Введение в электроэнергетику. Цели и задачи курса. Основные понятия. Номинальные напряжения
План.
1. Физическая природа электричества.
2. Свойства электроэнергии.
3. Цель и задачи курса.
4. Электрическая сеть, как часть электрической системы.
5. Номинальные напряжения. Область их использования.
Физическая природа электричества
Физическая природа электричества может рассматриваться в двух аспектах:
· корпускулярном (молекулярном), т.е. в виде потока электронов;
· в волновом, т.е. в виде электромагнитного поля, которое имеет различные проявления в электроэнергетике.
При молекулярном аспекте за единицу энергии принимают 1 МэВ, при вол-новом – 1 кВт·ч. Их соотношение таково:
1 МэВ = 4,42·10-20 1 кВт·ч.
Соотношение этих величин подчеркивает, что энергетические задачи должны рассматриваться не в молекулярном, а в волновом аспекте.
Передача электроэнергии тоже рассматривается в волновом аспекте. Линия электропередач не транспортирует электричество, как каналы транспортируют воду. Она является волноводом, который заставляет энергию следовать по опре-деленному пути. Такой волновод является наиболее простым средством передачи энергии при волнах малой длины.
Свойства электроэнергии
Та огромная роль, которую играет электроэнергия в нашей жизни обусловле-на следующими ее свойствами:
· легкость передачи на большие расстояния по сравнению с другими видами энергии;
· возможность преобразований в другие виды энергий с высоким к.п.д. независимо от ее количества. Поэтому нет необходимости в ее хранении;
· электроэнергия проявляется в виде потока, который раздробить на части легче, чем другие энергетические потоки (уголь, нефтепродукты);
· потребление электроэнергии может плавно меняться от нуля до максимума в зависимости от хода самого процесса производства или нагрузки рабочего механизма;
· возможность значительной концентрации мощности при производстве электроэнергии;
· поток электроэнергии можно представить непрерывным или перио-дическим в виде синусоиды. Такое представление наиболее удобно для информационных потоков. Поэтому ЛЕП часто используются и для передачи информации;
· электроэнергия является наиболее чистым видом энергии и наимешьшей степени загрязняет окружающую среду;
· ориентация на использование трехфазного тока придала использованию электроэнергии однородность.
Цель и задачи курса
Цель изучения дисциплины заключается в формировании знаний в области теории расчетов и анализа установившихся режимов электрических систем и се-тей и управления ими, а также в области их проектирования.
К основным задачам относятся:
· ознакомление с физической сущностью явлений, которые сопровождают процесс производства, распределения и потребления электроэнергии;
· составление схем замещения отдельных элементов сети и участка элект-рической сети в целом;
· определение их параметров;
· расчет различных режимов электрических сетей и систем и их анализ;
· разработка рекомендаций по улучшению режимов.
Курс основывается на дисциплинах “Математика”, “Физика”, “Технология производства электроэнергии”, “Теоретические основы электротехники”. Курс предваряет дисциплины “Электрооборудование станций и подстанций”, “Релейная защита”, “Переходные процессы в элетрических системах”.
Электрическая сеть, как часть электрической системы
По технико-экономическим соображениям все электростанции, которые расположены в одном регионе, соединяются между собой для параллельной работы на общую нагрузку при помощи ЛЕП различного класса напряжения. Объединение отличается общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергий. Оно называется энергетической системой. Другими словами, энергетическая система – это совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования тепловой и электрической энергии. Схематично энергетическая система представлена на рис. 1.1.
Электрическая или электроэнергетическая система представляет собой часть энергетической системы. Из нее исключаются тепловые сети и тепловые потребители.
 |
Электрическая система представляет собой сложный объект. Сложность обусловлена рядом специфических особенностей:
· постоянное совпадение по времени процесса выработки, передачи и пот-ребления электроэнергии;
· непрерывность процесса выработки, передачи и потребления электро-энергии и необходимость в связи с этим непрерывного контроля за этим процессом. Процесс передачи электроэнергии по цепи “генератор – электроприемник” возможен лишь при надежной электрической и магнит-ной связи на всем протяжении этой цепи;
· повышенная опасность электрического тока для окружающей среды и обслуживающего персонала;
· быстрое протекание процессов, связанных с отказом различных элементов основной технологической цепочки;
· многообразие функциональных систем и устройств, которые осущест-вляют технологию производства электроэнергии; управление, регулирова-ние и контроль. Необходимость их постоянного и четкого взаимодействия;
· удаленность энергетических объектов друг от друга;
· зависимость режимов работы электрических систем от различных случай-ных факторов (погодные условия, режим работы энергосистемы, потре-бителей);
· значительный объем работ по ремонтно-эксплуатационному обслужи-ванию большого количества разнотипного оборудования.
На электрических схемах элетрическая система представляется следующим образом (см. рис. 1.2).
 |
Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для распре-деления электрической энергии. Она состоит из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередач.
Линия электропередач (ЛЕП) – это электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.
Так как передача электроэнергии экономически выгодна только по ЛЭП высокого напряжения, то энергия, которая вырабатывается на ЭС, преобразуется в энергию высокого напряжения при помощи трансформаторов ЭС. Подстанции, на которых производится эта трансформация называются повышающими (пита-ющими). На другом конце электропередачи строится понизительная (приемная) подстанция. Второе название условное, т.к. понизительная подстанция может быть одновременно и питающей).
Электроустановки, прием и распределение электроэнергии в которых выпол-няется на одном уровне напряжения, т.е. без трансформации, называются распре-делительными или переключательными пунктами.
Энергосистемы, расположенные в различных экономических районах, связы-ваются между собой линиями электропередач высокого напряжения. Это обеспечивает взаимный обмен мощностями и дает следующие преимущества:
· снижение суммарного максимума;
· уменьшение суммарного резерва мощности (12 – 20% от суммарной мощ-ности);
· повышается надежность и качество энергоснабжения;
· повышается экономичность использования энергоресурсов;
· улучшается использование мощности ЭС (можно строить мощные агрегаты);
· облегчается работа систем при сезонных изменениях нагрузки, при ремон-тах и авариях.
Но в объединенных системах усложняется релейная защита, автоматика и управление режимами.
Номинальные напряжения
Выработка, передача и потребление электроэнергии выполняется при различ-ных напряжениях: генерация при напряжении до 30 кВ, передача – при напряжении 35 кВ и выше, потребление – сотни и тысячи вольт.
Номинальным напряжением элементов электрической сети (электроприемники, генераторы, трансформаторы) называется то напряжение, на котором эти элементы имеют наиболее целесообразные технические и экономические характеристики.
Номинальные напряжения устанавливаются государственным стандартом (ГОСТ).
Таблица 1.1 – Номинальные напряжения (до 1000 В) переменного трехфазного
тока, В
| Источники и преобразователи | ||||
| Сети и электроприемники |
Таблица 1.2 – Номинальные напряжения (более 1000 В) переменного трехфазного
тока, кВ
| Сети и приемники | Генераторы и СК | Трансформаторы и автотрансформаторы | |||
| без РПН | с РПН | ||||
| первичные обмотки | вторичные обмотки | первичные обмотки | вторичные обмотки | ||
| (3) | (3,15) | (3 и 3,15) | (3,15 и 3,3) | – | (3,15) |
| 6,3 | 6; 6,3 | 6,3; 6,6 | 6; 6,3 | 6,3; 6,6 | |
| 10,5 | 10; 10,5 | 10,5; 11 | 10; 10,5 | 10,5; 11 | |
| 20; 21 | |||||
| – | 38,5 | 35; 36,75 | 38,5 | ||
| – | – | 110; 115 | 115; 121 | ||
| (150) | – | – | (165) | (158) | (158) |
| – | – | 220; 230 | 230; 242 | ||
| – | |||||
| – | – | ||||
| – | – | ||||
| – | – | – | – |
Номинальные напряжения источников (генераторы и СК) по условиям компенсации потерь напряжения в питаемой сети приняты на 5% выше номинальных напряжений сети.
Первичные обмотки трансформаторов являются приемниками электроэнергии. Поэтому для повышающих трансформаторов их номинальные напряжения равны номинальным напряжениям генераторов; для понижающих трансформаторов – номинальным напряжениям сети или на 5% выше. Вторичные обмотки трансформаторов питают последующую сеть. Чтобы скомпенсировать потерю напряжения в трансформаторах, их номинальные напряжения выше номинальных напряжений сети на 5 – 10%.
Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением электроприемников, которые от нее питаются. В действительности электроприемники работают при напряжении отличном от номинального напряжения из-за потерь напряжения. Согласно ГОСТ, при нормальном режиме работы сети напряжение подводимое к электроприемникам не должно отличаться от номинального больше, чем на ± 5%. Т.е. напряжение U 1 не должно превышать номинальное более, чем на 5%. Напряжение U 2 не должно быть ниже больше, чем на 5% (см. рис. 1.3). Номинальное напряжение сети равно ее среднему значению:
 |
