Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
10
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Конспект лекций
по курсу “Электрические станции и подстанции”
Для студентов специальности
.090601 “Электрические станции”
.090602 “Электрические сети и системы”
Донецк, ДонНТУ-2011
УДК 537.3.31
Конспект лекций по курсу “Электрические станции и подстанции”
Для студентов специальности 7.090601 “Электрические станции” и 7.090601 “Электрические сети и системы”
Составитель: Антоненко Г.В. - Донецк: ДонНТУ, 2011. –90 с .
Лекции по курсу ”Электрические станции и подстанции” предусматривают изучение основного электрического оборудования электрических станций и подстанций и режимов его работы. Рассматриваются вопросы выбора оборудования и проектирования подстанций электрических сетей.
Составитель асс. Антоненко Г.В.
Рецензент доц. Заболотный И.П.
Ответственный за выпуск д.т.н., проф. Сивокобыленко В.Ф.
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГЕТИКЕ 5
1.1 Основные определения 5
1.2 Технологический процесс производства электроэнергии на ЭС 7
1.2.1 Тепловые конденсационные электрические станции (ТЭС) 7
1.3 Графики нагрузок электроустановок 9
1.4 Режимы работы нейтралей в электроустановках 10
1.4.1 Сеть с изолированной нейтралью 10
1.4.2 Сеть с компенсированной нейтралью 11
1.4.2 Сеть с эффективно заземленной нейтралью 11
1.4.2 Сеть с глухо заземленной нейтралью 12
2 НАГРЕВ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ 12
2.1 Нагрев проводника током в установившемся режиме 12
2.2 Зависимость длительно допустимого тока от величины наружной поверхности F проводника 15
2.3 Влияние коэффициента теплоотдачи на нагрев проводника с током 17
2.4 Поверхностный эффект 17
2.5 Эффект близости 18
2.6 Распространенные формы сечений проводников 18
2 ТЕРМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ПРОВОДНИКОВ И АППАРАТОВ 19
2.1 Особенности процесса нагревания при коротком замыкании 19
3 ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКОВ КЗ 24
3.1 Взаимодействие параллельных проводников точечного сечения 25
3.2 Взаимодействие между тонкими полосами в параллельных плоскостях 26
3.3 Взаимодействие шин прямоугольного сечения 27
3.4 Взаимодействие двух проводников, соединенных под углом 90º 28
3.5 Взаимодействие параллельных проводников с перемычкой 28
3.6 Взаимодействие шин при двухфазном КЗ 30
3.7 Взаимодействие шин при трехфазном КЗ 31
3.8 Расчет шин на электродинамическую стойкость 34
5 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА, ЕЕ СВОЙСТВА, УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ 37
5.1 Основные требования к коммутационным аппаратам 37
5.2 Физические процессы в дуге 37
5.3 Дуга постоянного тока 39
5.2 Дуга переменного тока 41
5.3 Способы гашения дуги в аппаратах до 1000 В: 43
5.4 Основные способы гашения дуги в аппаратах выше 1000 В: 44
5.5 Отключение активной цепи переменного тока 45
5.6 Отключение индуктивной цепи переменного тока 45
5.7 Шунтирование дугового промежутка активным сопротивлением 47
5.8 Влияние вида КЗ на величину восстанавливающегося напряжения (U0) 48
5.9 Отключение неудаленных КЗ (километрический эффект) 48
5.10 Отключение ЛЭП на холостом ходу 51
3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 53
7 Измерительные трансформаторы напряжения 54
7.1 Назначение трансформаторов напряжения (ТН), основные характеристики 54
7.2 Характеристики погрешностей трансформаторов напряжения 55
Схемы подключения ТН 57
Конструкции ТН 61
8 Измерительные трансформаторы тока 62
8.1 Назначение трансформаторов тока (ТТ), основные характеристики 62
8.2 Характеристики погрешностей трансформаторов тока 63
8.3 Схемы соединения трансформаторов тока 66
9 Методы ограничения токов КЗ в энергосистемах 68
9.1 Раздельная работа (секционирование) электрических сетей 68
9.2 Опережающее автоматическое деление сети 69
9.3 Применение резонансных токоограничивающих устройств 70
9.4 Применение токоограничивающих реакторов 70
9.5 Характеристики токоограничивающих реакторов 71
9.6 Режим короткого замыкания 71
9.7 Нагрузочный режим 71
9 Выбор оборудования 73
9.1 Расчетные условия для выбора электрических аппаратов и проводников по продолжительному режиму 73
9.2 Расчетные условия для проверки по режиму КЗ 75
9.3 Выбор выключателей 76
9.4 Выбор разъединителей и отделителей 77
9.3 Выбор реакторов 78
10 Схемы электрических соединений ЭС и ПС 79
10.1 Схемы отходящих линий 79
10.1 Схемы подключения генераторов и трансформаторов 79
10.2 Схемы сборных шин 81
Производство, распределение и потребление электрической энергии ведется на переменном токе в связи с простотой его преобразования на требуемые значения напряжения. Для транспортировки на большие расстояния напряжение повышают, ток пропорционально снижается, что приводит к снижению сопротивления проводов линии электропередач, приведенного к стороне низкого напряжения трансформатора, пропорционально квадрату повышения напряжения. Обычно предельное расстояние транспортировки в километрах равно напряжению в киловольтах.
В странах, бывшего СССР, выбрана частота 50 Гц, а в США и ряде других стран – 60 Гц. Применение большей частоты позволяет уменьшить размеры электрических машин, но ухудшает условия передачи энергии на большие расстояния (большее сопротивление линий x=ωL и емкостные токи заряда линии, проявление волновых свойств линий).
Однофазный ток применяется только для бытовых нужд, т.к. позволяет создавать только пульсирующее магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, необходимо для создания простых и дешевых асинхронных электродвигателей, можно получить с помощью двух- и трехфазного тока (в общем случае n-фазного –Т.Эдисон). Применение трехфазного тока объясняется большей экономичностью сетей и установок вследствие того, что суммарный ток фаз, протекающий в нулевом (общем) проводе, близок к нулю (Доливо-Добровольский), вследствие чего нулевой провод обычно не прокладывают.
В тех случаях, когда необходимо применение постоянного тока (электротранспорт, электропечи, установки электролиза), его получают выпрямлением переменного. Постоянный ток также используется при передаче электроэнергии на сверхдальние расстояния и для вставок постоянного тока при соединении энергосистем, работающих с различной частотой.
Одним из основных параметров электрооборудования является номинальное напряжение –это то напряжение, при котором обеспечиваются оптимальные характеристики оборудования –срок эксплуатации, стоимость, частота ремонтов и т.д. Для обеспечения возможности соединения оборудования между собой стандартизированы ступенчатые значения номинальных напряжений (табл.1.1).
Таблица 1.1 - Номинальные междуфазные напряжения установок электрических сетей, кВ
|
Сети и приемники |
Источники (кратность 1.05) |
Наибольшее рабочее напряжение (кратность) |
|
6 |
6.3 |
.2 (1.2) |
|
10 |
10.5 |
(1.2) |
|
20 |
21 |
24 (1.2) |
|
35 |
36.75 |
.5 (1.15) |
|
110 |
115 |
126 (1.15) |
|
220 |
230 |
252 (1.15) |
|
330 |
347 |
363 (1.15) |
|
500 |
525 |
525 (1.05) |
|
750 |
787 |
787 (1.05) |
|
1150 |
1200 |
1200 (1.05) |
Heat-electric plant
Номинальные напряжения для генераторов и синхронных компенсаторов: 6.3, 10.5, 13.8, 15.75, 18, 20, 24 кВ.
Picture 1.1 - Schematic circuit of the electrical power system
На рис.1.1 изображена часть мощной энергосистемы, основу которой составляют крупные электростанции (КЭС, ТЭЦ, ГЭС). Электростанции –это предприятия, предназначенные для производства электроэнергии.
Межсистемные связи выполнены на напряжении 500 кВ и выше. Распределение напряжения внутри энергосистемы производится на 220 –кВ. Местные распределительные сети выполнены на 6 –кВ, которые подводят электричество к конечному потребителю.
Подстанции –электроустановки для преобразования и распределения электроэнергии. Делятся на:
По назначению подстанции делятся на системные и потребительские. Системные подстанции осуществляют связь отдельных районов энергосистемы или различных энергосистем (s/st A and B). Потребительские - (s/st E, F, H and J) –предназначены для распределения энергии конечным потребителям.
Объединение ЭС на параллельную работу, создание и укрупнение энергосистем имеет ряд технико-экономических преимуществ:
На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле сначала в потенциальную, а затем в кинетическую энергию пара, приводящего во вращение турбину, соединенную с генератором. Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую.
Основными особенностями ТЭС являются: удаленность от потребителя, что определяет выдачу мощности на высоком и сверхвысоком напряжениях, и блочный принцип построения. Энергоблок представляет как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным оборудованием и центром управления –блочным щитом. Главным преимуществом блочных ЭС является упрощение системы паропроводов, что облегчает применение пара сверхвысоких параметров.
Технологическая схема ТЭС (рис. 1.2) состоит из следующих систем: топливоподачи, пылеприготовления, воздухоподачи, котла, турбины, тепловой схемы блока, циркуляционного водоснабжения, золошлакоудаления, водоподготовки и электрической части станции.
Рисунок 1.2 –Технологическая схема ТЭС
1 –топливный склад; 2 –дутьевой вентилятор; 3 –воздухоподогреватель; 4 –схема пылеприготовления; 5 –горелки; 6 –котел; 7 –барабан котла; 8 –пароперегреватель; 9 –турбина; 10 –конденсатор; 11 - циркнасос; 12 –конденсатный насос; 13 –подогреватель низкого давления (ПНД); 14 –деаэратор; 15 –питательный электронасос; 16 –подогреватель высокого давления (ПВД); 17 –экономайзер; 18 –электрофильтр; 19 –дымосос; 20 –дымовая труба; 21 –генератор; 22 –блочный трансформатор; 23 –трансформатор собственных нужд (ТСН); 24 –выключатель; 25 –открытое распредустройство; 26 –ЛЭП
Постоянное подключение и отключение, а также изменение режимов работы потребителей приводит к изменению нагрузки оборудования. С помощью регистрирующих приборов можно получить график зависимости P(t), Q(t), S(t), I(t). Для удобства эти графики преобразуют в ступенчатые.
Различают графики суточные, сезонные, годовые. По месту (элементу) изучения:
Используются для:
При проектировании используется перспективный график нагрузки потребителей. Для его получения путем суммирования номинальных мощностей электроприемников получают установленную мощность Pуст = Σ Pном, затем с учетом средних КПД электроустановок потребителей ηср.п и местной сети ηср.с вычисляют присоединенную мощность на шинах подстанции потребителей
.
Действительная загрузка обычно меньше установленной мощности. Это учитывается коэффициентами одновременности kо и загрузки kз. Тогда максимальная нагрузку потребителя
,
где kспр –коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей (черная металлургия, хим. промышленность и т.д.).
Найденное Pmax является наибольшим в году и соответствует периоду зимнего максимума нагрузки. Эту величину принимают за 100% в типовом графике, который приводится в справочной литературе, например, рис 1.1 и все величины пересчитываются в абсолютные единицы.
Рисунок 1.3 –Типовой график нагрузки для черной металлургии
1- активная мощность; 2- реактивная мощность
Полная мощность по ступеням определяется по выражению .
Используя графики можно получить ряд характеристик нагрузки, влияющих на выбор оборудования. Площадь под кривой равна энергии, прошедшей через установку за рассматриваемый период времени
,
где Pi - мощность i –й ступени, Ti - продолжительность ступени.
Средняя нагрузка за рассматриваемый период T
.
Степень неравномерности оценивают коэффициентом заполнения
.
Условная продолжительность использования максимальной нагрузки
и установленной мощности
.
Вид связей нейтралей машин и трансформаторов в значительной степени определяют уровень изоляции, выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их устранения, выбор устройств релейной защиты.
A
ICB
B
ICC
C