениях. Для этого на выходе от генератора его повышают, а на входе потребителя его понижают при помощи [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] неизолированный проводник, или кабель изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
По конструктивному исполнению электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные линии.
Воздушной линией (BЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.К главным конструктивным элементам ВЛ относят: опоры; провода, служащие для передачи электроэнергии; изоляторы, изолирующие провода от опоры; линейную арматуру, с помощью которой провода закрепляют на изоляторах; защитные тросы.
Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.
Урок 5
Комбинированный урок
Конструктивное выполнение воздушных и кабельных линий
Воздушной линией (BЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.К главным конструктивным элементам ВЛ относят: опоры; провода, служащие для передачи электроэнергии; изоляторы, изолирующие провода от опоры; линейную арматуру, с помощью которой провода закрепляют на изоляторах; защитные тросы.
Опоры воздушных линий относятся к поддерживающим конструкциям. Большая часть опор на линии служит только для поддержания проводов на высоте. Такие опоры называют промежуточными.Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии (концевые опоры), с обеих сторон переходов через автомобильные и железные дороги, реки и другие препятствия (переходные опоры). На прямых участках анкерные опоры размещают через каждые 2 3 км. Их рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрыве всех проводов. В местах поворота линии применяют угловые опоры.
Опоры линий электропередачи изготовляют из дерева, металла, железобетона. В последнее время железобетонные опоры получают преимущественное распространение для ВЛ напряжением 6... 220 кВ.
Изоляторы воздушных линий предназначены для изоляции и крепления токоведущих частей. Провода подвешивают на опорах с помощью штыревых (рисунок 1 а, б, в) и подвесных (рисунок 1 г) изоляторов. Для линий напряжением 6 (10) кВ применяют штыревые и подвесные изоляторы. Провода воздушных линий напряжением 35 кВ и выше, как правило, подвешивают на подвесных изоляторах.
Изоляторы ВЛ изготовляют из фарфора или закаленного стекла. К достоинствам стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя либо разрушающего механического, или термического воздействия закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора.
Изоляторы крепят на опорах с помощью крюков, штырей и специальных скоб.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рисунок 1 - Линейные изоляторы:
а штыревой для линий напряжением 400 В; б штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; в штыревой для линий напряжением 20 (35) кВ; г подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах
Провода воздушных линий предназначены для передачи силовой нагрузки. Они классифицируются по конструкции, материалу, изоляции и количеству используемых материалов.
По конструкции провода подразделяют на одно- и многопроволочные. Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки с площадью сечения 4, 6 или 10 мм 2. Многопроволочный провод свивается из отдельных проволок диаметром 2...3 мм и имеет площадь сечения 10 мм 2 и выше. Стандартом предусмотрена следующая шкала площадей сечений токоведущих жил проводов: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700 мм2. По изоляции провода делятся на изолированные и неизолированные (голые). Для ВЛ применяют неизолированные провода.
По материалу: на ВЛ применяют алюминиевые (А), медные (М), стальные многопроволочные (ПМС, ПС), Алюминиевые провода отличаются большим удельным сопротивлением (р = 28,8 Ом мм 2/км) и меньшей механической прочностью (о = 156... 180 МПа), чем медные, но они значительно дешевле. Медные провода имеют малое удельное сопротивление (р = = 18 Ом-мм 2/км), их механическая прочность о = 400 МПа. Они применяются лишь в условиях повышенной опасности по взрыву
По количеству используемых материалов провода подразделяют на монометаллические, выполненные из одного материала, и биметаллические, имеющие сердечник из механически прочного материала. На ВЛ используют, как правило, сталеалюминиевые (АС), сталеалюминиевые усиленные (АСУ), сталеалюминиевые проволочные, специальные сталеалюминиевые с защитой от коррозии для прокладки на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и районах засоленных песков (АСКС, АСК) провода. У сталеалюминиевых проводов удельное сопротивление примерно такое же, как у алюминиевых, а их прочность о = 700 МПа. Сталеалюминиевые провода имеют сердечник из стальной проволоки для увеличения механической прочности. Такие провода широко применяются в сетях напряжением 35 кВ и выше.
Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.
Кабельные линии прокладывают в местах, где затруднено сооружение BJI, например в стесненных условиях на территории предприятия, на переходах через сооружения и т.п. В таких условиях кабельные линии более надежны, лучше обеспечивают безопасность людей, чем воздушные линии, и дают очень большую экономию территории. Однако стоимость кабельных линий в 23 раза выше, чем воздушных, при номинальном напряжении 6...35 кВ и в 5 8 раз при напряжении 110 кВ. В распределительных сетях используют силовые кабели с бумажной изоляцией токоведущих проводов (жил), бронированные для защиты от внешних повреждений. Материал токоведущих жил алюминий или медь; в настоящее время применяется преимущественно алюминий. По числу токоведущих жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжильные, причем двух- и четырехжильные кабели изготовляют только на напряжение до 1000 В.
Устройство бронированного кабеля, рассчитанного на напряжение 1... 10 кВ, с секторными жилами, бумажной изоляцией и вязкой пропиткой показано на рисунке 2.
Конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией из полиэтилена и полихлорвинила не требует защитной оболочки. Это позволяет существенно снизить расход свинца и алюминия, уменьшить массу кабеля и снизить его стоимость. Поэтому синтетическая изоляция кабелей постепенно вытесняет бумажную. По маркировке кабелей можно судить об их конструкции. Например, марка СБ-Зх95 означает: трехжильный кабель со свинцовой оболочкой, бронированный стальной лентой, с медными жилами площадью сечения 95 мм 2; АСБ-3х95 то же, но с алюминиевыми жилами; ААБ-3х95 то же, но с алюминиевыми жилами и алюминиевой оболочкой; ААШ В-3 х 120 трехжильный кабель с алюминиевыми жилами площадью сечения 120 мм 2 и оболочкой с поливинилхлоридным защитным шлангом
Рисунок 2 - Трехжильный кабель с секторными жилами:1 токопроводящие жилы из алюминия или меди; 2 бумажная, пропитанная маслом изоляция (фазная); 3 джутовый заполнитель; 4 бумажная, пропитанная маслом изоляция (поясная); 5 свинцовая оболочка; 6 прослойка из джута; 7 стальная ленточная броня; 8 наружный джутовый покров.
Урок 6
Комбинированный урок
Параметры электрических сетей. Изоляция линий электропередачи
Линии электропередачи характеризуются параметрами (сопротивлениями линии Rл и Xл и проводимостями линииGл и Bл), равномерно распределенными по длине линии. Расчет линии электропередачи с учетом распределенности параметров очень сложен и применяется только для очень протяженных электропередач сверхвысокого напряжения, длина которых соизмерима с длиной электромагнитной волны.
Подавляющее большинство линий электропередачи имеют длины, существенно меньшие длины волны. Учет распределенности параметров этих линий значительно усложняет расчеты электрических сетей, уничтожает наглядность результатов расчета при несущественном их уточнении. Поэтому расчет линий электропередачи длиной до 300 км выполняют при допущении о сосредоточенности ее параметров. Погрешности расчетов при таком допущении не превышают 1...2%, что вполне допустимо для инженерных расчетов.
Представление элемента электрической сети его параметрами называется схемой замещения. При расчетах симметричных режимов схемы замещения составляются для одной фазы.
Воздушные и кабельные линии электропередачи при расчетах электрических сетей представляются в общем случае П-образной схемойзамещения (рисунок 1). Такая схема является наиболее удобной расчетноймоделью линии, отражающей главные характеристики происходящих в линии явлений.
Поскольку длины линий электропередачи различны, вводят понятияпогонных параметров, т.е. параметров, приведенных к единице длинылинии, например к одному километру. Погонные параметры линийэлектропередачи различной конструкции, различных напряжений, с различными сечениями проводников фаз приводятся в справочнойлитературе.
Схема замещения линии электропередачи (рисунок 1) состоит изпродольной ветви и двух поперечных ветвей. В соответствии с этимразличают продольные и поперечные параметры линии. Продольныепараметры – это активное и индуктивное сопротивления R и X одной фазылинии, поперечные – это активная и емкостная проводимости G и В междуфазой и землей (точкой нулевого потенциала).
Рисунок 1 - П-образная схема замещения воздушной линий электропередачи
Различают два вида электрического сопротивления: омическое и активное. Омическое сопротивление – это сопротивление проводникапостоянному току, активное – переменному току. Активное сопротивление больше омического вследствие эффекта вытеснения тока к поверхности проводника. Для промышленной частоты 50 Гц этот эффект проявляется незначительно, отличие активного и омического сопротивлений не превышает 0,5% и этим отличием обычно пренебрегают.
Электрическое сопротивление проводника зависит от его температуры:
R
· =R[1+
·(
·–20)],
где
· – температурный коэффициент изменения сопротивления; дляалюминия и меди
· = 0,004 1/оС;
R – сопротивление проводника при 20оС;
· – фактическая температура проводника.
Активное сопротивление линии определяется по формуле:
Rл=roL,
где ro - удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20°С;
L - длина линии, км.
Удельное сопротивление г0 определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. При температуре провода, отличной от 200С, сопротивление линии уточняется.
Реактивное сопротивление определяется следующим образом:
Xл=xoL,
где xo - удельное реактивное сопротивление, Ом/км
Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. При расчетах симметричных режимов используют средние значения xo Ом/км,:
где rпр – радиус провода, см;
Dср – среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением
где Dab, Dbc, Dca – расстояния между проводами соответственно фаз a, b, c.
При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение xo из-за влияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния между цепями. Отличие xo одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 56 % и не учитывается при практических расчетах.
Для сталеалюминиевых проводов xo определяется по справочным таблицам в зависимости от сечения и числа проводов в фазе.
Активная проводимость линии Gл соответствует двум видам потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы и на корону.
Токи утечки через изоляторы малы, поэтому потерями мощности в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности провода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свечение - корону. Короне соответствуют потери активной мощности. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода. Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных линий нормируются по условию образования короны: 110кВ 70 мм2;220кВ 240 мм2; 330кВ –2х240 мм2; 500кВ – 3х300 мм2; 750кВ – 4х400 или 5х240 мм2.
При расчете установившихся режимов электрических сетей напряжением до 220кВ активная проводимость практически не учитывается.
Емкостная проводимость линии Bл обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью провод - земля и определяется следующим образом:
Bл= boL,
где bо - удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:
Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рисунок 2,б). В этой схеме вместо емкостной проводимости (рисунок 2,а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Половина емкостной (зарядной) мощности линии, Мвар, равна:
где UФ и U – фазное и междуфазное напряжение, кВ;
Ib – емкостный ток на землю
Рис. 3.3. Схемы замещения линий электропередачи:
а, б - воздушная линия 110-220-330 кВ; в - воздушная линия Uном
·35 кВ;
г -кабельная линия Uном
·10 кВ
Графическое изображение двухобмоточного трансформатора, используемое в схемах электрических сетей, показано на рисунке 3,а.
Первичным напряжением U1 считается напряжение со стороны питаниятрансформатора, вторичным U2 – напряжение со стороны нагрузкиS=Р+jQ. Соответственно и обмотки трансформатора называютсяпервичной и вторичной. Стрелка, перечеркивающая обозначениетрансформатора, показывает, что трансформатор имеет устройство РПН(устройство регулирования напряжения под нагрузкой).При расчетах электрических сетей двухобмоточный трансформаторпредставляют Г-образной схемой замещения (рисунок 3,б). Продольнымипараметрами схемы являются активное и реактивное сопротивления Rт и Xт обмоток трансформатора. Поперечными параметрами схемы являютсяактивная и реактивная проводимости Gт и Вт, которые определяютсоответственно активную и реактивную составляющие тока холостогохода трансформатора Iх.
Поскольку трансформатор связывает сети разных напряжений, всеего параметры приводятся к одному напряжению. Без специальнойоговорки будем считать, что все параметры трансформатора приведены к напряжению первичной обмотки. На подстанциях электрических сетейпервичной обмоткой является, как правило, обмотка высшего напряжения,а вторичной – обмотка низшего напряжения.
Рисунок 3 - Графическое изображение (а) и схемы замещения (б,в)двухобмоточного трансформатора
Наряду со схемой рисунка 3,б используется упрощенная схемазамещения (рисунок 3,в), в которой поперечная ветвь представлена в видеотбора или потерь мощности
·Sх =
·Рх + j
·Qх. Индекс “х” у активных и реактивных потерь обозначает, что эти потери имеют место не только принагрузке трансформатора, но и при его холостом ходе.
В справочной литературе приводятся следующие каталожные(паспортные) данные двухобмоточных трансформаторов:
Sт ном – номинальная мощность трансформатора, кВ.А;
Uвн, Uнн – номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора, кВ;
·Рх – потери активной мощности при холостом ходетрансформатора, кВт;
Ix – ток холостого хода, %;
uк – напряжение короткого замыкания, %;
·Рк – потери активной мощности при коротком замыканиитрансформатора. кВт.
Расчетные параметры трансформатора Rт, Xт, Gт, Bт,
·Qх определяются через приведенные выше каталожные данные трансформатора.
Потери активной мощности в обмотках трансформатора при егономинальной загрузке равны величине
·Рк, измеренной в опыте короткогозамыкания
·Рк=3I2внRт=(Sтном/Uвн)2Rт
Из этой формулы следует, что активное сопротивление трансформатора, Ом,составит
Rт=
·РкUвн2103/Sт2 ном
Напряжение короткого замыкания:
uк=uк%Uвн /100=13 QUOTE 1415 IвнZт,
где Zт – полное сопротивление трансформатора.
После умножения правой и левой частей на напряжение Uвн получим:
uк%U2вн /100=Sт номZт.
Из последнего выражения определяется полное сопротивление:
Zт=uк%U2вн103/100Sт ном.
В последнем выражении введение числового коэффициента 103позволяет получить сопротивление трансформатора в Ом при подстановкенапряжения Uвн в кВ, а мощности Sтном в кВ.А.
Для трансформаторов мощностью 1000 кВ.А и более имеет место соотношение Rт<<Хт или Zт
· Хт. Поэтому вполне допустимо определять реактивное сопротивление обмоток по формуле:
Хт=uк%U2вн103/100Sтном.
Для трансформаторов мощностью менее 1000 кВ.А величина индуктивного сопротивления определяется по выражению:
Хт=13 QUOTE 1415
Активная проводимость трансформатора Gт, См, определяется черезпотери активной мощности
·Рх при холостом ходе
Gт=
·Рх10-3/U2вн Реактивная проводимость трансформатора Вт, См, определяетсясоответственно через потери реактивной мощности
·Qx при холостом ходу
Вт=
·Qx10-3/U2вн
Урок 7
Лабораторная работа 1
Проверка распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов
Цель работы: изучить распределение напряжения по элементам
Изоляционных конструкций на примере гирлянды изоляторов
Формируемые компетенции: ПК 1.4, 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: для выявления дефектных изоляторов в гирляндах используются измерительные штанги, позволяющие измерять напряжение на отдельном изоляторе в рабочем режиме линии электропередачи. В лабораторной работе используется несколько иной метод, основанный на возможности измерения напряжения на всей гирлянде изоляторов и применении шарового разрядника с неизменным расстоянием между электродами. Присоединив разрядник параллельно одному из изоляторов, повышают напряжение, подводимое к гирлянде, до тех пор, пока не произойдет пробой искрового промежутка разрядника.
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
С помощью шарового разрядника с неизменным искровым промежутком измерить относительные напряжения на изоляторах гирлянды и рассчитать разрядное напряжение промежутка шарового разрядника. При установке разрядника на изолятор необходимо работать в диэлектрических перчатках, находясь на диэлектрическом коврике, при наложенной на высоковольтный вывод трансформатора заземляющей штанге.
При измерениях напряжение плавно повышать до пробоя шарового разрядника. Пробой должен быть неустойчивым, прерывистым.
Снизить напряжение до прекращения пробоя и снова поднять напряжение – всего провести три измерения и найти среднее значение. Результаты занести в таблицу.
Закоротив проволокой один из изоляторов, повторить измерения для гирлянды с дефектным изолятором.
Построить графики распределения напряжения по гирлянде.
Ответить на контрольные вопросы.
Сделать выводы по работе.
Контрольные вопросы:
Каковы причины неравномерного распределения напряжения по гирлянде изоляторов?
Как измеряется распределение напряжения по гирлянде?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 8
Комбинированный урок
Электрические расчеты и проектирование сетей. Мероприятия по охране окружающей среды при прокладке линии электропередачи
В процессе проектирования сетей проводят следующие электрические расчеты:
1. Выбор проводов и кабелей (проводников) по нагреву (по длительно допускаемой нагрузке).
2. Выбор площади сечений проводников по экономической плотности тока.
3. Определение наименьшей площади сечения проводов (для воздушных линий) по условиям коронирования.
4. Определение потерь и отклонений напряжения.
5. Определение потерь мощности и электроэнергии.
Выбор проводов и кабелей по нагреву.
Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Температура проводника будет повышаться до тех пор, пока количество тепла, получаемое проводником, не станет равным количеству тепла, отдаваемому проводником окружающей среде. При этом температура достигнет установившегося значения.
Температура нагрева проводника зависит от величины тока в проводнике, сечения и материала проводника и условий охлаждения. Температура нагрева проводника не зависит от его длины, так как чем больше длина, тем больше поверхность охлаждения.
Если выбрать проводник из какого-либо материала и поместить его в определенные условия охлаждения, то нагрев такого проводника током будет тем больше, чем больше плотность тока в самом проводнике.
В целях экономии проводникового материала желательно, чтобы проводник был нагружен наибольшим током. Но для каждого проводника существует температура, выше которой проводник нельзя нагревать по целому ряду причин, в первую очередь по условиям теплостойкости изоляции. Так, например, проводники, имеющие в качестве изоляции резину, в целях предохранения изоляции от порчи не должны нагреваться выше 65°, а проводники с бумажной изоляцией свыше 80°.
Выбор сечений проводов, кабелей и шин производят по наибольшему длительно допустимому току нагрузки (по условиям нагрева):
Iдоп > Iн.max ,
где Iдоп – наибольший длительно допустимый ток нагрузки, А;
Iн.max – максимальный ток нагрузки, А.
Максимальный ток нагрузки определяется по формуле:
Iн.max= Sн.max / (13 EMBED Equation.3 1415·Uн) ,
где Sн.max – максимальная возможная в условиях эксплуатации
мощность, покрываемая линией, кВА;
Uн – номинальное напряжение, кВ.
Выбор сечения по току производят по таблицам, приведенным в «Правилах устройств электротехнических установок» (ПУЭ), которыми надлежит руководствоваться при проектировании, монтаже и эксплуатации электрооборудования:
- [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Выбор сечений проводников по экономической плотности тока.
Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока, экономически целесообразное сечение S, мм2, определяется из соотношения:
S = I / jэк[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] ,
где I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А;
jэк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2. Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения, расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается. Выбор сечений проводов линий электропередачи постоянного и переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов.
Определение наименьшей площади сечения проводов (для воздушных линий) по условиям коронирования.
Коронный разряд возникает в воздушных линиях электропередач при ионизации воздуха вокруг провода при напряженностях электрического поля у поверхности проводов выше 21 кВ/см. Ионизация воздуха сопровождается треском, свечением воздуха, потерями энергии, созданием озона и окислов азота. Озон интенсивно окисляет металлоконструкции, а окислы азота с влагой воздуха образуют азотную кислоту, разъедающую металл и изоляцию.
Выбранные провода проверяют по условию коронирования в 2 этапа. По выбранному типу провода и известному напряжению линии находят наибольшую напряженность Е электрического поля у поверхности провода:
13 EMBED Equation.3 1415
где U – междуфазное напряжение, кВ;
Dср – среднее геометрическое расстояние между фазами, см;
Rпр – радиус провода, см.
На втором этапе определяют начальную напряженность проводника, при которой возникает явление «короны»:
13 EMBED Equation.3 1415
где m – коэффициент негладкости для скрученного провода,
принимаемый равным 0,82.
При этом должно соблюдаться соотношение: Е
· 0,9 Ео
Определение потерь и отклонений напряжения.
Рассмотрим векторную диаграмму напряжения трехфазной линии переменного тока с одной нагрузкой в конце линии (I).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Схема с одной нагрузкой на конце линии
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Векторная диаграмма напряжений для линии с одной нагрузкой.
Потерей напряжения называют алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии, т. е. отрезок ad или почти равный ему отрезок ас'.
Векторная диаграмма и выведенные из нее соотношения показывают, что потеря напряжения зависит от параметров сети, а также от активной и реактивной составляющих тока или мощности нагрузки.
При расчете величины потери напряжений в сети активное сопротивление необходимо учитывать всегда, а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осветительных сетях и в сетях, выполненных сечениями проводов до 6 мм2 и кабелей до 35 мм2.
Потери напряжения для трехфазной системы определяются по формуле:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где l - протяженность соответствующего участка сети, км.
Если заменить ток мощностью, то формула примет вид:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где Р - активная мощность,
Q- реактивная мощность, кВар;
l протяженность участка, км;
Uн номинальное напряжение сети, кВ.
Для каждого приемника электроэнергии допускаются определенные потери напряжения. Например, асинхронные двигатели в нормальных условиях допускают отклонение напряжения ±5%. Это значит, что если номинальное напряжение данного электродвигателя составляет 380 В, то напряжения U'доп = 1,05 Uн = 380 х1,05 = 399 В и U"доп = 0,95 Uн = 380 х 0,95 = 361 В следует считать его предельно допустимыми значениями напряжения. Естественно, что все промежуточные напряжения, заключенные между значениями 361 и 399 В, также будут удовлетворять потребителя и составят некоторую зону, которую можно назвать зоной желаемых напряжений.
Так как при работе предприятия имеет место постоянное изменение нагрузки (мощность или ток, протекающий по проводам в данное время суток), то в сети будут иметь место и различные потери напряжения, изменяющиеся от наибольших значений, соответствующих режиму максимальной нагрузки dUmaх, до наименьших dUmin, соответствующих минимальной нагрузке потребителя.
Для подсчета величины этих потерь напряжения следует воспользоваться формулами:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Отклонение напряжения отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения.
Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.
Для того чтобы в условиях эксплуатации обеспечить определенную величину напряжения у потребителей, надо ограничить допустимую величину потери напряжения в проводах и кабелях, по которым энергия передается потребителям.
Уменьшение напряжения у потребителя ниже номинального приводит к уменьшению освещенности на рабочих местах, а также к уменьшению вращающего момента двигателей. Допустимая потеря напряжения для осветительных сетей внутренней проводки составляет не более 2,5%, в силовых сетях от питательного пункта до приемника 5 10%.
Определение потерь мощности и энергии
Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер, поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях зависят от изменения нагрузки. Потери мощности и электроэнергии по проектируемому объекту можно рассчитывать или по величине среднеквадратичного тока Iср с учетом времени включения линии Tдейств, или по максимальному току Iмакс при времени потерь t .
Среднеквадратичный ток представляет собой эквивалентный ток, который, проходя по линии за время Тдейств, вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный, изменяющийся за то же время ток.
Время потерь t - это расчетное время, в течение которого линия. работая с неизменной максимальной нагрузкой Iмакс имела бы те же потери мощности и электроэнергии, что и при работе по действительному переменному графику нагрузки.
Среднеквадратичный ток находят по среднему току Iср и коэффициенту формы графика нагрузки кф:
Iск=кфIср
где
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Здесь W - расход активной электроэнергии (кВт-ч) за время Тдейств (сутки, год); cosjсрв- средневзвешенный коэффициент мощности.
Потери активной мощности (кВт) и электроэнергии (кВт-ч) по среднеквадратичному току определяют по формулам:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Потери реактивной мощности (квар) и реактивной энергии (квар-ч) составят:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где R и X - активное и индуктивное сопротивления воздушной или кабельной линий.
Если известен расход электроэнергии W, учтенный за определенное время (сутки, год), а также максимальная мощность нагрузки Рмакс, то можно найти время Тмакс, в течение которого данная линия могла бы передать эту электроэнергию:
Тмакс=W/Рмакс
Время использования максимума нагрузки Тмакс определяется характером производства и сменностью работы потребителя и составляет в среднем в год (ч):
- для осветительных нагрузок - 1500-2000;
- для односменных предприятий - 1800-2500;
- для двухсменных предприятий - 3500-4500;
- для трехсменных предприятий - 5000-7000.
По величинам W и Тмакс можно определить максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
При расчете потери мощности и электроэнергии по максимальному току вводится понятие времени потерь t , которое зависит от времени использования максимума Тмакс и коэффициента мощности cosj срв. Зная эти величины, по кривым зависимости t =f(Тмакс,cosj срв) находят время потерь, а затем определяют активные и реактивные потери электроэнергии:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Зная потери электроэнергии, можно найти соответствующие им потери мощности:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Охрана окружающей среды
При строительстве и эксплуатации воздушных линий электропередачи окружающей среде может быть причинен значительный ущерб. Но при выполнении защитных мероприятий этот ущерб уменьшается во много раз, а вредные воздействия на людей могут быть исключены полностью.
При проектировании ВЛ должны учитываться следующие факторы воздействия на окружающую среду, здоровье и жизнедеятельность человека:
специфические воздействия
- электрическое поле (для ВЛ напряжением 110 кВ и выше);
- магнитное поле;
- акустический шум (для ВЛ напряжением 110 кВ и выше, учитывается только в населенной местности);
- радио- и телевизионные помехи;
- опасные и мешающие влияния на линии связи и проводного вещания;
- наличие условий, приводящих к гибели птиц в районах их расселения и на путях их миграции;
- ограничение землепользования;
-нарушение эстетики ландшафта (для природоохраняемых и рекреационных территорий, вблизи памятников истории и культуры);
общестроительные (неспецифические) воздействия
- изъятие земель в постоянное (бессрочное) пользование;
- изъятие земель во временное пользование;
- нарушение естественного состояния грунта и рельефа;
- сокращение площадей насаждений (разрубка просек);
- загрязнение поверхностных и грунтовых вод (только при строительстве).
При проектировании ВЛ следует выполнять требования нормативных документов, регламентирующих уровень воздействия ВЛ на окружающую среду, жизнедеятельность и здоровье населения, применяя соответствующее конструктивные и проектные решения, а при необходимости, специальные мероприятия, обеспечивающие на снижение воздействий ВЛ до безопасных значений, требуемых действующими нормами.
При проектировании технического перевооружения (реконструкции) существующих ВЛ следует учитывать предоставляемые заказчиком данные об отрицательном воздействии их на окружающую природную среду и население и при наличии таковых предусматривать конструктивные и проектные решения (а при необходимости и специальные мероприятия или технические средства), снижающие указанные воздействия до безопасных значений.
Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля определяются [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты».
При прохождении ВЛ по территории заповедников, национальных парков, курортов, пригородных зон отдыха, а также вблизи памятников истории и культуры рекомендуется выполнение мероприятий, направленных на уменьшение визуального воздействия ВЛ на естественные ландшафты, такие, как экранировка ВЛ рельефом и растительностью от автомобильных и железных дорог; применение опор, отвечающих требованиям промышленной эстетики; маскировочная окраска опор; прокладка в лесу ломанных трасс во избежание протяженных открытых коридоров; применение разновысоких опор и пр.
В проектной документации ВЛ должны содержаться рекомендации по землеванию и рекультивации земель, восстановлению после завершения строительства земельных участков, предоставленных во временное пользование, до первоначального состояния.
В районах Крайнего Севера в проектах следует предусматривать мероприятия по защите ягельников и мохорастительного слоя при прохождении по ним ВЛ.
Ширина просек в насаждениях определяется требованиями главы 2.5 «Правил устройства электроустановок».
При прохождении ВЛ по участкам с вечномерзлыми грунтами при рубке просек не следует производить корчевание пней и кустарников, нарушать дерновый слой.
При наличии требований владельцев земли или природоохранных органов в проектно-сметную документацию технического перевооружения (реконструкции) ВЛ по решению заказчика включаются с соответствующим указанием в задании на проектирование:
Замена опор с оттяжками на участках сельскохозяйственных угодий на свободностоящие опоры.
Изменение трассы ВЛ на отдельных участках для выноса опор с сельскохозяйственных угодий, удаления ВЛ от памятников истории и культуры.
Установка на участках параллельного следования существующих ВЛ, в том числе разных напряжений, двух- и многоцепных опор.
На участках параллельного следования существующих ВЛ по сельскохозяйственным угодьям перестановка опор для размещения их в одном створе.
Урок 9-10
Практическое занятие
Практическая работа 1
Электрический расчет воздушной линии
Цель работы: опытным путем научиться осуществлять расчет основных
параметров воздушной линии электропередач, выполнять
выбор проводов питающих линий
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 4 часа
Исходные данные:
Расчетная схема:
l3
l1 l2 Р3, cos
·3
l4 l5
l6
Р1, cos
·1 Р2, cos
·2
Р4, cos
·4
Р5, cos
·5
l7
Р6, cos
·6
Р7, cos
·7
Расчетные параметры потребителей приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
Определить реактивные мощности потребителей.
Определить токи на участках линий.
Выбрать провода питающих линий.
Определить сопротивления участков линий.
Определить потери напряжения в сети на каждом из участков.
Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
В чем заключается расчет электрической сети?
Какие основные электрические параметры необходимо определить при расчете воздушной линии электропередачи?
Каким образом осуществляется выбор проводов питающих линий?
По каким параметрам осуществляется проверка воздушной линии?
Какие марки проводов чаще всего используются при прокладке воздушных линий?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 11-12
Практическое занятие
Практическая работа 2
Электрический расчет кабельной линии
Цель работы: опытным путем научиться осуществлять расчет основных
параметров кабельной линии по экономической плотности тока,
выполнять выбор кабелей и проверять их по нагреву и потере
напряжения, научиться строить векторную диаграмму для
одной фазы.
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 4 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
1. Определить величину максимального тока, протекающего в кабельной линии, при передаче по ней мощности Рп.
2. Определить экономическое сечение кабеля, соответствующее минимальным ежегодным расходам.
3. Округлить полученное значение до ближайшего стандартного значения.
4. Проверить выбранное стандартное сечение по нагреву по длительно допустимому току.
5. Если выбранное сечение не удовлетворяет условию нагрева, увеличить сечение до следующего стандартного и выполнить проверку повторно.
6. Для определения потерь напряжения в линии рассчитать активное и индуктивное сопротивления.
7. Начертить однолинейную схему трехфазной кабельной линии с одним потребителем на конце и ее схему замещения.
8. Рассчитать потери линейного напряжения.
9. Определить относительную потерю напряжения.
10. Рассчитанное значение проверить по допустимой потере напряжения.
11. При невыполнении условия, принять следующее стандартное значение сечения и повторить расчет.
12. По полученным данным выбрать марку кабеля.
13. Построить векторную диаграмму напряжений и тока в линии.
14. Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
В чем заключается расчет кабельной сети?
Какие основные электрические параметры необходимо определить при расчете кабельной линии электропередачи?
Что такое экономическая плотность тока?
Каким образом осуществляется выбор изоляции кабельных линий?
По каким параметрам осуществляется проверка кабельной линии?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 13
Комбинированный урок
Качество электрической энергии и способы его повышения
Согласно требованиям стандарта качество электрической энергии определяется качеством частоты и напряжения (рис. 1).
Качество частоты представляется отклонением частоты напряжения (f. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ( 0,2 и ( 0,4 Гц соответственно.
Качество напряжения оценивается следующими параметрами.
1.Отклонением напряжения, которое характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения. Приняты следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения (Uу на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ( 5 и ( 10 % от номинального.
Названные показатели в точках общего присоединения устанавливаются в договорах.
2. Колебанием напряжения, которое характеризуются размахом изменения напряжения (Ut и дозой фликера Pt.
Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения (Ut в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения нормируются в зависимости от частоты повторения и составляют ( 10 % от номинального напряжения.
Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера PSt равно 1,38 (интервал наблюдения – 10 мин), а для длительной дозы фликера PLt при тех же колебаниях напряжения равно 1,00.
Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.
3. Несинусоидальностью напряжения, которая характеризуется коэффициентами искажения синусоидальности кривой напряжения kU и n-й гармонической составляющей напряжения kU(n). Нормально допустимое и предельно допустимое значения этих коэффициентов регламентируется стандартом.
Рис. 1. Показатели качества электрической энергии
4. Несимметрией напряжения, которая характеризуется коэффициентами несимметрии напряжения по обратной последовательности k2U и несимметрии напряжения по нулевой последовательности k0U.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2 и 4 % соответственно.
По нулевой последовательности к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента также равны 2 и 4 % соответственно.
5. Провалом напряжения, который характеризуется длительностью провала напряжения (tn, для него установлена следующая норма: предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с.
Для других сетей провал напряжения определяется выдержками времени защиты и автоматики.
6. Импульсом напряжения, который характеризуется показателем импульсного напряжения Uимп. Значения импульсного напряжения для грозовых и коммутационных импульсов приведены в стандарте [3].
7. Временным перенапряжением, которое характеризуется коэффициентом временного перенапряжения kперU. Значения временного перенапряжения определены стандартом [3].
Если в течение 95 % времени суток (22 ч 48 мин), в которые осуществляется контроль качества электрической энергии, значение ПКЭ не выходит за пределы нормального, а остальные 5 % времени (1 ч 12 мин) не превышает предельно допускаемого, качество электроэнергии считается удовлетворительным.
В системе тягового электроснабжения переменного тока важнейшими показателями качества электрической энергии являются отклонение напряжения и коэффициенты несимметрии напряжений по обратной последовательности, искажения синусоидальности формы кривой напряжения и n-й гармонической составляющей напряжения.
В наибольшей степени изменение показателей напряжения проявляется в контактной сети, взаимодействующей с электрическим локомотивом.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:
Технологические установки:
При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства.
При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.
При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.
Освещение:
Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.
При величине напряжения 0,9·Uном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.
При величине напряжения менее 0,9·Uном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·Uном просто не загораются.
Электропривод:
При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.
При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое.
При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.
Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно
·Uyнор= ± 5 % и
·Uyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.
Урок 15
Лабораторная работа 2
Исследование влияния компенсирующего устройства на качество электроэнергии
Цель работы: исследовать влияние компенсации реактивной мощности на
потери в линии электропередачи
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: схема включения однофазного трансформатора с моделью резистивной линии электропередачи
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
Начертить схему включения однофазного трансформатора с моделью резистивной линии электропередачи. В схему включить приборы для изменения падения напряжения в линии, а также приборы для установки других параметров, которые следуют из таблицы, в которой отразить два раздела - “с компенсацией” и “без компенсации”. Каждый раздел должен содержать: напряжение на входе линии, напряжение в конце линии.
На входе линии установить напряжение 200 вольт. В режиме холостогохода замерить напряжение на первичных зажимах трансформатора без компенсации и с компенсацией реактивной мощности. Данные опыта занести в таблицу.
Определить величину ёмкости компенсирующих конденсаторов поопытным данным, измерив активную мощность потребляемую из сети Р, величину тока I и напряжение на зажимах потребителя U.
Сделать вывод
Контрольные вопросы:
1. Перечислите показатели качества энергии.
2. Какое влияние оказывает качество электроэнергии на работу токоприёмников?
3. Каковы причины снижения каждого показателя качества энергии?
4.Какие мероприятия необходимо проводить по повышению каждого показателя качества энергии?
5. Как компенсирующее устройство влияет на качество электроэнергии?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 16
Комбинированный урок
Категории потребителей. Характеристика схем их питания
Всех возможных потребителей электроэнергии можно подразделить, в соответствии с необходимостью обеспечения и гарантированной подачей электричества, на некоторые категории.
Например, требования, предъявляемые к надежности электроснабжения жилых зданий, могут существенно отличаются от аналогичных схем для спецобъектов. В качестве примера можно привести специальную систему «электрозапитки» насосного оборудования пожаротушения, предполагающего выполнение своих основных функций даже при отсутствии [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Своевременная подача электроэнергии различным потребителям предполагает некий приоритет, а также соблюдение соответствующих норм надежности.
На основе этих параметров были разработаны соответствующие категории электроснабжения. Их основные характеристики оговорены соответствующими правилами устройств электроустановок ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] п. 1.2.18).
Именно здесь выделены главные категории энергопотребления, предусматривая определенное преимущество определенных потребителей:
1. Первая и особая группа первой категории (особо важные неотключаемые потребители)
2. Вторая категория (потребитель может быть отключен не более чем на час)
3. Третья категория (потребитель может быть отключен на период востановительно-ремонтных работ).
В списках первой категории (ПУЭ п. 1. 2. 19) находятся такие энергопотребители, прекращение подачи на которые электроэнергии может привести к опасности для жизни населения, причинению серьезного материального ущерба (например, выходу из строя дорогостоящего оборудования или нарушению процесса сложного технологического процесса), а также к негативным социальным процессам при сбое работы коммунальных служб.
В первую очередь, эту категорию представляют так называемые «ответственные потребители»:
- аварийной освещение;
- охранная и противопожарная сигнализация;
- противопожарные насосы и т. д.
Сюда же включена и особая группа, бесперебойное обеспечение которой электроэнергией обеспечивает резкое снижение рисков серьезных пожаров, взрывов и, соответственно, человеческих жертв.
Для работы таких электропотребителей необходимо обеспечение минимум двух независимых и, при этом резервируемых, источников электроэнергии, предусматривающих автоматическое их переключение.
Обычно такие силовые схемы предусматривают взаимосвязь двух независимых подстанций, выход одной из которых из строя позволяет за время автоматического подключения ввести в действие вторую.
Или же возможны варианты резервного подключения дизель-генераторов или аккумуляторных батарей. Автоматический перевод производится благодаря системе АВР ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Обычно такие источники используются в качестве третьего обязательного элемента схемы, обеспечивающей необходимую надежность.
Вторая категория (просто важные, ПУЭ п. 1. 2 .20) включает электропотребителей, у которых внезапное отключение электроэнергии может привести к массовому браку на производстве и/или длительному простою, а также к нарушению обычного режима жизнедеятельности больших групп населения в городской и/или сельской местности.
В этой группе также предусмотрено два независимых, страхующих друг друга, источника электроэнергии, но при этом допускается определенное время для перевода сети на резервный источник снабжения (например, для осуществления дежурным персоналом необходимых переключений вручную).
К этой категории относится основная часть различных административных зданий.
И последняя, третья категория (ПУЭ п. 1. 2. 21). В нее включенны все остальные потребители . Здесь допускается наличие одного источника, но при условии, что причина аварии будет устранена в течение суток.
Схемы питания потребителей различных категорий отличаются друг от друга. Ниже приведены типовые решения электроснабжения.
Урок 17
Практическое занятие
Практическая работа 4
Определение места расположения ГПП и ЦРП
Цель работы: научиться определять центр электрических нагрузок и место
возможного расположения центрального распределительного
пункта или главной понизительной подстанции
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы
Составить план расположения потребителей на территории района и начертить его по заданным координатам в выбранном масштабе.
Определить координаты центра электрических нагрузок
Нанести место расположения главной понизительной подстанции или центрального распределительного пункта на план.
Сделать вывод о равномерности расположения потребителей по отношению к центру электрических нагрузок.
Контрольные вопросы:
Что такое центр электрических нагрузок?
Для чего необходимо определять центр электрических нагрузок потребителей?
От каких параметров зависит место расположения центра электрических нагрузок?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 18
Комбинированный урок
Схемное и конструктивное выполнение и секционирование линий. Присоединение к линиям потребителей
Внешнее электроснабжение
Питание от энергосистемы без собственных электростанций. На рисунке 1 приведены схемы электроснабжения промышленных предприятий, питание которых производят только от энергосистем. На рисунке 1 а представлена схема радиального питания. Здесь напряжение сети внешнего электроснабжения совпадает с высшим напряжением сети на территории внутри предприятия (система внутреннего электроснабжения), благодаря чему не требуется трансформация для предприятия в целом. Такие схемы электроснабжения характерны при питании прежде всего на напряжениях 6, 10 и 20 кВ.
На рисунке 1 б приведена схема так называемого глубокого ввода 20110 кВ и реже 220 кВ, когда напряжение от энергосистемы без трансформации вводят по схеме двойной транзитной (сквозной) магистрали на внутреннюю территорию предприятия. В этой схеме при напряжении 35 кВ понижающие трансформаторы устанавливают непосредственно у зданий цехов, и они имеют низшее напряжение 0,69 0,4 кВ.
Однако при напряжениях энергосистемы 110 220 кВ непосредственная трансформация на 0,69 0,4 кВ для цеховых сетей оказывается обычно нецелесообразной из-за сравнительно малой суммарной мощности потребителей отдельного цеха. В таких случаях может оказаться целесообразной промежуточная трансформация на напряжение 10 20 кВ на нескольких промежуточных понизительных подстанциях, каждая из которых должна питать свою группу цехов.
На рисунке 1 в приведена возможная схема электроснабжения промышленного предприятия с наличием трансформации, осуществляемой в месте перехода от схемы внешнего к схеме внутреннего электроснабжения, которая характерна для предприятий значительной мощности и большой территории. На рисунке 1 г дана схема при условии трансформации на два напряжения, что характерно для мощных узлов (цехов) предприятий, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.
Питание от энергосистемы при наличии на промышленном предприятии собственной электростанции.
Рисунок 1 - Характерные схемы электроснабжения при питании промышленных предприятий только от энергосистемы
На рисунке 2 приведены характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий при наличии на предприятии собственной электростанции.
Рисунок 2 - Характерные схемы электроснабжения при питании промышленных предприятий от энергосистемы и собственной электростанции
На рисунке 2 а дана схема для случая, когда место расположения электростанции совпадает с центром электрических нагрузок предприятия и питание предприятия от энергосистемы осуществляют на генераторном напряжении.
На рисунке 2 б приведена схема для случая, когда электростанция находится в удалении от центра его электрических нагрузок, но питание от системы происходит на генераторном напряжении. На рис. 6, в представлена схема для случая, когда питание от системы осуществляют на повышенном напряжении и распределение электроэнергии по территории предприятия происходит на генераторном напряжении. Электростанция предприятия помещена вне центра электрических нагрузок.
На рисунке 2 г изображена схема, условия которой аналогичны схеме, представленной на рисунке 2 в, но трансформацию производят на два напряжения. В схемах на рисунке 1 б, г и рисунке 2 г для питания от системы на напряжениях 35 220 кВ применяют варианты, приведенные на рисунке 3. Схему на рисунке 3, а (без выключателей на стороне высшего напряжения) рекомендуют как более дешевую в исполнении и не менее надежную в эксплуатации, чем схема на рисунке 3, б.
Рисунок 3 - Схемы присоединения трансформаторов ГПП к питающей сети 35 220 кВ энергосистемы
Однако применение схемы на рисунке 3, а возможно только для тех случаев, когда операцию по включению и отключению трансформаторов ежедневно не производят, так как соблюдают экономически целесообразный режим их работы. Если отключение и включение трансформаторов происходит ежедневно, выбирают схему, представленную на рисунке 3,б.
Питание только от собственной электростанции. На рисунке 4 приведена схема питания потребителей электроэнергии от собственной электростанции, что характерно для предприятий, удаленных от сетей энергосистем; однако по мере развития электрификации количество таких схем питания будет все время уменьшаться.
Рисунок 4 - Характерная схема электроснабжения при питании промышленного предприятия только от собственной электростанции
Внутреннее электроснабжение
Схемы радиального питания потребителей электроэнергии. Радиальными называют такие схемы, в которых электроэнергию от центра питания (электростанции предприятия, подстанции или распределительного пункта) передают прямо к цеховой подстанции без ответвлений на пути для питания других потребителей. Такие схемы имеют много отключающей аппаратуры и питающих линий. Исходя из этого, можно сделать вывод, что применять схемы радиального питания следует только для питания достаточно мощных потребителей.
На рисунке 5 приведены характерные схемы радиального питания потребителей электроэнергии для систем внутреннего (внешнего) электроснабжения промышленных предприятий. Схема на рисунке 5 а предназначена для питания потребителей III категории или потребителей II категории, где допустим перерыв в электроснабжении на 12 сут.
Схема на рисунке 5,б предназначена для потребителей II категории, перерыв питания у которых может быть допущен не более 1 2 ч. Схема на рисунке 5, в предназначена для электроснабжения потребителей I категории, но ее используют и для питания потребителей II категории, имеющих народнохозяйственное значение в масштабе страны, и перерыв в питании которых влечет за собой недоотпуск продукции (например, выпуск подшипников).
Рисунок 5 - Характерные радиальные схемы питания в системе внутреннего и внешнего электроснабжения промышленного предприятия
Схемы магистрального питания потребителей электроэнергии применяют в системе внутреннего электроснабжения предприятий, когда потребителей достаточно много и радиальные схемы питания явно целесообразны. Обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести подстанций с общей мощностью потребителей не более 5000-6000 кВА.
На рисунке 6 приведена типичная схема магистрального питания. Эта схема характеризуется пониженной надежностью питания, но дает возможность уменьшить число отключающих аппаратов напряжения и более удачно скомпоновать потребителей для питания в группе по пять-шесть подстанций.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 6 - Характерная магистральная схема питания в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 7 - Характерная схема питания сквозными двойными магистралями в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
Когда необходимо сохранить преимущества магистральных схем и обеспечить высокую надежность питания, применяют систему двойных транзитных (сквозных) магистралей (рисуное 7). В этой схеме при повреждении любой питающей магистрали высшего напряжения питание надежно обеспечивают по второй магистрали путем автоматического переключения потребителей на секцию шин низшего напряжения трансформатора, оставшегося в работе. Это переключение происходит со временем 0,10,2 с, что практически не отражается на электроснабжении потребителей.
Схемы смешанного питания потребителей электроэнергии. В практике проектирования и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу. Обычно крупные и ответственные потребители или приемники питают по радиальной схеме.
Средние и мелкие потребители группируют, и их питание осуществляют по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. На рисунке 8 приведена такая смешанная схема питания.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 8 - Характерная смешанная (радиально-магистральная) схема питания в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
Урок 19
Комбинированный урок
Схемы и планы распределительных сетей
Прежде чем приступать к составлению схемы распределительной сети с учетом категории приемников электрической энергии, необходимо вычертить ситуационный план расположения потребителей. Рассмотрим это на составлении плана и схемы питания железнодорожного узла.
1. Составить схему питания потребителей от ГПП с учетом их категорий и расстояний.
2. Вычертить на развороте тетрадного листа или на листе миллиметровой бумаги ситуационный план железнодорожного узла в масштабе 1:10000 (1 мм = 10 м). Необходимая длина листа для заданных планов – 300 мм.
2.1. Нанести координатные оси: ось х – ось 1 пути; ось у – ось плана пассажирского здания.
2.2. Нанести оси остальных путей, пользуясь заданными на исходных схемах горизонтальными и вертикальными размерами. При ширине междупутий 5 м допускается принять расстояние между осями путей 1 мм.
2.3. По заданным координатам показать трансформаторные подстанции потребителей электроэнергии, а затем вычертить по указанным размерам здания и территории этих потребителей. Пример показан на рисунке 1.
Рисунок 1 – План расположения потребителей железнодорожного узла
3. Определить место расположения ГПП.
4. Показать на плане координаты ГПП. При расположении ГПП следует учитывать возможность присоединения ее к внешней сети электроснабжения (ВЛ 110 кВ). Размеры территории ГПП принять 70х100 м. Присоединить ГПП к питающей линии 110 кВ.
5. Вычертить схему распределительных сетей электроснабжения потребителей электроэнергии железнодорожного узла, учитывая их категорию и взаимное расположение. Питание потребителей может быть выполнено по радиальным или магистральным, в том числе кольцевым, схемам.
Питание потребителей 1 категории должно осуществляться двумя линиями от двух независимых источников питания. Две линии питания потребителей 1 категории могут быть радиальными или магистральными кольцевыми. По кольцевой схеме может получать питание только один потребитель 1 категории, находящийся в месте размыкания кольца.
Потребители 2 категории обычно получают питание по двум линиям.
Потребители 3 категории питают магистральной линией или подключают на отпайках к кольцевой схеме.
При построении схемы следует учитывать, что линии могут быть как воздушными, так и кабельными, особенно при большом путевом развитии станции. Пересечения линий с электрифицированными путями должны проходить под прямым углом.
На ситуационном плане воздушные сети вычерчиваются сплошной линией, а кабельные – штриховой линией.
6. Составить описание и обоснование выполненной схемы, определив взаимосвязь между категорией потребителя и выбранным способом его запитывания. Указать, какие участки сети выполнены воздушными, а какие – кабельными линиями.
Пример схемы железнодорожного узла приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема электроснабжения железнодорожного узла
Урок 20
Практическое занятие
Практическая работа 5
Составление схемы и плана расположения сетей 10 кВ
Цель работы: изучить способы прокладки распределительных сетей
напряжением 10 кВ, научиться делать выбор наиболее
целесообразного варианта
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: см. исходные данные к практической работе 4
Порядок выполнения работы:
Привести классификацию схем электрических сетей.
Начертить радиальную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей.
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при радиальной схеме электроснабжения.
Начертить магистральную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при магистральной схеме электроснабжения.
Начертить радиально-магистральную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей.
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при радиально-магистральной схеме электроснабжения.
Начертить 2 варианта сложно-замкнутой схемы питания нагрузок при условии, что потребители являются потребителями 1 категории, то есть требуют двухстороннего питания.
Сделать вывод, обосновав выбор системы электроснабжения.
Контрольные вопросы:
По каким признакам классифицируются электрические сети?
От чего зависит выбор конфигурации электрической сети?
Чем отличается магистральная сеть от радиальной?
Каковы достоинства и недостатки магистральной сети?
Каковы достоинства и недостатки радиальной сети?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 21
Комбинированный урок
Распределительные сети напряжением до 1000 В, основное коммутационное и защитное оборудование
Схемы электрических сетей.
Сети напряжением до 1000 В осуществляют распределение электроэнергии внутри промышленных предприятий и установок и непосредственное питание большинства приемников электроэнергии. Схема сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии и их единичной установленной мощностью. К сетям напряжением до 1000 В, как и ко всякой электрической сети, предъявляют следующие требования. Они должны: - обеспечивать необходимую надежность электроснабжения; - быть удобными, простыми и безопасными в эксплуатации; требовать минимальных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию.
Схемы электрических сетей бывают радиальными, магистральными и смешанными.
Радиальные схемы (рисунок 1) характеризуются тем, что от источника питания, например от распределительного щита 1, отходят линии, питающие непосредственно мощные приемники электроэнергии 2 или отдельные распределительные пункты 3, от которых по самостоятельным линиям питаются более мелкие приемники 2.
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как при аварии отключается только поврежденная линия. Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах. При радиальных схемах используются изолированные провода и кабели.
Радиальные схемы позволяют легче решать задачи автоматизации. Однако сети, построенные по таким схемам, требуют больших капитальных вложений из-за значительного расхода проводов и кабелей, большого количества защитной и коммутационной аппаратуры и обладают худшими экономическими показателями.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 1 - Радиальные схемы сетей напряжением до 1000 В:а одноступенчатая; 6 двухступенчатая; 1 распределительный щит; 2 приемники электроэнергии; 3 распределительный пункт
Магистральные схемы (рис. 2, а) находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузки от распределительных щитов 1 и при питании приемников электроэнергии 3 одного технологического агрегата или одного технологического процесса. Магистрали выполняют кабелями, проводами, шинопроводами и присоединяют к распределительным щитам / подстанции или непосредственно к трансформатору при схеме трансформатор магистраль (рис. 2, б).
Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, поскольку при повреждении магистрали происходит отключение всех потребителей, присоединенных к ней. Применение резервирования по сети устраняет этот недостаток.
В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания приемников электроэнергии, применяется двухстороннее питание магистральной линии.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 2 - Магистральные схемы сетей напряжением до 1000 В:а с сосредоточенными нагрузками; 0 трансформатор магистраль;
1 распределительный щит; 2 распределительный пункт; 3 приемники электроэнергии
В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, сочетающие в себе элементы магистральных и радиальных схем и позволяющие рациональнее использовать преимущества тех и других.Для повышения надежности применяют схемы с взаимным резервированием, устройством перемычек между отдельными магистралями или соседними подстанциями при радиальном питании.
Сети электрического освещения промышленных предприятий потребляют значительное количество электроэнергии. Питание их в большинстве случаев осуществляется от общих трансформаторных подстанций (ТП), но линии сетей освещения прокладывают отдельно от силовых линий.
Радиальные линии освещения подключают к распределительному щиту 1 (рисунок 3), а при схеме трансформатормагистраль в самом начале магистрали силовой сети. По линиям питания 2 напряжение подается на групповые распределительные пункты 3, от которых по групповым линиям 4 получают питание соединенные по магистральной схеме светильники 5.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рисунок 3 - Схема сети электрического освещения:1 распределительный щит; 2 линия питания: 3 групповой распределительный пункт; 4 групповая линия; 5 светильник.
Чтобы при отключении одного источника питания работа цеха не прерывалась из-за отсутствия освещения, создается перекрестное питание групповых линий. Цепь аварийного освещения подключают к отдельному независимому источнику к ТП соседней сети, аккумуляторной батарее, дизельной станции и т.п.
Конструктивное исполнение распределительных сетей напряжением до 1000В.
Сети напряжением до 1000 В различаются между собой конструкцией применяемых проводников, способами изоляции и прокладки. Классификация сетей по конструктивным признакам приведена на рисунке 4.
Рис. 1. Классификация сетей по конструктивным признакам
Воздушные линии напряжением до 1000 В применяют в качестве сетей наружного освещения и питания отдельных маломощных потребителей, а также рабочих поселков. Шинопроводы получили широкое распространение для питания внутрицеховой нагрузки (рисунок 5). Их разделяют на магистральные ШМА и распределительные ШРА (рисунок 6). Для линий групповых распределительных сетей напряжением 380/220 В применяют осветительные шинопроводы ШОС (рисунок 7), а для электропитания кранов троллейные шинопроводы ШТМ.
Шинопроводы производят в виде секций, они имеют высокую монтажную готовность. Шины шинопроводов изготовляют из алюминия (алюминиевых сплавов) и реже из меди. Оболочки шинопроводов имеют различную форму, их выполняют из стали или алюминия (алюминиевых сплавов) и используют в некоторых случаях в качестве нулевого или заземляющего провода. Оболочка может быть сплошной или перфорированной. В комплект шинопроводов входят коробки с коммутационно-защитной аппаратурой и контактами для присоединения питающего кабеля.Шинопроводы устанавливают на опорные конструкции: напольные, настенные, потолочные, стойки, кронштейны, подвесы, закрепы. Ответвления от шинопроводов выполняют как шинопроводами, так и кабелями.
Рисунок 5 - Шинопроводы в цехе:ШМА, ШРА, ШOC соответственно магистральный, распределительный и осветительный шинопроводы; КТП комплектная трансформаторная подстанция
Рисунок 6 - Распределительный щит ШРА:а соединение секций ШРА; б. в вводная и ответвительная коробки; 1 съемная крышка монтажного окна; 2 прижим; 3 концы стыкуемых секций; 4 отверстия для крепления корпуса вводной коробки; 5 проводник сети заземления; 6 лапки; 7 соединительная планка; 8 отверствие для приварки планки к лапкам; 9 задняя стенка вводной коробки; 10 съемное дно; 11 присоединительные элементы вводной коробки; 12 вводная коробка; 13 отверстие для ввода кабеля сверху; 14 ответвительная коробка; 15 вилка; 16 заглушка; 17 металлорукав; 18 труба; 19 муфта: 20 скоба; 21 швеллерообразный элемент; 22 болт заземления[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 7 - Осветительный шинопровод ШОС
Кабельные линии чаще всего применяют для выполнения сети внутри предприятий и цехов. Наиболее широко используют небронированные кабели. При прокладке кабелей внутри зданий их располагают открыто по стенам, колоннам, конструкциям, в блоках, трубах, каналах, лотках и коробах. Электропроводки распространенный вид сетей. Электропроводками принято называть сети постоянного и переменного тока напряжением до 1000 В, выполненные изолированными проводами, а также небронированными кабелями с небольшой площадью сечения (до 16 мм 2), резиновой или пластмассовой изоляцией жил. Их можно прокладывать открыто, в стальных и пластмассовых (винипластовых, полиэтиленовых, полипропиленовых) трубах, на тросах.
Открытая прокладка проводов предпочтительна с точки зрения электромонтажных работ. Но в ряде случаев она недопустима (высокое содержание пыли, воздействия тепловых излучений) или неудобна в эксплуатации. Трубная прокладка проводов и кабелей позволяет надежно защитить их от механических повреждений и воздействий агрессивных сред, а также выполнить проводку по кратчайшим расстояниям. Однако такой способ прокладки приводит к удорожанию сети.
Сети передвижных приемников электроэнергии (например, кранов) состоят из троллейных и кабельных (из гибких шлангов) линий. Троллеи выполняют из круглой, полосовой или уголковой стали, а при больших токах обеспечивают подпитку по алюминиевой ленте, присоединенной к троллеям в нескольких местах.
Урок 22
Комбинированный урок
Методы расчета систем электроснабжения промышленных предприятий
В электрической части архитектурного и строительного проектов предприятия обычно выделяют электроснабжение, силовое и осветительное электрооборудование.
Для проектирования электроснабжения промышленного объекта необходимо располагать кратким описанием технологического процесса или краткой характеристикой производства, сведениями об окружающей среде, метеорологическими, климатическими и геологическими данными района, в котором намечается сооружение объекта, основными характеристиками и информацией по размещению электроприемников.
Требуется также знать годовое число часов работы, время использования максимальной нагрузки и количество рабочих смен предприятия, категории электроприемников по надежности электроснабжения.
Разработка проекта начинается с изучения технологического процесса, взаимосвязей и режимов работы механизмов и агрегатов, выявления возможных последствий при внезапных перерывах электроснабжения отдельных электроприемников, цехов и предприятия в целом.
На основе имеющейся информации определяются основные показатели электропотребления и формулируются требования к бесперебойности электроснабжения предприятия и его структурных подразделений.
После этого необходимо получить разрешение и технические условия от энергоснабжающей организации на присоединение предприятия к ее сетям. В технических условиях содержится схематический план района, на котором показываются проектируемое предприятие, ИП и электрические сети, намечаемые для его электроснабжения, приводятся принципиальные схемы и основные параметры ИП (располагаемая мощность, уровни и пределы отклонения напряжения, величины токов короткого замыкания (КЗ) на шинах), длина и сечения проводов линий электропередачи, требования и указания энергоснабжающей организации по компенсации реактивной мощности, учету и контролю электропотребления, релейной защите, автоматике, телемеханизации, диспетчеризации и др.
Для проектирования системы внутризаводского электроснабжения, кроме перечисленных данных, необходимо иметь генеральный план предприятия с нанесенными на нем зданиями, сооружениями, наземными и подземными коммуникациями и предварительно согласованными ТП, распределительными пунктами (РП) и трассами линий электропередачи. Также требуются планы цехов и сооружений, информация по силовому оборудованию, электроприводу и электрическому освещению.
Если для электроснабжения крупного объекта требуется сооружение понизительной подстанции с первичным напряжением 35 кВ и выше, то для ее проектирования необходимо иметь схему внутреннего электроснабжения, знать параметры и конструктивное исполнение линий. Следует также выбрать и согласовать место размещения подстанции на генеральном плане предприятия с указанием направлений питающих линий.
Проект электроснабжения промышленного предприятия содержит пояснительную записку и прилагаемые к ней чертежи. В пояснительной записке рассматриваются следующие основные вопросы: потребители электроэнергии и электрические нагрузки; источники электроснабжения и баланс электроэнергии; выбор напряжений электрических сетей; выбор и характеристика схемы электроснабжения; конструктивное исполнение понизительных подстанций и РП; мероприятия по обеспечению качества электроэнергии; токи КЗ и выбор основного электрооборудования на напряжении выше 1 кВ; емкостные токи в сетях с изолированной нейтралью и мероприятия по их компенсации; основные решения по электроснабжению электроприемников 1-й категории и особой группы 1-й категории; компенсация реактивной мощности потребителей; релейная защита и автоматика; телемеханизация и диспетчеризация; учет и контроль электропотребления; мероприятия по регулированию потребляемой активной мощности; внецеховые кабельные сети и токопроводы; молниезащита и защитное заземление; наружное освещение; технико-экономические показатели; технические условия присоединения к энергосистеме и др.
Основными чертежами в проектах электроснабжения являются:
1) генеральный план предприятия с нанесенными на нем сооружениями системы электроснабжения, трассами воздушных и основных кабельных линий и токопроводов, расчетными нагрузками основных зданий и сооружений на напряжении до 1 кВ и выше 1 кВ;
2) принципиальная схема внутризаводского электроснабжения на напряжении выше 1 кВ, а для крупных предприятий также схема внешнего электроснабжения, отражающая связи понизительных подстанций с ИП;
3) планы зданий и сооружений с размещением всех внутрицеховых ТП и питающих сетей напряжением до 1 кВ;
4) схемы межцеховых сетей напряжением до 1 кВ;
5) схемы размещения защит и устройств автоматики в сетях 610 кВ;
6) принципиальные однолинейные схемы подстанций;
7) принципиальные схемы управления и защиты питающих линий и трансформаторов и т. п.
Различают несколько основных методов расчета электрических нагрузок:
- по номинальной мощности и коэффициенту использования;
- по номинальной мощности и коэффициенту спроса;
- по средней мощности и расчетному коэффициенту;
- по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней;
- по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки.
Применение того или иного метода определяется допустимой погрешностью расчетов и наличием исходных данных.
Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощностии коэффициенту использования
Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту использования применяется, как правило, для индивидуальных ЭП напряжением до 1 кВ, работающих в длительном режиме (ПВ=1).
По данному методу расчетные нагрузки принимаются равными средним значениям нагрузок за наиболее загруженную смену:
- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по активной мощности
,
где – расчетная активная мощность, кВт; – среднее значение активной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;
- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по активной мощности
,
где – коэффициент использования активной мощности электроприемником за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр);
– номинальная активная мощность ЭП, кВт;
- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по реактивной мощности
,
где – расчетная реактивная мощность, кВ·Ар; – среднее значение реактивной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВ·Ар;
- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по реактивной мощности
,
где – коэффициент использования реактивной мощности ЭП за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр); – номинальная реактивная мощность ЭП, кВт; tg– номинальное значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего cosЭП;
- расчетная полная мощность, потребляемая одним ЭП:
,
где – расчетное значение полной мощности ЭП, кВ·А;
- расчетное значение тока ЭП
,
где – расчетный ток ЭП, А; – напряжение питания ЭП, кВ.
По данному методу допускается определение расчетных нагрузок группы ЭП напряжением до 1 кВ, связанных технологическим процессом, (например, многодвигательные приводы), а их число, как правило, не более трех-четырех. Режим работы электроприемников данной группы должен быть приведен к длительному режиму (ПВ=1).
Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощности
и коэффициенту спроса
Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту спроса применяется, как правило, для группы ЭП, работающих в длительном режиме (ПВ=1). Данный метод наиболее прост и широко применяется при разработке технического задания на проектирование.
Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать номинальную мощность группы приемников (производства, цеха и т.п.), коэффициент спроса данной группы ЭП и значение коэффициента мощности данной группы.
Групповые графики нагрузок подразделений предприятия, как правило, не приводятся, поэтому значения и принимаются как средневзвешенные значения группы ЭП данного подразделения по справочной литературе.
Расчетные нагрузки по данному методу определяются по следующим выражениям:
- активная расчетная мощность
где – расчетное значение активной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт;
– средневзвешенное значение коэффициента спроса группы ЭП подразделения предприятия, о.е.;
- расчетная реактивная мощность
где – расчетное значение реактивной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт;
– значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего средневзвешенному значению группы ЭП данного подразделения;
- полная расчетная мощность
,
где – полная расчетная мощность группы ЭП данного подразделения, кВА;
- расчетное значение тока
,
где – расчетный ток, А;
– напряжение питания узла нагрузки, кВ.
Расчетные нагрузки, определенные данным методом, необходимы для выбора сечения линий электропередачи, питающих узел нагрузки; силовых пунктов и трансформаторов; коммутационных и защитных аппаратов.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и расчетному коэффициенту
При наличии данных о числе ЭП, их мощности и режимах их работы расчет силовых нагрузок до 1 кВ рекомендуется проводить посредней мощности () и расчетному коэффициенту ( ). Расчетный коэффициент определяется по упорядоченным диаграммам. Поэтому данный метод носит название – метод упорядоченных диаграмм.
Для расчета нагрузок необходимы исходные данные по каждому ЭП: количество и номинальная мощность ЭП (); коэффициент использования по активной мощности ( ); коэффициент активной мощности (cos
· ) и режим работы. При различных режимах работы ЭП их необходимо привести к длительному режиму (ПВ=1).
Для определения расчетной мощности узла нагрузки по методу упорядоченных диаграмм все электроприемники разбиваются на подгруппы с учетом их подключения к узлу питания (силовой пункт, щит, сборка и т.п.). Необходимо отметить, что при формировании подгруппы резервные ЭП не учитываются.
По сформированным подгруппам ЭП определяются эффективное число электроприемников и средневзвешенный коэффициент использования данной подгруппы.
Эффективное число электроприемников – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа электроприемников с разными мощностями и различными режимами работы.
Величина эффективного числа электроприемников подгруппы ( ) определяется по формуле
где – номинальная активная мощность отдельного ЭП, входящего в состав подгруппы, кВт;
– число ЭП в подгруппе.
При значительном числе ЭП в подгруппе (магистральные шинопроводы, шины цеховых ТП, в целом по цеху) допускается эффективное число электроприемников подгруппы определять по упрощенному выражению
,
где – номинальная активная мощность наиболее мощного ЭП в подгруппе, кВт.
Полученное по указанной формуле значение эффективного числа электроприемников подгруппы округляется до ближайшего меньшего целого числа. Допускается принимать значение эффективного числа электроприемников равным действительному числу электроприемников в подгруппе при условии, что отношение номинальной активной мощности наиболее мощного ЭП ( ) к номинальной мощности наименее мощного ЭП () менее трех.
Средневзвешенный коэффициент использования для подгруппы (Ки) определяется по выражению
.
Определение расчетных нагрузок по данному методу сводится к расчету значений активной, реактивной, полной мощностей и полного тока, рассматриваемого узла нагрузки.
Активная расчетная мощность группы электроприемников, подключенных к узлу питания напряжением до 1 кВ, определяется по выражениям
,
где – активная расчетная мощность узла нагрузки, кВт;
– расчетный коэффициент подгруппы, определяемый как , о.е.;
– номинальная и средняя мощности ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
– коэффициент использования индивидуального ЭП в подгруппе, о.е.;
– активная суммарная мощность ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
– средневзвешенный коэффициент использования по активной мощности для ЭП, входящих в подгруппу, о.е.;
– число ЭП в подгруппе.
В случае, если расчетная мощностьокажется меньше номинальной мощности наиболее мощного ЭП в подгруппе, следует принять расчетную мощность данной подгруппы равной номинальной мощности наиболее мощного ЭП.
Расчетный коэффициент определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования по активной мощности для подгруппы и эффективного числа электроприемников подгруппы. Значение расчетного коэффициента определяется по кривым этой зависимости или по таблицам с учетом постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и отклонению расчетной нагрузки от средней
Поскольку групповая нагрузка представляет собой систему независимых случайных нагрузок отдельных электроприемников, то при большом их числе групповая нагрузка подчиняется нормальному закону распределения случайных величин. Данный метод расчета – статистический метод расчета нагрузок.
По этому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: генеральной средней нагрузкой и генеральным среднеквадратичным отклонением.
Применение этого метода целесообразно для определения нагрузок по отдельным группам и узлам СЭС при наличии результатов анализа действующих электроустановок напряжением до 1 кВ.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и коэффициенту формы графика
В данном методе расчетную нагрузку группы ЭП принимают равной их среднеквадратичной. Метод применим для расчета нагрузок группы ЭП, когда число приемников в группе достаточно велико и их режим работы разнообразен.
Данный метод может применяться для определения расчетных нагрузок цеховых шинопроводов, на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций, на шинах РУ напряжением 6; 10 кВ, когда значения коэффициента формы графика ( ) достаточно стабильны.
Все рассмотренные методы определения расчетных нагрузок применяются при расчетах симметричных трехфазных нагрузок.
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»
Институт прикладных технологий
Московский колледж железнодорожного транспорта
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по разделу 1
«УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
И СОСТАВЛЕНИЕ ИХ СХЕМ»
профессионального модуля
ПМ 01 «Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей»
специальности
13.02.07 Электроснабжение (по отраслям)
Выполнил: студент группы МОЭС-351 ___________/__________________/
Проверила: преподаватель ______________/Ухина С.В./
Оценка ____(_____________________)
Москва – 2015
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.....
1 Определение технических данных электроприемников
2 Составление схемы электроснабжения ..
3 Расчет электрических нагрузок........
Литература.
1 Определение технических данных электроприемников
По таблице исходных данных по номерам находятся нужные электроприемники и разбиваются на группы: 3-фазный ДР, 3-фазный ПКР, 1-фазный ПКР. Результаты сводятся в таблицу 1.
Таблица 1 - Технические данные электроприемников
№
п/п
Наименование электроприемника
Рн, кВт
n
Kи
cos
·
tg
·
3-фазный ДР
1
2
3
4
3-фазный ПКР
5
6
1-фазный ПКР
7
8
2 Составление схемы электроснабжения
С учетом расположения потребителей выбираются виды распределительных устройств: шинопроводы (ШМА), распределительные пункты (РП), силовые пункты (СП). Исходя из понятия категории электроснабжения (далее ЭСН), составляется схема ЭСН с учетом распределения нагрузки.
Если имеются потребители 1 категории ЭСН, то трансформаторная подстанция двухтрансформаторная, а между секциями НН устанавливается устройство АВР (автоматическое включение резерва).
Если в цехе нет потребителей 1 категории, то трансформаторная подстанция – однотрансформаторная.
Например:
Рисунок 1 - Схема ЭСН цеха с потребителями 1 категории
3 Расчет электрических нагрузок
Нагрузки 3-фазного ПКР приводятся к длительному режиму
13 EMBED Equation.3 1415
Нагрузки потребителей, заданных полной мощностью, также приводятся к активной мощности:
13 EMBED Equation.3 1415
Согласно распределению нагрузки по РУ заполняется «Сводная ведомость электрических нагрузок» (таблица 2).
Порядок заполнения:
Колонки 1, 2, 3, 5, 6, 7 заполняются с помощью таблицы технических данных электроприемников (таблица 1).
Колонка 4: 13 EMBED Equation.3 1415, кроме РП2 с 1-фазными электроприёмниками и ЩО.
Расчеты производятся для всех шинопроводов и силовых пунктов.
Определяется 13 EMBED Equation.3 1415, результат заносится в колонку 8.
Определяются 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, результаты заносятся в колонки 9, 10, 11 соответственно.
Определяется 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 для каждого шинопровода и силового пункта, результаты заносятся в колонки 5, 6, 7 соответственно.
Определяется эффективное число электроприемников nэ, результат заносится в колонку 12.
Определяется Kм = F(Kи.ср, nэ), результат заносится в колонку 13.
Таблица 2 - Сводная ведомость нагрузок по цеху
Наименование РУ и электроприемников
Нагрузка установленная
Нагрузка средняя за смену
Нагрузка
максимальная
Рн,
кВт
n
Рн.
·,
кВт
Kи
cos
·
tg
·
m
Рсм,
кВт
Qсм,
квар
Sсм,
кВА
nэ
Kм
Рм,
кВт
Qм,
квар
Sм,
кВА
Iм,
А
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
ШМА 1 СП1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 1:
СП2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 2:
Итого по ШМА 1:
Продолжение таблицы 2
Наименование РУ и электроприемников
Нагрузка установленная
Нагрузка средняя за смену
Нагрузка
максимальная
Рн,
кВт
n
Рн.
·,
кВт
Kи
cos
·
tg
·
m
Рсм,
кВт
Qсм,
квар
Sсм,
кВА
nэ
Kм
Рм,
кВт
Qм,
квар
Sм,
кВА
Iм,
А
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
ШМА 2 СП3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 3:
СП3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 3:
Всего по ШМА 2:
Всего на ШНН:
Потери:
Всего на ВН:
Определяются 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415, результат заносится в колонки 14, 15, 16.
Определяется ток на каждом РУ, результат заносится в колонку 17.
13 EMBED Equation.3 1415
Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 14, 15, 16 в строку «Потери».
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности.
13 EMBED Equation.3 1415
По результатам и табличным данным выбирается КТП. Приводятся ее технические данные: Rт,
·Рхх, Хт,
·Ркз, Zт , uкз, ixx.
Урок 29
Комбинированный урок
Учет расхода электроэнергии потребителями и меры по ее экономии
Учет электроэнергии предназначен для получения информации о параметрах электропотребления.
Информация необходима для:
- расчетов предприятия с энергоснабжающей организацией;
- контроля соответствия фактических значений параметров электропотребления ожидаемым (планируемым);
- оперативного управления процессами производства, преобразования, распределения и конечного использования энергии;
- разработки обоснованных удельных норм расхода электроэнергии;
- составления электробалансов предприятий, производств, цехов, агрегатов и определения фактического использования электроэнергии;
- планирования и прогнозирования параметров электропотребления предприятий и отдельных его подразделений;
- организации системы поощрения.
Учет расхода электроэнергии на промышленном предприятии осуществляется приборным, расчетным и опытно-расчетным способами.
Приборный является основным способом учета и предполагает измерение расхода электроэнергии с помощью стационарных контрольно-измерительных приборов и систем.
Расчетный учет предполагает определение расхода электроэнергии в случае, если приборный способ технически невозможно осуществить или его применение экономически не оправдано.
Опытно-расчетный учет основан на сочетании контрольных замеров электропотребления переносными приборами и последующего использования расчетного способа.
Объектами учета электроэнергии на промышленном предприятии являются:
- производство собственными электростанциями, потребление со стороны (из энергосистемы);
- отпуск на сторону;
- расход отдельными производствами, цехами, участками, агрегатами, т. е. на всех уровнях системы электроснабжения (6УР-1УР).
Учет принято разделять на расчетный (коммерческий) и технический (контрольный).
Расчетный учет электроэнергии предназначен для учета выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии с целью осуществления денежных расчетов. Его выполняют путем установки счетчиков электроэнергии. Если счетчики устанавливают в системе электроснабжения предприятия ниже границы раздела с энергосистемой, то потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения до счетчиков (трансформаторах, линиях) определяют расчетом и они оплачиваются предприятием.
Для предприятия, рассчитывающегося с энергоснабжающей организацией за максимальную мощность, участвующую в суточном максимуме энергосистемы, спечет предусматривать установку счетчиков или автоматизированных, систем с указателем максимума нагрузки. Учет активной и реактивной электроэнергии трехфазного тока должен производиться с помощью трехфазных счетчиков. Счетчики реактивной электроэнергии устанавливаются на тех же элементах схемы, что и счетчики основной электроэнергии. При прямом включении в сеть счетчики должны иметь класс точности не ниже 2, а при подключении через измерительные трансформаторы не ниже 0,5.
Технический учет предназначен для контроля расхода электроэнергии внутри предприятия. Этот вид учета отражает потребление электроэнергии внутрипроизводственными подразделениями (производствами, цехами, отделениями, участками, агрегатами и установками). Поэтому иногда технический учет называют еще внутрипроизводственным. Электросчетчики, устанавливаемые для целей технического учета, называют контрольными.
При проектировании схемы электроснабжения предприятия следует предусматривать техническую возможность установки стационарных электросчетчиков или применение переносных приборов для контроля расхода электроэнергии цехами, технологическими линиями, агрегатами.
Минимальное годовое электропотребление, при котором считается целесообразным осуществление технического учета, принято равным 300 МВт*ч (если используются обычные индукционные электросчетчики). В случае применения для технического учета информационно-измерительных и микропроцессорных систем, оснащенных электронными счетчиками и счетчиками-датчиками, минимальное значение будет больше и будет определяться с учетом затрат на приборы и нормирование.
На предприятиях должен вестись (записями или автоматизировано) учет: ежесуточного и ежемесячного расхода активной энергии, ежесуточного расхода реактивной энергии (мощности), расхода активной энергии (мощности) каждые 30 мин во время прохождения максимума нагрузки энергосистемы. Рекомендуется составление энергобаланса по предприятию в целом, по производствам, цехам и наиболее энергоемким агрегатам.
Простейшие мероприятия по экономии электроэнергии
должны подсказываться сознанием человека там, где он находится, например, выключить освещение или другие приемники энергии, где их работа в данное время не нужна.
Возможна экономия не прямым воздействием на приемники энергии, а косвенными мерами. Большое значение для экономии топлива и электроэнергии имеет утепление жилищ и мест работы человека, так как при этом экономится расход тепла, а значит, и топлива, которое используется для выработки большей части электроэнергии, и экономится электроэнергия непосредственно, так как при понижении температуры стараются применить разные электронагреватели. Как известно, для поддержания нормальной температуры в помещении не обязательно его отапливать, а достаточно ограничить теплоотвод так, чтобы сохранялось тепло, выделяемое различными электрическими приборами, например, лампочками, холодильниками, телевизорами и т. д. и телом человека. Утепление помещений должно начинаться при строительстве путем уплотнения стыков панелей и установки теплоизолирующих прокладок в стенах, уплотнения окон и дверей, и продолжаться людьми, живущими в помещениях. Результаты в этом деле получаются всегда ощутимые, например, в мире имеются дома, не требующие специального отопления в условиях Севера.
Большое количество электроэнергии используется для освещения производственных помещений и улиц. В данном случае экономии энергии способствует побелка или покраска в светлые тона помещений и наружных стен домов. Светлые поверхности, отражая свет, выполняет роль светильников, и того же эффекта освещения можно достичь при меньшей мощности светильников.
Часто можно видеть, как уличное освещение включено днем, закипевшая вода в электронагревателе продолжает кипеть, когда это не нужно. В таких случаях нужно применять простейшие схемы автоматизации, которые будут способствовать экономии энергии и увеличению срока службы ламп, нагревательных элементов и других приборов.
Экономии энергии служит технологическая революция, потому что ее задачей является уменьшение материалоемкости и энергоемкости продукции при ее производстве, хранении, транспортировке и использовании на основе научно-технического прогресса. Основным направлением научно-технического прогресса является применение ЭВМ при проектировании, производстве продукции, контроле качества, хранении и сбыте.
Урок 30
Комбинированный урок
Электрическое освещение объектов
Основные световые величины. Источники света
Электрическое освещение – преобразование электроэнергии в свет в целях создания гигиенически благоприятных, комфортных и безопасных условий для зрительного восприятия.
Световые величины – это система величин, характеризующих свет в процессах его испускания, распространения и преобразования (отражение, пропускание и пр.). Световые величины определяют по отношению к так называемому среднему человеческому светоадаптированному глазу.
Основные световые величины приведены в таблице:
Величина
Обозначение
Связь с другими величинами
Единица измерения
Наименование
Обозначение
Световой поток
Фv
Люмен
лм
Сила света (источника в некотором направлении)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] = dФv/dW
Кандела
кд
Яркость (в заданной точке и в заданном направлении)
L
Кандела на
кв. метр
кд/м2
Освещенность (в точке поверхности)
E
E = dФv/dA
Люкс
лк
Экспозиция (количество освещения)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]<
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] = dQ/dA =
·Edt
Люкс-секунда
лк·сек
Световой поток мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на глаз. Измеряется в люменах (лм).
Сила света световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Измеряется в канделах (кд).
Освещенность величина светового потока, падающего на единицу поверхности. Измеряется в люксах (лк).
Яркость поверхности отношение силы света, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Яркостьединственная из световых величин, которую глаз воспринимает непосредственно. Она не зависит от расстояния рассматривания. Единицей измерения служит кандела с квадратного метра (кд/м2).
Количество освещения (экспозиция) это произведение освещенности (фотослоя) на время освещения (выдержку). Единицей измерения является люкс-секунда (лк-с).
Электрические источники света
Существуют два основных вида электрических источников света – лампы накаливания и газоразрядные лампы. Среди газоразрядных ламп особое место занимают люминесцентные.
Лампы накаливания
В лампах накаливания свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током.
Устройство лампы. Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей (рис. 1): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию. Все эти три элемента конструкции могут быть разного размера и различной формы в зависимости от назначения – лампа общего назначения, с внутренним отражателем, витринная, для уличного освещения, для автомобильных фар, для карманного фонаря, фотографическая лампа-вспышка. В бытовых лампах с тремя режимами накаливания имеются две нити накала, которые можно включать по отдельности и вместе, получая разную яркость. Средний срок службы большинства бытовых ламп при номинальном напряжении составляет 750–1000 ч.
Достоинства и недостатки. Достоинства лампы накаливания таковы: низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования, компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока, надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход. К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах перевесить достоинства, относятся низкий световой КПД, высокая рабочая температура и заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания.
Рис. 1. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ. 1 – нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально – вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 – цоколь; 3 – стеклянный баллон.
Газоразрядные лампы
В газоразрядных лампах электроэнергия преобразуется в свет при прохождении электрического тока через газ или пары металла. Цвет светового излучения зависит от рода газа, его давления и от вида люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного баллона лампы. Газоразрядные лампы наполняются инертными газами (неоном, аргоном, криптоном или ксеноном), а также парами ртути или натрия.
Ртутные лампы. Ртутные лампы типа применяемых в промышленности состоят из следующих частей (рис. 2): кварцевой трубки дугового разряда, наполненной аргоном и парами ртути; наружной стеклянной колбы (с внутренним люминофорным покрытием), окружающей трубку дугового разряда, закрывающей ее от воздействия потоков окружающего воздуха и предотвращающей окисление; цоколя, на котором держится вся лампа и имеются электрические контакты для подвода напряжения питания. Размеры и форма этих конструктивных элементов могут быть разными в зависимости от типа лампы – общего назначения (с прозрачной колбой, с люминесцентным покрытием, с исправленной цветностью, рефлекторная, полурефлекторная лампы), ультрафиолетовые, солнечного света и фотохимические лампы. Средний срок службы ртутных ламп общего назначения составляет 6000–12 000 ч. После того как ртутная лампа включена и в ней установился дуговой разряд, ток разряда через пары ртути сам по себе непрерывно нарастает. Поэтому его приходится ограничивать внешним балластным устройством.
Достоинства и недостатки. Ртутные лампы отличаются высоким световым КПД (в 2–3 раза большим, чем у ламп накаливания общего назначения), большим сроком службы и компактностью, благодаря чему они хорошо подходят для регулирования светового потока. Их недостатки – высокая стоимость лампы и вспомогательного оборудования, синевато-зеленый оттенок свечения и медленный повторный пуск. Цветность ртутной лампы исправляется применением внутреннего люминофорного покрытия.
Рис. 2. РТУТНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА – типичная конструкция 40-Вт лампы с люминофорным покрытием. 1 – наружная колба; 2 – рабочий электрод; 3 – токопроводящие стойки; 4 – кварцевая трубка дугового разряда; 5 – рабочий электрод; 6 – пусковой электрод; 7 – опорные траверсы трубки дугового разряда; 8 – пусковые резисторы; 9 – опорные элементы; 10 – внутреннее люминофорное покрытие.
Люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей (рис. 3): стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Конструкция лампы, представленная на рис. 3, типична для самых распространенных 40Вт ламп. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.
Достоинства и недостатки. К достоинствам люминесцентных ламп относятся высокая световая отдача (до 77 лм/Вт) и большая долговечность. Недостатки – высокая начальная стоимость лампы и светильника, шум дросселя стартера и мерцание. Хотя перечень недостатков обширнее, достоинства столь велики, что уже к 1952 лампы накаливания в США были вытеснены люминесцентными лампами в качестве основного электрического источника света.
Маркировка отечественных люминесцентных ламп основана на буквенном обозначении их особенных признаков. Первая буква Л люминесцентная, следующие буквы обозначают цвет излучения: Б белый, ТБ тепло-белый, ХБ холодно-белый, Д дневной, Е естественно-белый. Одна или две буквы Ц после обозначения цвета означают хорошее или отличное качество цветопередачи.
В мировой практике нет единообразия в маркировке ламп. Так, некоторые европейские фирмы обозначают класс люминесцентных ламп буквами: L фирма Osram, TL фирма Philips, FL фирма Mazda, после чего указывается мощность в Вт и цифровое обозначение цвета излучения, различное у разных фирм. В табл. 3 приведены обозначения типов люминесцентных ламп разными фирмами и их соответствие отечественной номенклатуре ламп по цветопередаче и цветности излучения.
Из отечественных ламп наиболее эффективными являются лампы типа ЛБ, их световой поток почти на 30% больше светового потока ламп типа ЛД и ЛДЦ, и, следовательно, заменив в осветительной установке лампы ЛД или ЛДЦ на ЛБ, можно пропорционально увеличить освещенность.
Следует отметить, что разброс в световом потоке люминесцентных ламп зарубежных фирм может быть существенным и не всегда совпадать со светотехническими параметрами отечественных аналогов, что связано с использованием редкоземельных и галофосфатных люминофоров. Использование редкоземельных люминофоров удорожает стоимость источников света, но позволяет обеспечивать высокую световую отдачу даже у ламп с высоким качеством цветопередачи, поэтому выбор типа ламп зарубежных фирм требует анализа как с точки зрения светотехники, так и экономики.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (ЭСЛ) представляют собой разновидность газоразрядных ламп низкого давления, а именно компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Но энергосберегающие лампы имеют существенное отличие от традиционных КЛЛ, это встроенное электронное пускорегулирующие устройство (балласт). Энергосберегающие лампы состоят из нескольких основных частей:колба, корпус, цоколь, балласт.
Принцип действия. Колба энергосберегающей лампы представляет собой запаянную с 2 сторон трубку, заполненную парами ртути и аргона. Изнутри поверхность трубки покрыта слоем люминофора. В двух
противоположных концах трубки расположены [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].Электроды энергосберегающей лампы представляют собой тройную спираль, покрытую оксидным слоем. Именно этот слой придает электродам их свойства создавать поток [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
При подаче напряжения на электроды, через них начинает течь ток прогрева. Этот ток разогревает электроды до начала термоэлектродной эмиссии. При достижении определенной температуры поверхности, электрод начинает испускать поток электронов. При этом электрод, который испускает электроны, называется катодом, а электрод, который принимает анодом. Электроны, сталкиваясь с атомами ртути, вызывают [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (УФ-излучение), которое, попадая на люминофор, преобразовывается в видимый [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Стоит отметить, что в колбе применяются пары ртути, а ртуть является очень токсичным веществом. Но с другой стороны, ртути в колбе содержится крайне мало (не более 3мг, что в сотни раз меньше чем в бытовом градуснике).Газ внутри колбы находится под очень низким давлением и незначительное изменение температуры окружающей среды приводит к изменению давления внутри колбы и как следствие к снижению светового потока. Для уменьшения степени влияния температуры окружающей среды, некоторые производители применяют вместо ртути амальгаму (соединение ртути с металлом), она делает световой поток более стабильным.
Преимущества энергосберегающих ламп.
Энергосберегающие лампы потребляют в 5 раз меньше энергии, чем
лампы накаливания. Экономия электроэнергии при этом достигает 80%. 2. Энергосберегающие лампы служат в 6, 10, а то 15 раз дольше ламп накаливания. 3. Энергосберегающие лампы выделяют в несколько раз меньше тепла, чем лампы накаливания. В лампах накаливания 95% энергии затрачивается только на нагрев спирали. 4. Незначительное тепловыделение позволяет использовать энергосберегающие лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах. 5. Так как в энергосберегающих лампах используется электронный балласт, мерцание светового потока полностью отсутствует. 6. Энергосберегающие лампы прекрасно работают при пониженном, до 180В, напряжении.
Особенности использования энергосберегающих ламп: 1. Энергосберегающие лампы нельзя использовать с диммером
(регулятором яркости). 2. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать совместно с выключателем с подсветкой. 3. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать совместно с датчиками движения, шума или освещенности. 4. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать в закрытых светильниках с высокой степенью защиты IP. 5. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать в помещениях с повышенной влажностью и запыленностью.
Требования к освещению железнодорожных объектов
Требования к искусственному освещению предприятий железнодорожного транспорта регламентированы отраслевым стандартом ОСТ 32.12098 «Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта», требования к естественному освещению отраслевыми нормами естественного и совмещенного освещения производственных помещений предприятий железнодорожного транспорта. От соблюдения норм освещения зависят производительность и качество транспортных работ, безопасность движения, исключение аварий и травматизма.
В перечень нормируемых параметров световой среды входят:
КЕО, % коэффициент естественной освещенности;
Е, лк освещенность рабочей поверхности;
прямая блескость (показатель ослепленности);
Кп, % коэффициент пульсации освещенности;
отраженная блескость;
L, кд/м2 яркость;
С, отн. ед. неравномерность распределения яркости в поле зрения
пользователя компьютером.
Все осветительные установки, используемые на железнодорожном транспорте, делятся на установки наружного освещения (на территории железнодорожных станций) и осветительные установки помещений.
Освещение открытых территорий
Нормируемые уровни освещенности открытых территорий достаточно низкие (от 1 до 30 лк, в отдельных зонах до 50 лк), их обеспечение определяется качеством проектирования осветительных установок и уровнем их последующей эксплуатации.
Территории железнодорожных станций по особенностям освещения можно разделить на две группы:
парки станций, где большая часть путей практически всегда занята
подвижным составом (сортировочные, пассажирские, участковые);
территории, не занятые постоянно подвижным составом (к ним
относятся горб и спускная часть сортировочной горки, горловины парков и стрелочные зоны, вытяжные пути и грузовые склады, пассажирские платформы и т. п.). В зависимости от группы территории осветительные установки выполняются с использованием разных источников света и приемов освещения.
Для освещения территорий 1-й группы применяются осветительные приборы с лампами типов ДРИ, ДРЛ, ДКсТ или с галогенными лампами накаливания типа КГ, в осветительных установках территорий 2-й группы кроме прожекторов используются уличные осветительные приборы с лампами типа ДРЛ и ДРИ. Применение натриевых ламп высокого давления типа ДНаТ для наружного освещения объектов железнодорожного транспорта не допускается. Уровни освещенности территорий зависят от светораспределения светильников, используемых источников света, количества осветительных приборов, схем их размещения, высоты установки, фокусировки осветительных приборов.
На многих железных дорогах вместо прожекторов заливающего света широко применяются осветительные устройства с ксеноновыми лампами. При их установке на мачтах высотой 28 50 м на территориях, которые постоянно не заняты подвижным составом (горб или спускная часть сортировочной горки, горловина парка, стрелочная зона, вытяжной путь и т. п.), нормированная освещенность обеспечивается. Однако при занятости территории подвижным составом такой способ освещения становится неэффективным из-за экранирования оборудованием светового потока.
Поскольку в парках выполняется основная работа по формированию составов, нормированная освещенность должна быть обеспечена в каждом междупутье независимо от занятости путей. С этой целью рекомендуется устанавливать осветительные приборы над междупутьями на жестких поперечинах высотой 12 м, порталах высотой 28 м или на одиночных опорах. Конструкции для установки осветительных приборов должны располагаться на значительном расстоянии друг от друга, чтобы не загромождать междупутья. В связи с этим предъявляются особые требования к кривым силам света светильников: они должны иметь в вертикальной плоскости широкую кривую силы света с большим коэффициентом усиления. В зависимости от высоты установки приборов освещения, их типа и требуемых условий освещения они могут располагаться над каждым междупутьем через одно, два или три междупутья, что определяется соответствующими расчетами.
Внутреннее освещение
Требуемые уровни освещенности внутри помещений зависят от характера зрительных работ и варьируются в широких пределах. Системы внутреннего освещения объектов железнодорожного транспорта выполняются, как правило, светильниками с люминесцентными лампами разной мощности с использованием отечественных люминесцентных ламп типа ЛБ, ЛД, ЛДЦ, ЛЕЦ и их аналогами зарубежного производства. Наряду с люминесцентными светильниками применяются осветительные приборы с лампами накаливания (в том числе и с галогенными). Один из наиболее распространенных светильников в административных зданиях, где рабочие места оснащены компьютерами, это растровые зеркальные 4-ламповые светильники разных производителей.
Кроме вышеперечисленных, различают также рабочее, аварийное, дежурное и охранное освещение. Рабочее освещение – освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий. Аварийное освещение, в свою очередь, подразделяется на эвакуационное и освещение безопасности. Эвакуационное освещение – освещение, предназначенное для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых территориях – 0,2 лк. Освещение безопасности – освещение, необходимое для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Оно предусматривается в случаях, когда отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длительный сбой технологического процесса, нарушение работы объектов, обеспечивающих жизнедеятельность населения. Освещение безопасности должно обеспечивать на рабочих поверхностях наименьшую освещенность в размере 5 % от рабочего, но не менее 2 лк внутри здания и 1 лк – на территории предприятия. Дежурное освещение предназначено для освещения помещений в нерабочее время. Охранное освещение предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в разное время. При этом освещенность должна быть не менее 0,5 лк.
Искусственное освещение обеспечивается системами общего или комбинированного освещения.
Общее освещение подразделяется на общее равномерное, которое устраивается без учета расположения рабочих мест, и общее локализован-ное, при котором размещение светильников связано с расположением оборудования и рабочих мест. При первом – высота подвески светильников, тип светильников, мощность ламп и т.д. принимаются одинаковыми, при втором – перечисленные характеристики могут быть различными. Если по характеру выполняемой работы требуется усиленное освещение рабочего места, а общего освещения недостаточно, то в этом случае устраивается дополнительное местное освещение.
Комбинированным освещением называется одновременное общее и местное освещение.
Осветительные приборы: нормы, устройство, освещенность
Осветительные приборы это устройства, перераспределяющие световой поток источников света в пространстве требуемым образом. По общепринятой классификации все ОП делятся на три класса: светильники, прожекторы и проекторы. Проекторы это ОП, концентрирующие световой поток источника света на определенной четко ограниченной площади или в определенном объеме. Наиболее распространенный вид таких ОП это известные всем кинопроекторы, создающие заданную освещенность только на определенной площади экрана. Как правило, в проекторах используются сложные оптические системы, обеспечивающие не только необходимые уровни и равномерность освещенности по всей заданной поверхности, но и предельно четкую передачу изображений (их «проекцию») из одного места в другое с изменением масштаба. Кроме кинотеатров, проекторы используются для демонстрации различных иллюстраций во время публичных выступлений, для создания статичных или динамичных световых эффектов (очень распространенное явление при оформлении эстрадных концертов, дискотек и т.п.). Для целей освещения в обычном понимании этого слова ОП проекторного типа не используются и поэтому далее не рассматриваются.
Прожекторы и светильники это световые приборы, предназначенные для освещения определенных объектов как внутри, так и вне помещений. Прожекторами обычно называются ОП, сосредотачивающие световой поток источников света в достаточно малых телесных углах и освещающие объекты, находящиеся от ОП на расстояниях, значительно превышающих размеры самих ОП. Светильники это ОП, в которых световой поток источников света распределяется внутри больших телесных углов. Как правило, светильники освещают поверхности или предметы, находящиеся от них на достаточно близких расстояниях, соизмеримых с размерами самих светильников.
Параметры осветительных приборовСветотехнические параметры осветительных приборов:
- Коэффициент полезного действия
- Кривая сил света Классификация осветительных приборов.
По основному назначению ОП делятся на ряд групп:
- ОП для освещения производственных помещений;
- ОП для освещения административных, офисных, культурно-просветительских и других помещений общественного назначения;
- ОП для освещения бытовых помещений;
- ОП для освещения сельскохозяйственных помещений;
- ОП для освещения спортивных сооружений;
- ОП для функционального наружного освещения;
- ОП для декоративного наружного освещения;
- ОП для внутреннего освещения средств транспорта;
- ОП для архитектурно-художественного освещения зданий, памятников, фонтанов и т.п.;
- ОП аварийного освещения.
По способу установки ОП делятся на следующие группы (в скобках указано обозначение по ГОСТ 17677):
- встраиваемые (В);
- потолочные (П);
- подвесные (С);
- настенные (Б);
- напольные (Т);
- настольные (Н);
- венчающие (Т);
- консольные (К);
- переносные (Р).
Все новые изделия перед запуском их в производство должны пройти сертификацию, то есть проверку соответствия их параметров требованиям государственных и отраслевых стандартов. Для проведения сертификации созданы специальные центры, аттестованные Госстандартом РФ. Основными требованиями стандартов типа ГОСТ Р МЭК являются требования безопасности для жизни и здоровья людей, сохранности окружающей среды и имущества.
Одним из главных показателей работы осветительных приборов является нормируемая освещенность, значения которых зависят от вида освещения, типа помещения или площадки, а также от характера выполняемой работы.
Нормативные значения минимальной освещенности приведены в СНБ 2.04.05-98 и таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Нормативные значения минимальной освещенности объектов
Освещаемые объекты
Наибольшая интенсивность движения в обоих направлениях, ед/ч
Минимальная освещенность в горизонтальной плоскости, лк
1
2
3
Проезды
Св. 50 до 150От 10 " 50Менее 10
321
Пожарные проезды, дороги для хозяйственных нужд
-
0,5
Пешеходные дорожки
Св. 100От 20 до 100Менее 20
210,5
Ступени и площадки лестниц и переходных мостиков
-
3
Пешеходные дорожки на площадках и в скверах
-
0,5
Предзаводские участки, не относящиеся к территории города (площадки перед зданиями, подъезды и проходы к зданиям, стоянки транспорта)
-
2
Железнодорожные пути:стрелочные горловиныотдельные стрелочные переводыжелезнодорожное полотно
-
210,5
Таблица 2 - Нормативные значения минимальной освещенности рабочей
поверхности
Характеристика зрительной работы
Наименьший эквива-лентный размер объекта различе-ния, мм
Разряд зрительной работы
Подразряд зрительной работы
Относитель-ная продол- жительность зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность, %
Осве-щен-ность на рабочей поверх-ности от сис-темы общего освещения, лк
1
2
3
4
5
6
Различение объектов при фиксированной и нефиксирован-ной линии зрения:
очень высокой точности
От 0,15до 0,30
А
1 2
Не менее 70 Менее 70
500 400
высокой точности
От 0,30до 0,50
Б
12
Не менее 70Менее 70
300 200
средней точности
Более 0,5
В
12
Не менее 70Менее 70
150100
Обзор окружающего пространства при очень кратковремен-ном, эпизоди-ческом различе-нии объектов:
Независимо от размера объекта различения
Независимо от продолжительности зрительной работы
при высокой насыщенности помещений светом
Г
-
300
при нормальной насыщенности помещений светом
Д
-
200
при низкой насыщенности помещений светом
Е
-
150
Общая ориентировка в пространстве интерьера:
Независимо от размера объекта различения
Ж
Независимо от продолжительности зрительной работы
при большом скоплении людей
1
75
при малом скоплении людей
2
50
Общая ориентировка в зонах передвижения:
То же
З
То же
при большом скоплении людей
1
30
Расчет освещения
При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:
- выбрать систему освещения и тип источника света,
- установить тип светильников,
- произвести размещение светильников,
- уточнить количество светильников.
При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.
Исходными данными для светотехнических расчетов являются:
- нормируемое значение минимальной или средней [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ],
- тип источника света и светильника,
- высота установки светильника,
- геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,
- коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.
Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока.
Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] освещение, а также [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] освещение при наличии существенных затенений.
Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.
Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света
где Фр – световой поток, падающий на расчетную плоскость;
Фл – световой поток источника света;
n – число источников света.
Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой – соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.
Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:
где Е – заданная минимальная освещенность, лк;
Кз – [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
S – освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м2;
z – отношение Еср/Емин;
N – число светильников;
Uоу – коэффициент использования в долях единицы.
По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%.
При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф1 может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как
где Ф1 – поток ламп в каждом светильнике.
Входящий в формулу коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает. При L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и ДРЛ и 1,1 для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.
Для определения коэффициента использования Uоу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка - (п, стен - (с, расчетной поверхности или пола - (р .
Индекс помещения i находится по формуле:
где А – длина помещения,
В – его ширина,
h – расчетная высота.
Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.
Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы. Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5.
С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности, которые можно ориентировочно определить по приведенным в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] характеристикам материалов.
Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потока следующий:
- определяется расчетная высота помещения hр, тип и число светильников в помещении;
- по таблицам находят [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Кз и поправочный коэффициент z;
- для зрительной работы, характерной для заданного помещения, определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости;
- для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения определяют индекс помещения i;
- по справочным таблицам, в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования Uоу;
- по формуле рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;
- по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.
Ориентировочный расчет требуемого количества прожекторов для освещения открытых территорий железнодорожных станций в зависимости от их группы может быть выполнен по формуле:
w = m · Ен · К ,
где w – удельная мощность, Вт/м2;
m – коэффициент, Вт/(м2лк), определяемый по таблице;
Ен – минимальная нормированная освещенность, лк;
К – коэффициент запаса
Урок 31
Практическое занятие
Практическая работа 6
Изучение конструкции светильников внутреннего (наружного) освещения
Цель работы: изучить типы и конструкцию светильников внутреннего или
наружного освещения
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: обучающиеся, чей порядковый номер в журнале является нечетным, изучают конструкцию светильников внутреннего освещения, обучающиеся, имеющие четный номер, изучают конструкцию светильников наружного освещения
Порядок выполнения работы:
Определить основные элементы конструкции светильников внутреннего (наружного) освещения.
Привести типовую маркировку отечественных светильников внутреннего (наружного) освещения и пояснения к ней.
Привести основные типы светильников (включая тип используемого источника света, устройство крепления, отражатель, защитные элементы, класс защиты, область применения) в виде таблицы с соответствующими графами.
Выполнить компьютерную презентацию на тему: «Конструкция светильников внутреннего освещения» или «Конструкция светильников наружного освещения» в зависимости от варианта и направить ее на проверку преподавателю с помощью информационно-коммуникационных технологий (используя электронную почту либо социальные сети)*.
5. Сделать вывод.
*Примечание: данная работа является коллективной, что предполагает разбивку учебной группы на подгруппы, состоящие из 4 человек, в каждой подгруппе преподавателем назначается руководитель, который проверяет выполненные презентации на правильность оформления и соответствие текста презентации заданию. Презентация направляется для проверки преподавателю только после проверки руководителем подгруппы путем переадресации сообщения.
Контрольные вопросы:
По каким признакам классифицируются светильники внутреннего и наружного освещения?
От чего зависит выбор светильника?
Из каких основных элементов состоит светильник внутреннего и наружного освещения?
Какова область применения изученных светильников?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Титульный лист презентации с подписью преподавателя
Вывод
Урок 32
Практическое занятие
Практическая работа 7
Расчет внутреннего освещения
Цель работы: научиться рассчитывать осветительную установку для общего
равномерного освещения внутреннего помещения методом
коэффициента использования светового потока
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
Определить высоту светильника над рабочей поверхностью.
Рассчитать пределы предполагаемого расстояния между светильниками при использовании ламп накаливания или между рядами светильников, расположенных параллельно стене, при использовании люминесцентных ламп
Рассчитать расстояние от крайних светильников до стен.
Начертить в масштабе план помещения по заданным размерам, определить количество светильников или рядов светильников, выполнить их равномерное размещение на плане в рассчитанных границах.
Определить индекс помещения.
По табличным данным определить коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности.
В зависимости от рассчитанного индекса помещений и найденных коэффициентов отражения, по табличным данным определить коэффициент использования светового потока.
Рассчитать требуемый для создания нормируемой освещенности помещения световой поток светильника(для ламп накаливания) или ряда светильников (для люминесцентного освещения).
Рассчитать световой поток одной лампы.
10. По расчетному значению светового потока по табличным данным выбрать тип и мощность одной лампы светильника.
11. Определить установленную мощность осветительной установки
12. Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
Какие методы применяются для расчета осветительных установок?
В чем заключается метод коэффициента использования светового потока?
От каких основных параметров зависит световой поток?
Что необходимо рассчитать, выбрать и проверить после определения мощности осветительной установки?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 33
Лабораторная работа 3
Исследование схем питания ламп
Цель работы: изучить схему питания люминесцентных ламп
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: лампа дневного света на 20Вт на специальном щите с конденсаторами, диодами, дросселем и стартером.
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
Собрать цепь по схеме (рисунок 1). Измерить падение напряжения на элементах схемы: дроссель, лампа. Объяснить, почему они в сумме больше напряжения сети.
Рисунок 1 – Схема включения люминесцентной лампы в сеть 220 В
С помощью ЛАТРа определить минимальное напряжение зажигания и погасания лампы.
Собрать цепь, изображенную на рисунке 2. Измерить падение напряжения на конденсаторах схемы при отключенной и включенной лампе. Объяснить их величины.
Рисунок 2 - Схема умножения напряжения
Сделать вывод
Контрольные вопросы:
Назначение и принцип действия стартера.
Устройство и принцип действия люминесцентной лампы.
Типы люминесцентных ламп и их обозначение на схемах.
Зачем в схеме дроссель? Как он работает ?
Почему КПД ламп дневного света выше КПД ламп накаливания?
Каковы достоинства и недостатки каждой из схем питания?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
УРОК 34
Итоговая контрольная работа
Итоговая контрольная работа выполняется в форме тестирования. Варианты заданий выбираются компьютером с помощью генератора случайных величин.
Количество вопросов для контрольной работы – 15.
Ответы на вопросы оцениваются по двухбалльной системе:
- 0 баллов – ответ неверный или отсутствует;
- 1 балл – ответ неполный или частично верный;
- 2 балла – ответ полный, верный.
Результаты тестирования переводятся в пятибалльную систему следующим образом:
- менее 16 баллов – 2 (неудовлетворительно);
- от 16 до 20 баллов – 3 (удовлетворительно);
- от 21 до 26 баллов – 4 (хорошо);
- более 27 баллов – 5 (отлично).
Показатели качества
электрической энергии
Качество
напряжения
Качество
частоты
Временные перенапряжения
Импульс напряжения
Провал напряжения
Несимметрия напряжения
Несинусоидальность
напряжения
Колебание напряжения
Отклонение напряжения
Отклонение частоты
Установившееся отклонение
напряжения (Uу
Размах изменения напряжения (Ut
Доза фликера Pt
Коэффициент искажения
синусоидальности кривой напряжения kU
Коэффициент n-й гармонической
cоставляющей напряжения kU(n)
Коэффициент несимметрии напряжения
по обратной последовательности k2U
Коэффициент несимметрии напряжения
по нулевой последовательности k0U
Длительность провала
напряжения (tn
Показатель импульсного
напряжения Uимп
Коэффициент временного
перенапряжения kперU
Показатель отклонения частоты (f
Норма КЭ
Изм.
Лист
№ докум.
Подписьь
Дата
Лист
РГР 13.02.07.01. 000 ПЗ
Лит.
Листов
Расчет системы электроснабжения промышленного предприятия
Утверд.
Н. Контр.
Разраб.
Пров.
Ухина
1
МКЖТ МОЭС-351
Лист
2
Лист
2
Лист
2
2
2
Лист
2
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II» (МГУПС (МИИТ))
Институт прикладных технологий
Московский колледж железнодорожного транспорта
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по разделу 4
«УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СОСТАВЛЕНИЕ
ИХ СХЕМ»
междисциплинарного курса
МДК.01.02 Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения
профессионального модуля
ПМ.01. Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей
для специальности
13.02.07 Электроснабжение (по отраслям)
Москва
2016
РАССМОТРЕНО
Предметной (цикловой) комиссией
Протокол от "__"_______2016г. №__
Председатель
__________________ (_____________)
Разработчики:
МКЖТ ИПТ МИИТ зав.отделением ТПС С.В.Ухина
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Урок 1
Урок-лекция
Введение. Место раздела в общей
структуре подготовки специалиста
Раздел «Устройство электрических сетей и составление их схем» входит в состав междисциплинарного комплекса МДК 01.02 «Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения» профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей (базовая подготовка)» и является частью образовательной программы подготовки специалистов среднего звена в соответствии с ФГОС СПО по специальности СПО 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям).
Результатом освоения профессионального модуля ПМ.01 является овладение обучающимися видом профессиональной деятельности (ВПД): Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей, в том числе профессиональными (ПК) и общими (ОК) компетенциями:
Код
Наименование результата обучения
ПК 1.1
Читать и составлять электрические схемы электрических подстанций и сетей
ПК 1.2
Выполнять основные виды работ по обслуживанию трансформаторов и преобразователей электрической энергии
ПК 1.3
Выполнять основные виды работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств электроустановок, систем релейных защит и автоматизированных систем
ПК 1.4
Выполнять основные виды работ по обслуживанию воздушных и кабельных линий электроснабжения.
ПК 1.5
Разрабатывать и оформлять технологическую и отчетную документацию
ОК 1
Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес
ОК 2
Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК 3
Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность
Код
Наименование результата обучения
ОК 4
Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития
ОК 5
Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности
ОК 6
Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями
ОК 7
Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий
ОК 8
Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации
ОК 9
Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности
С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе изучения раздела «Устройство электрических сетей и составление их схем» должен:
получить практический опыт:
- составления электрических схем устройств электрических подстанций и сетей;
- применения инструкций и нормативных правил при составлении отчетов и разработке технологических документов;
уметь:
- разрабатывать электрические схемы устройств электрических подстанций и сетей;
- вносить изменения в принципиальные схемы при замене приборов аппаратуры распределительных устройств;
- использовать нормативную техническую документацию и инструкции; выполнять расчеты рабочих и аварийных режимов действующих электроустановок и выбирать оборудование;
- оформлять отчеты о проделанной работе;
знать:
- условные графические обозначения элементов электрических схем;
- логику построения схем, типовые схемные решения, принципиальные схемы эксплуатируемых электроустановок;
- виды технологической и отчетной документации, порядок ее заполнения.
Раздел «Устройство электрических сетей и составление их схем» базируется на таких курсах, как «Электротехника и электроника», «Электрические машины», «Математика», и тесно связана с другими междисциплинарными курсами профессионального модуля ПМ.01.
Содержание раздела включает в себя все основные вопросы теории, расчета, выбора наивыгоднейших параметров, а также определение конкретных показателей работы электрических сетей.
Цель изучения раздела – установить взаимосвязь режимов работы последовательной цепи элементов системы электроснабжения при реализации технологических процессов, определить ее оптимальные параметры, методы эксплуатации и управления, научить обучающихся основам схемного конструирования.
УРОК 1
Комбинированный урок
Получение, преобразование, распределение и
использование электроэнергии.
1. Тепловые электростанции.
Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в одельно стоящем доме становится экономически выгодна.
На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.
Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС)..
Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400650°С и под давлением 324 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.
Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.
Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.
Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.
Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 6070%.
Такие станции строят обычно вблизи потребителей промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.
Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата паровой турбины относятся к паротурбинным станциям.Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
2. Гидроэлектростанции.
Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.
По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины.Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.
3. Атомные электростанции.
Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная(ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233U, 235U, 239Pu).
Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем, вбирается водой (теплоносителем 1-го контура), которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образованный пар поступает в турбину 4.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя 4) графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.
В России строят главным образом графито-водные и водо-водяные реакторы.На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы.Графито-газовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами.
II. Нетрадиционные источники энергии
1. Ветровая энергия
2. Геотермальная энергия
К категории гидротермальных конвективных систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, которые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера. Образование таких систем связано с наличием источника теплоты - горячей или расплавленной скальной породой, расположенной относительно близко к поверхности земли. Гидротермальные конвективные системы обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.
В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении горячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около20 % жидкости вскипает и превращается в пар. Этот пар отделяется с помощью сепаратора от воды и направляется в турбину. Вода, выходящая из сепаратора, может быть подвергнута дальнейшей обработке в зависимости от ее минерального состава. Эту воду можно закачивать обратно в скальные породы сразу или, если это экономически оправдано, с предварительным извлечением из нее минералов.
3. Энергия приливов и отливов.
4. Энергия солнца.
Сегодня для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию мы располагаем двумя возможностями: использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.
Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.
Простейшее устройство такого рода–плоский коллектор; в принципе это черная плита, хорошо изолированная снизу. Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, через которые текут вода, масло, ртуть, воздух, сернистый ангидрид и т. п. Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (на 200–500°С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники, по сути дела, представляют собой простые коллекторы солнечного излучения.
Более сложным и дорогостоящим коллектором является вогнутое зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом объеме около определенной геометрической точки – фокуса. Отражающая поверхность зеркала выполнена из металлизированной пластмассы либо составлена из многих малых плоских зеркал, прикрепленных к большому параболическому основанию.Благодаря специальным механизмам коллекторы такого типа постоянно повернуты к Солнцу–это позволяет собирать возможно большее количество солнечного излучения. Температура в рабочем пространстве зеркальных коллекторов достигает 3000°С и выше.
Солнечные фотоэлементы уже сегодня находят свое специфическое применение. Они оказались практически незаменимыми источниками электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях, а на Земле – в первую очередь для питания телефонных сетей в не электрифицированных районах или же для малых потребителей тока(радиоаппаратура, электрические бритвы и т.п.). Полупроводниковые солнечные батареи впервые были установлены на третьем советском искусственном спутнике Земли (запущенном на орбиту 15 мая 1958 г.).
7. Водородная энергетика
Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды. Водород можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ. Трубопроводный транспорт топлива – самый дешевый способ дальней передачи энергии. К тому же трубопроводы прокладываются под землей, что не нарушает ландшафта. Газопроводы занимают меньше земельной площади, чем воздушные электрические линии. Передача энергии в форме газообразного водорода по трубопроводу диаметром 750 мм на расстояние свыше 80 км обойдется дешевле, чем передача того же количества энергии в форме переменного тока по подземному кабелю. На расстояниях больше 450 км трубопроводный транспорт водорода дешевле, чем использование воздушной линии электропередачи постоянного тока..
Сейчас водород производят главным образом (около 80%) из нефти. Но это неэкономичный для энергетики процесс, потому что энергия, получаемая из такого водорода, обходится в 3,5 раза дороже, чем энергия от сжигания бензина. К тому же себестоимость такого водорода постоянно возрастает по мере повышения цен на нефть.
Когда водород станет столь же доступным топливом, как сегодня природный газ, он сможет всюду его заменить. Водород можно будет сжигать в кухонных плитах, в водонагревателях и отопительных печах, снабженных горелками, которые почти или совсем не будут отличаться от современных горелок, применяемых для сжигания природного газа.
Как мы уже говорили, при сжигании водорода не остается никаких вредных продуктов сгорания. Поэтому отпадает нужда в системах отвода этих продуктов для отопительных устройств, работающих на водороде, Более того, образующийся при горении водяной пар можно считать полезным продуктом он увлажняет воздух (как известно, в современных квартирах с центральным отоплением воздух слишком сух). А отсутствие дымоходов не только способствует экономии строительных расходов, но и повышает к. п. д. отопления на 30%.
Водород может служить и химическим сырьем во многих отраслях промышленности, например при производстве удобрений и продуктов питания, в металлургии и нефтехимии. Его можно использовать и для выработки электроэнергии на местных тепловых электростанциях.
Урок 3
Комбинированный урок
Схемы внешнего электроснабжения подстанций.
Схема питания трансформаторных подстанций от ЛЭП показана на рисунке 1.
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рисунок 1 - Схема двустороннего питания тяговых подстанций от двухцепной линии электропередач
В общем случае схема питания трансформаторных подстанций зависит от конфигурации районной сети, резерва мощности электрических станций и подстанций, возможности их расширения и др. Во всех случаях для большей надежности стремятся иметь схему двухстороннего питания тяговых подстанций На рисунке 1 обозначено: 1 – опорная (узловая) трансформаторная подстанция (не менее трех вводов высоковольтных линий). Оснащается комплексом высоковольтных коммутационных аппаратов и устройств автоматической защиты от повреждений; 2 – промежуточная ответвительная (отпаечная) подстанция. Высоковольтные выключатели не устанавливаются, за счет чего удешевляется система электроснабжения; 3 – промежуточная проходная (транзитная) подстанция, обеспечивается секционирование высоковольтных линий для ремонта или отключения при повреждениях.
Обеспечение надежности системы электроснабжения достигается: использованием двухцепной линии высокого напряжения, обеспечением двухстороннего питания каждой сети ЛЭП, секционированием ЛЭП на транзитных подстанциях, наличием быстродействующей автоматической защиты на опорных, транзитных трансформаторных, тяговых и районных подстанциях.
Обеспечение экономичности системы электроснабжения достигается сокращением высоковольтной аппаратуры (выключателей) за счет промежуточных подстанций, не имеющих таких выключателей. При повреждениях на этих подстанциях быстродействующей защитой отключаются линии на опорных подстанциях, а в бестоковую паузу – на промежуточных. Неповрежденные подстанции включаются системой автоматического повторного включения.
При питании от одноцепной линии передачи присоединение подстанций на отпайках не допускается. Все подстанции включаются в разрез линии, причем на каждой подстанции промежуточные линии передачи секционируются выключателем.
Урок 4
Комбинированный урок
Классификация электрических сетей.
Электрическая сеть совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий, размещённых на территории района, населённого пункта, потребителя электрической энергии
Электрические сети принято классифицировать по:
- назначению (области применения),
- масштабным признакам,
- по роду тока.
Электрические сети по назначению, области применения:
1. Сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.
2. Сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.)
3. Сети технологических объектов: электроснабжение производственных объектов и других [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
4. Контактная сеть: специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Электрические сети по масштабным признакам, размерам сети:
1. Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).
2. Региональные сети: сети масштаба региона (области, края). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).
3. Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).
4. Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).
5. Электропроводка: сети самого нижнего уровня отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).
Электрические сети по роду тока:
1. Сети переменного трёхфазного тока: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] передаётся по трём проводам таким образом, что [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются «фазой». Каждая «фаза» имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.
2. Сети переменного однофазного тока: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. «фаза» и «ноль»). Потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «ноль» отличается от провода [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
3. Сети постоянного тока: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.
Преобразование напряжения
Как правило, генераторы источника и потребители работают с низким номинальным напряжением. Потери энергии в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, поэтому для снижения потерь электроэнергию выгодно передавать на высоких напряжениях. Для этого на выходе от генератора его повышают, а на входе потребителя его понижают при помощи [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] неизолированный проводник, или кабель изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
По конструктивному исполнению электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные линии.
Воздушной линией (BЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.К главным конструктивным элементам ВЛ относят: опоры; провода, служащие для передачи электроэнергии; изоляторы, изолирующие провода от опоры; линейную арматуру, с помощью которой провода закрепляют на изоляторах; защитные тросы.
Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.
Урок 5
Комбинированный урок
Конструктивное выполнение воздушных и кабельных линий
Воздушной линией (BЛ) называют устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.К главным конструктивным элементам ВЛ относят: опоры; провода, служащие для передачи электроэнергии; изоляторы, изолирующие провода от опоры; линейную арматуру, с помощью которой провода закрепляют на изоляторах; защитные тросы.
Опоры воздушных линий относятся к поддерживающим конструкциям. Большая часть опор на линии служит только для поддержания проводов на высоте. Такие опоры называют промежуточными.Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии (концевые опоры), с обеих сторон переходов через автомобильные и железные дороги, реки и другие препятствия (переходные опоры). На прямых участках анкерные опоры размещают через каждые 2 3 км. Их рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрыве всех проводов. В местах поворота линии применяют угловые опоры.
Опоры линий электропередачи изготовляют из дерева, металла, железобетона. В последнее время железобетонные опоры получают преимущественное распространение для ВЛ напряжением 6... 220 кВ.
Изоляторы воздушных линий предназначены для изоляции и крепления токоведущих частей. Провода подвешивают на опорах с помощью штыревых (рисунок 1 а, б, в) и подвесных (рисунок 1 г) изоляторов. Для линий напряжением 6 (10) кВ применяют штыревые и подвесные изоляторы. Провода воздушных линий напряжением 35 кВ и выше, как правило, подвешивают на подвесных изоляторах.
Изоляторы ВЛ изготовляют из фарфора или закаленного стекла. К достоинствам стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя либо разрушающего механического, или термического воздействия закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора.
Изоляторы крепят на опорах с помощью крюков, штырей и специальных скоб.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рисунок 1 - Линейные изоляторы:
а штыревой для линий напряжением 400 В; б штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; в штыревой для линий напряжением 20 (35) кВ; г подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах
Провода воздушных линий предназначены для передачи силовой нагрузки. Они классифицируются по конструкции, материалу, изоляции и количеству используемых материалов.
По конструкции провода подразделяют на одно- и многопроволочные. Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки с площадью сечения 4, 6 или 10 мм 2. Многопроволочный провод свивается из отдельных проволок диаметром 2...3 мм и имеет площадь сечения 10 мм 2 и выше. Стандартом предусмотрена следующая шкала площадей сечений токоведущих жил проводов: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 600; 700 мм2. По изоляции провода делятся на изолированные и неизолированные (голые). Для ВЛ применяют неизолированные провода.
По материалу: на ВЛ применяют алюминиевые (А), медные (М), стальные многопроволочные (ПМС, ПС), Алюминиевые провода отличаются большим удельным сопротивлением (р = 28,8 Ом мм 2/км) и меньшей механической прочностью (о = 156... 180 МПа), чем медные, но они значительно дешевле. Медные провода имеют малое удельное сопротивление (р = = 18 Ом-мм 2/км), их механическая прочность о = 400 МПа. Они применяются лишь в условиях повышенной опасности по взрыву
По количеству используемых материалов провода подразделяют на монометаллические, выполненные из одного материала, и биметаллические, имеющие сердечник из механически прочного материала. На ВЛ используют, как правило, сталеалюминиевые (АС), сталеалюминиевые усиленные (АСУ), сталеалюминиевые проволочные, специальные сталеалюминиевые с защитой от коррозии для прокладки на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и районах засоленных песков (АСКС, АСК) провода. У сталеалюминиевых проводов удельное сопротивление примерно такое же, как у алюминиевых, а их прочность о = 700 МПа. Сталеалюминиевые провода имеют сердечник из стальной проволоки для увеличения механической прочности. Такие провода широко применяются в сетях напряжением 35 кВ и выше.
Кабельной линией называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями.
Кабельные линии прокладывают в местах, где затруднено сооружение BJI, например в стесненных условиях на территории предприятия, на переходах через сооружения и т.п. В таких условиях кабельные линии более надежны, лучше обеспечивают безопасность людей, чем воздушные линии, и дают очень большую экономию территории. Однако стоимость кабельных линий в 23 раза выше, чем воздушных, при номинальном напряжении 6...35 кВ и в 5 8 раз при напряжении 110 кВ. В распределительных сетях используют силовые кабели с бумажной изоляцией токоведущих проводов (жил), бронированные для защиты от внешних повреждений. Материал токоведущих жил алюминий или медь; в настоящее время применяется преимущественно алюминий. По числу токоведущих жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжильные, причем двух- и четырехжильные кабели изготовляют только на напряжение до 1000 В.
Устройство бронированного кабеля, рассчитанного на напряжение 1... 10 кВ, с секторными жилами, бумажной изоляцией и вязкой пропиткой показано на рисунке 2.
Конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией из полиэтилена и полихлорвинила не требует защитной оболочки. Это позволяет существенно снизить расход свинца и алюминия, уменьшить массу кабеля и снизить его стоимость. Поэтому синтетическая изоляция кабелей постепенно вытесняет бумажную. По маркировке кабелей можно судить об их конструкции. Например, марка СБ-Зх95 означает: трехжильный кабель со свинцовой оболочкой, бронированный стальной лентой, с медными жилами площадью сечения 95 мм 2; АСБ-3х95 то же, но с алюминиевыми жилами; ААБ-3х95 то же, но с алюминиевыми жилами и алюминиевой оболочкой; ААШ В-3 х 120 трехжильный кабель с алюминиевыми жилами площадью сечения 120 мм 2 и оболочкой с поливинилхлоридным защитным шлангом
Рисунок 2 - Трехжильный кабель с секторными жилами:1 токопроводящие жилы из алюминия или меди; 2 бумажная, пропитанная маслом изоляция (фазная); 3 джутовый заполнитель; 4 бумажная, пропитанная маслом изоляция (поясная); 5 свинцовая оболочка; 6 прослойка из джута; 7 стальная ленточная броня; 8 наружный джутовый покров.
Урок 6
Комбинированный урок
Параметры электрических сетей. Изоляция линий электропередачи
Линии электропередачи характеризуются параметрами (сопротивлениями линии Rл и Xл и проводимостями линииGл и Bл), равномерно распределенными по длине линии. Расчет линии электропередачи с учетом распределенности параметров очень сложен и применяется только для очень протяженных электропередач сверхвысокого напряжения, длина которых соизмерима с длиной электромагнитной волны.
Подавляющее большинство линий электропередачи имеют длины, существенно меньшие длины волны. Учет распределенности параметров этих линий значительно усложняет расчеты электрических сетей, уничтожает наглядность результатов расчета при несущественном их уточнении. Поэтому расчет линий электропередачи длиной до 300 км выполняют при допущении о сосредоточенности ее параметров. Погрешности расчетов при таком допущении не превышают 1...2%, что вполне допустимо для инженерных расчетов.
Представление элемента электрической сети его параметрами называется схемой замещения. При расчетах симметричных режимов схемы замещения составляются для одной фазы.
Воздушные и кабельные линии электропередачи при расчетах электрических сетей представляются в общем случае П-образной схемойзамещения (рисунок 1). Такая схема является наиболее удобной расчетноймоделью линии, отражающей главные характеристики происходящих в линии явлений.
Поскольку длины линий электропередачи различны, вводят понятияпогонных параметров, т.е. параметров, приведенных к единице длинылинии, например к одному километру. Погонные параметры линийэлектропередачи различной конструкции, различных напряжений, с различными сечениями проводников фаз приводятся в справочнойлитературе.
Схема замещения линии электропередачи (рисунок 1) состоит изпродольной ветви и двух поперечных ветвей. В соответствии с этимразличают продольные и поперечные параметры линии. Продольныепараметры – это активное и индуктивное сопротивления R и X одной фазылинии, поперечные – это активная и емкостная проводимости G и В междуфазой и землей (точкой нулевого потенциала).
Рисунок 1 - П-образная схема замещения воздушной линий электропередачи
Различают два вида электрического сопротивления: омическое и активное. Омическое сопротивление – это сопротивление проводникапостоянному току, активное – переменному току. Активное сопротивление больше омического вследствие эффекта вытеснения тока к поверхности проводника. Для промышленной частоты 50 Гц этот эффект проявляется незначительно, отличие активного и омического сопротивлений не превышает 0,5% и этим отличием обычно пренебрегают.
Электрическое сопротивление проводника зависит от его температуры:
R
· =R[1+
·(
·–20)],
где
· – температурный коэффициент изменения сопротивления; дляалюминия и меди
· = 0,004 1/оС;
R – сопротивление проводника при 20оС;
· – фактическая температура проводника.
Активное сопротивление линии определяется по формуле:
Rл=roL,
где ro - удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20°С;
L - длина линии, км.
Удельное сопротивление г0 определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. При температуре провода, отличной от 200С, сопротивление линии уточняется.
Реактивное сопротивление определяется следующим образом:
Xл=xoL,
где xo - удельное реактивное сопротивление, Ом/км
Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. При расчетах симметричных режимов используют средние значения xo Ом/км,:
где rпр – радиус провода, см;
Dср – среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением
где Dab, Dbc, Dca – расстояния между проводами соответственно фаз a, b, c.
При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение xo из-за влияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния между цепями. Отличие xo одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 56 % и не учитывается при практических расчетах.
Для сталеалюминиевых проводов xo определяется по справочным таблицам в зависимости от сечения и числа проводов в фазе.
Активная проводимость линии Gл соответствует двум видам потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы и на корону.
Токи утечки через изоляторы малы, поэтому потерями мощности в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности провода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свечение - корону. Короне соответствуют потери активной мощности. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода. Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных линий нормируются по условию образования короны: 110кВ 70 мм2;220кВ 240 мм2; 330кВ –2х240 мм2; 500кВ – 3х300 мм2; 750кВ – 4х400 или 5х240 мм2.
При расчете установившихся режимов электрических сетей напряжением до 220кВ активная проводимость практически не учитывается.
Емкостная проводимость линии Bл обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью провод - земля и определяется следующим образом:
Bл= boL,
где bо - удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:
Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рисунок 2,б). В этой схеме вместо емкостной проводимости (рисунок 2,а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Половина емкостной (зарядной) мощности линии, Мвар, равна:
где UФ и U – фазное и междуфазное напряжение, кВ;
Ib – емкостный ток на землю
Рис. 3.3. Схемы замещения линий электропередачи:
а, б - воздушная линия 110-220-330 кВ; в - воздушная линия Uном
·35 кВ;
г -кабельная линия Uном
·10 кВ
Графическое изображение двухобмоточного трансформатора, используемое в схемах электрических сетей, показано на рисунке 3,а.
Первичным напряжением U1 считается напряжение со стороны питаниятрансформатора, вторичным U2 – напряжение со стороны нагрузкиS=Р+jQ. Соответственно и обмотки трансформатора называютсяпервичной и вторичной. Стрелка, перечеркивающая обозначениетрансформатора, показывает, что трансформатор имеет устройство РПН(устройство регулирования напряжения под нагрузкой).При расчетах электрических сетей двухобмоточный трансформаторпредставляют Г-образной схемой замещения (рисунок 3,б). Продольнымипараметрами схемы являются активное и реактивное сопротивления Rт и Xт обмоток трансформатора. Поперечными параметрами схемы являютсяактивная и реактивная проводимости Gт и Вт, которые определяютсоответственно активную и реактивную составляющие тока холостогохода трансформатора Iх.
Поскольку трансформатор связывает сети разных напряжений, всеего параметры приводятся к одному напряжению. Без специальнойоговорки будем считать, что все параметры трансформатора приведены к напряжению первичной обмотки. На подстанциях электрических сетейпервичной обмоткой является, как правило, обмотка высшего напряжения,а вторичной – обмотка низшего напряжения.
Рисунок 3 - Графическое изображение (а) и схемы замещения (б,в)двухобмоточного трансформатора
Наряду со схемой рисунка 3,б используется упрощенная схемазамещения (рисунок 3,в), в которой поперечная ветвь представлена в видеотбора или потерь мощности
·Sх =
·Рх + j
·Qх. Индекс “х” у активных и реактивных потерь обозначает, что эти потери имеют место не только принагрузке трансформатора, но и при его холостом ходе.
В справочной литературе приводятся следующие каталожные(паспортные) данные двухобмоточных трансформаторов:
Sт ном – номинальная мощность трансформатора, кВ.А;
Uвн, Uнн – номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора, кВ;
·Рх – потери активной мощности при холостом ходетрансформатора, кВт;
Ix – ток холостого хода, %;
uк – напряжение короткого замыкания, %;
·Рк – потери активной мощности при коротком замыканиитрансформатора. кВт.
Расчетные параметры трансформатора Rт, Xт, Gт, Bт,
·Qх определяются через приведенные выше каталожные данные трансформатора.
Потери активной мощности в обмотках трансформатора при егономинальной загрузке равны величине
·Рк, измеренной в опыте короткогозамыкания
·Рк=3I2внRт=(Sтном/Uвн)2Rт
Из этой формулы следует, что активное сопротивление трансформатора, Ом,составит
Rт=
·РкUвн2103/Sт2 ном
Напряжение короткого замыкания:
uк=uк%Uвн /100=13 QUOTE 1415 IвнZт,
где Zт – полное сопротивление трансформатора.
После умножения правой и левой частей на напряжение Uвн получим:
uк%U2вн /100=Sт номZт.
Из последнего выражения определяется полное сопротивление:
Zт=uк%U2вн103/100Sт ном.
В последнем выражении введение числового коэффициента 103позволяет получить сопротивление трансформатора в Ом при подстановкенапряжения Uвн в кВ, а мощности Sтном в кВ.А.
Для трансформаторов мощностью 1000 кВ.А и более имеет место соотношение Rт<<Хт или Zт
· Хт. Поэтому вполне допустимо определять реактивное сопротивление обмоток по формуле:
Хт=uк%U2вн103/100Sтном.
Для трансформаторов мощностью менее 1000 кВ.А величина индуктивного сопротивления определяется по выражению:
Хт=13 QUOTE 1415
Активная проводимость трансформатора Gт, См, определяется черезпотери активной мощности
·Рх при холостом ходе
Gт=
·Рх10-3/U2вн Реактивная проводимость трансформатора Вт, См, определяетсясоответственно через потери реактивной мощности
·Qx при холостом ходу
Вт=
·Qx10-3/U2вн
Урок 7
Лабораторная работа 1
Проверка распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов
Цель работы: изучить распределение напряжения по элементам
Изоляционных конструкций на примере гирлянды изоляторов
Формируемые компетенции: ПК 1.4, 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: для выявления дефектных изоляторов в гирляндах используются измерительные штанги, позволяющие измерять напряжение на отдельном изоляторе в рабочем режиме линии электропередачи. В лабораторной работе используется несколько иной метод, основанный на возможности измерения напряжения на всей гирлянде изоляторов и применении шарового разрядника с неизменным расстоянием между электродами. Присоединив разрядник параллельно одному из изоляторов, повышают напряжение, подводимое к гирлянде, до тех пор, пока не произойдет пробой искрового промежутка разрядника.
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
С помощью шарового разрядника с неизменным искровым промежутком измерить относительные напряжения на изоляторах гирлянды и рассчитать разрядное напряжение промежутка шарового разрядника. При установке разрядника на изолятор необходимо работать в диэлектрических перчатках, находясь на диэлектрическом коврике, при наложенной на высоковольтный вывод трансформатора заземляющей штанге.
При измерениях напряжение плавно повышать до пробоя шарового разрядника. Пробой должен быть неустойчивым, прерывистым.
Снизить напряжение до прекращения пробоя и снова поднять напряжение – всего провести три измерения и найти среднее значение. Результаты занести в таблицу.
Закоротив проволокой один из изоляторов, повторить измерения для гирлянды с дефектным изолятором.
Построить графики распределения напряжения по гирлянде.
Ответить на контрольные вопросы.
Сделать выводы по работе.
Контрольные вопросы:
Каковы причины неравномерного распределения напряжения по гирлянде изоляторов?
Как измеряется распределение напряжения по гирлянде?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 8
Комбинированный урок
Электрические расчеты и проектирование сетей. Мероприятия по охране окружающей среды при прокладке линии электропередачи
В процессе проектирования сетей проводят следующие электрические расчеты:
1. Выбор проводов и кабелей (проводников) по нагреву (по длительно допускаемой нагрузке).
2. Выбор площади сечений проводников по экономической плотности тока.
3. Определение наименьшей площади сечения проводов (для воздушных линий) по условиям коронирования.
4. Определение потерь и отклонений напряжения.
5. Определение потерь мощности и электроэнергии.
Выбор проводов и кабелей по нагреву.
Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Температура проводника будет повышаться до тех пор, пока количество тепла, получаемое проводником, не станет равным количеству тепла, отдаваемому проводником окружающей среде. При этом температура достигнет установившегося значения.
Температура нагрева проводника зависит от величины тока в проводнике, сечения и материала проводника и условий охлаждения. Температура нагрева проводника не зависит от его длины, так как чем больше длина, тем больше поверхность охлаждения.
Если выбрать проводник из какого-либо материала и поместить его в определенные условия охлаждения, то нагрев такого проводника током будет тем больше, чем больше плотность тока в самом проводнике.
В целях экономии проводникового материала желательно, чтобы проводник был нагружен наибольшим током. Но для каждого проводника существует температура, выше которой проводник нельзя нагревать по целому ряду причин, в первую очередь по условиям теплостойкости изоляции. Так, например, проводники, имеющие в качестве изоляции резину, в целях предохранения изоляции от порчи не должны нагреваться выше 65°, а проводники с бумажной изоляцией свыше 80°.
Выбор сечений проводов, кабелей и шин производят по наибольшему длительно допустимому току нагрузки (по условиям нагрева):
Iдоп > Iн.max ,
где Iдоп – наибольший длительно допустимый ток нагрузки, А;
Iн.max – максимальный ток нагрузки, А.
Максимальный ток нагрузки определяется по формуле:
Iн.max= Sн.max / (13 EMBED Equation.3 1415·Uн) ,
где Sн.max – максимальная возможная в условиях эксплуатации
мощность, покрываемая линией, кВА;
Uн – номинальное напряжение, кВ.
Выбор сечения по току производят по таблицам, приведенным в «Правилах устройств электротехнических установок» (ПУЭ), которыми надлежит руководствоваться при проектировании, монтаже и эксплуатации электрооборудования:
- [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Выбор сечений проводников по экономической плотности тока.
Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока, экономически целесообразное сечение S, мм2, определяется из соотношения:
S = I / jэк[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] ,
где I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А;
jэк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2. Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения, расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается. Выбор сечений проводов линий электропередачи постоянного и переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов.
Определение наименьшей площади сечения проводов (для воздушных линий) по условиям коронирования.
Коронный разряд возникает в воздушных линиях электропередач при ионизации воздуха вокруг провода при напряженностях электрического поля у поверхности проводов выше 21 кВ/см. Ионизация воздуха сопровождается треском, свечением воздуха, потерями энергии, созданием озона и окислов азота. Озон интенсивно окисляет металлоконструкции, а окислы азота с влагой воздуха образуют азотную кислоту, разъедающую металл и изоляцию.
Выбранные провода проверяют по условию коронирования в 2 этапа. По выбранному типу провода и известному напряжению линии находят наибольшую напряженность Е электрического поля у поверхности провода:
13 EMBED Equation.3 1415
где U – междуфазное напряжение, кВ;
Dср – среднее геометрическое расстояние между фазами, см;
Rпр – радиус провода, см.
На втором этапе определяют начальную напряженность проводника, при которой возникает явление «короны»:
13 EMBED Equation.3 1415
где m – коэффициент негладкости для скрученного провода,
принимаемый равным 0,82.
При этом должно соблюдаться соотношение: Е
· 0,9 Ео
Определение потерь и отклонений напряжения.
Рассмотрим векторную диаграмму напряжения трехфазной линии переменного тока с одной нагрузкой в конце линии (I).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Схема с одной нагрузкой на конце линии
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Векторная диаграмма напряжений для линии с одной нагрузкой.
Потерей напряжения называют алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии, т. е. отрезок ad или почти равный ему отрезок ас'.
Векторная диаграмма и выведенные из нее соотношения показывают, что потеря напряжения зависит от параметров сети, а также от активной и реактивной составляющих тока или мощности нагрузки.
При расчете величины потери напряжений в сети активное сопротивление необходимо учитывать всегда, а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осветительных сетях и в сетях, выполненных сечениями проводов до 6 мм2 и кабелей до 35 мм2.
Потери напряжения для трехфазной системы определяются по формуле:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где l - протяженность соответствующего участка сети, км.
Если заменить ток мощностью, то формула примет вид:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где Р - активная мощность,
Q- реактивная мощность, кВар;
l протяженность участка, км;
Uн номинальное напряжение сети, кВ.
Для каждого приемника электроэнергии допускаются определенные потери напряжения. Например, асинхронные двигатели в нормальных условиях допускают отклонение напряжения ±5%. Это значит, что если номинальное напряжение данного электродвигателя составляет 380 В, то напряжения U'доп = 1,05 Uн = 380 х1,05 = 399 В и U"доп = 0,95 Uн = 380 х 0,95 = 361 В следует считать его предельно допустимыми значениями напряжения. Естественно, что все промежуточные напряжения, заключенные между значениями 361 и 399 В, также будут удовлетворять потребителя и составят некоторую зону, которую можно назвать зоной желаемых напряжений.
Так как при работе предприятия имеет место постоянное изменение нагрузки (мощность или ток, протекающий по проводам в данное время суток), то в сети будут иметь место и различные потери напряжения, изменяющиеся от наибольших значений, соответствующих режиму максимальной нагрузки dUmaх, до наименьших dUmin, соответствующих минимальной нагрузке потребителя.
Для подсчета величины этих потерь напряжения следует воспользоваться формулами:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Отклонение напряжения отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения.
Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.
Для того чтобы в условиях эксплуатации обеспечить определенную величину напряжения у потребителей, надо ограничить допустимую величину потери напряжения в проводах и кабелях, по которым энергия передается потребителям.
Уменьшение напряжения у потребителя ниже номинального приводит к уменьшению освещенности на рабочих местах, а также к уменьшению вращающего момента двигателей. Допустимая потеря напряжения для осветительных сетей внутренней проводки составляет не более 2,5%, в силовых сетях от питательного пункта до приемника 5 10%.
Определение потерь мощности и энергии
Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер, поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях зависят от изменения нагрузки. Потери мощности и электроэнергии по проектируемому объекту можно рассчитывать или по величине среднеквадратичного тока Iср с учетом времени включения линии Tдейств, или по максимальному току Iмакс при времени потерь t .
Среднеквадратичный ток представляет собой эквивалентный ток, который, проходя по линии за время Тдейств, вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный, изменяющийся за то же время ток.
Время потерь t - это расчетное время, в течение которого линия. работая с неизменной максимальной нагрузкой Iмакс имела бы те же потери мощности и электроэнергии, что и при работе по действительному переменному графику нагрузки.
Среднеквадратичный ток находят по среднему току Iср и коэффициенту формы графика нагрузки кф:
Iск=кфIср
где
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Здесь W - расход активной электроэнергии (кВт-ч) за время Тдейств (сутки, год); cosjсрв- средневзвешенный коэффициент мощности.
Потери активной мощности (кВт) и электроэнергии (кВт-ч) по среднеквадратичному току определяют по формулам:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Потери реактивной мощности (квар) и реактивной энергии (квар-ч) составят:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
где R и X - активное и индуктивное сопротивления воздушной или кабельной линий.
Если известен расход электроэнергии W, учтенный за определенное время (сутки, год), а также максимальная мощность нагрузки Рмакс, то можно найти время Тмакс, в течение которого данная линия могла бы передать эту электроэнергию:
Тмакс=W/Рмакс
Время использования максимума нагрузки Тмакс определяется характером производства и сменностью работы потребителя и составляет в среднем в год (ч):
- для осветительных нагрузок - 1500-2000;
- для односменных предприятий - 1800-2500;
- для двухсменных предприятий - 3500-4500;
- для трехсменных предприятий - 5000-7000.
По величинам W и Тмакс можно определить максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
При расчете потери мощности и электроэнергии по максимальному току вводится понятие времени потерь t , которое зависит от времени использования максимума Тмакс и коэффициента мощности cosj срв. Зная эти величины, по кривым зависимости t =f(Тмакс,cosj срв) находят время потерь, а затем определяют активные и реактивные потери электроэнергии:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Зная потери электроэнергии, можно найти соответствующие им потери мощности:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Охрана окружающей среды
При строительстве и эксплуатации воздушных линий электропередачи окружающей среде может быть причинен значительный ущерб. Но при выполнении защитных мероприятий этот ущерб уменьшается во много раз, а вредные воздействия на людей могут быть исключены полностью.
При проектировании ВЛ должны учитываться следующие факторы воздействия на окружающую среду, здоровье и жизнедеятельность человека:
специфические воздействия
- электрическое поле (для ВЛ напряжением 110 кВ и выше);
- магнитное поле;
- акустический шум (для ВЛ напряжением 110 кВ и выше, учитывается только в населенной местности);
- радио- и телевизионные помехи;
- опасные и мешающие влияния на линии связи и проводного вещания;
- наличие условий, приводящих к гибели птиц в районах их расселения и на путях их миграции;
- ограничение землепользования;
-нарушение эстетики ландшафта (для природоохраняемых и рекреационных территорий, вблизи памятников истории и культуры);
общестроительные (неспецифические) воздействия
- изъятие земель в постоянное (бессрочное) пользование;
- изъятие земель во временное пользование;
- нарушение естественного состояния грунта и рельефа;
- сокращение площадей насаждений (разрубка просек);
- загрязнение поверхностных и грунтовых вод (только при строительстве).
При проектировании ВЛ следует выполнять требования нормативных документов, регламентирующих уровень воздействия ВЛ на окружающую среду, жизнедеятельность и здоровье населения, применяя соответствующее конструктивные и проектные решения, а при необходимости, специальные мероприятия, обеспечивающие на снижение воздействий ВЛ до безопасных значений, требуемых действующими нормами.
При проектировании технического перевооружения (реконструкции) существующих ВЛ следует учитывать предоставляемые заказчиком данные об отрицательном воздействии их на окружающую природную среду и население и при наличии таковых предусматривать конструктивные и проектные решения (а при необходимости и специальные мероприятия или технические средства), снижающие указанные воздействия до безопасных значений.
Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля определяются [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты».
При прохождении ВЛ по территории заповедников, национальных парков, курортов, пригородных зон отдыха, а также вблизи памятников истории и культуры рекомендуется выполнение мероприятий, направленных на уменьшение визуального воздействия ВЛ на естественные ландшафты, такие, как экранировка ВЛ рельефом и растительностью от автомобильных и железных дорог; применение опор, отвечающих требованиям промышленной эстетики; маскировочная окраска опор; прокладка в лесу ломанных трасс во избежание протяженных открытых коридоров; применение разновысоких опор и пр.
В проектной документации ВЛ должны содержаться рекомендации по землеванию и рекультивации земель, восстановлению после завершения строительства земельных участков, предоставленных во временное пользование, до первоначального состояния.
В районах Крайнего Севера в проектах следует предусматривать мероприятия по защите ягельников и мохорастительного слоя при прохождении по ним ВЛ.
Ширина просек в насаждениях определяется требованиями главы 2.5 «Правил устройства электроустановок».
При прохождении ВЛ по участкам с вечномерзлыми грунтами при рубке просек не следует производить корчевание пней и кустарников, нарушать дерновый слой.
При наличии требований владельцев земли или природоохранных органов в проектно-сметную документацию технического перевооружения (реконструкции) ВЛ по решению заказчика включаются с соответствующим указанием в задании на проектирование:
Замена опор с оттяжками на участках сельскохозяйственных угодий на свободностоящие опоры.
Изменение трассы ВЛ на отдельных участках для выноса опор с сельскохозяйственных угодий, удаления ВЛ от памятников истории и культуры.
Установка на участках параллельного следования существующих ВЛ, в том числе разных напряжений, двух- и многоцепных опор.
На участках параллельного следования существующих ВЛ по сельскохозяйственным угодьям перестановка опор для размещения их в одном створе.
Урок 9-10
Практическое занятие
Практическая работа 1
Электрический расчет воздушной линии
Цель работы: опытным путем научиться осуществлять расчет основных
параметров воздушной линии электропередач, выполнять
выбор проводов питающих линий
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 4 часа
Исходные данные:
Расчетная схема:
l3
l1 l2 Р3, cos
·3
l4 l5
l6
Р1, cos
·1 Р2, cos
·2
Р4, cos
·4
Р5, cos
·5
l7
Р6, cos
·6
Р7, cos
·7
Расчетные параметры потребителей приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
Определить реактивные мощности потребителей.
Определить токи на участках линий.
Выбрать провода питающих линий.
Определить сопротивления участков линий.
Определить потери напряжения в сети на каждом из участков.
Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
В чем заключается расчет электрической сети?
Какие основные электрические параметры необходимо определить при расчете воздушной линии электропередачи?
Каким образом осуществляется выбор проводов питающих линий?
По каким параметрам осуществляется проверка воздушной линии?
Какие марки проводов чаще всего используются при прокладке воздушных линий?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 11-12
Практическое занятие
Практическая работа 2
Электрический расчет кабельной линии
Цель работы: опытным путем научиться осуществлять расчет основных
параметров кабельной линии по экономической плотности тока,
выполнять выбор кабелей и проверять их по нагреву и потере
напряжения, научиться строить векторную диаграмму для
одной фазы.
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 4 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
1. Определить величину максимального тока, протекающего в кабельной линии, при передаче по ней мощности Рп.
2. Определить экономическое сечение кабеля, соответствующее минимальным ежегодным расходам.
3. Округлить полученное значение до ближайшего стандартного значения.
4. Проверить выбранное стандартное сечение по нагреву по длительно допустимому току.
5. Если выбранное сечение не удовлетворяет условию нагрева, увеличить сечение до следующего стандартного и выполнить проверку повторно.
6. Для определения потерь напряжения в линии рассчитать активное и индуктивное сопротивления.
7. Начертить однолинейную схему трехфазной кабельной линии с одним потребителем на конце и ее схему замещения.
8. Рассчитать потери линейного напряжения.
9. Определить относительную потерю напряжения.
10. Рассчитанное значение проверить по допустимой потере напряжения.
11. При невыполнении условия, принять следующее стандартное значение сечения и повторить расчет.
12. По полученным данным выбрать марку кабеля.
13. Построить векторную диаграмму напряжений и тока в линии.
14. Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
В чем заключается расчет кабельной сети?
Какие основные электрические параметры необходимо определить при расчете кабельной линии электропередачи?
Что такое экономическая плотность тока?
Каким образом осуществляется выбор изоляции кабельных линий?
По каким параметрам осуществляется проверка кабельной линии?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 13
Комбинированный урок
Качество электрической энергии и способы его повышения
Согласно требованиям стандарта качество электрической энергии определяется качеством частоты и напряжения (рис. 1).
Качество частоты представляется отклонением частоты напряжения (f. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ( 0,2 и ( 0,4 Гц соответственно.
Качество напряжения оценивается следующими параметрами.
1.Отклонением напряжения, которое характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения. Приняты следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения (Uу на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ( 5 и ( 10 % от номинального.
Названные показатели в точках общего присоединения устанавливаются в договорах.
2. Колебанием напряжения, которое характеризуются размахом изменения напряжения (Ut и дозой фликера Pt.
Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения (Ut в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения нормируются в зависимости от частоты повторения и составляют ( 10 % от номинального напряжения.
Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера PSt равно 1,38 (интервал наблюдения – 10 мин), а для длительной дозы фликера PLt при тех же колебаниях напряжения равно 1,00.
Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.
3. Несинусоидальностью напряжения, которая характеризуется коэффициентами искажения синусоидальности кривой напряжения kU и n-й гармонической составляющей напряжения kU(n). Нормально допустимое и предельно допустимое значения этих коэффициентов регламентируется стандартом.
Рис. 1. Показатели качества электрической энергии
4. Несимметрией напряжения, которая характеризуется коэффициентами несимметрии напряжения по обратной последовательности k2U и несимметрии напряжения по нулевой последовательности k0U.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2 и 4 % соответственно.
По нулевой последовательности к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента также равны 2 и 4 % соответственно.
5. Провалом напряжения, который характеризуется длительностью провала напряжения (tn, для него установлена следующая норма: предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с.
Для других сетей провал напряжения определяется выдержками времени защиты и автоматики.
6. Импульсом напряжения, который характеризуется показателем импульсного напряжения Uимп. Значения импульсного напряжения для грозовых и коммутационных импульсов приведены в стандарте [3].
7. Временным перенапряжением, которое характеризуется коэффициентом временного перенапряжения kперU. Значения временного перенапряжения определены стандартом [3].
Если в течение 95 % времени суток (22 ч 48 мин), в которые осуществляется контроль качества электрической энергии, значение ПКЭ не выходит за пределы нормального, а остальные 5 % времени (1 ч 12 мин) не превышает предельно допускаемого, качество электроэнергии считается удовлетворительным.
В системе тягового электроснабжения переменного тока важнейшими показателями качества электрической энергии являются отклонение напряжения и коэффициенты несимметрии напряжений по обратной последовательности, искажения синусоидальности формы кривой напряжения и n-й гармонической составляющей напряжения.
В наибольшей степени изменение показателей напряжения проявляется в контактной сети, взаимодействующей с электрическим локомотивом.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:
Технологические установки:
При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства.
При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.
При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.
Освещение:
Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.
При величине напряжения 0,9·Uном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.
При величине напряжения менее 0,9·Uном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·Uном просто не загораются.
Электропривод:
При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.
При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое.
При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.
Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно
·Uyнор= ± 5 % и
·Uyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.
Урок 15
Лабораторная работа 2
Исследование влияния компенсирующего устройства на качество электроэнергии
Цель работы: исследовать влияние компенсации реактивной мощности на
потери в линии электропередачи
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: схема включения однофазного трансформатора с моделью резистивной линии электропередачи
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
Начертить схему включения однофазного трансформатора с моделью резистивной линии электропередачи. В схему включить приборы для изменения падения напряжения в линии, а также приборы для установки других параметров, которые следуют из таблицы, в которой отразить два раздела - “с компенсацией” и “без компенсации”. Каждый раздел должен содержать: напряжение на входе линии, напряжение в конце линии.
На входе линии установить напряжение 200 вольт. В режиме холостогохода замерить напряжение на первичных зажимах трансформатора без компенсации и с компенсацией реактивной мощности. Данные опыта занести в таблицу.
Определить величину ёмкости компенсирующих конденсаторов поопытным данным, измерив активную мощность потребляемую из сети Р, величину тока I и напряжение на зажимах потребителя U.
Сделать вывод
Контрольные вопросы:
1. Перечислите показатели качества энергии.
2. Какое влияние оказывает качество электроэнергии на работу токоприёмников?
3. Каковы причины снижения каждого показателя качества энергии?
4.Какие мероприятия необходимо проводить по повышению каждого показателя качества энергии?
5. Как компенсирующее устройство влияет на качество электроэнергии?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 16
Комбинированный урок
Категории потребителей. Характеристика схем их питания
Всех возможных потребителей электроэнергии можно подразделить, в соответствии с необходимостью обеспечения и гарантированной подачей электричества, на некоторые категории.
Например, требования, предъявляемые к надежности электроснабжения жилых зданий, могут существенно отличаются от аналогичных схем для спецобъектов. В качестве примера можно привести специальную систему «электрозапитки» насосного оборудования пожаротушения, предполагающего выполнение своих основных функций даже при отсутствии [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Своевременная подача электроэнергии различным потребителям предполагает некий приоритет, а также соблюдение соответствующих норм надежности.
На основе этих параметров были разработаны соответствующие категории электроснабжения. Их основные характеристики оговорены соответствующими правилами устройств электроустановок ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] п. 1.2.18).
Именно здесь выделены главные категории энергопотребления, предусматривая определенное преимущество определенных потребителей:
1. Первая и особая группа первой категории (особо важные неотключаемые потребители)
2. Вторая категория (потребитель может быть отключен не более чем на час)
3. Третья категория (потребитель может быть отключен на период востановительно-ремонтных работ).
В списках первой категории (ПУЭ п. 1. 2. 19) находятся такие энергопотребители, прекращение подачи на которые электроэнергии может привести к опасности для жизни населения, причинению серьезного материального ущерба (например, выходу из строя дорогостоящего оборудования или нарушению процесса сложного технологического процесса), а также к негативным социальным процессам при сбое работы коммунальных служб.
В первую очередь, эту категорию представляют так называемые «ответственные потребители»:
- аварийной освещение;
- охранная и противопожарная сигнализация;
- противопожарные насосы и т. д.
Сюда же включена и особая группа, бесперебойное обеспечение которой электроэнергией обеспечивает резкое снижение рисков серьезных пожаров, взрывов и, соответственно, человеческих жертв.
Для работы таких электропотребителей необходимо обеспечение минимум двух независимых и, при этом резервируемых, источников электроэнергии, предусматривающих автоматическое их переключение.
Обычно такие силовые схемы предусматривают взаимосвязь двух независимых подстанций, выход одной из которых из строя позволяет за время автоматического подключения ввести в действие вторую.
Или же возможны варианты резервного подключения дизель-генераторов или аккумуляторных батарей. Автоматический перевод производится благодаря системе АВР ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Обычно такие источники используются в качестве третьего обязательного элемента схемы, обеспечивающей необходимую надежность.
Вторая категория (просто важные, ПУЭ п. 1. 2 .20) включает электропотребителей, у которых внезапное отключение электроэнергии может привести к массовому браку на производстве и/или длительному простою, а также к нарушению обычного режима жизнедеятельности больших групп населения в городской и/или сельской местности.
В этой группе также предусмотрено два независимых, страхующих друг друга, источника электроэнергии, но при этом допускается определенное время для перевода сети на резервный источник снабжения (например, для осуществления дежурным персоналом необходимых переключений вручную).
К этой категории относится основная часть различных административных зданий.
И последняя, третья категория (ПУЭ п. 1. 2. 21). В нее включенны все остальные потребители . Здесь допускается наличие одного источника, но при условии, что причина аварии будет устранена в течение суток.
Схемы питания потребителей различных категорий отличаются друг от друга. Ниже приведены типовые решения электроснабжения.
Урок 17
Практическое занятие
Практическая работа 4
Определение места расположения ГПП и ЦРП
Цель работы: научиться определять центр электрических нагрузок и место
возможного расположения центрального распределительного
пункта или главной понизительной подстанции
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы
Составить план расположения потребителей на территории района и начертить его по заданным координатам в выбранном масштабе.
Определить координаты центра электрических нагрузок
Нанести место расположения главной понизительной подстанции или центрального распределительного пункта на план.
Сделать вывод о равномерности расположения потребителей по отношению к центру электрических нагрузок.
Контрольные вопросы:
Что такое центр электрических нагрузок?
Для чего необходимо определять центр электрических нагрузок потребителей?
От каких параметров зависит место расположения центра электрических нагрузок?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 18
Комбинированный урок
Схемное и конструктивное выполнение и секционирование линий. Присоединение к линиям потребителей
Внешнее электроснабжение
Питание от энергосистемы без собственных электростанций. На рисунке 1 приведены схемы электроснабжения промышленных предприятий, питание которых производят только от энергосистем. На рисунке 1 а представлена схема радиального питания. Здесь напряжение сети внешнего электроснабжения совпадает с высшим напряжением сети на территории внутри предприятия (система внутреннего электроснабжения), благодаря чему не требуется трансформация для предприятия в целом. Такие схемы электроснабжения характерны при питании прежде всего на напряжениях 6, 10 и 20 кВ.
На рисунке 1 б приведена схема так называемого глубокого ввода 20110 кВ и реже 220 кВ, когда напряжение от энергосистемы без трансформации вводят по схеме двойной транзитной (сквозной) магистрали на внутреннюю территорию предприятия. В этой схеме при напряжении 35 кВ понижающие трансформаторы устанавливают непосредственно у зданий цехов, и они имеют низшее напряжение 0,69 0,4 кВ.
Однако при напряжениях энергосистемы 110 220 кВ непосредственная трансформация на 0,69 0,4 кВ для цеховых сетей оказывается обычно нецелесообразной из-за сравнительно малой суммарной мощности потребителей отдельного цеха. В таких случаях может оказаться целесообразной промежуточная трансформация на напряжение 10 20 кВ на нескольких промежуточных понизительных подстанциях, каждая из которых должна питать свою группу цехов.
На рисунке 1 в приведена возможная схема электроснабжения промышленного предприятия с наличием трансформации, осуществляемой в месте перехода от схемы внешнего к схеме внутреннего электроснабжения, которая характерна для предприятий значительной мощности и большой территории. На рисунке 1 г дана схема при условии трансформации на два напряжения, что характерно для мощных узлов (цехов) предприятий, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.
Питание от энергосистемы при наличии на промышленном предприятии собственной электростанции.
Рисунок 1 - Характерные схемы электроснабжения при питании промышленных предприятий только от энергосистемы
На рисунке 2 приведены характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий при наличии на предприятии собственной электростанции.
Рисунок 2 - Характерные схемы электроснабжения при питании промышленных предприятий от энергосистемы и собственной электростанции
На рисунке 2 а дана схема для случая, когда место расположения электростанции совпадает с центром электрических нагрузок предприятия и питание предприятия от энергосистемы осуществляют на генераторном напряжении.
На рисунке 2 б приведена схема для случая, когда электростанция находится в удалении от центра его электрических нагрузок, но питание от системы происходит на генераторном напряжении. На рис. 6, в представлена схема для случая, когда питание от системы осуществляют на повышенном напряжении и распределение электроэнергии по территории предприятия происходит на генераторном напряжении. Электростанция предприятия помещена вне центра электрических нагрузок.
На рисунке 2 г изображена схема, условия которой аналогичны схеме, представленной на рисунке 2 в, но трансформацию производят на два напряжения. В схемах на рисунке 1 б, г и рисунке 2 г для питания от системы на напряжениях 35 220 кВ применяют варианты, приведенные на рисунке 3. Схему на рисунке 3, а (без выключателей на стороне высшего напряжения) рекомендуют как более дешевую в исполнении и не менее надежную в эксплуатации, чем схема на рисунке 3, б.
Рисунок 3 - Схемы присоединения трансформаторов ГПП к питающей сети 35 220 кВ энергосистемы
Однако применение схемы на рисунке 3, а возможно только для тех случаев, когда операцию по включению и отключению трансформаторов ежедневно не производят, так как соблюдают экономически целесообразный режим их работы. Если отключение и включение трансформаторов происходит ежедневно, выбирают схему, представленную на рисунке 3,б.
Питание только от собственной электростанции. На рисунке 4 приведена схема питания потребителей электроэнергии от собственной электростанции, что характерно для предприятий, удаленных от сетей энергосистем; однако по мере развития электрификации количество таких схем питания будет все время уменьшаться.
Рисунок 4 - Характерная схема электроснабжения при питании промышленного предприятия только от собственной электростанции
Внутреннее электроснабжение
Схемы радиального питания потребителей электроэнергии. Радиальными называют такие схемы, в которых электроэнергию от центра питания (электростанции предприятия, подстанции или распределительного пункта) передают прямо к цеховой подстанции без ответвлений на пути для питания других потребителей. Такие схемы имеют много отключающей аппаратуры и питающих линий. Исходя из этого, можно сделать вывод, что применять схемы радиального питания следует только для питания достаточно мощных потребителей.
На рисунке 5 приведены характерные схемы радиального питания потребителей электроэнергии для систем внутреннего (внешнего) электроснабжения промышленных предприятий. Схема на рисунке 5 а предназначена для питания потребителей III категории или потребителей II категории, где допустим перерыв в электроснабжении на 12 сут.
Схема на рисунке 5,б предназначена для потребителей II категории, перерыв питания у которых может быть допущен не более 1 2 ч. Схема на рисунке 5, в предназначена для электроснабжения потребителей I категории, но ее используют и для питания потребителей II категории, имеющих народнохозяйственное значение в масштабе страны, и перерыв в питании которых влечет за собой недоотпуск продукции (например, выпуск подшипников).
Рисунок 5 - Характерные радиальные схемы питания в системе внутреннего и внешнего электроснабжения промышленного предприятия
Схемы магистрального питания потребителей электроэнергии применяют в системе внутреннего электроснабжения предприятий, когда потребителей достаточно много и радиальные схемы питания явно целесообразны. Обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести подстанций с общей мощностью потребителей не более 5000-6000 кВА.
На рисунке 6 приведена типичная схема магистрального питания. Эта схема характеризуется пониженной надежностью питания, но дает возможность уменьшить число отключающих аппаратов напряжения и более удачно скомпоновать потребителей для питания в группе по пять-шесть подстанций.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 6 - Характерная магистральная схема питания в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 7 - Характерная схема питания сквозными двойными магистралями в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
Когда необходимо сохранить преимущества магистральных схем и обеспечить высокую надежность питания, применяют систему двойных транзитных (сквозных) магистралей (рисуное 7). В этой схеме при повреждении любой питающей магистрали высшего напряжения питание надежно обеспечивают по второй магистрали путем автоматического переключения потребителей на секцию шин низшего напряжения трансформатора, оставшегося в работе. Это переключение происходит со временем 0,10,2 с, что практически не отражается на электроснабжении потребителей.
Схемы смешанного питания потребителей электроэнергии. В практике проектирования и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу. Обычно крупные и ответственные потребители или приемники питают по радиальной схеме.
Средние и мелкие потребители группируют, и их питание осуществляют по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. На рисунке 8 приведена такая смешанная схема питания.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Рисунок 8 - Характерная смешанная (радиально-магистральная) схема питания в системе внутреннего электроснабжения промышленного предприятия
Урок 19
Комбинированный урок
Схемы и планы распределительных сетей
Прежде чем приступать к составлению схемы распределительной сети с учетом категории приемников электрической энергии, необходимо вычертить ситуационный план расположения потребителей. Рассмотрим это на составлении плана и схемы питания железнодорожного узла.
1. Составить схему питания потребителей от ГПП с учетом их категорий и расстояний.
2. Вычертить на развороте тетрадного листа или на листе миллиметровой бумаги ситуационный план железнодорожного узла в масштабе 1:10000 (1 мм = 10 м). Необходимая длина листа для заданных планов – 300 мм.
2.1. Нанести координатные оси: ось х – ось 1 пути; ось у – ось плана пассажирского здания.
2.2. Нанести оси остальных путей, пользуясь заданными на исходных схемах горизонтальными и вертикальными размерами. При ширине междупутий 5 м допускается принять расстояние между осями путей 1 мм.
2.3. По заданным координатам показать трансформаторные подстанции потребителей электроэнергии, а затем вычертить по указанным размерам здания и территории этих потребителей. Пример показан на рисунке 1.
Рисунок 1 – План расположения потребителей железнодорожного узла
3. Определить место расположения ГПП.
4. Показать на плане координаты ГПП. При расположении ГПП следует учитывать возможность присоединения ее к внешней сети электроснабжения (ВЛ 110 кВ). Размеры территории ГПП принять 70х100 м. Присоединить ГПП к питающей линии 110 кВ.
5. Вычертить схему распределительных сетей электроснабжения потребителей электроэнергии железнодорожного узла, учитывая их категорию и взаимное расположение. Питание потребителей может быть выполнено по радиальным или магистральным, в том числе кольцевым, схемам.
Питание потребителей 1 категории должно осуществляться двумя линиями от двух независимых источников питания. Две линии питания потребителей 1 категории могут быть радиальными или магистральными кольцевыми. По кольцевой схеме может получать питание только один потребитель 1 категории, находящийся в месте размыкания кольца.
Потребители 2 категории обычно получают питание по двум линиям.
Потребители 3 категории питают магистральной линией или подключают на отпайках к кольцевой схеме.
При построении схемы следует учитывать, что линии могут быть как воздушными, так и кабельными, особенно при большом путевом развитии станции. Пересечения линий с электрифицированными путями должны проходить под прямым углом.
На ситуационном плане воздушные сети вычерчиваются сплошной линией, а кабельные – штриховой линией.
6. Составить описание и обоснование выполненной схемы, определив взаимосвязь между категорией потребителя и выбранным способом его запитывания. Указать, какие участки сети выполнены воздушными, а какие – кабельными линиями.
Пример схемы железнодорожного узла приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема электроснабжения железнодорожного узла
Урок 20
Практическое занятие
Практическая работа 5
Составление схемы и плана расположения сетей 10 кВ
Цель работы: изучить способы прокладки распределительных сетей
напряжением 10 кВ, научиться делать выбор наиболее
целесообразного варианта
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: см. исходные данные к практической работе 4
Порядок выполнения работы:
Привести классификацию схем электрических сетей.
Начертить радиальную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей.
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при радиальной схеме электроснабжения.
Начертить магистральную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при магистральной схеме электроснабжения.
Начертить радиально-магистральную схему питания нагрузок и нанести сети на план расположения потребителей.
Рассчитать общую длину распределительных сетей 10 кВ при радиально-магистральной схеме электроснабжения.
Начертить 2 варианта сложно-замкнутой схемы питания нагрузок при условии, что потребители являются потребителями 1 категории, то есть требуют двухстороннего питания.
Сделать вывод, обосновав выбор системы электроснабжения.
Контрольные вопросы:
По каким признакам классифицируются электрические сети?
От чего зависит выбор конфигурации электрической сети?
Чем отличается магистральная сеть от радиальной?
Каковы достоинства и недостатки магистральной сети?
Каковы достоинства и недостатки радиальной сети?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 21
Комбинированный урок
Распределительные сети напряжением до 1000 В, основное коммутационное и защитное оборудование
Схемы электрических сетей.
Сети напряжением до 1000 В осуществляют распределение электроэнергии внутри промышленных предприятий и установок и непосредственное питание большинства приемников электроэнергии. Схема сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии и их единичной установленной мощностью. К сетям напряжением до 1000 В, как и ко всякой электрической сети, предъявляют следующие требования. Они должны: - обеспечивать необходимую надежность электроснабжения; - быть удобными, простыми и безопасными в эксплуатации; требовать минимальных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию.
Схемы электрических сетей бывают радиальными, магистральными и смешанными.
Радиальные схемы (рисунок 1) характеризуются тем, что от источника питания, например от распределительного щита 1, отходят линии, питающие непосредственно мощные приемники электроэнергии 2 или отдельные распределительные пункты 3, от которых по самостоятельным линиям питаются более мелкие приемники 2.
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как при аварии отключается только поврежденная линия. Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах. При радиальных схемах используются изолированные провода и кабели.
Радиальные схемы позволяют легче решать задачи автоматизации. Однако сети, построенные по таким схемам, требуют больших капитальных вложений из-за значительного расхода проводов и кабелей, большого количества защитной и коммутационной аппаратуры и обладают худшими экономическими показателями.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 1 - Радиальные схемы сетей напряжением до 1000 В:а одноступенчатая; 6 двухступенчатая; 1 распределительный щит; 2 приемники электроэнергии; 3 распределительный пункт
Магистральные схемы (рис. 2, а) находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузки от распределительных щитов 1 и при питании приемников электроэнергии 3 одного технологического агрегата или одного технологического процесса. Магистрали выполняют кабелями, проводами, шинопроводами и присоединяют к распределительным щитам / подстанции или непосредственно к трансформатору при схеме трансформатор магистраль (рис. 2, б).
Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, поскольку при повреждении магистрали происходит отключение всех потребителей, присоединенных к ней. Применение резервирования по сети устраняет этот недостаток.
В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания приемников электроэнергии, применяется двухстороннее питание магистральной линии.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 2 - Магистральные схемы сетей напряжением до 1000 В:а с сосредоточенными нагрузками; 0 трансформатор магистраль;
1 распределительный щит; 2 распределительный пункт; 3 приемники электроэнергии
В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, сочетающие в себе элементы магистральных и радиальных схем и позволяющие рациональнее использовать преимущества тех и других.Для повышения надежности применяют схемы с взаимным резервированием, устройством перемычек между отдельными магистралями или соседними подстанциями при радиальном питании.
Сети электрического освещения промышленных предприятий потребляют значительное количество электроэнергии. Питание их в большинстве случаев осуществляется от общих трансформаторных подстанций (ТП), но линии сетей освещения прокладывают отдельно от силовых линий.
Радиальные линии освещения подключают к распределительному щиту 1 (рисунок 3), а при схеме трансформатормагистраль в самом начале магистрали силовой сети. По линиям питания 2 напряжение подается на групповые распределительные пункты 3, от которых по групповым линиям 4 получают питание соединенные по магистральной схеме светильники 5.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Рисунок 3 - Схема сети электрического освещения:1 распределительный щит; 2 линия питания: 3 групповой распределительный пункт; 4 групповая линия; 5 светильник.
Чтобы при отключении одного источника питания работа цеха не прерывалась из-за отсутствия освещения, создается перекрестное питание групповых линий. Цепь аварийного освещения подключают к отдельному независимому источнику к ТП соседней сети, аккумуляторной батарее, дизельной станции и т.п.
Конструктивное исполнение распределительных сетей напряжением до 1000В.
Сети напряжением до 1000 В различаются между собой конструкцией применяемых проводников, способами изоляции и прокладки. Классификация сетей по конструктивным признакам приведена на рисунке 4.
Рис. 1. Классификация сетей по конструктивным признакам
Воздушные линии напряжением до 1000 В применяют в качестве сетей наружного освещения и питания отдельных маломощных потребителей, а также рабочих поселков. Шинопроводы получили широкое распространение для питания внутрицеховой нагрузки (рисунок 5). Их разделяют на магистральные ШМА и распределительные ШРА (рисунок 6). Для линий групповых распределительных сетей напряжением 380/220 В применяют осветительные шинопроводы ШОС (рисунок 7), а для электропитания кранов троллейные шинопроводы ШТМ.
Шинопроводы производят в виде секций, они имеют высокую монтажную готовность. Шины шинопроводов изготовляют из алюминия (алюминиевых сплавов) и реже из меди. Оболочки шинопроводов имеют различную форму, их выполняют из стали или алюминия (алюминиевых сплавов) и используют в некоторых случаях в качестве нулевого или заземляющего провода. Оболочка может быть сплошной или перфорированной. В комплект шинопроводов входят коробки с коммутационно-защитной аппаратурой и контактами для присоединения питающего кабеля.Шинопроводы устанавливают на опорные конструкции: напольные, настенные, потолочные, стойки, кронштейны, подвесы, закрепы. Ответвления от шинопроводов выполняют как шинопроводами, так и кабелями.
Рисунок 5 - Шинопроводы в цехе:ШМА, ШРА, ШOC соответственно магистральный, распределительный и осветительный шинопроводы; КТП комплектная трансформаторная подстанция
Рисунок 6 - Распределительный щит ШРА:а соединение секций ШРА; б. в вводная и ответвительная коробки; 1 съемная крышка монтажного окна; 2 прижим; 3 концы стыкуемых секций; 4 отверстия для крепления корпуса вводной коробки; 5 проводник сети заземления; 6 лапки; 7 соединительная планка; 8 отверствие для приварки планки к лапкам; 9 задняя стенка вводной коробки; 10 съемное дно; 11 присоединительные элементы вводной коробки; 12 вводная коробка; 13 отверстие для ввода кабеля сверху; 14 ответвительная коробка; 15 вилка; 16 заглушка; 17 металлорукав; 18 труба; 19 муфта: 20 скоба; 21 швеллерообразный элемент; 22 болт заземления[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рисунок 7 - Осветительный шинопровод ШОС
Кабельные линии чаще всего применяют для выполнения сети внутри предприятий и цехов. Наиболее широко используют небронированные кабели. При прокладке кабелей внутри зданий их располагают открыто по стенам, колоннам, конструкциям, в блоках, трубах, каналах, лотках и коробах. Электропроводки распространенный вид сетей. Электропроводками принято называть сети постоянного и переменного тока напряжением до 1000 В, выполненные изолированными проводами, а также небронированными кабелями с небольшой площадью сечения (до 16 мм 2), резиновой или пластмассовой изоляцией жил. Их можно прокладывать открыто, в стальных и пластмассовых (винипластовых, полиэтиленовых, полипропиленовых) трубах, на тросах.
Открытая прокладка проводов предпочтительна с точки зрения электромонтажных работ. Но в ряде случаев она недопустима (высокое содержание пыли, воздействия тепловых излучений) или неудобна в эксплуатации. Трубная прокладка проводов и кабелей позволяет надежно защитить их от механических повреждений и воздействий агрессивных сред, а также выполнить проводку по кратчайшим расстояниям. Однако такой способ прокладки приводит к удорожанию сети.
Сети передвижных приемников электроэнергии (например, кранов) состоят из троллейных и кабельных (из гибких шлангов) линий. Троллеи выполняют из круглой, полосовой или уголковой стали, а при больших токах обеспечивают подпитку по алюминиевой ленте, присоединенной к троллеям в нескольких местах.
Урок 22
Комбинированный урок
Методы расчета систем электроснабжения промышленных предприятий
В электрической части архитектурного и строительного проектов предприятия обычно выделяют электроснабжение, силовое и осветительное электрооборудование.
Для проектирования электроснабжения промышленного объекта необходимо располагать кратким описанием технологического процесса или краткой характеристикой производства, сведениями об окружающей среде, метеорологическими, климатическими и геологическими данными района, в котором намечается сооружение объекта, основными характеристиками и информацией по размещению электроприемников.
Требуется также знать годовое число часов работы, время использования максимальной нагрузки и количество рабочих смен предприятия, категории электроприемников по надежности электроснабжения.
Разработка проекта начинается с изучения технологического процесса, взаимосвязей и режимов работы механизмов и агрегатов, выявления возможных последствий при внезапных перерывах электроснабжения отдельных электроприемников, цехов и предприятия в целом.
На основе имеющейся информации определяются основные показатели электропотребления и формулируются требования к бесперебойности электроснабжения предприятия и его структурных подразделений.
После этого необходимо получить разрешение и технические условия от энергоснабжающей организации на присоединение предприятия к ее сетям. В технических условиях содержится схематический план района, на котором показываются проектируемое предприятие, ИП и электрические сети, намечаемые для его электроснабжения, приводятся принципиальные схемы и основные параметры ИП (располагаемая мощность, уровни и пределы отклонения напряжения, величины токов короткого замыкания (КЗ) на шинах), длина и сечения проводов линий электропередачи, требования и указания энергоснабжающей организации по компенсации реактивной мощности, учету и контролю электропотребления, релейной защите, автоматике, телемеханизации, диспетчеризации и др.
Для проектирования системы внутризаводского электроснабжения, кроме перечисленных данных, необходимо иметь генеральный план предприятия с нанесенными на нем зданиями, сооружениями, наземными и подземными коммуникациями и предварительно согласованными ТП, распределительными пунктами (РП) и трассами линий электропередачи. Также требуются планы цехов и сооружений, информация по силовому оборудованию, электроприводу и электрическому освещению.
Если для электроснабжения крупного объекта требуется сооружение понизительной подстанции с первичным напряжением 35 кВ и выше, то для ее проектирования необходимо иметь схему внутреннего электроснабжения, знать параметры и конструктивное исполнение линий. Следует также выбрать и согласовать место размещения подстанции на генеральном плане предприятия с указанием направлений питающих линий.
Проект электроснабжения промышленного предприятия содержит пояснительную записку и прилагаемые к ней чертежи. В пояснительной записке рассматриваются следующие основные вопросы: потребители электроэнергии и электрические нагрузки; источники электроснабжения и баланс электроэнергии; выбор напряжений электрических сетей; выбор и характеристика схемы электроснабжения; конструктивное исполнение понизительных подстанций и РП; мероприятия по обеспечению качества электроэнергии; токи КЗ и выбор основного электрооборудования на напряжении выше 1 кВ; емкостные токи в сетях с изолированной нейтралью и мероприятия по их компенсации; основные решения по электроснабжению электроприемников 1-й категории и особой группы 1-й категории; компенсация реактивной мощности потребителей; релейная защита и автоматика; телемеханизация и диспетчеризация; учет и контроль электропотребления; мероприятия по регулированию потребляемой активной мощности; внецеховые кабельные сети и токопроводы; молниезащита и защитное заземление; наружное освещение; технико-экономические показатели; технические условия присоединения к энергосистеме и др.
Основными чертежами в проектах электроснабжения являются:
1) генеральный план предприятия с нанесенными на нем сооружениями системы электроснабжения, трассами воздушных и основных кабельных линий и токопроводов, расчетными нагрузками основных зданий и сооружений на напряжении до 1 кВ и выше 1 кВ;
2) принципиальная схема внутризаводского электроснабжения на напряжении выше 1 кВ, а для крупных предприятий также схема внешнего электроснабжения, отражающая связи понизительных подстанций с ИП;
3) планы зданий и сооружений с размещением всех внутрицеховых ТП и питающих сетей напряжением до 1 кВ;
4) схемы межцеховых сетей напряжением до 1 кВ;
5) схемы размещения защит и устройств автоматики в сетях 610 кВ;
6) принципиальные однолинейные схемы подстанций;
7) принципиальные схемы управления и защиты питающих линий и трансформаторов и т. п.
Различают несколько основных методов расчета электрических нагрузок:
- по номинальной мощности и коэффициенту использования;
- по номинальной мощности и коэффициенту спроса;
- по средней мощности и расчетному коэффициенту;
- по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней;
- по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки.
Применение того или иного метода определяется допустимой погрешностью расчетов и наличием исходных данных.
Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощностии коэффициенту использования
Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту использования применяется, как правило, для индивидуальных ЭП напряжением до 1 кВ, работающих в длительном режиме (ПВ=1).
По данному методу расчетные нагрузки принимаются равными средним значениям нагрузок за наиболее загруженную смену:
- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по активной мощности
,
где – расчетная активная мощность, кВт; – среднее значение активной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;
- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по активной мощности
,
где – коэффициент использования активной мощности электроприемником за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр);
– номинальная активная мощность ЭП, кВт;
- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по реактивной мощности
,
где – расчетная реактивная мощность, кВ·Ар; – среднее значение реактивной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВ·Ар;
- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по реактивной мощности
,
где – коэффициент использования реактивной мощности ЭП за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр); – номинальная реактивная мощность ЭП, кВт; tg– номинальное значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего cosЭП;
- расчетная полная мощность, потребляемая одним ЭП:
,
где – расчетное значение полной мощности ЭП, кВ·А;
- расчетное значение тока ЭП
,
где – расчетный ток ЭП, А; – напряжение питания ЭП, кВ.
По данному методу допускается определение расчетных нагрузок группы ЭП напряжением до 1 кВ, связанных технологическим процессом, (например, многодвигательные приводы), а их число, как правило, не более трех-четырех. Режим работы электроприемников данной группы должен быть приведен к длительному режиму (ПВ=1).
Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощности
и коэффициенту спроса
Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту спроса применяется, как правило, для группы ЭП, работающих в длительном режиме (ПВ=1). Данный метод наиболее прост и широко применяется при разработке технического задания на проектирование.
Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать номинальную мощность группы приемников (производства, цеха и т.п.), коэффициент спроса данной группы ЭП и значение коэффициента мощности данной группы.
Групповые графики нагрузок подразделений предприятия, как правило, не приводятся, поэтому значения и принимаются как средневзвешенные значения группы ЭП данного подразделения по справочной литературе.
Расчетные нагрузки по данному методу определяются по следующим выражениям:
- активная расчетная мощность
где – расчетное значение активной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт;
– средневзвешенное значение коэффициента спроса группы ЭП подразделения предприятия, о.е.;
- расчетная реактивная мощность
где – расчетное значение реактивной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт;
– значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего средневзвешенному значению группы ЭП данного подразделения;
- полная расчетная мощность
,
где – полная расчетная мощность группы ЭП данного подразделения, кВА;
- расчетное значение тока
,
где – расчетный ток, А;
– напряжение питания узла нагрузки, кВ.
Расчетные нагрузки, определенные данным методом, необходимы для выбора сечения линий электропередачи, питающих узел нагрузки; силовых пунктов и трансформаторов; коммутационных и защитных аппаратов.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и расчетному коэффициенту
При наличии данных о числе ЭП, их мощности и режимах их работы расчет силовых нагрузок до 1 кВ рекомендуется проводить посредней мощности () и расчетному коэффициенту ( ). Расчетный коэффициент определяется по упорядоченным диаграммам. Поэтому данный метод носит название – метод упорядоченных диаграмм.
Для расчета нагрузок необходимы исходные данные по каждому ЭП: количество и номинальная мощность ЭП (); коэффициент использования по активной мощности ( ); коэффициент активной мощности (cos
· ) и режим работы. При различных режимах работы ЭП их необходимо привести к длительному режиму (ПВ=1).
Для определения расчетной мощности узла нагрузки по методу упорядоченных диаграмм все электроприемники разбиваются на подгруппы с учетом их подключения к узлу питания (силовой пункт, щит, сборка и т.п.). Необходимо отметить, что при формировании подгруппы резервные ЭП не учитываются.
По сформированным подгруппам ЭП определяются эффективное число электроприемников и средневзвешенный коэффициент использования данной подгруппы.
Эффективное число электроприемников – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа электроприемников с разными мощностями и различными режимами работы.
Величина эффективного числа электроприемников подгруппы ( ) определяется по формуле
где – номинальная активная мощность отдельного ЭП, входящего в состав подгруппы, кВт;
– число ЭП в подгруппе.
При значительном числе ЭП в подгруппе (магистральные шинопроводы, шины цеховых ТП, в целом по цеху) допускается эффективное число электроприемников подгруппы определять по упрощенному выражению
,
где – номинальная активная мощность наиболее мощного ЭП в подгруппе, кВт.
Полученное по указанной формуле значение эффективного числа электроприемников подгруппы округляется до ближайшего меньшего целого числа. Допускается принимать значение эффективного числа электроприемников равным действительному числу электроприемников в подгруппе при условии, что отношение номинальной активной мощности наиболее мощного ЭП ( ) к номинальной мощности наименее мощного ЭП () менее трех.
Средневзвешенный коэффициент использования для подгруппы (Ки) определяется по выражению
.
Определение расчетных нагрузок по данному методу сводится к расчету значений активной, реактивной, полной мощностей и полного тока, рассматриваемого узла нагрузки.
Активная расчетная мощность группы электроприемников, подключенных к узлу питания напряжением до 1 кВ, определяется по выражениям
,
где – активная расчетная мощность узла нагрузки, кВт;
– расчетный коэффициент подгруппы, определяемый как , о.е.;
– номинальная и средняя мощности ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
– коэффициент использования индивидуального ЭП в подгруппе, о.е.;
– активная суммарная мощность ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
– средневзвешенный коэффициент использования по активной мощности для ЭП, входящих в подгруппу, о.е.;
– число ЭП в подгруппе.
В случае, если расчетная мощностьокажется меньше номинальной мощности наиболее мощного ЭП в подгруппе, следует принять расчетную мощность данной подгруппы равной номинальной мощности наиболее мощного ЭП.
Расчетный коэффициент определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования по активной мощности для подгруппы и эффективного числа электроприемников подгруппы. Значение расчетного коэффициента определяется по кривым этой зависимости или по таблицам с учетом постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и отклонению расчетной нагрузки от средней
Поскольку групповая нагрузка представляет собой систему независимых случайных нагрузок отдельных электроприемников, то при большом их числе групповая нагрузка подчиняется нормальному закону распределения случайных величин. Данный метод расчета – статистический метод расчета нагрузок.
По этому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: генеральной средней нагрузкой и генеральным среднеквадратичным отклонением.
Применение этого метода целесообразно для определения нагрузок по отдельным группам и узлам СЭС при наличии результатов анализа действующих электроустановок напряжением до 1 кВ.
Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и коэффициенту формы графика
В данном методе расчетную нагрузку группы ЭП принимают равной их среднеквадратичной. Метод применим для расчета нагрузок группы ЭП, когда число приемников в группе достаточно велико и их режим работы разнообразен.
Данный метод может применяться для определения расчетных нагрузок цеховых шинопроводов, на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций, на шинах РУ напряжением 6; 10 кВ, когда значения коэффициента формы графика ( ) достаточно стабильны.
Все рассмотренные методы определения расчетных нагрузок применяются при расчетах симметричных трехфазных нагрузок.
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»
Институт прикладных технологий
Московский колледж железнодорожного транспорта
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по разделу 1
«УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
И СОСТАВЛЕНИЕ ИХ СХЕМ»
профессионального модуля
ПМ 01 «Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей»
специальности
13.02.07 Электроснабжение (по отраслям)
Выполнил: студент группы МОЭС-351 ___________/__________________/
Проверила: преподаватель ______________/Ухина С.В./
Оценка ____(_____________________)
Москва – 2015
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.....
1 Определение технических данных электроприемников
2 Составление схемы электроснабжения ..
3 Расчет электрических нагрузок........
Литература.
1 Определение технических данных электроприемников
По таблице исходных данных по номерам находятся нужные электроприемники и разбиваются на группы: 3-фазный ДР, 3-фазный ПКР, 1-фазный ПКР. Результаты сводятся в таблицу 1.
Таблица 1 - Технические данные электроприемников
№
п/п
Наименование электроприемника
Рн, кВт
n
Kи
cos
·
tg
·
3-фазный ДР
1
2
3
4
3-фазный ПКР
5
6
1-фазный ПКР
7
8
2 Составление схемы электроснабжения
С учетом расположения потребителей выбираются виды распределительных устройств: шинопроводы (ШМА), распределительные пункты (РП), силовые пункты (СП). Исходя из понятия категории электроснабжения (далее ЭСН), составляется схема ЭСН с учетом распределения нагрузки.
Если имеются потребители 1 категории ЭСН, то трансформаторная подстанция двухтрансформаторная, а между секциями НН устанавливается устройство АВР (автоматическое включение резерва).
Если в цехе нет потребителей 1 категории, то трансформаторная подстанция – однотрансформаторная.
Например:
Рисунок 1 - Схема ЭСН цеха с потребителями 1 категории
3 Расчет электрических нагрузок
Нагрузки 3-фазного ПКР приводятся к длительному режиму
13 EMBED Equation.3 1415
Нагрузки потребителей, заданных полной мощностью, также приводятся к активной мощности:
13 EMBED Equation.3 1415
Согласно распределению нагрузки по РУ заполняется «Сводная ведомость электрических нагрузок» (таблица 2).
Порядок заполнения:
Колонки 1, 2, 3, 5, 6, 7 заполняются с помощью таблицы технических данных электроприемников (таблица 1).
Колонка 4: 13 EMBED Equation.3 1415, кроме РП2 с 1-фазными электроприёмниками и ЩО.
Расчеты производятся для всех шинопроводов и силовых пунктов.
Определяется 13 EMBED Equation.3 1415, результат заносится в колонку 8.
Определяются 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, результаты заносятся в колонки 9, 10, 11 соответственно.
Определяется 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 для каждого шинопровода и силового пункта, результаты заносятся в колонки 5, 6, 7 соответственно.
Определяется эффективное число электроприемников nэ, результат заносится в колонку 12.
Определяется Kм = F(Kи.ср, nэ), результат заносится в колонку 13.
Таблица 2 - Сводная ведомость нагрузок по цеху
Наименование РУ и электроприемников
Нагрузка установленная
Нагрузка средняя за смену
Нагрузка
максимальная
Рн,
кВт
n
Рн.
·,
кВт
Kи
cos
·
tg
·
m
Рсм,
кВт
Qсм,
квар
Sсм,
кВА
nэ
Kм
Рм,
кВт
Qм,
квар
Sм,
кВА
Iм,
А
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
ШМА 1 СП1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 1:
СП2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 2:
Итого по ШМА 1:
Продолжение таблицы 2
Наименование РУ и электроприемников
Нагрузка установленная
Нагрузка средняя за смену
Нагрузка
максимальная
Рн,
кВт
n
Рн.
·,
кВт
Kи
cos
·
tg
·
m
Рсм,
кВт
Qсм,
квар
Sсм,
кВА
nэ
Kм
Рм,
кВт
Qм,
квар
Sм,
кВА
Iм,
А
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
ШМА 2 СП3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 3:
СП3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого по СП 3:
Всего по ШМА 2:
Всего на ШНН:
Потери:
Всего на ВН:
Определяются 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415, результат заносится в колонки 14, 15, 16.
Определяется ток на каждом РУ, результат заносится в колонку 17.
13 EMBED Equation.3 1415
Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 14, 15, 16 в строку «Потери».
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности.
13 EMBED Equation.3 1415
По результатам и табличным данным выбирается КТП. Приводятся ее технические данные: Rт,
·Рхх, Хт,
·Ркз, Zт , uкз, ixx.
Урок 29
Комбинированный урок
Учет расхода электроэнергии потребителями и меры по ее экономии
Учет электроэнергии предназначен для получения информации о параметрах электропотребления.
Информация необходима для:
- расчетов предприятия с энергоснабжающей организацией;
- контроля соответствия фактических значений параметров электропотребления ожидаемым (планируемым);
- оперативного управления процессами производства, преобразования, распределения и конечного использования энергии;
- разработки обоснованных удельных норм расхода электроэнергии;
- составления электробалансов предприятий, производств, цехов, агрегатов и определения фактического использования электроэнергии;
- планирования и прогнозирования параметров электропотребления предприятий и отдельных его подразделений;
- организации системы поощрения.
Учет расхода электроэнергии на промышленном предприятии осуществляется приборным, расчетным и опытно-расчетным способами.
Приборный является основным способом учета и предполагает измерение расхода электроэнергии с помощью стационарных контрольно-измерительных приборов и систем.
Расчетный учет предполагает определение расхода электроэнергии в случае, если приборный способ технически невозможно осуществить или его применение экономически не оправдано.
Опытно-расчетный учет основан на сочетании контрольных замеров электропотребления переносными приборами и последующего использования расчетного способа.
Объектами учета электроэнергии на промышленном предприятии являются:
- производство собственными электростанциями, потребление со стороны (из энергосистемы);
- отпуск на сторону;
- расход отдельными производствами, цехами, участками, агрегатами, т. е. на всех уровнях системы электроснабжения (6УР-1УР).
Учет принято разделять на расчетный (коммерческий) и технический (контрольный).
Расчетный учет электроэнергии предназначен для учета выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии с целью осуществления денежных расчетов. Его выполняют путем установки счетчиков электроэнергии. Если счетчики устанавливают в системе электроснабжения предприятия ниже границы раздела с энергосистемой, то потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения до счетчиков (трансформаторах, линиях) определяют расчетом и они оплачиваются предприятием.
Для предприятия, рассчитывающегося с энергоснабжающей организацией за максимальную мощность, участвующую в суточном максимуме энергосистемы, спечет предусматривать установку счетчиков или автоматизированных, систем с указателем максимума нагрузки. Учет активной и реактивной электроэнергии трехфазного тока должен производиться с помощью трехфазных счетчиков. Счетчики реактивной электроэнергии устанавливаются на тех же элементах схемы, что и счетчики основной электроэнергии. При прямом включении в сеть счетчики должны иметь класс точности не ниже 2, а при подключении через измерительные трансформаторы не ниже 0,5.
Технический учет предназначен для контроля расхода электроэнергии внутри предприятия. Этот вид учета отражает потребление электроэнергии внутрипроизводственными подразделениями (производствами, цехами, отделениями, участками, агрегатами и установками). Поэтому иногда технический учет называют еще внутрипроизводственным. Электросчетчики, устанавливаемые для целей технического учета, называют контрольными.
При проектировании схемы электроснабжения предприятия следует предусматривать техническую возможность установки стационарных электросчетчиков или применение переносных приборов для контроля расхода электроэнергии цехами, технологическими линиями, агрегатами.
Минимальное годовое электропотребление, при котором считается целесообразным осуществление технического учета, принято равным 300 МВт*ч (если используются обычные индукционные электросчетчики). В случае применения для технического учета информационно-измерительных и микропроцессорных систем, оснащенных электронными счетчиками и счетчиками-датчиками, минимальное значение будет больше и будет определяться с учетом затрат на приборы и нормирование.
На предприятиях должен вестись (записями или автоматизировано) учет: ежесуточного и ежемесячного расхода активной энергии, ежесуточного расхода реактивной энергии (мощности), расхода активной энергии (мощности) каждые 30 мин во время прохождения максимума нагрузки энергосистемы. Рекомендуется составление энергобаланса по предприятию в целом, по производствам, цехам и наиболее энергоемким агрегатам.
Простейшие мероприятия по экономии электроэнергии
должны подсказываться сознанием человека там, где он находится, например, выключить освещение или другие приемники энергии, где их работа в данное время не нужна.
Возможна экономия не прямым воздействием на приемники энергии, а косвенными мерами. Большое значение для экономии топлива и электроэнергии имеет утепление жилищ и мест работы человека, так как при этом экономится расход тепла, а значит, и топлива, которое используется для выработки большей части электроэнергии, и экономится электроэнергия непосредственно, так как при понижении температуры стараются применить разные электронагреватели. Как известно, для поддержания нормальной температуры в помещении не обязательно его отапливать, а достаточно ограничить теплоотвод так, чтобы сохранялось тепло, выделяемое различными электрическими приборами, например, лампочками, холодильниками, телевизорами и т. д. и телом человека. Утепление помещений должно начинаться при строительстве путем уплотнения стыков панелей и установки теплоизолирующих прокладок в стенах, уплотнения окон и дверей, и продолжаться людьми, живущими в помещениях. Результаты в этом деле получаются всегда ощутимые, например, в мире имеются дома, не требующие специального отопления в условиях Севера.
Большое количество электроэнергии используется для освещения производственных помещений и улиц. В данном случае экономии энергии способствует побелка или покраска в светлые тона помещений и наружных стен домов. Светлые поверхности, отражая свет, выполняет роль светильников, и того же эффекта освещения можно достичь при меньшей мощности светильников.
Часто можно видеть, как уличное освещение включено днем, закипевшая вода в электронагревателе продолжает кипеть, когда это не нужно. В таких случаях нужно применять простейшие схемы автоматизации, которые будут способствовать экономии энергии и увеличению срока службы ламп, нагревательных элементов и других приборов.
Экономии энергии служит технологическая революция, потому что ее задачей является уменьшение материалоемкости и энергоемкости продукции при ее производстве, хранении, транспортировке и использовании на основе научно-технического прогресса. Основным направлением научно-технического прогресса является применение ЭВМ при проектировании, производстве продукции, контроле качества, хранении и сбыте.
Урок 30
Комбинированный урок
Электрическое освещение объектов
Основные световые величины. Источники света
Электрическое освещение – преобразование электроэнергии в свет в целях создания гигиенически благоприятных, комфортных и безопасных условий для зрительного восприятия.
Световые величины – это система величин, характеризующих свет в процессах его испускания, распространения и преобразования (отражение, пропускание и пр.). Световые величины определяют по отношению к так называемому среднему человеческому светоадаптированному глазу.
Основные световые величины приведены в таблице:
Величина
Обозначение
Связь с другими величинами
Единица измерения
Наименование
Обозначение
Световой поток
Фv
Люмен
лм
Сила света (источника в некотором направлении)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] = dФv/dW
Кандела
кд
Яркость (в заданной точке и в заданном направлении)
L
Кандела на
кв. метр
кд/м2
Освещенность (в точке поверхности)
E
E = dФv/dA
Люкс
лк
Экспозиция (количество освещения)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]<
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] = dQ/dA =
·Edt
Люкс-секунда
лк·сек
Световой поток мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на глаз. Измеряется в люменах (лм).
Сила света световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Измеряется в канделах (кд).
Освещенность величина светового потока, падающего на единицу поверхности. Измеряется в люксах (лк).
Яркость поверхности отношение силы света, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Яркостьединственная из световых величин, которую глаз воспринимает непосредственно. Она не зависит от расстояния рассматривания. Единицей измерения служит кандела с квадратного метра (кд/м2).
Количество освещения (экспозиция) это произведение освещенности (фотослоя) на время освещения (выдержку). Единицей измерения является люкс-секунда (лк-с).
Электрические источники света
Существуют два основных вида электрических источников света – лампы накаливания и газоразрядные лампы. Среди газоразрядных ламп особое место занимают люминесцентные.
Лампы накаливания
В лампах накаливания свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током.
Устройство лампы. Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей (рис. 1): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию. Все эти три элемента конструкции могут быть разного размера и различной формы в зависимости от назначения – лампа общего назначения, с внутренним отражателем, витринная, для уличного освещения, для автомобильных фар, для карманного фонаря, фотографическая лампа-вспышка. В бытовых лампах с тремя режимами накаливания имеются две нити накала, которые можно включать по отдельности и вместе, получая разную яркость. Средний срок службы большинства бытовых ламп при номинальном напряжении составляет 750–1000 ч.
Достоинства и недостатки. Достоинства лампы накаливания таковы: низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования, компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока, надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход. К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах перевесить достоинства, относятся низкий световой КПД, высокая рабочая температура и заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания.
Рис. 1. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ. 1 – нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально – вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 – цоколь; 3 – стеклянный баллон.
Газоразрядные лампы
В газоразрядных лампах электроэнергия преобразуется в свет при прохождении электрического тока через газ или пары металла. Цвет светового излучения зависит от рода газа, его давления и от вида люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного баллона лампы. Газоразрядные лампы наполняются инертными газами (неоном, аргоном, криптоном или ксеноном), а также парами ртути или натрия.
Ртутные лампы. Ртутные лампы типа применяемых в промышленности состоят из следующих частей (рис. 2): кварцевой трубки дугового разряда, наполненной аргоном и парами ртути; наружной стеклянной колбы (с внутренним люминофорным покрытием), окружающей трубку дугового разряда, закрывающей ее от воздействия потоков окружающего воздуха и предотвращающей окисление; цоколя, на котором держится вся лампа и имеются электрические контакты для подвода напряжения питания. Размеры и форма этих конструктивных элементов могут быть разными в зависимости от типа лампы – общего назначения (с прозрачной колбой, с люминесцентным покрытием, с исправленной цветностью, рефлекторная, полурефлекторная лампы), ультрафиолетовые, солнечного света и фотохимические лампы. Средний срок службы ртутных ламп общего назначения составляет 6000–12 000 ч. После того как ртутная лампа включена и в ней установился дуговой разряд, ток разряда через пары ртути сам по себе непрерывно нарастает. Поэтому его приходится ограничивать внешним балластным устройством.
Достоинства и недостатки. Ртутные лампы отличаются высоким световым КПД (в 2–3 раза большим, чем у ламп накаливания общего назначения), большим сроком службы и компактностью, благодаря чему они хорошо подходят для регулирования светового потока. Их недостатки – высокая стоимость лампы и вспомогательного оборудования, синевато-зеленый оттенок свечения и медленный повторный пуск. Цветность ртутной лампы исправляется применением внутреннего люминофорного покрытия.
Рис. 2. РТУТНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА – типичная конструкция 40-Вт лампы с люминофорным покрытием. 1 – наружная колба; 2 – рабочий электрод; 3 – токопроводящие стойки; 4 – кварцевая трубка дугового разряда; 5 – рабочий электрод; 6 – пусковой электрод; 7 – опорные траверсы трубки дугового разряда; 8 – пусковые резисторы; 9 – опорные элементы; 10 – внутреннее люминофорное покрытие.
Люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей (рис. 3): стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Конструкция лампы, представленная на рис. 3, типична для самых распространенных 40Вт ламп. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.
Достоинства и недостатки. К достоинствам люминесцентных ламп относятся высокая световая отдача (до 77 лм/Вт) и большая долговечность. Недостатки – высокая начальная стоимость лампы и светильника, шум дросселя стартера и мерцание. Хотя перечень недостатков обширнее, достоинства столь велики, что уже к 1952 лампы накаливания в США были вытеснены люминесцентными лампами в качестве основного электрического источника света.
Маркировка отечественных люминесцентных ламп основана на буквенном обозначении их особенных признаков. Первая буква Л люминесцентная, следующие буквы обозначают цвет излучения: Б белый, ТБ тепло-белый, ХБ холодно-белый, Д дневной, Е естественно-белый. Одна или две буквы Ц после обозначения цвета означают хорошее или отличное качество цветопередачи.
В мировой практике нет единообразия в маркировке ламп. Так, некоторые европейские фирмы обозначают класс люминесцентных ламп буквами: L фирма Osram, TL фирма Philips, FL фирма Mazda, после чего указывается мощность в Вт и цифровое обозначение цвета излучения, различное у разных фирм. В табл. 3 приведены обозначения типов люминесцентных ламп разными фирмами и их соответствие отечественной номенклатуре ламп по цветопередаче и цветности излучения.
Из отечественных ламп наиболее эффективными являются лампы типа ЛБ, их световой поток почти на 30% больше светового потока ламп типа ЛД и ЛДЦ, и, следовательно, заменив в осветительной установке лампы ЛД или ЛДЦ на ЛБ, можно пропорционально увеличить освещенность.
Следует отметить, что разброс в световом потоке люминесцентных ламп зарубежных фирм может быть существенным и не всегда совпадать со светотехническими параметрами отечественных аналогов, что связано с использованием редкоземельных и галофосфатных люминофоров. Использование редкоземельных люминофоров удорожает стоимость источников света, но позволяет обеспечивать высокую световую отдачу даже у ламп с высоким качеством цветопередачи, поэтому выбор типа ламп зарубежных фирм требует анализа как с точки зрения светотехники, так и экономики.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (ЭСЛ) представляют собой разновидность газоразрядных ламп низкого давления, а именно компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Но энергосберегающие лампы имеют существенное отличие от традиционных КЛЛ, это встроенное электронное пускорегулирующие устройство (балласт). Энергосберегающие лампы состоят из нескольких основных частей:колба, корпус, цоколь, балласт.
Принцип действия. Колба энергосберегающей лампы представляет собой запаянную с 2 сторон трубку, заполненную парами ртути и аргона. Изнутри поверхность трубки покрыта слоем люминофора. В двух
противоположных концах трубки расположены [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].Электроды энергосберегающей лампы представляют собой тройную спираль, покрытую оксидным слоем. Именно этот слой придает электродам их свойства создавать поток [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
При подаче напряжения на электроды, через них начинает течь ток прогрева. Этот ток разогревает электроды до начала термоэлектродной эмиссии. При достижении определенной температуры поверхности, электрод начинает испускать поток электронов. При этом электрод, который испускает электроны, называется катодом, а электрод, который принимает анодом. Электроны, сталкиваясь с атомами ртути, вызывают [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (УФ-излучение), которое, попадая на люминофор, преобразовывается в видимый [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Стоит отметить, что в колбе применяются пары ртути, а ртуть является очень токсичным веществом. Но с другой стороны, ртути в колбе содержится крайне мало (не более 3мг, что в сотни раз меньше чем в бытовом градуснике).Газ внутри колбы находится под очень низким давлением и незначительное изменение температуры окружающей среды приводит к изменению давления внутри колбы и как следствие к снижению светового потока. Для уменьшения степени влияния температуры окружающей среды, некоторые производители применяют вместо ртути амальгаму (соединение ртути с металлом), она делает световой поток более стабильным.
Преимущества энергосберегающих ламп.
Энергосберегающие лампы потребляют в 5 раз меньше энергии, чем
лампы накаливания. Экономия электроэнергии при этом достигает 80%. 2. Энергосберегающие лампы служат в 6, 10, а то 15 раз дольше ламп накаливания. 3. Энергосберегающие лампы выделяют в несколько раз меньше тепла, чем лампы накаливания. В лампах накаливания 95% энергии затрачивается только на нагрев спирали. 4. Незначительное тепловыделение позволяет использовать энергосберегающие лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах. 5. Так как в энергосберегающих лампах используется электронный балласт, мерцание светового потока полностью отсутствует. 6. Энергосберегающие лампы прекрасно работают при пониженном, до 180В, напряжении.
Особенности использования энергосберегающих ламп: 1. Энергосберегающие лампы нельзя использовать с диммером
(регулятором яркости). 2. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать совместно с выключателем с подсветкой. 3. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать совместно с датчиками движения, шума или освещенности. 4. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать в закрытых светильниках с высокой степенью защиты IP. 5. Энергосберегающие лампы не рекомендуется использовать в помещениях с повышенной влажностью и запыленностью.
Требования к освещению железнодорожных объектов
Требования к искусственному освещению предприятий железнодорожного транспорта регламентированы отраслевым стандартом ОСТ 32.12098 «Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта», требования к естественному освещению отраслевыми нормами естественного и совмещенного освещения производственных помещений предприятий железнодорожного транспорта. От соблюдения норм освещения зависят производительность и качество транспортных работ, безопасность движения, исключение аварий и травматизма.
В перечень нормируемых параметров световой среды входят:
КЕО, % коэффициент естественной освещенности;
Е, лк освещенность рабочей поверхности;
прямая блескость (показатель ослепленности);
Кп, % коэффициент пульсации освещенности;
отраженная блескость;
L, кд/м2 яркость;
С, отн. ед. неравномерность распределения яркости в поле зрения
пользователя компьютером.
Все осветительные установки, используемые на железнодорожном транспорте, делятся на установки наружного освещения (на территории железнодорожных станций) и осветительные установки помещений.
Освещение открытых территорий
Нормируемые уровни освещенности открытых территорий достаточно низкие (от 1 до 30 лк, в отдельных зонах до 50 лк), их обеспечение определяется качеством проектирования осветительных установок и уровнем их последующей эксплуатации.
Территории железнодорожных станций по особенностям освещения можно разделить на две группы:
парки станций, где большая часть путей практически всегда занята
подвижным составом (сортировочные, пассажирские, участковые);
территории, не занятые постоянно подвижным составом (к ним
относятся горб и спускная часть сортировочной горки, горловины парков и стрелочные зоны, вытяжные пути и грузовые склады, пассажирские платформы и т. п.). В зависимости от группы территории осветительные установки выполняются с использованием разных источников света и приемов освещения.
Для освещения территорий 1-й группы применяются осветительные приборы с лампами типов ДРИ, ДРЛ, ДКсТ или с галогенными лампами накаливания типа КГ, в осветительных установках территорий 2-й группы кроме прожекторов используются уличные осветительные приборы с лампами типа ДРЛ и ДРИ. Применение натриевых ламп высокого давления типа ДНаТ для наружного освещения объектов железнодорожного транспорта не допускается. Уровни освещенности территорий зависят от светораспределения светильников, используемых источников света, количества осветительных приборов, схем их размещения, высоты установки, фокусировки осветительных приборов.
На многих железных дорогах вместо прожекторов заливающего света широко применяются осветительные устройства с ксеноновыми лампами. При их установке на мачтах высотой 28 50 м на территориях, которые постоянно не заняты подвижным составом (горб или спускная часть сортировочной горки, горловина парка, стрелочная зона, вытяжной путь и т. п.), нормированная освещенность обеспечивается. Однако при занятости территории подвижным составом такой способ освещения становится неэффективным из-за экранирования оборудованием светового потока.
Поскольку в парках выполняется основная работа по формированию составов, нормированная освещенность должна быть обеспечена в каждом междупутье независимо от занятости путей. С этой целью рекомендуется устанавливать осветительные приборы над междупутьями на жестких поперечинах высотой 12 м, порталах высотой 28 м или на одиночных опорах. Конструкции для установки осветительных приборов должны располагаться на значительном расстоянии друг от друга, чтобы не загромождать междупутья. В связи с этим предъявляются особые требования к кривым силам света светильников: они должны иметь в вертикальной плоскости широкую кривую силы света с большим коэффициентом усиления. В зависимости от высоты установки приборов освещения, их типа и требуемых условий освещения они могут располагаться над каждым междупутьем через одно, два или три междупутья, что определяется соответствующими расчетами.
Внутреннее освещение
Требуемые уровни освещенности внутри помещений зависят от характера зрительных работ и варьируются в широких пределах. Системы внутреннего освещения объектов железнодорожного транспорта выполняются, как правило, светильниками с люминесцентными лампами разной мощности с использованием отечественных люминесцентных ламп типа ЛБ, ЛД, ЛДЦ, ЛЕЦ и их аналогами зарубежного производства. Наряду с люминесцентными светильниками применяются осветительные приборы с лампами накаливания (в том числе и с галогенными). Один из наиболее распространенных светильников в административных зданиях, где рабочие места оснащены компьютерами, это растровые зеркальные 4-ламповые светильники разных производителей.
Кроме вышеперечисленных, различают также рабочее, аварийное, дежурное и охранное освещение. Рабочее освещение – освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий. Аварийное освещение, в свою очередь, подразделяется на эвакуационное и освещение безопасности. Эвакуационное освещение – освещение, предназначенное для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых территориях – 0,2 лк. Освещение безопасности – освещение, необходимое для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Оно предусматривается в случаях, когда отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длительный сбой технологического процесса, нарушение работы объектов, обеспечивающих жизнедеятельность населения. Освещение безопасности должно обеспечивать на рабочих поверхностях наименьшую освещенность в размере 5 % от рабочего, но не менее 2 лк внутри здания и 1 лк – на территории предприятия. Дежурное освещение предназначено для освещения помещений в нерабочее время. Охранное освещение предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в разное время. При этом освещенность должна быть не менее 0,5 лк.
Искусственное освещение обеспечивается системами общего или комбинированного освещения.
Общее освещение подразделяется на общее равномерное, которое устраивается без учета расположения рабочих мест, и общее локализован-ное, при котором размещение светильников связано с расположением оборудования и рабочих мест. При первом – высота подвески светильников, тип светильников, мощность ламп и т.д. принимаются одинаковыми, при втором – перечисленные характеристики могут быть различными. Если по характеру выполняемой работы требуется усиленное освещение рабочего места, а общего освещения недостаточно, то в этом случае устраивается дополнительное местное освещение.
Комбинированным освещением называется одновременное общее и местное освещение.
Осветительные приборы: нормы, устройство, освещенность
Осветительные приборы это устройства, перераспределяющие световой поток источников света в пространстве требуемым образом. По общепринятой классификации все ОП делятся на три класса: светильники, прожекторы и проекторы. Проекторы это ОП, концентрирующие световой поток источника света на определенной четко ограниченной площади или в определенном объеме. Наиболее распространенный вид таких ОП это известные всем кинопроекторы, создающие заданную освещенность только на определенной площади экрана. Как правило, в проекторах используются сложные оптические системы, обеспечивающие не только необходимые уровни и равномерность освещенности по всей заданной поверхности, но и предельно четкую передачу изображений (их «проекцию») из одного места в другое с изменением масштаба. Кроме кинотеатров, проекторы используются для демонстрации различных иллюстраций во время публичных выступлений, для создания статичных или динамичных световых эффектов (очень распространенное явление при оформлении эстрадных концертов, дискотек и т.п.). Для целей освещения в обычном понимании этого слова ОП проекторного типа не используются и поэтому далее не рассматриваются.
Прожекторы и светильники это световые приборы, предназначенные для освещения определенных объектов как внутри, так и вне помещений. Прожекторами обычно называются ОП, сосредотачивающие световой поток источников света в достаточно малых телесных углах и освещающие объекты, находящиеся от ОП на расстояниях, значительно превышающих размеры самих ОП. Светильники это ОП, в которых световой поток источников света распределяется внутри больших телесных углов. Как правило, светильники освещают поверхности или предметы, находящиеся от них на достаточно близких расстояниях, соизмеримых с размерами самих светильников.
Параметры осветительных приборовСветотехнические параметры осветительных приборов:
- Коэффициент полезного действия
- Кривая сил света Классификация осветительных приборов.
По основному назначению ОП делятся на ряд групп:
- ОП для освещения производственных помещений;
- ОП для освещения административных, офисных, культурно-просветительских и других помещений общественного назначения;
- ОП для освещения бытовых помещений;
- ОП для освещения сельскохозяйственных помещений;
- ОП для освещения спортивных сооружений;
- ОП для функционального наружного освещения;
- ОП для декоративного наружного освещения;
- ОП для внутреннего освещения средств транспорта;
- ОП для архитектурно-художественного освещения зданий, памятников, фонтанов и т.п.;
- ОП аварийного освещения.
По способу установки ОП делятся на следующие группы (в скобках указано обозначение по ГОСТ 17677):
- встраиваемые (В);
- потолочные (П);
- подвесные (С);
- настенные (Б);
- напольные (Т);
- настольные (Н);
- венчающие (Т);
- консольные (К);
- переносные (Р).
Все новые изделия перед запуском их в производство должны пройти сертификацию, то есть проверку соответствия их параметров требованиям государственных и отраслевых стандартов. Для проведения сертификации созданы специальные центры, аттестованные Госстандартом РФ. Основными требованиями стандартов типа ГОСТ Р МЭК являются требования безопасности для жизни и здоровья людей, сохранности окружающей среды и имущества.
Одним из главных показателей работы осветительных приборов является нормируемая освещенность, значения которых зависят от вида освещения, типа помещения или площадки, а также от характера выполняемой работы.
Нормативные значения минимальной освещенности приведены в СНБ 2.04.05-98 и таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Нормативные значения минимальной освещенности объектов
Освещаемые объекты
Наибольшая интенсивность движения в обоих направлениях, ед/ч
Минимальная освещенность в горизонтальной плоскости, лк
1
2
3
Проезды
Св. 50 до 150От 10 " 50Менее 10
321
Пожарные проезды, дороги для хозяйственных нужд
-
0,5
Пешеходные дорожки
Св. 100От 20 до 100Менее 20
210,5
Ступени и площадки лестниц и переходных мостиков
-
3
Пешеходные дорожки на площадках и в скверах
-
0,5
Предзаводские участки, не относящиеся к территории города (площадки перед зданиями, подъезды и проходы к зданиям, стоянки транспорта)
-
2
Железнодорожные пути:стрелочные горловиныотдельные стрелочные переводыжелезнодорожное полотно
-
210,5
Таблица 2 - Нормативные значения минимальной освещенности рабочей
поверхности
Характеристика зрительной работы
Наименьший эквива-лентный размер объекта различе-ния, мм
Разряд зрительной работы
Подразряд зрительной работы
Относитель-ная продол- жительность зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность, %
Осве-щен-ность на рабочей поверх-ности от сис-темы общего освещения, лк
1
2
3
4
5
6
Различение объектов при фиксированной и нефиксирован-ной линии зрения:
очень высокой точности
От 0,15до 0,30
А
1 2
Не менее 70 Менее 70
500 400
высокой точности
От 0,30до 0,50
Б
12
Не менее 70Менее 70
300 200
средней точности
Более 0,5
В
12
Не менее 70Менее 70
150100
Обзор окружающего пространства при очень кратковремен-ном, эпизоди-ческом различе-нии объектов:
Независимо от размера объекта различения
Независимо от продолжительности зрительной работы
при высокой насыщенности помещений светом
Г
-
300
при нормальной насыщенности помещений светом
Д
-
200
при низкой насыщенности помещений светом
Е
-
150
Общая ориентировка в пространстве интерьера:
Независимо от размера объекта различения
Ж
Независимо от продолжительности зрительной работы
при большом скоплении людей
1
75
при малом скоплении людей
2
50
Общая ориентировка в зонах передвижения:
То же
З
То же
при большом скоплении людей
1
30
Расчет освещения
При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:
- выбрать систему освещения и тип источника света,
- установить тип светильников,
- произвести размещение светильников,
- уточнить количество светильников.
При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.
Исходными данными для светотехнических расчетов являются:
- нормируемое значение минимальной или средней [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ],
- тип источника света и светильника,
- высота установки светильника,
- геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,
- коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.
Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока.
Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] освещение, а также [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] освещение при наличии существенных затенений.
Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.
Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света
где Фр – световой поток, падающий на расчетную плоскость;
Фл – световой поток источника света;
n – число источников света.
Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой – соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.
Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:
где Е – заданная минимальная освещенность, лк;
Кз – [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
S – освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м2;
z – отношение Еср/Емин;
N – число светильников;
Uоу – коэффициент использования в долях единицы.
По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%.
При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф1 может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как
где Ф1 – поток ламп в каждом светильнике.
Входящий в формулу коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает. При L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и ДРЛ и 1,1 для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.
Для определения коэффициента использования Uоу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка - (п, стен - (с, расчетной поверхности или пола - (р .
Индекс помещения i находится по формуле:
где А – длина помещения,
В – его ширина,
h – расчетная высота.
Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.
Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы. Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5.
С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности, которые можно ориентировочно определить по приведенным в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] характеристикам материалов.
Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потока следующий:
- определяется расчетная высота помещения hр, тип и число светильников в помещении;
- по таблицам находят [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Кз и поправочный коэффициент z;
- для зрительной работы, характерной для заданного помещения, определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости;
- для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения определяют индекс помещения i;
- по справочным таблицам, в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования Uоу;
- по формуле рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;
- по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.
Ориентировочный расчет требуемого количества прожекторов для освещения открытых территорий железнодорожных станций в зависимости от их группы может быть выполнен по формуле:
w = m · Ен · К ,
где w – удельная мощность, Вт/м2;
m – коэффициент, Вт/(м2лк), определяемый по таблице;
Ен – минимальная нормированная освещенность, лк;
К – коэффициент запаса
Урок 31
Практическое занятие
Практическая работа 6
Изучение конструкции светильников внутреннего (наружного) освещения
Цель работы: изучить типы и конструкцию светильников внутреннего или
наружного освещения
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: обучающиеся, чей порядковый номер в журнале является нечетным, изучают конструкцию светильников внутреннего освещения, обучающиеся, имеющие четный номер, изучают конструкцию светильников наружного освещения
Порядок выполнения работы:
Определить основные элементы конструкции светильников внутреннего (наружного) освещения.
Привести типовую маркировку отечественных светильников внутреннего (наружного) освещения и пояснения к ней.
Привести основные типы светильников (включая тип используемого источника света, устройство крепления, отражатель, защитные элементы, класс защиты, область применения) в виде таблицы с соответствующими графами.
Выполнить компьютерную презентацию на тему: «Конструкция светильников внутреннего освещения» или «Конструкция светильников наружного освещения» в зависимости от варианта и направить ее на проверку преподавателю с помощью информационно-коммуникационных технологий (используя электронную почту либо социальные сети)*.
5. Сделать вывод.
*Примечание: данная работа является коллективной, что предполагает разбивку учебной группы на подгруппы, состоящие из 4 человек, в каждой подгруппе преподавателем назначается руководитель, который проверяет выполненные презентации на правильность оформления и соответствие текста презентации заданию. Презентация направляется для проверки преподавателю только после проверки руководителем подгруппы путем переадресации сообщения.
Контрольные вопросы:
По каким признакам классифицируются светильники внутреннего и наружного освещения?
От чего зависит выбор светильника?
Из каких основных элементов состоит светильник внутреннего и наружного освещения?
Какова область применения изученных светильников?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Титульный лист презентации с подписью преподавателя
Вывод
Урок 32
Практическое занятие
Практическая работа 7
Расчет внутреннего освещения
Цель работы: научиться рассчитывать осветительную установку для общего
равномерного освещения внутреннего помещения методом
коэффициента использования светового потока
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Исходные данные: приведены в таблице 1.
Порядок выполнения работы:
Определить высоту светильника над рабочей поверхностью.
Рассчитать пределы предполагаемого расстояния между светильниками при использовании ламп накаливания или между рядами светильников, расположенных параллельно стене, при использовании люминесцентных ламп
Рассчитать расстояние от крайних светильников до стен.
Начертить в масштабе план помещения по заданным размерам, определить количество светильников или рядов светильников, выполнить их равномерное размещение на плане в рассчитанных границах.
Определить индекс помещения.
По табличным данным определить коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности.
В зависимости от рассчитанного индекса помещений и найденных коэффициентов отражения, по табличным данным определить коэффициент использования светового потока.
Рассчитать требуемый для создания нормируемой освещенности помещения световой поток светильника(для ламп накаливания) или ряда светильников (для люминесцентного освещения).
Рассчитать световой поток одной лампы.
10. По расчетному значению светового потока по табличным данным выбрать тип и мощность одной лампы светильника.
11. Определить установленную мощность осветительной установки
12. Сделать вывод.
Контрольные вопросы:
Какие методы применяются для расчета осветительных установок?
В чем заключается метод коэффициента использования светового потока?
От каких основных параметров зависит световой поток?
Что необходимо рассчитать, выбрать и проверить после определения мощности осветительной установки?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Исходные данные
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Урок 33
Лабораторная работа 3
Исследование схем питания ламп
Цель работы: изучить схему питания люминесцентных ламп
Формируемые компетенции: ПК 1.1 – 1.5, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Описание лабораторной установки: лампа дневного света на 20Вт на специальном щите с конденсаторами, диодами, дросселем и стартером.
Порядок выполнения работы:
Пройти вводный инструктаж (анализ инструкционных карт, технологической документации, показ способов выполнения отдельных операций, напоминание отдельных положений по технике безопасности, предупреждение о возможных ошибках).
Собрать цепь по схеме (рисунок 1). Измерить падение напряжения на элементах схемы: дроссель, лампа. Объяснить, почему они в сумме больше напряжения сети.
Рисунок 1 – Схема включения люминесцентной лампы в сеть 220 В
С помощью ЛАТРа определить минимальное напряжение зажигания и погасания лампы.
Собрать цепь, изображенную на рисунке 2. Измерить падение напряжения на конденсаторах схемы при отключенной и включенной лампе. Объяснить их величины.
Рисунок 2 - Схема умножения напряжения
Сделать вывод
Контрольные вопросы:
Назначение и принцип действия стартера.
Устройство и принцип действия люминесцентной лампы.
Типы люминесцентных ламп и их обозначение на схемах.
Зачем в схеме дроссель? Как он работает ?
Почему КПД ламп дневного света выше КПД ламп накаливания?
Каковы достоинства и недостатки каждой из схем питания?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Описание лабораторной установки
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
УРОК 34
Итоговая контрольная работа
Итоговая контрольная работа выполняется в форме тестирования. Варианты заданий выбираются компьютером с помощью генератора случайных величин.
Количество вопросов для контрольной работы – 15.
Ответы на вопросы оцениваются по двухбалльной системе:
- 0 баллов – ответ неверный или отсутствует;
- 1 балл – ответ неполный или частично верный;
- 2 балла – ответ полный, верный.
Результаты тестирования переводятся в пятибалльную систему следующим образом:
- менее 16 баллов – 2 (неудовлетворительно);
- от 16 до 20 баллов – 3 (удовлетворительно);
- от 21 до 26 баллов – 4 (хорошо);
- более 27 баллов – 5 (отлично).
Показатели качества
электрической энергии
Качество
напряжения
Качество
частоты
Временные перенапряжения
Импульс напряжения
Провал напряжения
Несимметрия напряжения
Несинусоидальность
напряжения
Колебание напряжения
Отклонение напряжения
Отклонение частоты
Установившееся отклонение
напряжения (Uу
Размах изменения напряжения (Ut
Доза фликера Pt
Коэффициент искажения
синусоидальности кривой напряжения kU
Коэффициент n-й гармонической
cоставляющей напряжения kU(n)
Коэффициент несимметрии напряжения
по обратной последовательности k2U
Коэффициент несимметрии напряжения
по нулевой последовательности k0U
Длительность провала
напряжения (tn
Показатель импульсного
напряжения Uимп
Коэффициент временного
перенапряжения kперU
Показатель отклонения частоты (f
Норма КЭ
Изм.
Лист
№ докум.
Подписьь
Дата
Лист
РГР 13.02.07.01. 000 ПЗ
Лит.
Листов
Расчет системы электроснабжения промышленного предприятия
Утверд.
Н. Контр.
Разраб.
Пров.
Ухина
1
МКЖТ МОЭС-351
Лист
2
Лист
2
Лист
2
2
2
Лист
2