Принцип работы электростанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Типы электростанций

1.1 Атомная электростанция (АЭС)

1.2 Гидроэлектростанции

1.3 Приливная электростанция (ПЭС)

1.4 Ветроэлектростанции

1.5 Геотермическая электростанция

Глава 2. Классификация электроприёмников

2.1 Классификация электротехнических изделий по способу защиты от поражения током

2.2 Классификация электроприемников по режиму работы

2.3 Характерные типы электроприемников

2.4 Категории электроприемников по надежности электроснабжения (ПУЭ)

2.4.1 По электротехническим показателям

Глава 3. Воздушные линии электропередачи

3.1 Изоляторы

Глава 4. Кабельные линии электропередачи

Глава 5. Монтаж электрооборудования и электропроводок в гражданских зданиях

5.1 Виды электропроводок. Характеристика и схемы электропроводок

5.2 Технические требования к электропроводкам

5.3 Электромонтажные изделия используемые при монтаже электропроводок

5.4 Схема электроосвещения

5.5 Монтаж комплектных распределительных устройств



Введение

Энергетика нашей страны обеспечивает надежное электроснабжение народного хозяйства страны и жилищно-бытовые нужды различных потребителей электрической и тепловой энергии..

Стратегия развития отечественной энергетики предусматривает дальнейший рост производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2015 г. намечается достичь годовой выработки электроэнергии 1460 млрд кВт ч. гидроэлектростанция ток электроснабжение атомный

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 78 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост их энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электро-технологий во всех отраслях производств, огромное жилищное строительство выдвигают проблему рационального электроснабжения потребителей.

Система распределения большого количества электроэнергии должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком применении автоматизации.

В учебнике обобщен опыт последних лет проектирования электроснабжения и монтажа электрооборудования промышленных и гражданских зданий, приведены новые технические решения в этой области. Он содержит основные сведения, позволяющие разобраться в сложном комплексе вопросов производства электроэнергии, её распределения и монтажа различного энергетического оборудования промышленных и гражданских зданий..

С его помощью студенты смогут теоретически обучиться методам монтажа электрооборудования, распределительных сетей, простых систем связи, наладке электрооборудования.

Учебник может быть полезен также инженерно-техническим работникам, занимающимся проектированием и эксплуатацией промышленных и гражданских зданий, электромонтёрам для обучения на 2 и 3 разряд.

Электрификация играет важнейшую роль в развитии всех отраслей промышленности, является стержнем экономики страны. Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста производства электроэнергии.

В условиях гражданской войны Всероссийский съезд Советов утвердил в 1920 г. Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение 10...15 лет строительство 30 новых районных электростанций общей мощностью 1750 МВт с доведением выработки электроэнергии до 8,8 млрд кВт ч в год. Этот план был выполнен за 10 лет. С 1930 г. крупные городские районные тепловые электростанции (ГРЭС) стали постепенно объединять в энергетические системы, которые и в настоящее время остаются главными производителями электроэнергии для подавляющего большинства промышленных предприятий и городов нашей страны.

Принципом развития энергосистемы России является производство электроэнергии на крупных электростанциях, объединяемых в Единую энергосистему общей высоковольтной сетью 500...1 150 кВ.

До 1960 г. самые крупные генераторы тепловых электростанций (ТЭС) имели мощность 100 МВт. На одной электростанции устанавливали 6... 8 генераторов. Поэтому мощность крупных ТЭС составляла 600...800 МВт. После освоения энергоблоков (турбина- генератор) мощностью 150...200 МВт мощность крупнейших электростанций повысилась до 1200 МВт. Переход на энергоблоки мощностью 800 МВт позволил увеличить мощность некоторых ТЭС (например, Пермской ГРЭС) до 4800 МВт.

В настоящее время в энергосистемах Российской Федерации эксплуатируются более 600 тыс. км воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше и 2 млн км напряжением 0,4...20 кВ, свыше 17 тыс. подстанций напряжением 35 кВ и выше с обшей трансформаторной мощностью почти 575 млн кВ А и более полумиллиона трансформаторных пунктов 6...35/0,4 кВ общей мощностью 102 млн кВ А.

Сети Российского акционерного общества энергетики и электрификации «Единая энергетическая система России» включают в себя 39 тыс. км линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше, 119 подстанций напряжением 330 кВ и выше с общей трансформаторной мощностью 125 млн кВ Л.

Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электростанций общей мощностью 215,6 млн кВт; в отрасли работают более 1 млн человек.

В современных условиях главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию современных систем электроснабжения промышленных предприятий и гражданских зданий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприемников, электромагнитной совместимости приемников электрической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.

Основными потребителями электрической энергии являются различные отрасли промышленности, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и поселков. При этом более 70 % потребления электроэнергии приходится на промышленные объекты.

Электроэнергия широко используется во всех отраслях народного хозяйства, собственно для электропривода различных механизмов (подъемно-транспортных машин, поточно-транспортных систем (ПТС), компрессоров, насосов и вентиляторов); для электротехнологических установок (электротермических и электросварочных), а также для электролиза, электроискровой и электрозвуковой обработки материалов, электроокраски и др.

Электроустановки потребителей электроэнергии имеют свои специфические особенности; к ним предъявляются определенные требования^-. надежность питания, качество электроэнергии, резервирование н защита отдельных элементов и др. При проектировании, сооружении и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки, выбирать тип, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, системы компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжений. Это должно решаться с учетом совершенствования технологических процессов производства, роста мощностей отдельных электроприемннков и особенностей каждого предприятия, цеха, установки, повышения качества и эффективности их работы.



Глава 1. Типы электростанций

Электрическая станция - совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

В зависимости от источника энергии различают:

· тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо;

· гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды запруженных рек;

· атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию;

· иные электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.

В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.

В России около 75% энергии производится на тепловых электростанциях. ТЭС строят в районах добычи топлива или в районах потребления энергии. ГЭС выгодно строить на полноводных горных реках. Поэтому наиболее крупные ГЭС построены на сибирских реках. Енисее, Ангаре. Но также построены каскады ГЭС и на равнинных реках: Волге, Каме.

Основным типом электростанций в России являются тепловые (ТЭС). Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.

ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС). КПД которой может достигать 42 - 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.

Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Они тяготеют и к источникам топлива, и к потребителям, и поэтому очень широко распространены.

Чем крупнее КЭС, тем дальше она может передавать электроэнергию, т.е. по мере увеличения мощности возрастает влияние топливно-энергетического фактора. Ориентация на топливные базы происходит при наличии ресурсов дешевого и нетранспортабельного топлива (бурые угли Канско-Ачинского бассейна) или в случае использования электростанциями торфа, сланцев и мазута (такие КЭС обычно связаны с центрами нефтепереработки).

ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и теплоты. Их КПД доходит до 70% против 30-35% на КЭС. ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет 15-20 км. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

В последнее время появились принципиально новые установки:

· газотурбинные (ГТ) установки, в которых вместо паровых применяются газовые турбины, что снимает проблему водоснабжения (на Краснодарской и Шатурской ГРЭС);

· парогазотурбинные (ПГУ), где тепло отработавших газов используется для подогрева воды и получения пара низкого давления (на Невинномысской и Кармановской ГРЭС);

· магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию (на ТЭЦ-21 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС).

В России мощные (2 млн. кВт и более) построены в Центральном районе, в Поволжье, на Урале и в Восточной Сибири.

1.1 Атомная электростанция (АЭС)

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 основном 233U, 235U. 239Pu). При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 кВт ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относит увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева).

Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора 1, отбирается водой (теплоносителем) 1-го контура, которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе, воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину 4.

· водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя;

· графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем;

· тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя;

· графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется главным образом накопленным опытом в реакторостроении, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графито-газовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами.

На АЭС, тепловой реактор которой охлаждается водой, обычно пользуются низкотемпературными паровыми циклами. Реакторы с газовым теплоносителем позволяют применять относительно более экономичные циклы водяного пара с повышенными начальными давлением и температурой. Тепловая схема АЭС в этих двух случаях выполняется 2-контурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур - пароводяной. При реакторах с кипящим водяным или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одноконтурная тепловая АЭС. В кипящих реакторах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину, или предварительно возвращается в активную зону для перегрева В высокотемпературных графито-газовых реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет роль камеры сгорания.

При работе реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, т. е. ТВЭЛы выгорают. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанционным управлением. Отработавшие ТВЭЛы переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку.

К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя; трубопроводы и арматура циркуляционного контура; устройства для перезагрузки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др.

В зависимости от конструктивного исполнения реакторы имеют отличительные особенности: в корпусных реакторах ТВЭЛы и замедлитель расположены внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя; в канальных реакторах ТВЭЛы, охлаждаемые теплоносителем, устанавливаются в специальных трубах-каналах, пронизывающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в СССР (Сибирская, Белоярская АЭС и др.).

При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева и нарушения герметичности оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение несколько секунд) глушение ядерной реакции; аварийная система расхолаживания имеет автономные источники питания.

Оборудование машинного зала АЭС аналогично оборудованию машинного зала ТЭС. Отличительная особенность большинства АЭС - использование пара сравнительно низких параметров, насыщенного или слабоперегретого.

При этом для исключения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепарирующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов и промежуточных перегревателей пара. В связи с тем что теплоноситель и содержащиеся в нём примеси при прохождении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины одноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоносителя. На двухконтурных АЭС с высокими параметрами пара подобные требования к оборудованию машинного зала не предъявляются.

Экономичность АЭС определяется её основными техническими показателями: единичная мощность реактора, КДП, энергонапряжённость активной зоны, глубина выгорания ядерного горючего, коэффициент использования установленной мощности АЭС за год. С ростом мощности АЭС удельные капиталовложения в неё (стоимость установленного кВт) снижаются более резко, чем это имеет место для ТЭС. В этом главная причина стремления к сооружению крупных АЭС с большой единичной мощностью блоков. Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30-40% (на ТЭС 60-70%).

К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых водоемов. В нашей стране мощные АЭС расположены: в Центральном и Центрально-Черноземном районах, на Севере, на Северо-Западе, на Урале, в Поволжье и на Северном Кавказе. Новым в атомной энергетике является создание АТЭЦ и АСТ. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится тепловая и электрическая энергия, а на АСТ - только тепловая. АТЭЦ действует в поселке Билибино на Чукотке, строятся АСТ.

1.2 Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют возобновимые ресурсы - механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт/ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб.

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.

Напор ГЭС создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции -- гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления -- пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По установленной мощности (в МВт) различают ГЭС мощные (свыше 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды Q (м3/сек), используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата hг. По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т.п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации -- до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных -- поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных -- поворотнолопастные турбины в железобетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.

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.

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.

Самые мощные ГЭС сооружены на Волге, Каме, Ангаре, Енисее, Оби и Иртыше. Каскад гидроэлектростанций представляет собой группу ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью полного последовательного использования его энергии. Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующе влияют на водохранилища нижних ступеней. На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах.

В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время - более 20 млн. кВт.

1.3 Приливная электростанция (ПЭС)

Приливная электростанция (ПЭС), электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (>4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины.

При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами соответственно 2-1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень "малой", а в другом - "полной" воды; третий бассейн - резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким КПД в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с "малой" или "полной" водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме - подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и т. о. аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки. В случае, если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме.

Использование приливной энергии ограничено главным образом высокой стоимостью сооружения ПЭС (стоимость сооружения ПЭС Ране почти в 2,5 раза больше, чем обычной речной ГЭС такой же мощности). В целях её снижения в СССР впервые в мировой практике строительства ГЭС при возведении ПЭС был предложен и успешно осуществлен т. н. наплавной способ, применяющийся в морском гидротехническом строительстве (тоннели, доки, дамбы и т.п. сооружения). Сущность способа состоит в том, что строительство и монтаж объекта производятся в благоприятных условиях приморского промышленного центра, а затем в собранном виде объект буксируется по воде к месту его установки.

Таким способом в 1963-68 на побережье Баренцева моря в губе Кислой (Шалимской) была сооружена первая в СССР опытно-промышленная ПЭС. Здание ПЭС (36ґ18ґ15 м) из тонкостенных элементов (толщиной 15-20 см), обеспечивающих высокую прочность при небольшой массе сооружения, было возведено в котловане на берегу Кольского залива, близ г. Мурманска. После монтажа оборудования и испытания корпуса здания на водонепроницаемость котлован был затоплен, здание на плаву вывели в море и отбуксировали в узкое горло губы Кислой. Здесь во время отлива оно было установлено на подводное основание и соединено сопрягающими дамбами с берегами; тем самым было перекрыто горло губы и создан бассейн ПЭС. В здании ПЭС предусмотрено размещение 2 обратимых гидроагрегатов мощностью 400 кВт каждый. 28 декабря 1968 ПЭС дала промышленный ток. Создание ПЭС Ране и Кислогубской ПЭС и их опытная эксплуатация позволили приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС (6-14 Гвт) в Белом море, Пенжинской (35 ГВт) и Тугурской (10 ГВт) в Охотском море, а также ПЭС в заливах Фанди и Унгава (Канада) и в устье р. Северн (Великобритания).

1.4 Ветроэлектростанции

Ветроэлектростанция вырабатывает электроэнергию в результате преобразования энергии ветра. Основное оборудование станции - ветродвигатель и электрический генератор. Сооружают преимущественно в районах с устойчивым ветровым режимом.

1.5 Геотермическая электростанция

Геотермическая электростанция - паротурбинная электростанция, использующая глубинное тепло Земли. В вулканических районах термальные глубинные воды нагреваются до температуры свыше 100⁰С на сравнительно небольшой глубине, откуда они по трещинам в земной коре выходят на поверхность. На геотермических электростанциях пароводяная смесь выводится по буровым скважинам и направляется в сепаратор, где пар отделяется от воды; пар поступает в турбины, а горячая вода после химической очистки используется для нужд теплофикации. В России подобные электростанции сооружены на Камчатке: Паужетская (11 тыс. кВт)

Функционирование тепловых, атомных и гидравлических электростанции негативно влияет на состояние окружающей среды. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется изучению возможностей использования нетрадиционных, альтернативных источников энергии. Практическое применение уже получили энергия приливов и отливов и внутреннее тепло Земли. Ветровые энергоустановки имеются в жилых поселках Крайнего Севера. Ведутся работы по изучению возможности использования биомассы в качестве источника энергии. В будущем, возможно, огромную роль будет играть гелиоэнергетика. В США и Франции построены установки, которые работают на энергии Солнца.



Глава 2. Классификация электроприёмников

2.1 Классификация электротехнических изделий по способу защиты от поражения током

Классы электротехнических изделий. Различают пять классов электротехнических изделий по способу защиты человека от поражения электрическим током: 0, 01, I, II, III. Класс 0 -- изделия с номинальным напряжением более 42 В, имеющие рабочую изоляцию и не имеющие приспособлений для заземления (зануления). Такие изделия могут использоваться в качестве встроенных в другие, корпус которых заземлен. До сих пор бытовые электроприборы изготовлялись по классу 0, поскольку предназначались для работы в помещениях без повышенной опасности. Класс 0 -- изделия, имеющие рабочую изоляцию, элемент для заземления (винт, болт), но провод для присоединения к источнику питания без заземляющей жилы. В качестве элемента заземления нельзя использовать винты, болты или шпильки, предназначенные для крепления изделия или его части.

Класс I -- изделия, имеющие рабочую изоляцию, элемент для заземления и провод питания с заземляющей (зануляющей) жилой и штепсельной вилкой с заземляющим контактом.

Класс II -- изделия, имеющие у всех доступных прикосновению частей двойную или усиленную изоляцию относительно частей, нормально находящихся под напряжением, и не имеющие элементов для заземления.

Класс III -- изделия, не имеющие ни внутренних, ни внешних электрических цепей напряжением выше 42 В. При питании от внешнего источника изделия могут относиться к классу III только в случаях, если их присоединяют непосредственно к источнику питания с напряжением не выше 42 В, у которого на холостом ходу оно не превышает 50 В, или если при питании через трансформатор или преобразователь частоты его входная и выходная обмотки имеют между собой двойную или усиленную изоляцию.

Имеется и другая классификация электротехнических изделий по защищенности от прикосновения к деталям, находящимся под напряжением. В обозначении IP-XY вместо X и Y указывают цифры, отражающие степень защиты соответственно от твердых частиц и воды. Цифра 0 -- отсутствие защиты; 1 -- защита от проникновения предметов диаметром более 50 мм (от случайного проникновения большим участком тела к токоведущим или движущимся частям); 2 -- защита от проникновения предметов диаметром более 12 мм (от прикосновения пальцем); 3 -- от проникновения предметов диаметром более 2,5 мм (отвертка); 4 -- от проволоки диаметром более 1 мм; 5 и 6 -- полная защита людей и разная степень защиты от проникновения пыли. Ручные светильники и переносные электрифицированные инструменты. Переносные ручные светильники снабжены рукояткой из изоляционного материала. Они имеют решетку из толстой проволоки, защищающую лампу от ударов. С одной стороны лампы укреплен экран для защиты от слепящих лучей и крючок, позволяющий подвешивать светильник. Переносные электрические светильники в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных должны иметь напряжение не выше 50 В. При работе в особо неблагоприятных условиях (в колодцах, барабанах котлов, металлических резервуарах) -- не выше 12 В. Переносные электрифицированные инструменты должны соответствовать требованиям ГОСТ в части электробезопасности. Они изготовляются относящимися к классам I...III по способу защиты от поражения током. Все электроинструменты должны иметь питающий кабель (шнур) шлангового типа с защитной трубкой ввода в корпус, чтобы кабель здесь не мог изгибаться с малым радиусом кривизны, отчего проволочки токоведущих жил могли бы изламываться и, проколов изоляцию кабеля, соприкасаться с корпусом электроинструмента. У инструментов I класса в кабеле должна быть заземляющая (нулевая защитная) жила, соединяющая корпус инструмента с защитным контактом в вилке втычного (штепсельного) соединения. Конструкция соединения должна исключать вставление защитного штыря вилки в фазное гнездо розетки. Защитный штырь вилки должен быть длиннее остальных, чтобы соединять защитную жилу кабеля раньше, чем соединятся фазные.

Электрифицированный инструмент класса I допускается использовать только на производстве; его нельзя продавать населению. Как в помещениях с повышенной опасностью, так и без нее во время работы надо применять хотя бы одно электроизолирующее средство (диэлектрические перчатки, галоши, коврик). Без них допускается работа, если питание инструмента осуществляется через УЗО или разделительный трансформатор (или преобразователь частоты с раздельными обмотками). Причем в помещениях с повышенной опасностью работать с использованием электроинструмента может персонал, имеющий квалификацию не ниже группы II. Подключение вспомогательного оборудования (трансформаторов, УЗО и т.д.) к электросети и отсоединение его от сети должен выполнять электротехнический персонал с группой квалификации III, эксплуатирующий эту сеть.

В особо опасных помещениях и вне помещений применять электроинструмент класса I не допускается. Электроинструменты классов II и III можно применять везде и без электроизоляционных защитных средств, кроме как в особо опасных условиях (котлы, колодцы), где инструмент класса II может использоваться с применением хотя бы одного из защитных средств (диэлектрические перчатки, галоши, коврик).

Перед началом работ с электроинструментом надо определить по паспорту его класс, убедиться в исправности кабеля (шнура), защитной трубки, штепсельной вилки, целости изоляционной рукоятки, крыши щеткодержателей, в надежности крепления деталей; проверить работу на холостом ходу; у инструмента I класса проверить целостность цепи зануления (заземления) от корпуса до заземляющего контакта втычного соединения. Это делают или на специальном стенде, или омметром.

При пользовании электроинструментом их питающие кабели следует по возможности подвешивать, чтобы не допустить раздавливания изоляции колесами внутри цехового транспорта или ее соприкосновения с горячими или масляными поверхностями. Нельзя натягивать, перегибать или перекручивать кабель, ставить на него груз; допускать его пересечение с другими кабелями, шлангами газосварки, тросами.

Обнаружив во время работы любые неисправности переносных светильников или электроинструмента, надо немедленно прекратить работу. Попытки ремонтировать их на месте работ запрещаются. Для поддержания их в исправном состоянии и проведения периодических испытаний и проверок руководитель должен назначить ответственного работника с группой квалификации III. Работающим с электроинструментом запрещается передавать его другим работникам, хотя бы на непродолжительное время; поднимать кабель; удалять стружку, опилки до полной остановки электроинструментов; устанавливать рабочий орган (сверло, баек) в патрон электроинструмента или изымать оттуда без отключения от электросети; работать с приставных лестниц (для работ с электроинструментом на высоте надо устанавливать леса или подмостки). Нельзя вносить переносные преобразователи частоты внутрь котлов, резервуаров и т. п. При исчезновении напряжения или перерыве в использовании электроинструмента он должен отсоединяться от сети путем отключения от розетки.

2.2 Классификация электроприемников по режиму работы

Продолжительный режим работы. Электроприемники, работающие в номинальном режиме с продолжительно неизменной или малоизменяющейся нагрузкой. В этом режиме электрический аппарат (машина) может работать длительное время, температура его частей может достигать установившихся значений, без превышения температуры свыше допустимой. Пример: Электрические двигатели насосов, компрессоров, вентиляторов и т.п. Кратковременный режим работы. Кратковременный режим работы электроприемника (электродвигателя) характеризуется тем, что ЭП работает при номинальной мощности в течении времени, когда его температура не успевает достичь установившегося значения. При отключении (ЭП не работает) его температура успевает снижаться до температуры окружающей среды. Пример: Электродвигатели вспомогательных механизмов, гидрозатворов и т.п. Повторно-кратковременный режим работы. При повторно-кратковременном режиме работы (ПКР) электроприемника кратковременные рабочие периоды с определенной нагрузкой чередуются с паузами (ЭП отключен). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы нагрев отдельных частей ЭП при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ, % - паспортная величина) или коэффициентом включения (k_В). Коэффициент включения рассчитывается по графику нагрузки ЭП как отношение времени включения (t_В) к времени всего цикла (t_Ц).

k_В= t_В/t_Ц

в - время включения (время работы);

t_ц= t_В+ t_П время полного цикла;

t_П время паузы.

Пример: электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.



2.3 Характерные типы электроприемников

Отклонения ПКЭ от нормируемых значений ухудшают условия эксплуатации электрооборудования энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам как в промышленности, так и в бытовом секторе, обуславливают, как уже отмечалось, технологический и электромагнитный ущербы.

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются ЭП различного назначения, рассмотрим промышленные и бытовые ЭП.

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

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели.

Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт - синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт - асинхронные двигатели, а выше 300 кВт - синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт - асинхронные двигатели, выше 400 кВт - синхронные.

Большое распространение асинхронных двигателей обусловлено их простотой в исполнении и эксплуатации и относительно небольшой стоимостью.

Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями: обычно используются в качестве источников реактивной мощности, их вращающий момент меньше зависит от напряжения на зажимах, во многих случаях они имеют более высокий КПД. В то же время синхронные двигатели являются более дорогими и сложными в изготовлении и эксплуатации.

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

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

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

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других ЭП. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых в настоящее время достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц).

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

Современная электрическая нагрузка квартиры (коттеджа) характеризуется широким спектром бытовых ЭП, которые по их назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы: пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов - в системе водоснабжения и отопления и др.); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.); ЭП с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродрелей и др.); сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для ремонтных работ в мастерской и др.); выпрямительные устройства(для зарядки аккумуляторов и др.); радиоэлектронная аппаратура (телевизоры, компьютерная техника и др.);высокочастотные установки (печи СВЧ и др.); лампы люминесцентного освещения.

Воздействие каждого отдельно взятого бытового ЭП незначительно, совокупность же ЭП, подключаемых к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, оказывает существенное влияние на питающую сеть

2.4 Категории электроприемников по надежности электроснабжения (ПУЭ)

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

Электроприемники I категории -- электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяют особую группу электроприемников, бесперебойная работы которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники II категории -- электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недо- отпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники III категории -- все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить необходимой непрерывности технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников I категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление рабочего режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Допускается питание электроприемников II категории по одной BJI, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току BJI. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

2.4.1 По электротехническим показателям

Из всего многообразия электроприемники силовых общепромышленных электроустановок можно разделить на:

· ЭП трехфазного тока напряжением выше 1 кВ, частотой 50 Гц;

· ЭП трехфазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц;

· ЭП однофазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц;

· ЭП, работающие с частотой отличной от 50 Гц;

· ЭП постоянного тока.

Глава 3. Воздушные линии электропередачи

Электрической воздушной линией ВЛ называется устройство, служащее для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам. Воздушные линии электропередачи делятся на ВЛ напряжением до 1000 В и выше 1000 В.

При строительстве воздушных линий электропередачи объем земляных работ незначителен. Кроме того, они отличаются простотой эксплуатации и ремонта. Стоимость сооружения воздушной линии примерно на 25-30% меньше, чем стоимость кабельной линии такой же протяженности.

Воздушные линии делятся на три класса:

· класс I - линии с номинальным эксплуатационным напряжением 35 кВ при потребителях 1 и 2-й категорий и выше 35 кВ независимо от категорий потребителей;

· класс II - линии с номинальным эксплуатационным напряжением от 1 до 20 кВ при потребителях 1 и 2-й категорий, а также 35 кВ при потребителях 3-й категории;

· класс III - линии с номинальным эксплуатационным напряжением 1 кВ и ниже. Характерной особенностью воздушной линии напряжением до 1000 В является использование опор для одновременного крепления на них проводов радиосети, наружного освещения, телеуправления, сигнализации. Основными элементами воздушной линии являются опоры, изоляторы и провода.