Ответы на вопросы по электротехнике (Вариант 3)

Токоограничивающие реакторы и особенности их работы Токоограничивающий реактор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания. Включается последовательно в цепь, ток которой нужно ограничивать и работает как индуктивное (реактивное) дополнительное сопротивление, уменьшающее ток и поддерживающее напряжение в сети при коротком замыкании, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом. При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения тока короткого замыкания применяют токоограничивающие реакторы, которые при к.з. также поддерживают на сборных шинах питания достаточно высокое напряжение (за счёт большего падения на самом реакторе), что необходимо для нормальной работы других нагрузок. Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В большинстве конструкций токоограничивающие реакторы не имеют ферромагнитных сердечников. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3—4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания большая часть напряжения приходится на реактор. Токоограничивающие реакторы подразделяются: по месту установки: наружного применения и внутреннего; по напряжению: среднего (3 —35 кВ) и высокого (110 —500 кВ); по конструктивному исполнению на: бетонные, сухие, масляные и броневые; по расположению фаз: вертикальное, горизонтальное и ступенчатое; по исполнению обмоток: одинарные и сдвоенные; по функциональному назначению: фидерные, фидерные групповые и межсекционные. Назначение выключателей, принцип действия масляных выключателей. Масляный выключатель предназначен для включения и отключения силовых электрических цепей в рабочем режиме (под нагрузкой), перегрузках, а также в случаях коротких замыканий на линии. Масляные выключатели могут включаться и отключаться как вручную, так и в автоматическом режиме под управлением аппаратов защиты и управления. Главным элементом масляного выключателя является контактная система, погруженная в трансформаторное масло, в которой происходит гашение электрической дуги, образующейся при разрыве цепи высокого напряжения. Все масляные выключатели конструктивно состоят из: Силовой контактной группы. В неё входит подвижный (свеча) и неподвижный контакт (розетка), между которым и возникает дуга, гасящаяся в масле; Изоляторы, которые обеспечивают надёжную изоляцию токопроводящих частей от корпуса, и друг от друга; Одного или трёх баков с трансформаторным маслом; Группы блок-контактов, выполняющих контролирующую и управляющую роль; Приводы к масляным выключателям, собраны на довольно мощной включающей катушке, называющейся соленоидом или катушкой соленоида. Отключающая катушка выполняет роль ударного механизма, сбивающего с защёлки включенное устройство выключателя. Также привод может быть ручной; Специальные отключающие пружины, которые размыкают силовую часть при отключении. За счёт них зависит скорость расхождения контактов. При подаче питания на катушку соленоида включения его массивный сердечник втягивается, тем самым приводя в движение рычажный механизм, который, в свою очередь, направляет подвижные контакты, то есть свечи, в направлении розеток. Также механизм включения может быть выполнен и на ручном приводе, тогда работу соленоида должен будет выполнять человек, с помощью специального рычага, разумеется, в диэлектрических перчатках. После тока как свечи вошли в розетку на 20–25 мм, механизм масляного выключателя встаёт на защёлку. Во время работы, в ячейках где установлены высоковольтные выключатели, должны быть изготовлены блокирующие устройства, которые не позволят механически, включенный высоковольтный аппарат, выкатить из ячейки КРУ. Масляные выключатели, установленные в ячейках должны быть оснащены системами защиты. Таким образом, он работает в автоматическом режиме. Его работа и назначение схожи с обычным низковольтным автоматическим выключателем. При подаче отключающего сигнала или нажатия на механическую кнопку происходит сбивание устройства с защёлки и за счёт пружин, электрическая цепь разрывается, и он переходит в отключенное состояние. Отключающие сигналы, которые управляют выключателем, приходят от релейной защиты и автоматики. Назначение выключателей, принцип действия воздушных выключателей. Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом. Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха: Продольный; Поперечный. Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты. Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него. В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20. Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы. Тема 3 «Системы электроснабжения промышленных предприятий и городов» Основные характеристики потребителей электроэнергии. Классификация электроприемников по надежности электроснабжения и по частоте и уровню напряжения. Потребитель электроэнергии — предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, квартира, у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электрическую энергию. Приемником электроэнергии называют устройство (аппарат, агрегат, механизм), в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования. По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию, в частности: электродвигатели приводов машин и механизмов, электротермические и электросиловые установки, установки электроосвещения, установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры, установки искровой обработки, электронные и вычислительные машины, устройства контроля и испытания изделий. По роду тока: постоянный ток; переменный ток; импульсный ток. По номинальному напряжению ЭП делятся на:− приемники напряжением до 1000 В;− приемники выше 1000 В. По режиму нейтрали: − с глухозаземленной нейтралью;− с эффективно заземленной через активное сопротивление нейтралью;− с компенсированной индуктивностью нейтралью;− с изолированной нейтралью. По величине токов замыкания на землю: − пониженную частоту (до 50 Гц);− с малыми токами (до 500 А);− с большими токами (более 500 А). По частоте ЭП делятся на группы, использующие: − промышленную частоту (50 Гц); − повышенную частоту (от 50 Гц до 10 кГц); − высокую частоту (более 10 кГц). По виду графиков нагрузки электроприемники подразделяются на группы по сходству режимов работы: − приемники, работающие в режиме продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузки. В этом режиме электрическая машина или аппарат могут работать продолжительное время без повышения установившейся температуры отдельных частей выше допустимой (электродвигатели насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.); − приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период электрической машины или аппарата не настолько длителен, чтобы Температура отдельных частей могла достигнуть установившегося значения. Период остановки настолько длителен, что машина или аппарат практически успевают охладиться до температуры окружающей среды (электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков, гидравлических затворов и т.п.) − приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные периоды работы чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла tц. В таком режиме электрическая машина или аппарат могут работать с допустимой для них продолжительностью включения неограниченное время без повышения температуры отдельных частей выше допустимой (электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.). По степени симметрии нагрузка ЭП электроэнергии может быть трехфазной симметричной (двигатели, трехфазные печи) и несимметричной однофазной или двухфазной, если ее не удается распределить между фазами равномерно (освещение, однофазные сварочные трансформаторы). По надежности и бесперебойности питания потребители электроэнергии делятся на три категории. 1. Потребители первой категории − приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или большой материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, длительным расстройством сложного технологического процесса. 2. Потребители второй категории − приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукции, простоем людей и оборудования. 3. Потребители третьей категории − приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь материальный ущерб, сопоставимый по величине со стоимостью сооружения резервных источников питания. 4. Особая группа потребителей − сверхответственные; для них обязателен независимый источник питания. По величине пусковых токов различают ЭП с существенными и несущественными пусковыми токами. Пусковые токи ЭП и их длительность следует считать существенными, когда их учет приводит к коррекции параметров элементов системы электроснабжения, выбранных по токам нормального режима, и несущественными, когда их учет не приводит к такой коррекции. Существенными чаще всего оказываются пусковые токи асинхронных короткозамкнутых двигателей, превышающие номинальные в 4-7 раз и длящиеся от допей секунды до нескольких секунд. Существенными могут оказаться и регулируемые пусковые токи других двигателей, и токи, возникающие в процессе зажигания разрядных ламп (1,5-2 номинальных в течение нескольких минут). Кроме того, значительными являются пусковые токи преобразователей. Несущественными, благодаря малой длительности (несколько миллисекунд) и, несмотря на большую их кратность пи отношению к номинальным токам, оказываются пусковые токи ламп накаливания (кратностью до 6), конденсаторных установок (кратностью до 20). Электрические нагрузки и графики потребления электроэнергии. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. Электрическая нагрузка характеризует потребление электроэнергии отдельными приемниками, группой приемников в цехе, цехом и заводом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок: активная мощность Р, реактивная мощность Q и ток I. Графики нагрузки подразделяются: 1. По количеству приемников: индивидуальные и групповые; 2. По периоду времени: смешанные (за максимально нагруженную смену); суточные; годовые, 3. По изменяющейся величине: активной, реактивной и полной мощности; 4. По времени: хронологические и упорядоченные (по нагрузке, по продолжительности). Обычно интервал усреднения для групповых графиков 30 минут и они имеют ступенчатую форму. Такие графики снимаются по показаниям счетчиков. Электрическая нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам. Регистрировать изменения нагрузки во времени можно самопишущим прибором. В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и реактивной мощностям во времени записывают, как правило, в виде ступенчатой кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии, снятым через одинаковые определенные интервалы времени t. Кривые изменений активной и реактивной мощностей и тока во времени называются графиками нагрузок соответственно по активной мощности, реактивной мощности и току. В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок: а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии; б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям; в) пиковый ток – для определения колебаний напряжения, выбора устройств защиты и их уставок. Индивидуальные графики необходимы для определения нагрузок мощных приемников электроэнергии (электрических печей, преобразовательных агрегатов главных приводов прокатных станов и т. п.). При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики нагрузок. Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии предприятием, правильно и рационально выбрать питающие предприятие источники тока, а также выполнить наиболее рациональную схему электроснабжения. По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок предприятия. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства. Сменные графики электрических нагрузок, выраженные кривыми и ломаными линиями: а – с интервалом осреднения 30 мин.; б – с интервалом осреднения 60 мин. Сменные графики строят за время продолжительности смены с учетом технологических перерывов в работе электроприемников. Суточные графики охватывают время от 0 до 24 часов. При построении графика принимают среднюю нагрузку за время осреднения. На этом графике выделяют наиболее загруженную смену, т.е. смену, в течение которой наблюдается наибольший выпуск продукции и наибольшее потребление электроэнергии. Такие графики характерны для предприятий и производств с 2-х – 3-х – сменным и непрерывным режимом работы. Месячные графики строят с целью определения расхода электроэнергии на производственные и непроизводственные нужды и оплаты за электроэнергию. При анализе таких графиков можно выделить недели, декады, в течение которых имеет место наибольший выпуск продукции и наибольшее потребление электроэнергии. По сезонным и годовым графикам определяют максимальную нагрузку, зависящую от сезонных факторов (отопление, вентиляция, подача воды на непроизводственные нужды), расход электроэнергии за сезон и год. Годовой график нагрузки может быть построен аналогично суточному графику, т. е. по средним мощностям, но не за 30, 60 мин, а за месяц. Краткая характеристика основных показателей качества электрической энергии. Качество электрической (КЭ) – это совокупность ее свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии, при которых электроприемники могут нормально работать. Перечень показателей качества, их нормативные значения, критерии оценки и методы измерений установлены ГОСТ 13109-97 “Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения” [13]. В табл. 11.1 приведены установленные ГОСТ 13109-97 основные показатели качества электроэнергии, их нормальные и предельно допустимые значения. Рассмотрим характеристику основных показателей качества электроэнергии. Основные показатели качества электрической энергии по ГОСТ 13109-97 Основные электроприемники, являющиеся источниками электромагнитных помех и влияющие на качество электрической энергии. Электромагнитная помеха — это случайное электромагнитное воздействие, способное вызывать в электротехническом устройстве нарушение функционирования, отказ, разрушение. Помеха может проявляться как ток, напряжение, электромагнитное поле. В практике различают кондуктивные и полевые ЭМП. К кондуктивным относятся помехи, распространяющиеся по проводам, в частности по электрической сети. Полевые помехи распространяются через окружающее пространство. Помехи создаются источниками помех, которыми могут быть как электротехнические средства, так и электротехнологические процессы. Так, например, воздушная линия высокого напряжения (средство) создает полевые помехи при передаче электроэнергии (технологический процесс), влияющие на линии связи. Напряженность электрического и магнитного полей вокруг линии электропередачи характеризует электромагнитную обстановку. Преобразователи тяговой подстанции электрифицированного транспорта создают кондуктивные помехи в электрической сети, от которой они питаются. Искажения синусоидальной формы напряжения под воздействием протекающих по электрической сети токов высших гармоник характеризуют электромагнитную обстановку в этой сети. Если отклонения напряжения создаются под воздействием относительно медленных изменений нагрузки, определяемых ее графиком, то быстрые изменения нагрузки создают колебания напряжения. Источниками колебания напряжения в электроэнергетических системах являются мощные ЭП, характеризующиеся резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности. Для таких ЭП характерны следующие условия электропотребления: их питание осуществляется от шин напряжением 35-220 кВ, а колебания потребляемой активной и реактивной мощности в диапазоне 10-130 % происходят со скоростью нарастания до 200 MB А/с. Как правило, такие ЭП имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Грозовые импульсы — весьма распространенное явление. На Земле одновременно происходят около 2000 гроз, вызывая 100 разрядов молний ежесекундно. В среднем в Европе число грозовых дней в год составляет от 15 до 35, а число ударов молний, приходящихся на 1 км2, за год — от 1 до 5. При ударах молния попадает в грозозащитное устройство зданий и подстанций, соединенных кабелями высокого и низкого напряжения, линиями связи и управления. При одной молнии могут наблюдаться до 10 импульсов, следующих друг за другом с интервалом от 10 до 100 мс. При ударе молнии в заземляющее устройство его потенциал относительно удаленных точек повышается и достигает миллиона вольт. Это способствует тому, что в «петлях», образованных кабельными и воздушными связями, индуктируется напряжение от нескольких десятков вольт до многих сотен киловольт. При попадании молнии в воздушные линии вдоль линии распространяется волна перенапряжения, которая достигает сборных шин подстанции. Волна перенапряжения ограничивается либо прочностью изоляции при ее пробое, либо остаточным напряжением защитных разрядников, сохраняя при этом остаточное значение, достигающее десятков киловольт. Максимальное измеренное значение тока разряда молнии составляет в зависимости от его полярности от -200 до + 300 кА, однако это — редкое явление. Обычно этот ток достигает 30-35 кА. Коммутационные импульсы напряжения возникают при коммутациях индуктивных (трансформаторы, электродвигатели) и емкостных (конденсаторные батареи, кабели) нагрузок. Возникают они и при отключении КЗ. Значения коммутационных импульсов напряжения зависят от типа сети (воздушная или кабельная), вида коммутации (включение или отключение), характера нагрузки и типа коммутационного устройства (предохранитель, разъединитель, выключатель). Индивидуальные графики нагрузки и групповые графики нагрузки. Метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции. Применяется для 2-4 уровней СЭС. Рекомендуется для ЭП работающих с неизменной нагрузкой. М –кол-во выпускаемой продукции; -Метод удельной плотности электрических нагрузок (метод удельной мощности на единицу выпускаемой продукции) 1-4 уровень СЭС. Для ЭП с равномерным распределением по площади. , F- площадь помещения; -Метод технологического графика. 2-5 уровень СЭС. Для небольшого числа мощных ЭП работающих по технологическому графику. Групповой график и расчетная нагрузка получаются путем суммирования индивидуальных. (метод применяется редко); -Метод коэффициента спроса. 4-5 уровень СЭС. На стадии проектирования либо при ориентировочных расчетах. ; -Метод упорядоченных диаграмм (метод коэф. максимума) 2-3 уровень СЭС. При расчете все ЭП делятся на группы в зависимости от режима работы. — эффективное число ЭП. — из справочных данных. Метод расчетного коэффициента. А) собираются исходные данные для индивидуальных ЭП: ; Б) определяется эффективное число ЭП В) определяется среднеквадратичный коэф. использования Зная определяем расчетный коэф. из справ. данных Статистический метод расчета эл. Нагрузок использует 2 интегральные хар-ки: среднюю нагрузку и среднеквадратичное отклонение. . Показатели графиков нагрузки. Для описания режимов энергопотребления в практике электроснабжения используют систему показателей, адекватно описывающих графики электрической нагрузки. При этом различают физические величины и безразмерные коэффициенты графиков нагрузки. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок: активная мощность Р, реактивная мощность Q и ток I. Физические величины, характеризующие графики электрических нагрузок: 1. Pc – средняя нагрузка (Qс, Sс, Iс); 2. Рск – среднеквадратичная (эффективная) нагрузка (Qск, Sск, Iск); 3. Рm – максимальная нагрузка (Qm, Sm, Im): а) Рр – расчётная (максимальная длительная) нагрузка; б) Рпик – пиковая (кратковременная) нагрузка. Средняя нагрузка – постоянная, неизменная во времени нагрузка в течение рассматриваемого промежутка времени, которая вызывает такой же расход электроэнергии, что и реальная нагрузка за этот же промежуток времени (Т). Среднеквадратичная нагрузка – такая неизменная в течение промежутка времени Т нагрузка, которая вызывает такие же потери мощности и энергии в элементах системы электроснабжения потребителей как реальная изменяющаяся за это же время (Т) нагрузка. Среднеквадратичная нагрузка используется для определения потерь мощности и энергии в элементах системы электроснабжения. Понятие «среднеквадратичной нагрузки» приводит к понятию «дисперсия нагрузки». DP=Pск2-Pc2 DI=Iск2-Ic2 и «стандартного отклонения нагрузки» . Максимальная нагрузка – это наибольшая из средних нагрузок за рассматриваемый промежуток времени. При этом различают максимальную длительную и кратковременную нагрузки. Максимальная длительная нагрузка характеризуется периодом усреднения от нескольких минут до нескольких часов. Она используется для выборов токоведущих частей СЭС по условию нагрева. Максимальная кратковременная нагрузка характеризуется периодом усреднения от доли до нескольких секунд. Её называют пиковой нагрузкой. Максимальная кратковременная нагрузка характеризуется периодом усреднения от доли до нескольких секунд. Её называют пиковой нагрузкой. Рпик > Рм ≥ Рск ≥ Рс Пиковая нагрузка используется для расчётов релейной защиты и автоматики, выбора предохранителей и автоматических выключателей. Из максимальной длительной нагрузки важнейшее значение имеет расчётная нагрузка. Под расчётной нагрузкой понимается такая условная нагрузка, которая эквивалентна реальной нагрузке по наиболее тяжелому токовому эффекту. В связи с этим рассматривают следующее определение расчётной нагрузки: 1. Расчётная нагрузка определяет нагрев (износ) изоляции; 2. Расчётная нагрузка определяет нагрев токоведущих частей. Из 2-х значений расчётной мощности на практике используют наибольшее значение. Как правило, этим значением является нагрузка, которая обуславливает наибольший нагрев проводника над температурой окружающей среды: . Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок. Коэффициент включения характерен для графика нагрузки отдельного ЭП, работающего в повторно-кратковременном режиме, и зависит от характера технологического процесса. . Гдевремя работы ЭП, мин, ч;=время цикла, мин, ч;- время паузы, мин, ч.. Время работы, паузы и цикла определяются по графику нагрузки ЭП. Для ЭП, работающих в длительном режиме с равномерным графиком нагрузки,. На практике коэффициент включения задается как паспортная величина, характеризующаяся продолжительностью включения ЭП , %. Коэффициент включения может быть определен по графикам как активной, реактивной мощности, так и по току. Коэффициент использования – основной показатель для расчета нагрузки – это отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к её номинальному значению. , где — среднее значение потребленной активной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;– номинальная активная мощность ЭП, кВт. Так как, то. Для ЭП, работающего в длительном режиме с равномерным графиком загрузки,. Для группы ЭП, работающих в одинаковом режиме:, где– среднее значение потребленной активной мощности группой ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;- – номинальная активная мощность группы ЭП, кВт. Для группы ЭП, работающих в различных режимах, средневзвешенный коэффициент использования для данной группы рассчитывается по формуле:. Коэффициент загрузки приемника по активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности (за время включения tв в течение времени цикла tц) к его номинальной мощности. , где– средняя нагрузка за время включения ЭП, кВт;– номинальная активная мощность ЭП, кВт.. Коэффициент загрузки так же, как и , зависит от характера технологического процесса и изменяется с изменением режима работы ЭП. Когда нагрузка ЭП равномерна и постоянна,. Соотношения коэффициентов. Для группы электроприемников:. где– средняя нагрузка за время включения группы ЭП, кВт;– номинальная активная мощность этой группы ЭП, кВт. При наличии графиков по реактивной мощности и по току коэффициенты загрузки этих графиков определяются аналогично по формулам, подставляя значения соответственно реактивной мощности или тока. Коэффициент формы графика характеризует неравномерность графика нагрузки и определяется как отношение среднеквадратичной мощности приемника или группы ЭП за определенный промежуток времени к среднему значению нагрузки за тот же период времени. Коэффициент формы графика по активной мощности: , где – среднеквадратичная мощность, определяемая по графику нагрузки за рассматриваемый период времени, кВт;. Для группы электроприемников:, гдеисреднеквадратичная и средняя мощности соответственно, кВт. Коэффициент спроса применяется только для групповых графиков и при числе ЭП в группе . Коэффициент спроса – это отношение потребляемой (в условиях эксплуатации) или расчетной (при проектировании) мощности к номинальной мощности группы ЭП:, где- потребляемая мощность из сети группой ЭП, кВт.. Значениедля определенных технологических процессов и отраслей промышленности является практически постоянным. При. Поэтомуможно использовать только при большом значении (n>50).Соотношения коэффициентов. Коэффициент максимума характерен для группового графика нагрузок. Коэффициент максимума по активной мощности есть отношение максимальной нагрузки за определенный промежуток времени к средней за тот же промежуток времени:. где– максимальное значение мощности (30-минутный максимум), кВт. Анализ методов расчета электрических нагрузок. Эмпирические методы расчета электрических нагрузок. Отсутствие в ряде случаев информации об индивидуальных электроприемниках привело к необходимости разработки эмпирических методов расчета, к которым относятся: метод коэффициента спроса, метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции, метод удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади. В основу эмпирических методов положена информация о режимах электропотребления нагрузки в виде различных коэффициентов и показателей (Кс, Суд, pуд). Эти методы более просты, но точность расчета по ним зависит от аналогии технологического процесса и оборудования вновь проектируемого потребителя технологическому процессу и оборудованию потребителя, для которых получены значения Кс, Суд, pуд, рекомендуемые в справочной литературе. Метод коэффициента спроса. Основная расчетная формула имеет вид: Рр= Кс•Руст ; Qр = Рр×tgφ , где Руст — суммарная установленная мощность электроприемников потребителя; Кс – коэффициент спроса установленной мощности потребителя; tgφ – коэффициент реактивной мощности потребителя. Значения Кс и tgφ для различных потребителей приводятся в справочниках. Данный метод может применяться при определении расчетных нагрузок цехов и предприятия в целом. Метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции. По данному методу можно определить только среднюю нагрузку за определенный интервал времени (час, смену, сутки, месяц, квартал, год). Расчетное выражение по данному методу имеет вид: Рср = Суд •П / Т, где П – объем выпуска продукции за интервал времени Т; Суд – удельный расход электроэнергии на производство продукции. Значения Суд для ряда электроприемников цехов и предприятий приведены в справочной литературе. Метод удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади. Удельная плотность нагрузки определяется на основании обследования нагрузок цехов действующих промышленных предприятий: sуд = Smax / Fц, где Smax – максимальная полная нагрузка цеха, которая определяется по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии, снимаемым через 0,5 ч в период максимально загруженной смены; кВ×А; Fц – производственная площадь цеха, м2. Этот метод расчета был предложен проф. Ю.Л. Мукосеевым для проектирования цехов с часто меняющимся технологическим процессом (механические, сборочные, ткацкие и т.д.). Зная намеченную проектом площадь цеха и значения sуд, наблюдаемые на аналогичных действующих предприятиях, можно определить расчетную нагрузку цеха по выражению: Sр = sуд•Fц. Этот метод широко применяется для определения расчетных нагрузок от осветительных электроприемников:Рр.о = руд•Fц •Кс.о, где руд – удельная плотность осветительной нагрузки, кВт/м2; Кс.о – коэффициент спроса осветительной нагрузки. Расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм. Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Pр, Qр, Sр) расчетных нагрузок группы электроприемников (ЭП). Для этого электроприемники разбиваются на группы с переменным (группа А; Ки < 0,6) и практически постоянным графиком нагрузок (группа Б; Ки ≥ 0,6) в пределах расчетного узла. К ЭП с постоянным графиком нагрузки могут быть отнесены такие, у которых коэффициент использования Ки ≥ 0,6, коэффициент включения квкл =1 и коэффициент заполнения суточного графика кзап ≥ 0,9 (компрессоры, вентиляторы и т. п.). Для них максимальная расчетная нагрузка принимается равной средней мощности за наиболее загруженную смену: Рр= Рсм = ки∙Рном; Qр=Qсм= Рсм∙tgφ; . (1.21) где Рр, Qр, Sр – максимальные активная, реактивная и полная нагрузки; Рсм; Qсм – средняя активная и реактивная мощности всей группы ЭП за наиболее нагруженную смену; ки – коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации (справочные данные); tgφ – коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному cos φ (справочные данные). Максимальные расчетные нагрузки группы электроприемников с переменным графиком нагрузки определяются из выражений: Рр= Рм = Км∙ Рсм = Км∙ Ки∙ Рном; Qр = Qм = К’м∙Qсм = К’м∙Рсм∙tg φ. где Км – коэффициент максимума активной нагрузки; К’м – коэффициент максимума реактивной нагрузки: К’м = 1,1 при nэ ≤ 10; К’м = 1 при nэ > 10; Рном – номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников. Коэффициент максимума активной мощности – отношение расчетного максимума активной мощности к ее среднему значению за рассматриваемый период времени (смену, год): . Коэффициент максимума активной мощности определяется в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента (рисунок) использования Ки.ср и эффективного числа электроприемников группы nэ или по справочным таблицам. Коэффициент максимума может быть оценен по соотношению: . Средневзвешенный (групповой) коэффициент использования для группы приемников с разными режимами работы определяется по выражению:где ΣРсм, ΣРном – суммы активных мощностей за смену и суммы номинальных в группе электроприемников, кВт. Эффективное nэ (приведенное) число ЭП – это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Рр, что и группа ЭП, различных по мощности и режиму работы. Эффективное число электроприемников является функцией трех величин nэ=F(n;m;Ки.ср;), где n–фактическое число электроприемников в группе; m – показатель силовой сборки в группе, определяемый по формуле: m = рн.нб / рн.нм , здесь рн.нб, рн.нм – номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников ЭП наибольшего и наименьшего по мощности в группе, кВт; Ки.ср – средневзвешенный коэффициент использования группы электроприемников. Порядок определения расчетных нагрузок методом коэффициента максимума заключается в следующем:1) – все электроприемники разбивают на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования Ки и коэффициентов мощности cosφ; 2) – подсчитывают количество электроприемников n в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения; – в каждой группе электроприемников и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и эффективное число электроприемников n э по формуле: . При этом все электроприемники должны быть приведены к длительному режиму работы, т. е к ПВ = 100 %. Определение расчетных нагрузок однофазных электроприемников Максимальную нагрузку однофазных электроприемников при числе их более трех при одинаковых Ки и cos φ, включенных на фазное или линейное напряжение, определяют по формулам: Рр = 3 ∙Ки∙ Кмах∙ Рном.ф = Рном.у (3)∙Ки∙ Кмах; (1.34) где Рном.у (3) – условная трехфазная номинальная мощность; Qр = 1,1∙Ки∙ Qном.ф; Схемы выполнения электрических сетей до 1000 В (магистральные и радиальные схемы). Схема цеховой силовой сети до 1000 В определяется технологическим процессом производства, категорией надежности электроснабжения, взаимным расположением цеховых ТП или ввода питания и электроприемников, их единичной установленной мощностью и размещением по площади цеха. Схема должна быть проста, безопасна и удобна в эксплуатации, экономична, удовлетворять характеристике окружающей среды, обеспечивать применение индустриальных методов монтажа. Линии цеховой сети, отходящие от цеховой ТП или вводного устройства, образуют питающую сеть, а подводящие энергию от шинопроводов или РП непосредственно к электроприемникам — распределительную. Схемы сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными — с односторонним или двусторонним питанием. Радиальная схема питания цеховой сети При радиальной схеме энергия от отдельного узла питания (ТП, РП) поступает к одному достаточно мощному потребителю или к группе электроприемников. Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми, когда приемники питаются непосредственно от ТП, и двухступенчатыми, когда они подключаются к промежуточному РП. Рис. 1. Радиальная схема питания: 1 — распределительный щит ТП, 2 — силовой РП, 3 — электроприемник, 4 — щит освещения Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников в цехе или группами на отдельных его участках, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях. В последнем случае аппаратура управления и защиты электроприемников, устанавливаемая на РП, выносится за пределы неблагоприятной окружающей среды. Выполняются радиальные схемы кабелями или проводами в трубах или коробах (лотках). Достоинства радиальных схем заключаются в высокой надежности (авария на одной линии не влияет на работу приемников, получающих питание по другой линии) и удобстве автоматизации. Повышение надежности радиальных схем достигается соединением шин отдельных ТП или РП резервирующими перемычками, на коммутационных аппаратах которых (автоматах или контакторах) может выполняться схема АВР — автоматического ввода резервного питания. Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность из-за значительного расхода проводникового материала, необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП. Ограниченная гибкость сети при перемещениях технологических механизмов, связанных с изменением технологического процесса. Магистральная схема питания цеховой сети При магистральных схемах приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистрали могут присоединяться к распределительным щитам подстанции или к силовым РП либо непосредственно к трансформатору по схеме блока трансформатор — линия. Магистральные схемы с распределительными шинопроводами применяются при питании приемников одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха приемниках. Такие схемы выполняются с применением шинопроводов, кабелей и проводов. Рис. 2. Магистральные схемы с односторонним питанием: а — с распределительными шинопроводами, б — блок трансформатор-магистраль, в — цепочка, 1 — распределительный щит ТП, 2 — силовой РП, 3 — электроприемник, 4 — магистральный шинопровод, 5 — распределительный шинопровод При установке на рабочих местах технологической линии электроприемников малой мощности целесообразно распределительные магистрали выполнять модульными проводками. Для магистрали модульной сети используются изолированные провода, проложенные в трубах скрыто в полу, с установкой на определенном расстоянии друг от друга (модуле) разветвительных коробок, на которых крепятся напольные распределительные колонки о штепсельными разъемами. Электроприемники подключаются к колонкам проводами в металлорукавах. Модульные проводки применяются при нагрузках на магистраль до 150 А, Достоинствами магистральных схем являются: упрощение щитов подстанции, высокая гибкость сети, дающая возможность перемещать технологическое оборудование без переделки сети, использование унифицированных элементов, позволяющих вести монтаж индустриальными методами. Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, так как при исчезновении напряжения на магистрали все подключенные к ней потребители теряют питание. Применение шинопроводов и модульной проводки неизменного сечения приводит к некоторому перерасходу проводникового материала. Расчет пиковых нагрузок от потребителей с импульсным графиком нагрузки. Пиковая нагрузка — кратковременная максимальная нагрузка длительностью, как правило, 1-2 с. Расчет пиковой нагрузки сводится к расчету пикового тока, как правило, пусковые токи двигательной нагрузки и сварочных аппаратов. Для индивидуального ЭП значение пикового тока определяется где- расчетное значение пикового тока, А;- значение пускового тока индивидуального ЭП (паспортная величина), А. Значение пускового тока принимается по паспортным данным, но при отсутствии таковых, при инженерных расчетах можно принять: — для асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором и синхронных ЭД .- для асинхронных ЭД с фазным ротором и ЭД постоянного тока; — для сварочных и печных трансформаторов,, где– номинальный ток электроприемника, А. Пиковый ток сварочных трансформаторов при отсутствии заводских данных может быть принят не менее трехкратного номинального тока без приведения к ПВ = 100 %. Основными электротехнологическими установками, создающими пиковые нагрузки, являются дуговые сталеплавильные печи и машины контактной сварки. Максимальные пиковые токи, создаваемые дуговыми электропечами, определяются через кратность эксплуатационного короткого замыкания : , — номинальный ток печного трансформатора. Машины контактной сварки создают пиковые токи вследствие импульсного характера их режимов работы. При асинхронных игнитроновых или тиристорных контакторах, однако вероятность появления этих токов близка к нулю, поэтому в расчетах принимают. Частота этих пиков равна числу точек, свариваемых машиной за единицу времени. Для расчета пиковых нагрузок Рп.м от группы электротехнологических установок в практических расчетах можно пользоваться формулой: где Iэф, Iср– эффективный и средний токи одной сварочной машины, определяются: ,- статический коэффициент, который определяется в зависимости от вероятности появления расчетного пика (справочные данные). Для группы ЭП общего назначения значение пикового тока в узле нагрузки определяется , где- расчетное значение пикового тока для группы электроприемников общего назначения, А;. — наибольший из пусковых токов ЭД из группы, А;- расчетный ток узла нагрузки, А;- коэффициент использования ЭД,имеющего наибольший пусковой ток;– номинальный ток ЭД (приведенный к ПВ=1) с наибольшим пусковым током, А. Расчетные значения пиковых токов необходимы для правильного выбора токовых защит, защитных аппаратов, при расчете самозапуска ЭД. Расчет количества светильников методом коэффициента использования. Суть метода состоит в том, что определяется световой поток (расчетный) для выбранного источника света. Для характеристики использования светового потока вводится понятие коэффициента использования η. Порядок расчета 1 Определяем коэффициенты отражения ρп, ρст, ρр ( в зависимости т материала потолка, стен, ). 2 Определяем индекс помещения: где S — площадь помещения; h — расчетная высота; А, В — длина и ширина помещения. 3 По индексу помещения находим коэффициент использования η (по справочникам или каталогам производителей) 4 Определяем световой поток по выражению где Ен — нормируемая освещенность; Кзап- коэффициент запаса; Z — коэффициент минимальной освещенности (Z = 1,1 для ЛЛ; Z = 1,15 для ЛН и ДРЛ); N — число светильников, n – число ламп в светильнике. По расчетному значению Фр выбирается стандартная лампа так, чтобы ее поток отличался от номинального значения Фн на — 10 ÷ +20 %. При невозможности выбора источника света с таким приближением корректируется число светильников. Осветительные электроустановки. Типы, назначение, технические характеристики. Осветительные электроустановки предназначены для искусственного освещения помещений, зданий, сооружений и территорий. Они представляют собой комплекс осветительной арматуры с источником света, магистральных и распределительных электрических сетей, пускорегулирующей аппаратуры и распределительных устройств. В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) различают освещение общее, местное, аварийное и охранное. Общим — называют освещение всего или части помещения; местным – освещение рабочих мест, предметов, поверхностей; комбинированным – сочетание общего освещения с местным, создающим повышенную освещённость непосредственно на рабочих местах. По правилам ПУЭ освещение делят на 3 системы: общее освещение — освещение в произв. помещениях местное освещение — освещение зоны комбинированное – общее + местное Общее освещение может быть равномерным и локализованным, когда светильники размещают так, чтобы на основных рабочих местах создавалось повышенная освещённость. Основным видом освещения для обеспечения нормальной деятельности во всех помещениях и на открытых участках, где в тёмное время суток производятся работы или, происходит движение транспорта и людей, является рабочее. При его нарушении используется аварийное освещение, обеспечивающее временно продолжение работы или эвакуацию людей. Охранное освещение является составной частью рабочего и устанавливается вдоль границ охраняемой территории. К рабочему освещению относят ремонтное (переносное) и светоограждающее для дымовых труб и других особо высоких сооружений. Классификация светильников 1)По светотехнической функции: осветительные приборы, светосигнальные приборы 2)По условиям эксплуатации: световые приборы для помещений; световые приборы для открытых пространств (уличные, садово-парковые и пр.); световые приборы для экстремальных сред 3)По характеру светораспределения: светильники, прожекторы и проекторы 4)По возможности перемещения при эксплуатации: стационарные, переносные, передвижные 5) По способу питания лампы: сетевые; с индивидуальным источником питания; комбинированного питания 6)По способу охлаждения: с естественным охлаждением с принудительным охлаждением 7)По способу подвески: настенный светильник; потолочный светильник; напольный светильник; настольный светильник; подвесной светильник Суточные и годовые графики нагрузки. Суточные графики составляются на основани регистрации данных электропотребления в течеии одних суток. Примерный вид суточного графика подстанции представлен на рисунке (а) характерный типовой для определенного потребителя, б) то же в именованных единицах) Годовой график показывает число часов электроустановки с различыми нагрузками. Нагрузки на графике располагают в порядке убывания мощностей от РМАХ до РМИН. Из годового графика продолжительности нагрузок определяются технико-экономические показатели, рассчитываются потери электроэнергии, выполняется оценка использования оборудования в течение года. Классификация цеховых помещений по окружающей среде. В зависимости от характера окружающей среды и требований по защите электроустановок от ее воздействия в ПУЭ различают внутренние помещения и наружные установки. В свою очередь, внутренние помещения делятся на сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные, с химически активной средой, пожароопасные и взрывоопасные, а наружные (или открытые) установки — на нормальные, пожароопасные и взрывоопасные. Электроустановки, защищенные только навесами, относят к наружным. Сухими считают помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %. Если в таких помещениях температура не превышает 30 °С, нет технологической пыли, активной химической среды, пожаро- и взрывоопасных веществ, то их называют помещениями с нормальной средой. Влажные помещения характеризуются относительной влажностью воздуха 60…75 % и наличием паров или конденсирующейся влаги, выделяющихся временно и в небольших количествах. Большая часть электрооборудования рассчитана на работу при относительной влажности, не превышающей 75 %, поэтому в сухих и влажных помещениях используют электрооборудование в нормальном исполнении. К влажным помещениям относят насосные станции, производственные цеха, где относительная влажность поддерживается в пределах 60…75%, отапливаемые подвалы, кухни в квартирах и т. п. В сырых помещениях относительная влажность длительно превышает 75 % (например, некоторые цеха металлопроката, цементных заводов, очистных сооружении и т.п.). Если относительная влажность воздуха в помещениях близка к 100 %, т. е. потолок, пол, стены, предметы в них покрыты влагой, то эти помещения относят к особо сырым. На отдельных производствах металлургической и других отраслей промышленности (например, в литейных, термических, прокатных и доменных цехах) температура воздуха длительное время превышает 30 °С. Такие помещения называют жаркими. Одновременно они могут быть влажными или пыльными. Пыльными считают помещения, в которых по условиям производства образуется технологическая пыль в таком количестве, что она оседает на проводах, проникает внутрь машин, аппаратов и т.д. Различают пыльные помещения с токопроводящей и нетокопроводящей пылью. Пыль, не проводящая ток, не ухудшает качество изоляции, однако благоприятствует увлажнению ее и токоведущих частей электрооборудования вследствие своей гигроскопичности. В помещениях с химически активной средой по условиям производства постоянно или длительно содержатся пары или образуются отложения, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования. Пожароопасными называют помещения, в которых применяют или хранят горючие вещества. По степени пожароопасности их подразделяют на три класса: П-I, П-П, П-Па. К первому классу относятся помещения, в которых используют или хранят пожароопасные жидкости, ко второму классу — помещения, по условиям производства в которых выделяется взвешенная горючая пыль, не образующая взрывоопасных концентраций, а к последнему классу — помещения, где хранятся и используются твердые или волокнистые горючие вещества, не образующие взвешенных в воздухе смесей. Взрывоопасными называют помещения, в которых по условиям производства могут образоваться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом, кислородом или другими газами — окислителями горючих веществ, а также смеси горючих пылей или волокон с воздухом при переходе их во взвешенное состояние.