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
1-2- модуль бойынша сұрақтар
Сұлбаның конфигурациясы және тұтынушылардың қосылу сұлбалары бойынша тораптар ажыратылған және тұйықталған болып бөлiнедi. Ажыратылған тораптарға жүктемелерi тек бiр жақтан электр энергиясын алатын желiлерден құралған тораптар жатады. Мұндай тораптар радиалды (2.1, а-сурет) және магистралды (2.1, б-сурет) болуы мүмкін.
2.1-сурет. Электр тораптарының сұлбалары
Магистралды қоректендіру сұлбаларына түсті металл мен коммутациялық аппараттар аз жұмсалады, сондықтан да олар радиалды сұлбаларға қарағанда анағұрлым арзан. Алайда кәдімгі конструкциямен орындалған магистралды сұлбалардың сенімділігі аздау болады, себебі негізгі (бас) бөлікте апат болғанда осы магистралдан қоректенетін электр қабылдағыштардың барлығы істен шығады, ал радиалды желілерде бұндай жағдайда тек бір ғана қабылдағыш істен шығады. Солай десек те шинақұбырлардан жасалған магистралды тораптар жоғары сенімділікті жабдықтай алады.
Тұйықталған тораптар деп тұтынушыларды электрмен жабдықтауды екі және одан көп жақтан қоректендіруге мүмкiндiгi бар тораптарды айтады, бұл торап тардың да маңыздылығы осында (2.1, в-сурет). Оларды екі немесе бірнеше қорек көздері (аудандық тораптар, электрлендірілген темір жолдың тартылым тораптары) тек бір тораппен байланысқанда қолданады.
Сақиналы тораптар да тұйықталған торапқа жатады (2.1, г-сурет). Тұйықталған тораптарды есептеу ажыратылған торапты есептеуге қарағанда күрделі болады. Тұйықталған тораптар үшін күрделірек қорғанысты және үлкен ақшалай қаржыны талап етеді.
Тораптарға қойылатын бес негiзгi талаптарды бөлiп алуға болады:
- жұмыс сенімділігі. Тұтынушыларды электрмен жабдықтау сенімділігі мәселесі тораптың түгелге дерлік элементтері уақыт ағынымен зақымдалуына байланысты туады. Зақымданулар найзағайлық қызметтің көтерілуінен, күшті желдің әсерінен, ауыр мұздардың түзілуінен және т.б. болады.
Электрмен жабдықтау сенімділігін көтеру тек зақымдануды төмендету мен тораптың элементтерін резервтеумен ғана емес, сондай-ақ экономикалық жағынан дұрыс деп табылатын жолдармен қамтамасыз етілуі мүмкін. Резервтеуден басқа сенімді электрмен жабдықтауды орындау үшін сенімді әрекеттегі релелік қорғаныс пен автоматиканың құрылғылары керек: АҚҚ – автоматты қайта қосу, РАҚ – резервті автоматты қосу, АЖЖ – автоматты жиіліктік жүксіздендіру және т.б;
- электр энергиясының сапасы. Әрбір тұтынушы сапалы электр энергиясын алуға тиіс. Бұны энергия сапасының негізгі көрсеткіштерімен анықтайды: кернеу деңгейімен; жиілік деңгейімен; үш фазалы кернеудің симметриясымен және кернеу қисығының түрімен.
Электр қабылдағыштарының саны көп қазіргі ұзын электр тораптарында электр энергиясының сапасы тораптың көптеген жұмыс жағдайына байланысты. Ол тораптың әр жерінде әр түрлі болады, бірақ арнайы құрылғыларды қолдану арқылы реттелуі мүмкін;
- үнемділік. Торап үнемді болуы үшін, тораптың сұлбалары конфигурацияларының, сымдар қимасы кернеулерінің және т.б. ең орындыларын таңдап алу керек. Сондықтан «келтірілген шығындар» деп аталатын белгіленген критерий бойынша өзара салыстырылатын варианттар қатары жоспарланады. Бұл критерий энергия шығындарын, капиталдық салымдарды және зиянды ескереді. Келтірілген шығындары минималды болатын вариант тиімді болып табылады;
- пайдалану қауіпсіздігі мен ыңғайлығы. Персоналдың қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін техникалық пайдалану ережесінде (ТПЕ) келісілгендей жерлендірулер, қоршаулар қабылдағыштар, арнайы киімдер және басқа құралдар пайдаланылады.
Қауіпсіздікті қамтамасыз етуден басқа пайдалану ыңғайлылығы да, алдын ала қарастырылуы тиіс: әр текті ауыстырып қосудың ыңғайлылығы, жөнделетін жабдыққа жақындау, қарау үшін жеткілікті жол және т.б.;
- даму мүмкіндігі. Жүктемелердің ығысуы салдарынан, сондай-ақ жаңа тұтынушылардың үздіксіз пайда болуынан электр торабы даму мен қайта құру жағдайында тұрады. Желілер мен трансформаторлық қосалқы станциялар ауыстырылады, қайта құрылады. Электр торабын жобалағанда, торапты түпкілікті қайта құрмай-ақ, ары қарай кеңейту мүмкіндігі болатындай етіп жобалау керек.
3. Электрмен жабдықтау талаптарына сәйкес электр қондырғылардың орналастыру ережесі (ЭҚОЕ) электр қабылдағыштарды үш категорияға бөледі.
Бірінші категориялы электр қабылдағыштарға электрмен жабдықтаудың үзілісі болғанда адам өміріне қауіп келтіретін, пойыздардың қозғалыс графигі бұзылып, темір жол көлігіне және халық шаруашылығына елеулі нұсқан келтіретін электр қабылдағыштар жатады.
Электр қабылдағыштардың бірінші категориясының құрамынан электр қабылдағыштардың айрықша тобы бөлінеді, бұлардың үздіксіз жұмысы пойыз қозғалысы кезінде апатты болдырмау үшін, адамдардың өміріне төнген қауіпті болдырмау, өрттен сақтандыру және халық шаруашылығында үлкен шығындарды болдырмау үшін қажет.
Екінші категориялы электр қабылдағыштарға электрмен жабдықтаудың үзілісі өндірістік циклдың бұзылуын және энергия сыйымдылығы үлкен кәсіпорындардың жұмысшыларының жұмыстары тоқтап қалуын болдыратын электр қабылдағыштар жатады.
Үшінші категориялы электр қабылдағыштарға бірінші және екінші категориялы электр қабылдағыштарға жатпайтын басқа барлық электр қабылдағыштар жатады.
Бірінші категориялы электр қабылдағыштарды электрмен жабдықтау екі тәуелсіз қорек көзінен қоректенеді, және олардың электрмен жабдықталуы қорек көзінің тек автоматты түрде қайта қалпына келтіру уақытына дейін үзілісі болуға мүмкін. Электр қабылдағыштардың ерекше топтарын электрмен жабдықтау үшін қосымша үшінші тәуелсіз қорек көзі қарастырылуы керек, және осы тәуелсіз қорек көзі ретінде меншікті электр станса немесе аккумулятор батареясы қолданылуы мүмкін.
Екінші категориялы электр қабылдағыштарды электр энергиясымен тәуелсіз екі қорек көзінен қоректендіру ұсынылады. Бұл категориядағы электр қабылдағыштардың қорек көздерінің біреуі істен шыққанда кезекші персонал немесе жолға шығатын оперативті бригаданың екінші қорек көзін қосқанға дейінгі уақытқа дейін электрмен жабдықтаудың үзілісіне жол беріледі. Екінші категориялы электр қабылдағыштардың бір әуе желілерімен (сондай-ақ кабельдік тұғырмен) қоректенуіне рұқсат етіледі, егер де осы желілерде апатты жөндеуді жүргізу уақыты бір тәуліктен аспайтын мүмкіндігі болса. Желіде кабельдік тұғырлар әрқайсысы желінің ұзақтылық рауалы жүктемесі бойынша таңдалынған екі кабельмен орындалуы қажет.q
Екінші категориялы электр қабылдағыштарды бір аппаратқа бірге жалғанатын кем дегенде екі кабельден тұратын бір кабельдік желімен қоректенуіне рұқсат етіледі. Орталықтандырылған резервті трансформаторлар болғанда және істен шыққан трансформаторды бір тәуліктен аспайтын уақытта ауыстыру мүмкіндігі болатын жағдайда, екінші категориялы электр қабылдағыштардың бір трансформатордан қоректенуіне рұқсат беріледі.
Электрмен жабдықтау жүйесінің істен шыққан элементін жөндеу немесе ауыстыру үшін электрмен жабдықтау үзілісі бір тәуліктен аспайтын жағдайда, үшінші категориялы электр қабылдағыштардың электрмен жабдықталуы бір қорек көзінен қоректенуі мүмкін.
4.Әуе электр беріліс желілері (ӘЭБЖ)
ӘЭБЖ деп ашық ауада орналасқан және бағандарға оқшаулатқыштар мен арматуралардың, көпірлерде және жол айрықтарында кронштейндер мен тіректердің көмегімен бекітілген электр энергиясын сымдардың бойымен тасымалдауға арналған құрылғыны айтады. Сыртқы электр тораптарында ӘЖ кеңінен қолданылады, себебі олар кабельдік желілерге қарағанда анағұрлым арзан.
Әуе желілерінің (ӘЖ) сымдары. Әуе желілерінде оқшауланбаған (жалаңаш) сымдарды пайдаланады. ӘЖ жеткіліктімеханикалық беріктілікті және олардың сенімділігін жабдықтау мақсатында сымның асылғысына аудан қимасы аз сымдарды ілуге рұқсат етеді.
Тәжделуге кететін шығындарды азайту шарты бойынша теңіз деңгейінен 1000 м дейінгі белгілерде аудан қимасы: 110 кВ - 70 мм2, 220 кВ - 240 мм2, 330 кВ - 600 мм2 болатын ӘЖ сымдарын қолдану қарастырылған.
Электр тізбектерінің санына қарай ӘЖ бір тізбекті және екі тізбекті болады.
5. Әуе желілерінің тіректері. ӘЖ тірегі жер үстінде сымдарды талап етілген биіктікте, темір жол және автомобиль жолдарының, байланыс желілерінің үстінде ұстап тұру үшін, сонымен қатар сымдарды оқшаулау үшін арналған конструкцияны көрсетеді. Тіректердің типтері мен конструкциялары алуан түрлі болып келеді. Тағайындалуына байланысты тіректерді аралық, анкерлік, ұштық, бұрыштық және транспозициялық деп бөледі.
6. Аралық тіректер жерден белгілі бір қашықтықта сымдарды ұстап тұруға арналған және бойлық бағыттағы немесе қандай да бір бұрышпен орналасқан сымдардың күштеріне есептелмеген; оларды трассаның бойымен тіке жолдарда 1 кВ кернеуге дейінгі ӘЖ үшін 35-45 м аралықта, ал 6, 10 кВ кернеуге дейінгі ӘЖ 50-60 м аралықта ораналастырады. ӘЖ бағандарының 80% көбісін осы аралықтық тіректер құрайды.
Аралық тіректерде сымдарды асылғы гирляндылы оқшаулатқыштардың немесе штырьлік оқшаулатқыштардың көмегімен бекітеді. Сымдар мен аралық тіректің арасында қатаң байланыс болмайды, ал оқшаулатқыштардың гирляндылары вертикалды салбырап тұрады, өйткені қалыпты жағдайда тіректің екі жағындағы сымдардың ауырлығы бірдей болады.
7. Анкерлік тіректер ӘЖ бойымен тартылған сымдардың ауырлығынан айырымдық күшке арналған; оларды трассалардың тіке бөліктерінде тіректік нүктелерде, сонымен қатар әр түрлі құрылымдармен қиылысқан жерлерде орналастырады.
Анкерлік тіректер апаттық жүктемелер кезінде желілердің бүлінуін немесе ақаулану шектіктерін шектейді. Қысқыштары шығыңқы және сымдарының қимасы 185 мм2 дейін болатын желілер үшін анкерлік тіректердің арақашықтығы тіке бөліктерде 5 км үлкен болмауы керек, сымдарының қимасы 185 мм2 жоғары желілерде ол 10 км аспауы керек. Тұйық қысқышты желілерде анкерлік тіректердің арасындағы қашықтық трассаның шарты бойынша таңдалады.
8. Ұштық тіректер әдетте конструкциясы бойынша анкерлік тіректерден айырмашылығы болмайды. Оларды ӘЖ басында және соңында, яғни желінің қосалқы станцияға кірер жерінде орналастырады. Желілер жақтан сымдардың және тростардың ауырлығы ұштық тірек үнемі әсер етеді, өйткені ұштық тіректен қосалқы станцияларға қарай өте ауыр емес сымдар ілінеді. Ұштық тіректерде де сымдар анкерлік тіректердегі сияқты ілінеді.
9. Бұрыштық тіректер сыбайлас өткіндердегі (аралықтардағы) сымдардың әсерінен ішкі бұрыштың биссектрисасы бойынша әсер ететін күштері бар сымдардың керілуіне есептеліп жасалады; оларды ӘЖ трассаларының бағыты өзгеретін жерлерге орналастырады.
Осы аталған тіректерден басқа, ӘЖ арнайы тіректерді де қолданады, мысалы транспозициялық және өтпелі.
10. Транспозициялық тіректер мен өтпелі тіректер
Транспозициялық тіректерді желінің тізбек сымдарын өзгертетін жерлерінде орналастырады, сөйтіп үш фазалы жүйенің симметриялығын жабдықтайды.
Өтпелі тіректерді темір жолдардың, үлкен өзендердің, шатқалдардың және т.б. әуе желілерімен қиылысқан жерлерінде орналастырады. Бұндай тіректерді орналастырғанда аралықтың ұзындығы 1-5 км, ал тіректердің биіктігі 70-80 м дейін жетеді (кеме жүретін өзендердің қиылысында). Өте үлкен аралықтар болған кезде кейбір жағдайда өтпелі тіректерді әр фазаның сымдары үшін жеке орындайды.
Материалдың тегіне қарай тіректерді темір бетонды, ағаш (сіңдірілген) және металл тіректер деп бөледі.
Темір бетонды тіректерді центрифугаланған темірбетоннан жасайды, осының арқасында металлды үнемдейді. Тіректерді конус тәрізді аз еңістелген етіп зауытта арнайы станокпен дайындап шығарады. Тіректердің тіреуіштерінің ұзындығы 20-25 м. Мұндай тіректерді 35 және 110 кВ кернеудегі желілерде пайдаланады. Оларды бұрғылау машинасы қазған цилиндрлі шұңқырға орналастырады. 220 және 500 кВ кернеудегі желілерде де П-тәрізді керілген тіректерді қолданады.
Ағаш тіректер 220 кВ және оған дейінгі кернеудегі ӘЖ қолданылады. Мұндай тіректерді әдетте қарағайдан және балқарағайдан дайындайды. Қарағай жасалған тіректердің қызмет ету мерзімі 5-7 жыл, ал балқарағайдан жасалған тіректердің қызмет ету мерзімі - 15-25 жыл.
Ағаш тіректердің қызмет ету мерзімін арттыру үшін шіруді тоқтататын антисептиктермен сіңдіреді. Сіңдіру құрамының шоғырлануына және сіңдіру тәсіліне байланысты қарағайдан жасалған тіректердің қызмет ету мерзімін 15-25 жылға дейін ұзартуға болады. Мұндай тіректер үшін ағаш бұтақтарының орнына темір бетонды қолданады, бұл олардың қызмет ету мерзімін одан да ұзартады.
Металл тіректерді СтЗ, Ст5 болат маркілерінен дайындайды. Олар берік, әрі сенімді болғанымен, металлдың көп шығындалуын талап етеді. Тоттанудан қорғау үшін металл тіректерді майлы бояумен бояйды. Оларды 110 кВ және одан жоғары кернеулерде қолданады және металл аяқта немесе бетон фундаментке орналастырады.
11. Кабельдердің маркісінің белгіленуі олардың конструкцияларына сәйкес келеді. Қағаз оқшауламалы және алюминий талшықты кабельдердің ААГ, АБГ, ААБ және АСГ маркілері бар. Бірінші әріп талшықтардың материалын, екіншісі – қабықшаның материалын (А –алюминий, С – қорғасын), Г әрпі – қорғаныстық жабындарының жоқ екендігін білдіреді. Болат таспалармен брондалған кабельдердің маркісінде Б әрпі болады. Мыс талшығы бар кабельдерьдің маркілерінде материалдың атын білдіретін белгі қойылмайды. Ең көп тараған кабельдерге алюминий қабықшада алюминий талшығы бар кабельдер жатады: ААГ (қорғаныстық жабынсыз) және ААБ (болат таспамен брондалған). 1000 В дейінгі кабельдердің поливинильхлоридті қабықшасы болады (мұндай кабельдердің маркілерінде В әрпі қойылады).
3 модуль бойынша сұрақтарға жауаптар
Кернеулердің ауытқуы. Кернеу ауытқуы деп ОҚС немесе жүктемелердің жұмыс режимдерінің өзгеруінен туындайтын кернеудің баяу өзгеруін айтады. Кернеу тербелісі деп қалыпты жұмыс режимдерінің бұзылуы кезінде туындайтын (мысалы, қуатты қозғалтқыштың қосылуы кезінде, қысқа тұйықталу кезінде және т.б.) кернеулердің қысқа мерзімдік өзгерісін айтады.
Кернеу тербелісі кернеу өзгерісінің сілтенуімен және жиілігімен бағаланады, мұндағы m – Т=1 сек уақыт ішінде кернеудің 1% үлкен жылдамдықпен өзгеру мөлшері.
Тораптың кернеуінің ауытқуы нақты (фактілік) Uт және номинал кернеулердің арасындағы айырымды көрсетеді және пайызбен өрнектеледі:
. (3.1)
болғанда кернеудің ауытқуы оң, болғанда кернеудің ауытқуы теріс болады.
Егер қарастырылып отырған уақыт кезеңінде желінің басында кернеудің ауытқуы құраса, ал ондағы кернеулердің шығыны тең болса, онда осы уақытта желінің соңындағы кернеулердің ауытқуы тең болады.
Егер тізбек бірнеше бөліктерден тұратын болса, онда тізбектің соңындағы кернеулердің ауытқуы тең.
Егер де тізбекке реттеуші құрылғы жалғанған болса, онда тізбектің басындағы кернеудің ауытқуына реттеуші құрылғылармен туындайтын қосымша кернеуді алгебралық түрде қосу қажет. Онда тораптың кез келген нүктесіндегі кернеудің ауытқуы
, (3.2)
мұндағы - реттеуші құрылғылармен туындайтын қосымша кернеулердің алгебралық қосындысы; - есептік уақыт кезеңіндегі есептік тізбектің барлық бөліктерінің кернеу шығындарының қосындысы.
Қорек көзіне жақын орналасқан электр энергиясы қабылдағышының қысқыштарындағы кернеу номиналды кернеудің берілген шамасынан аспауы керек [9,10]. Онда торапқа жалғанған ең жақын және ең алыс орналасқан қабылдағыштар үшін максималды жүктеме режимге сәйкесті ауытқудың жоғарғы және төменгі шектіктерін аламыз:
, , (3.3)
мұндағы - тораптың ОҚС шиналарындағы кернеудің ауытқуы; - ең жақын орналасқан қабылдағышқа дейінгі кернеулер шығыны (аз мәнде); - ең алыс орналасқан қабылдағышқа дейінгі кернеулер шығыны (үлкен мәнде).
Ауытқудың жоғарғы шектігі әдетте оң, ал төменгі шектігі теріс болады. Соңғы өрнектен
, (3.4)
аламыз.
Егер ОҚС шинасына жалғанған ең жақын қабылдағыш немесе оған дейінгі кернеу шығын өте аз болса, онда деп алынады
. (3.5)
Мысалы, қабылдағыштың қысқыштарында кернеудің мүмкін болатын (рауалы) ауытқуы кезінде болса, онда тораптағы кернеу шығыны
, (3.6)
аспауы керек.
Бұл 3.1-суретте графикалық түрде көрсетілген.
3.1-сурет. Кернеудің ауытқулары мен шығындарының
сұлбасы (а) мен графигі (б)
3.1-кестеде әр түрлі қабылдағыштардың қысқыштарында кернеудің мүмкін болатын (рауалы) шектік мәндері келтірілген.
3.1-кесте.
Әр түрлі қабылдағыштардың қысқыштарында кернеудің мүмкін болатын (рауалы) шектік мәндері
|
Жүктеме түрлері |
Кернеудің ауытқуы, % |
|
|
жоғарғы шектігі |
төменгі шектігі |
|
|
Тұрғын үйлердің, ішкі, сыртқы және апаттық жарықтандыру |
+5 |
-5 |
|
Өндірістік кәсіпорынның және қоғамдық үйлердің ішкі жұмыстық жарықталуы, сонымен бірге сыртқы жарықтандырудың прожекторлық қондырғылары |
+5 |
-2,5 |
|
Асинхронды қозғатқыштардың қоректенуі |
+5 (жеке жағдайда +10) |
-5 |
Жарықтандыру қондырғылары кернеудің ауытқуына өте сезімтал келеді. Кернеу 5% төмендегенде қылшамның жарық ағыны 20% төмендейді.
Өндіруі айналу жиілігімен анықталатын кейбір өндірістер мен механизмдер үшін кернеудің номиналды мәнінен 5% төмендеуі және айналу жиілігінің 0,3% төмендеуі олардың құжаттық өндірілуінің төмендеуіне әкеліп соқтырады.
Аз қуатты автоматика құрылғыларының және т.б. құрылғылардың кернеудің ауытқуына сезімталдығы күшті екенін ерекше атап өту керек. Бұл құрылғыларда кернеудің қажетті деңгейін ұстап тұру арнайы тұрақтандырғыштармен немесе өзіндік сұлбаларда тұрақтандырушы тораптармен жүзеге асырылады.
Негізгі электр қабылдағыштар (күштік және жарықтандыру) үшін кернеудің деңгейін ұстап тұру трансформатордың екінші реттік жағында бірінші реттік орамаларының тармақтануын таңдау арқылы жүргізіледі.
Егер бірінші реттік орамаға берілген кернеу және трансформациялық коэффициент белгілі болса, онда екінші жағында трансформатордағы шығындарды есепке ала отырып, кернеуін немесе кернеудің ауытқуын анықтауға болады.
Өнеркәсіптік кәсіпорындарда қолданылатын қоздырусыз ауыстырылып қосылатын (ҚАҚ) трансформаторлардың жоғары кернеу (ЖК) жағында негізгі және бірнеше қосымша тармақтары болады. Негізгі тармағы тораптың 6, 10, 20 кВ номиналды кернеуіне және номиналды трансформациялық коэффициентіне сәйкес болады. Реттелу тармағының басқа қалпында трансформатордың қосымша ЭҚК (қосымша кернеуі) есепке алынуы керек:
Реттелу тармағының номиналды
кернеуден жұмыстық қалпы, % +5 +2,5 0 -2,5 -5
Трансформатордың қосымша
кернеуі 0 +2,5 +5 +7,5 +10
Кернеулердің тербелуі. Кернеудің тербелуін қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқыштарды жіберу, пісірістіру аппараттардың жұмыстары, доға пештері және әр түрлі вентильді қондырғылар болдырады. Әсіресе кернеулердің тербелуі жарықтандыру қабылдағыш-тарының жұмыстарына әсер етеді. Бұл шамдардың жанып өшуін болдырып, жұмысшылардың көру қабілеттілігін нашарлатады, осының әсерінен шаршау жоғарылап, еңбек өнімділігін төмендетеді. Электронды автоматиканың жарық шамдары мен аспаптарының қысқыштарында кернеудің мүмкін болатын (рауалы) тербелістері (%) олардың жиіліктен тәуелді қайталануын МСТ13109-67 стандарты бойынша қойылады [9,10]:
, (3.11)
мұндағы - бір сағат ішіндегі тербеліс саны; - бір сағат ішіндегі келесі тербелістердің арасындағы орташа интервал.
Егер жүйенің қуаты шексіз болса және желінің активті кедергісін есепке алмаса, онда кернеудің тербелуін электр қабылдағыштың реактивті қуаты арқылы табады:
, (3.12)
мұндағы - электр қабылдағыштың үш фазалы реактивті қуатының өзгеруі; - жүйенің нүктесіндегі қысқа тұйықталу қуаты.
Егер жүйенің қуаты шектелген болса, онда кернеудің ауытқуының рұқсат етілген шектігі қуаттардың келесі қатынастарымен анықталады:
, (3.13)
мұндағы , - электр қозғалтқыштың аз және үлкен жүктемелері; - жүйенің қуаттарының қосындысы.
Электр станциялар мен қосалқы станцияларда кернеулердің тербелуі электрмен жабдықтаудың барлық жүйесінде таралуы мүмкін. Шығыстық желілерде кернеудің тербелуі осы желілерге қосылатын электр энергиясын тұтынушылардың барлығына әсер етуі мүмкін, сонымен қатар басқа желілердегі тұтынушыларға да әсерін тигізуі (аз мөлшерде) мүмкін. Электрмен жабдықтау жүйесінің екінші реттік тораптарында кернеулердің тербелуі тербеліс болған жерлерге жақын орналасқан тораптың бөліктерінде ғана жүріп өтеді.
Электрмен жабдықтау жүйелерін жобалау кезінде кернеулердің тербелісін шектеу үшін келесі талаптар орындалуы керек:
а) күрт өзгеретін жүктемелі электр қабылдағыштарды ең үлкен қуатты қорек көздеріне жақын орналастыру керек;
б) сыртқы электрмен жабдықтау желісінің индуктивті кедергісін азайту қажет;
в) күрт өзгеретін жүктемелі ірі электр қабылдағыштарды қорек көзінен басқы төмендеткіш қосалқы станциясы (БТҚС), жылу электр орталығы (ЖЭО) және т.б. тікелей келетін жеке желілерден қоректендіру мәселесі қарастырылуы керек;
г) қозғалтқыштардың жіберу токтарын және өздігінен жіберу токтарын шектеу керек;
д) қуатты синхронды қозғалтқыштардың қоздырылуын атоматты түрде реттеуді қолдану керек;
е) БТҚС қорек желілері мен трансформаторлардың параллельді жұмысын (секциялық ажыратқыштың тұйықталуы болғанда) қолдану керек;
ж) жарықтандыру жүктемелерін жеке трансформаторлардан қоректендіруді қарастыру керек.
Индуктивтілігі үлкен желілерде жүктемелердің үлкен тербелуі болғанда, кернеулердің тербелуін төмендету үшін бойлы сыйымдылықты қарымталау құрылғыларын (БСҚҚ) қолдану тиімді болып саналады. Бойлы қарымталау кернеудің қатты тербелуін болдырмай, оны тез арада реттеуді қамтамасыз етеді.
Көлденең сыйымдылықты қарымталау (КСҚ) кернеулердің тербелуінің мөлшерін азайпайды, керісінше оларды біршама күшейтуі мүмкін.
Кернеулердің симметриялық еместігі. Үш фазалы тораптарда бір фазалы қабылдағыштардың қосылуының нәтижесінде көптеген жағдайларда кернеулердің симметриялық еместігіне әкеліп соқтырады [9,10,11]. Бұның себебі тораптың жеке бөліктерінде фаза параметрлерінің әр түрлі болуында.
Тура реттілікті жүйеге кері реттілікті жүйедегі кернеуді беттестіру нәтижесінде (3.2, а-сурет) фазалық және фазааралық кернеулердің симметриялық емес жүйелері алынады. Тура реттілікті жүйеге нөлдік реттілікті жүйедегі кернеулерді беттестіру кезінде (3.2, б-сурет) фазалық және кернеулердің симметриялық емес жүйелері алынады және фазааралық кернеулердің симметриялық жүйелері болады.
а – кері реттілікті жүйелердің кернеуі; б – нөлдік реттілікті жүйелердің кернеуі
3.2-сурет. Тура реттілікті жүйеге беттестіру
Үш фазалы жүйенің симметриялық еместігі негізгі жиілікті кері немесе нөлдік реттілікті жүйелердегі кернеулердің салыстырмалы шамаларымен сипатталады және кез келген электр қабылдағыштары үшін 2% дейін рұқсат етіледі.
Қозғалқыштардың қысқыштарындағы кері реттілікті кернеулердің рауалы мәндері ротор бөліктерінің қосымша қызуын шектейді (2% дейін), сонымен қатар синусоидалы емес кернеулерде жоғары гармоникаларды құраушылардың әсерлерін есепке алмайды.
Симметриялық еместікті шектеу үшін екі фазаға реттелетін екі конденсатор батареялары және үшінші фазаға индуктивтілік қосылатын симметриялаушы құрылғылары қолданылуы мүмкін.
Егер қорек көзінің қуаты бір фазалы қабылдағыштардың қуаттарымен салыстырғанда өте үлкен болса, онда симметриялаушы құрылғыларды қолдану экономикалық жағынан тиімді болмайды; бір фазалы электр қабылдағыштардың қуаты тораптың осы нүктесінде қысқа тұйықталу қуатынан 2% жоғары болған кезде ғана оларды орнатуға рұқсат етіледі.
Энергияның индукциялық қабылдағыштары немесе реактивті реактивті қуатты тұтынушылар
Магнитті өрістерді туындатуға қажетті реактивті қуатты тұтынушыларға электр берілістің жеке топтары (трансформаторлар, желілер, реакторлар) да, өзінің әсер ету принципіне қарай электр энергиясын энергияның басқа түріне түрлендіргенде магнит өрісін пайдаланатын электр қабылдағыштар (асинхронды қозғалтқыштар, индукциялық пештер және т.б.) да саналады. Магниттік өрістердің туындалуына байланысты реактивті қуаттың 80-85% дейін асинхронды қозғалтқыштар мен трансформаторлар тұтынады. Реактивті қуаттың жалпы балансының аз ғана бөлігі оның басқа тұтынушыларының, мысалы, индукциялық пештердің, түрлендіргіш қондырғылардың, люминисцентті жарықтандырғыш шамдардың және т.б. еншісіне тиеді [9,10].
Трансформатор реактивті қуатты тұтынушы ретінде. Трансформатор электр станциясынан тұтынушыларға дейін электр энергиясын беруде негізгі топтардың бірі болып саналады. Электр станциясы мен тұтынушылардың арасындағы қашықтыққа және электр энергиясын беру сұлбасына байланысты трансформациялау сатылары екіден алтыға дейінгі шектіктерде жатады. Сондықтан да бекітілген трансформаторлық қуат әлетте энергожүйенің генераторларының қосынды қуатынан бірнеше есе асып түседі. Әрбір трансформатордың өзі реактивті қуатты тұтынушылар болып есептеледі. Реактивті қуат трансформатордың бір орамасынан екінші орамасына энергияны тасымалдау үшін айнымалы магнитті ағынды туындатуға қажет.
Асинхронды қозғалтқыш реактивті қуатты тұтынушы ретінде. Асинхронды қозғалтқыштар активті қуатты тұтынумен қатар, сонымен бірге энергожүйенің барлық реактивті қуат жүктемелерінің 60-65% дейін тұтынады. Әсер ету принципі бойынша асинхронды қозғалтқыш трансформаторға ұқсас болып келеді. Трансформатордағы сияқты, энергия қозғалтқыштың бірінші реттік орамасынан – статордан, екінші реттік орамасына – роторға магнит өрісі арқылы беріледі.
Индукциялық пештер реактивті қуатты тұтынушы ретінде. Өзінің әрекет етуіне байланысты үлкен реактивті қуатты талап ететін ірі электр қабылдағыштарға, барлығынан бұрын, металлдарды балқыту үшін өнеркәсіптік жиілікте индукциялы пештер жатады.
Туындалуы бойынша бұл пештер өзімен бірге қуатты, ал трансформатор жасау жағынан қарағанда, екінші реттік орамасындағы токтармен индукцияланып, балқытылған металл болып саналатын, жетілдірілмеген трансформаторды көрсетеді [9,10].
Сонымен қатар түзеткіштердің көмегімен айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіретін түзеткіштік қондырғылар да реактивті қуатты тұтынушыларға жатады. Түзеткіштік қондырғылар өнеркәсіпте де, көлікте де кең қолдау тапты. Өнеркәсіпте сынаптан жасалған түрлендіргіштері бар үлкен қуатты қондырғылар алюминийді, каустық содаларды және т.б. өндіру кезінде электр оқшауламалық ванналарды қоректендіру үшін пайдаланылады.
Біздің елімізде темір жол көлігінің басым бөлігі толығымен электрлендірілген және электрлендіру үстінде және де темір жолдардың едәуір бөлігі түрлендіргіштік қондырғылардың көмегімен тұрақты токты пайдаланады.
Қолданыстағы электр жабдықтың түріне байланысты жүктеме активті, индуктивті және сыйымдылықты болып бөлінеді. Көптеген жағдайда тұтынушы аралас, яғни активті-индуктивті жүктемелермен байланысады. Осыған байланысты, тұтынушы электр торабынан активті және реактивті энергияларды қатар тұтынуы мүмкін.
Активті энергия пайдалы энергияға, яғни механикалық, жылу, жарық және т.б. энергия түрлеріне түрлендіріледі. Ал реактивті қуат пайдалы жұмыстың орындалуына байланысты емес, керісінше, ол, электр қозғалтқыштарда, трансформаторларда, индукциялық пештерде, пісірістіру трансформаторларында, дроссельдерде және жарықтандыру аспаптарында электр магниттік өрістерді туындату үшін шығындалады.
Реактивті энергияны (қуатты) тұтыну көрсеткішіне қуат коэффициенті (сosφ) жатады. Ол электр қабылдағыштардың тораптан тұтынатын активті қуаты Р мен толық қуатының S қатынасымен анықталады: сosφ = P / S.
Осының салдарынан орамалардан айнымалы ток аққанда, оларда кернеу мен токтың арасында фаза бойынша φ бұрышқа ығысумен шартталатын реактивті ЭҚК индукцияланады. Бұл фазалық ығысу әдетте жоғарылайды, ал сosφ аз жүктеме болғанда төмендейді.
Мысалы, егер де айнымалы ток қозғалтқыштарында толық жүктеме кезінде сosφ = 0,75 - 0,80 құрайтын болса, ал аз жұктеме кезінде ол 0,20 - 0,40 дейін төмендейді. Аз жүктелген трансформаторларда да сosφ мәні төмен болады. Қарымталанбаған электр жабдықтардың қуат коэффициентінің мәндері 2.1 кестеде, ал әр түрлі кәсіпорындардың электрмен жабдықтау жүйелері үшін қуат коэффициентінің оратшаланған мәндері 3.2-кестеде көрсетілген. Оптималды (тиімді) режимде сosφ көрсеткіші бірге тең болуы керек және де нормативті талаптарға сәйкес болуы керек.
Міне сондықтан, реактивті қуатты қарымталау болмағанда реактивті тұтынғаны үшін тұтынушы жалпы бағаның 30–40% төлейді. Осыған сәйкесті реактивті қуатты қарымталау кезінде тораптан қоректенетін ток төмендейді, сosφ-ден тәуелді өткізгіш сымдардың қызуы және оқшауламалардың тозуы және т.б. 30-50% төмендейді. Қазіргі уақытта реактивті қуатты және жүктемені қарымталау дәрежесіне байланысты тұтынушылармен тұтынатын электр энергиясы бойынша төлемақылық тарифке жаңа жеңілдіктер мен үстеме ақыны бекітетін Әдістемелік нұсқаулар жасалуда.
3.2-кесте.
Қарымталанбаған электр жабдықтардың қуат коэффициентінің мәндері
|
Жүктемелердің типі |
Жуықтап алынған қуат коэффициенті |
|
Қуаты 100 кВт дейінгі асинхронды электр қозғалтқыш |
0,6-0,8 |
|
Қуаты 100-250 кВт асинхронды электр қозғалтқыш |
0,8-0,9 |
|
Индукциялық пеш |
0,2-0,6 |
|
Айнымалы тоқтың пісірістіру аппараты |
0,5-0,6 |
|
Электр доғалық пеш |
0,6-0,8 |
|
Күндіз жарықтандыруға арналған шам |
0,5-0,6 |
Жүктемелердің реактивті қуатын бірлескен қарымталау едәуір дәрежеде тораптың өткізгіштік қабілеттілігі бойынша мәселелерді шешуге, өткізгіш желілерде және трансформаторларда шығындарды азайтуға, тораптың кернеуін жоғарылатуға, гармоникаларды және импульстік бөгеуілдерді сүзгілеу арқылы электр энергия сапасын арттыруға көмектеседі. Конденсаторлық қондырғыларды қолдану тұтынушыларға трансформатордың сондай толық қуаты кезінде және кабельдердің сондай қимасында және трансформатордың сондай номиналдарында үлкен пайдалы қуатты алуға мүмкіндік береді. Реактивті қуатты қарымталау қондырғыларын төмендегі көрсетілген құрылғылар пайдаланылатын кәсіпорындарда қолдану қажет:
Электр қабылдағышқа түсірілген кернеудің электр торабының қалыптасқан режимі кезінде жоғары гармоникалары болмауы керек. Тоқ пен кернеулердің жоғары гармоникалар электрмен жабдықтау жүйелерінің барлық элементтерінде активті қуаттың қосымша шығындарын болдырады:
Жоғары гармоникалар синхронды және асинхронды қозғалтқыштарда, олардың механикалық сипаттамаларын және машинаның п.ә.к. нашарлататын паразиттік өрістерді және электр магниттік моменттерді туындатады. Жоғары гармоника өрістерінің әсерінен болатын қайтымсыз физика-химиялық үрдістердің нәтижесінде, сонымен қатар тоқ өткізгіш бөліктердің қызып кетуінің салдарынан келесі келеңсіз жағдайлар орын алуы мүмкін:
Жоғары гармоникалардың болуы тұтынушылардың электр жабдықтарының жұмысына ғана емес, сонымен қатар энергожүйелерде электронды құрылғылардың дұмыстарына да кері әсерін тигізеді. Кейбір қондырғылар (вентильдік түрлендіргіштермен басқарылатын импульсті-фазалық жүйе, автоматиканың комплектілік құрылғылары және т.б.) үшін тоқтың (кернеудің) жеке гармоникаларының рұқсат етілген мәні зауыттық құжатында көрсетіледі.
Реактивті қуатты қарымталайтын қондырғылардың (РҚҚҚ) тағайындалуы - электр тораптарында қуат коэффициентінің белгілі деңгейін жоғарылау және ұстап тұру электр энергиясы мен қуатты төлемақысын үнемдейді, трансформаторлардың қосымша қуатын босатады, тұтынушы торабында шығындарды азайтады, аз қималы электр беріліс желілерін қолдануға мүмкіндік жасайды, күштік электр жжабдықтардың қызмет көрсету мерзімін жоғарылатады, тұтынушы электр қондырғыларда апаттық жағдайды азайтады.
Реактивті қуат пен энергия энергожүйенің жұмысының көрсеткіштерін нашарлатады, яғни
Сонымен қатар реактивті тоқ электр беріліс тораптарын қосымша жүктейді, осының салдарынан сымадар мен кабельдердің қималарының үйлкеюін болдырып, сыртқы және ішкі тораптардың капиталдық шығындарын ұлғайтады.
Электр энергиясын өндіретін жерден тұтынатын жерге дейін тасымалдау үшін басқа ресурстар пайдаланылмай, сол берілетін энергияның бір бөлігі жұмсалатындықтан, оның қандай да бір шығындалуы болады. Электр энергиясының шығындарын төмендету – энергия үнемдеу мәселесінің біріне жатады. Шығындарды жіктеу төрт құраушылардан тұрады:
3. құрал-саймандық шығындар, пайдаланылатын аспаптардың метрологиялық сипаттамалармен мен олардың жұмыс режимдерімен анықталады;
4. коммерциялық шығындар, тұтынушылар тұтынатын электр эергиясының төлемақысын есептейтін санағаштардың көрсетулерінің сәйкес келмеуімен және электр энергиясын тұтыну аймағында бақылауды ұйымдастырудың басқа да себептерімен (бірінші кезекте электр энергиясын ұрлау) шартталады.
U кернеуде R кедергісі бар тораптың элементіндегі активті қуаттың жүктемелік шығындары келесі формула бойынша анықталады:
.
Көптеген жағдайда тораптың элементінің Р (активті қуат) пен Q (реактивті қуаттың) мәні бастапқы кезден-ақ белгісіз болады. Әдетте, электр тізбегінің тораптарында (электр қосалқы станцияларында) жүктемелер белгілі болады. Бұл шамалардың мәндері жүктемелердің әр түрлі кезеңдері (мезгілдік минимумдер максимумдар) үшін берілген параметрлерді анықтауға мүмкіндік беретін нормативті әдістемелер бойынша өлшеу арқылы анықталады.
Формуладан қуат шығындарын төмендету үшін тұтынушылардың реактивті қуатты тұтынуын төмендету және шектеу бойынша іс-шаралар жүргізу маңызды екендігі көрініп тұр.
Аралас жүктемеден тұратын электр тізбектерінде, жеке жағдайда, активті (қыл шамдар, электр қыздырғыштар және т.б.) және индуктивті жүктемеден (электр қозғалтқыштар, таратқыш трансформаторлар, дәнекерлеу жабдықтары, люминисцентті шамдар және т.б.) тұратын электр тізбегінде тораптан алынатын жалпы қуатты келесі векторлық диаграммалардан (3.3-сурет) анықтауға болады.
Индуктивті элементтерде тоқ фаза бойынша кернеуден қалуы кернеу мен тоқтың уақыт интервалында таңбаларының қарама қарсы болуымен шартталады: кернеу оң, ал тоқ теріс және керісінше. Бұл кезеңдерде жүктеме қуатты тұтынбайды, керісінше торап бойымен генераторға беріледі.
Бұл кезде индуктивті элементте жинақталған электр энергиясы активті элементтерде сейілмей, тербелмелі қозғалыс жасай отырып (жүктемеден генераторға және керісінше), торап бойымен таралады. Бұл қуатты реактивті қуат деп атайды. Активті және реактивті қуаттың диаграммасы 3.4-суретте келтірілген.
Толық қуат активті қуаттың (пайдалы жұмыс атқаратын) және магниттік реактивті қуаттың (өрістерді туындатуға және қоректің күштік желілерінде қосымша жүктемені туындатуға шығындалатын) қосындыларынан тұрады [10].
Толық және активті қуаттың арасында, олардың векторларының арасындағы косинус бұрышпен өрнектелетін қатынас қуат коэффициенті (факторы) деп аталады:
,
мұндағы Р – активті қуат, Вт; S – толық қуат, ВА.
Толық қуатты қуаттар үшбұрышынан анықтайды (3.5-сурет):
,
мұндағы Q – реактивті қуат, ВАр.
3.5-сурет. Қуаттар үшбұрышы (диаграммасы)
Активті энергия пайдалы энергияға түрленеді, яғни механикалық, жылу және т.б. энергияға түрленеді. Реактивті энергия пайдалы жұмыстың орындалуына ешқандай қатысы болмайды, алайда ол электр қозғалтқыштардың және трансформаторлардың жұмысы үшін қажетті электр магниттік өрістерді алу үшін қажет.
Энергиямен жабдықтап тұратын ұйымдардан реактивті қуатты тұтыну тиімді емес, өйткені бұл генераторлар мен трансформаторлардың қуатының жоғарылауына, өткізгіш кабельдердің қимасының үлеюіне, сонымен қатар активті шығындар мен кернеулердің түсуінің жоғарылауына әкеліп соқтырады. Сондықтан да реактивті қуатты тұтынушыдан тікелеу алу (генерациялау) тиімді болып саналады. Бұл функцияны реактивті қуатты қарымталайтын қондырғылар орындайды, олардың негізгі элементтеріне конденсаторлар жатады.
Бұл жағдайда реактивті қуат генератор мен жүктеменің арасында тасымалданбайды, керісінше, ол реактивті элементтердің (жүктеменің индуктивті орамалары мен компенсатордың) арасында жергілікті (локальді) тербеліс жасайды. Реактивті қуаттың бұлай қарымталануы («генератор-жүктеме» жүйесінде индуктивті тоқтың төмендеуі), генератордың толық номианлды қуаты болғанда жүктемеге үлкен активті қуатты беруге мүмкіндік жасайды.
Реактивті қуатты тікелей тұтынушыда қарымталау ең тиімді болып саналады, бірақ бұл үрдіс өте ұзаққа созылады, әрі қымбатқа түседі. Мандымды нәтиже алу үшін бірінші кезеңде реактивті қуатты алдымен қосалқы станцияларда қарымталау қажет, бұл тораптың жүгін төмендетуге және энергияны 10-20% үнемдеуге мүмкіндік береді. Қосымша қосалқы станцияларда 0,4 кВ тораптарда аса жүктелген фазалардан аз жүктелген фазаларға абоненттердің қандай да бір бөлігін ауыстыру арқылы фазалардың жүктемесін теңестіру қажет.
Өнеркәсіптік емес жеке тұтынушыларда, әсіресе бір фазалы жүктемесі болатын тұрғын үйлерде бұндай тәсілмен фазаларды теңестіруге болмайды, өйткені олардың жүктемелері шамасы мен сипаты жағынан үздіксіз өзгеріп отырады.
Осы себепті мұндай объектілерде реактивті қуатты қарымталау әрбір фазада жеке орындалуы қажет. Бұл кезде әрбір жағдайда гармоникалық құраушылар әрқашан ескеріліп отыруы керек, қажет болған жағдайда реактивті қуатты қарымталаушы қондырғының сыйымдылықты автоматты реттейтін сүзгілері болуы керек. Бұл жағдайда сүзгі-қарымталаушы құрылғыларды (ФКУ) дұрыс таңдай білу қажет және бұл өте маңызды.
Міне осылай, реактивті қуатты қарымталау бойынша мәселелерді шешу үшін жұмысты бірнеше кезеңде жүргізу керек:
1. қосалқы станцияларда орталықтандырылған (қатаң) қарымталау жүргізіледі және құрамына электр энергияның сапалық көрсеткіштерінің мониторингін, фазаларды теңестіруді, тоқ сүзгішті және РҚҚ қондырғысы кіреді.
2. жеке (нүктелік) қарымталау әрбір пәтер деңгейінде немесе жүктемеге параллельді РҚҚ қондырғыларын (сыйымдылығы онша көп емес косинустық конденсаторларды) тікелей жалғау арқылы жүргізіледі. Бұл іс-шара тоқтың синусоидалығын, сонымен қатар техникалық шығындарды төмендетуге мүмкіндік жасайды. Мұндай іс-шаралар ғимарат ішінде орналасқан электр қондырғылары үшін де жүргізілуі керек.
Индуктивті қуатты тұтынатын негізгі тұтынушыларға, төмендеткіш трансформаторлардың, асинхронды қозғалтқыштардың, электрмен дәнекерлеу жабдықтың, индукциялық пештердің және т.б. жұмыстары үшін қажетті индуктивті қуатты талап ететін өнеркәсіптік және өндірістік кәсіпорындар саналғанымен, өнеркәсіптік емес объектілерді де есептен шығармау керек. Өйткені қазіргі уақытта әлеуметтік-тұрмыстық сферасында индукциялық қуатты тұтынатын әр түрлі электр жетектерді, тұрақтандырғыш және түрлендіргіш құрылғыларды қолдану мөлшері күрт өсіп отырғаны анықталды. Жартылай өткізгішті түрлендіргіштерді қолдану тоқ қисығының формасын нашарлатып, басқа электр қабылдағыштардың жұмысына кері әсерін тигізеді, олардың қызмет ету мерзімін қысқартады, сонымен қатар электр энергияның қосымша шығындарын болдырады. Қазіргі кезде пәтерлер мен офистерде кеңінен етек алған люминесцентті заманауи шамдар арзан қолды қытай конденсаторларымен жиналады, олардың қызмет ету мерзімі әдетте бірнеше сағатқа ғана жарамды. Бұндай жарық көздерінің косинус φ 0,5 көп емес.
Электр энергияның сапасын және реактивті қуатты қарымталауды арттырудың үш негізгі мәселесін кезеңдік шешу қажет – бұл электр энергияның сапалық көрсеткіштерінің:
арнайы нормативтік деңгейлерін жабдықтау.
Бір фазалы, жүктемесі бойынша жеке өзгермелі болатын коммуналды-тұрмыстық тұтынушылардың таратушы тораптарында РҚҚ қондырғылары өте сирек қолданылады. Дегенмен соңғы он жыл ішінде қаланың тұрғын секторының 1 м2 электр энергиясының шығыны үш есе жоғарылағанын, қалалық инфраструктура тораптарында күштік трансформатордың орташа статистикалық қуаты 325 кВА жеткенін және трансформаторлық қуатты пайдалану аймағы кеңейтіліп (жоғарылап), 250-400 кВА шектікте болатынын есепке алатын болсақ, онда РҚҚ қондырғыларын қолдану қажеттілігі бар болатындығы байқалады.
Реактивті қуатты қарымталайтын қондырғыларды жасайтын «Schneider Electric», «NOKIAN CAPACITORS», «Epcos AG», «AREVA», «Electronicon» шетелдік өндірушілер мен «Диал-электролюкс», «Электроинтер», «НЮКОН», Өскемен конденсаторлық зауыты, «Элтехника» және т.б. отандық өндірушілердің арасында маркетингтік зерттеулер жүргізілді. РҚҚ қондырғыларын пайдалану бойынша инструкцияларда қуат коэффициентін максималды жүктелген фаза немесе «А» фазасы бойынша реттеу мүмкіндігі көрсетілген. Фаза бойынша реттеу жайындағы қойылған мәселені шешу үшін бұндай аспаптарды жасау бойынша ғылыми-зерттеу жұмысынан бастау қажет. Кері жағдайда, жоғарыда айтылғандай, реактивті қуатты әрбір фазада қарымталауды жүргізу керек немесе реактивті қуатты реактивті энергия көзінен тікелей (немесе оның айналасында) қарымталау керек.
Жобалау қорытындысы бойынша тұрғын үйде қыстың бір айында реактивті қуатты қарымталау кезінде электр энергиясын тұтынуды 3% қысқартуға мүмкін болатыны анықталды, бұл кезде үйге келіп тұрған қуат 400 кВА құрайды.
Электр энергияны өндіру, беру және тұтынудың тиімділігін арттыру мәселесі өнімнің энергия сыйымдылығын төмендету мақсатында актуалды мәселенің бірі болып табылады. Өнімнің энергия сыйымдылығын төмендету оның өзіндік құнын төмендету арқылы бәсекелесу қабілеттілігін арттыруға мүмкіндік береді. Бұл мәселенің өзектілігі энергия ресурстары шектеулі мемлекеттер (бұндай елдерге, энергия тасымалдаушыларда мұқтаждықтың 50% жуығын тек өздерінің энергоресурстарымен қанағаттандыра алатын Ураинаны жатқызуға болады) үшін екі есе арта түседі.
Реактивті қуатты қарымталау әсіресе өнеркәсіптік өндірістер үшін өзекті мәселенің бірі болып саналады. Өнеркәсіптік өндірістің электр торабында реактивті қуаттың мәні электр қабылдағыштардың параметрлерімен және жұмыс режимдерімен анықталады. Реактивті қуаттың асқын ағуы электр торабында еріксіз балласты болып саналады, олардың болуы келесі келеңсіз құбылыстарды болдырады:
Осы себепті оларды шектеу қажет. Бұған сәйкесті энергия тұтыну құрылғылардың шиналарына жалғанған реактивті қуат көздерінен реактивті қуаттың тек қажетті бөлігін алу арқылы қол жеткізуге болады.
Реактивті қуатты қарымталау электр энергиясының шығындарын және электр тораптарын құру мен пайдалануға кететін шығындарды төмендетуді қамтамасыз етеді.
Жоғарыда айтылғандардан өнеркәсіптік өндірістерде реактивті қуатты қарымталау мәселесі тек кәсіпорынның көлемінде ғана емес, бүкіл энергожүйе үшін толығымен экономикалық ақталуы қажет.
Бұл жүргізілетін жұмыстың мақсатына өнеркәсіптік өндірістің электрмен жабдықтау жүйесінде келтірілген шығындарды реактивті энергияның төлемақысын ескере отырып азайту, электр тораптарына оптималды конденсаторлық батареяларды орналастыру арқылы және өнеркәсіптік өндірістің торабында реактивті қуатты қарымталау мақсатында синхронды қозғалтқыштардың жұмыс режимдерін дұрыс таңдау арқықэлектр энергия шығындарын азайту жатады. Ал зерттеу міндетіне сәйкесті программаны ары қарай жетілдіру жатады.
Қолданыстағы зерттеулер мен өңдеулерге талдау жасау кезінде өнеркәсіптік өндіріс тораптарында РҚҚ тиімділігі қарастырылады. Бұл мәселенің шешіміне РҚҚ құрылғыларын орналастыру орындарын және шунттаушы сыйымдылықтардың мәнін анықтау жатады.
3.3. Өнеркәсіптік кәсіпорындардың электрмен жабдықтау жүйелерінде энергия үнемдеу
Электрмен жабдықтау жүйелерінде энергия үнемдеудің негізгі ұйымдастырушылық және техникалық шаралары.
Кәсіпорынды электрмен жабдықтау жүйесіне келесі құрылғылар кіреді:
- 0,4 кВ, 6 немесе 10 кВ кернеудегі электр тораптары;
- төмендеткіш трансформаторлар;
- электр қозғалтқыштары;
- электр жетегі;
- жарықтандыру комплекстері;
- автоматтандыру жүйелері және т.б. кіреді.
Электр энергиясын үнемдеу және оны үнемді жарату мәселелері ұйымдастырушылық және техникалық шаралардан тұрады. Ұйымдастырушылық шаралары өзіне келесі шараларды кіргізеді:
- электр энергиясын тұтыну жоспарларын жасау және оны жаратудың меншікті нормаларын өңдеу;
- күштік электр қондырғылардың электр энергиясын тұтынуын ретке келтіру;
- электр жарықтандыру құралдарын рационалды (тиімді) пайдалануды ұстап тұру;
- электр энергия шығындары есепке алып отыру;
- энергия үнемдеу ұжымдары мен тұтынушылар арасындағы өзара есептердің дұрыстығын қадағалау;
- электр энергиясын үнемдеу бойынша жұмыстарын қорытындылау.
Техникалық шараларға келесі шаралар кіреді:
- электр тораптарында және электр беріліс желілерінде электр энергиясының шығындарын төмендету;
- электр тораптарын кернеуді өзгертпей жаңарту;
- электр тораптарын жоғарылатылған кернеуге көшіру;
- резервті электр беріліс желілерін жүктеменің астында қосу;
- күштік трансформаторларда шығындарды төмендету;
- трансформаторлардың бір мезгілде жұмыс істеуінің экономикалық тиімді режимін қолдану.
Электр энергетикада негізгі энергия үнемдеу бағыттары:
- электр қозғалтқыштардың, механизм жетектерінің және трансформаторлардың (қуат коэффициенттері мен пайдалы әсер коэффициенттерінің жоғарылауын жабдықтайтын) қуатын тиімді әрі дұрыс таңдау;
- электр энергиясын үнемді шығындауға бағытталған электр жетектері мен жарықтандыру тораптарын автоматтандыру;
- ауыспалы өндірілімі бар механизмдерде жиілікті-реттелетін электр жетегін қолдану;
- электр энергиясы шығындарының нормаларын есепке ала отырып, өндірістік-технологиялық үрдістерді жасау.
Кәсіпорындарды электрмен жабдықтау жүйелерінде энергияны үнемдеу келесі негізгі шараларды өзіне кіргізеді:
1. синхронды қозғалтқыштардың (СҚ) қоздыру жүйелерінің аналогты қоздыру құрылғыларын цифрлық қоздыру құрығыларымен алмастыру арқылы жаңарту (ЦҚҚ).
Цифрлық қоздыру (ЦҚҚ) қоздырғыштың сенімділігін арттыруға, синхронды қозғалтқышты жүргізіп жіберуишартын жақсатуға мүмкіндік береді, өтпелі және жүктемелік режимдерде синхронды қозғалтқыштардың жұмыстарын оперативті талдауды жабдықтайды, қызмет көрсететін персоналды дұрыс емес әсерлерден қорғауды жабдықтайды, сыбайлас тораптағы шығындарды төмендетеді, синхронды қозғалтқыштың жұмысының статикалық және динамикалық тұрақтылығын жоғарылатады;
2. синхронды қозғалтқыштардың жұмыс өндірімділігін реттеу үшін гидродинамикалық муфтыларды қолдану. Бұл муфтыларды пайдалану электр энергиясын 15% дейін үнемдеуге, технологияылық үрдістердің параметрлерін реттеу сапасын арттыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар синхронды қозғалтқыштың қызмет ету мерзімін ұзартады және қозғалтқышты жүктемесіз жүргізіп жіберуге мүмкіндік береді;
3. синхронды қозғалтқыштар үшін жартылай өткізгішті жіберу құрылғыларын орналастыру;
4. жарықтандыру қазіргі заманғы заманауи комплекстерін, яғни металл галогенді шамдарды пайдалану. ДРЛ-400 шамдарының орнына НЛВД-300 шамдарын орналастыру; Қыл шамдарды шағын Е-27 типті люминесцентті шамдарына ауыстыру;
5. қазіргі заманғы заманауи микропроцессорлық техника негізінде энергоресурстарды автоматтандырылған коммерциялық есепке алу жүйелерін дамыту және өндіріске енгізу;
6. негізгі және қосалқы жабдықтарда жиілікті-реттелетін электр жетегін және автоматты реттеу жүйелерін енгізу және оларды дамыту;
7. синхронды қозғалтқыштарды қоздыруды автоматты реттеу және статикалық конденсаторлардың батареяларын автоматты қосу арқылы электрмен жабдықтау жүйелерінің жұмыс режимдерін реактивті қуат бойынша тиімділендіру;
8. электрлік сорғылар (насостар) үшін заманауи жоғары технологиялы тығыз материалдарды қолдану;
9. фотореле қондырғыларын орналастыру арқылы жарықтандыру қондырғыларын автоматты басқару жүйесін қолдану сонымен бірге жарықтандыру шамдарын үнемі (график бойынша) тазалауды автоматтандыру.
Құрылыс алаңдарында, кәсіпорындарда және коммуналды-тұрмыстық құрылымдарда электр қондырғыларды жобалау және пайдалану (эксплуатациялау) кезінде электр энергиясын үнемдеудің негізгі бағыттары өзіне келесі бағыттарды кіргізеді:
Электр энергиясын үнемдеу бойынша ұйымдастырушылық шараларымен қатар, электр қондырғыларды жобалау, монтаждау және пайдалану үрсісінде жүзеге асырылатын техникалық шаралармен де энергоресурстарды үнемдеуге болады.
Жобалау және монтаждау кезінде энергия шығындарын төмендету арқылы электр энергиясын үнемдеуге болады:
- электр тораптарында:
• сымдардың оптималды қимасын рационалды (тиімді) таңдау;
• өтпелі кедергілері аз болатын қосылыс тәсілдерін қолдану;
• фазаларда жүктемердің біркелкі (бірқалыпты) таралуы;
- электр жетектерінде:
• электрлік машиналардың қуаттарын тиімді (жүктемелік коэффициенті бойынша) таңдау;
• электрлік машиналардың бос жүріс режимдерін автоматты шектеу қондырғылары;
• олардың оптималды (тиімді) жүктелуі;
• параллель жұмыс істейтін трансформаторлар үшін үнемді жұмыс режимдерін жабдықтау;
- компрессорлық қондырғыларда:
• сығымдалған ауа шығындарының тербелуі кезінде компрессордың жұмыс өндірілімін реттеу;
• сорғыш клапандардың автоматты ашылуы;
• номиналды жұмыстық қысымы аз компрессорларды пайдалану;
• қабылдағыштар алдында сығымдалған ауаны қыздыру;
• поршеньді ауа комперссорларын резонансты үрлеуді жүзеге асыру;
• пневматикалық сайманды (тиімді жерлерде) электр сайманына ауыстыру;
- сорғылық қондырғыларда:
• сорғылық агрегаттардың жұмыстарын автоматтандыру;
• жоғары ПӘК бар сорғыларды пайдалану;
- желдеткіш (вентиляция) қондырғыларында:
• желдеткіштерді автоматтандыру;
• экономикалық тиімді желдеткіштерді қолдану;
• өндірілімді реттеудің үнемді тәсілдерін енгізу;
• қақпаларды ашу және жабу құрылғылары бар желдеткіштерді блоктау;
- жарықтандыру электр қондырғыларында:
• шамдардың типтерін дұрыс таңдау;
• шамдарды әр түрлі автоматты түрде қосу және ажырату құрылғыларын пайдалану;
• тораптың кернеуін номиналды деңгейде ұстау.
Электр қондырғыларды пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу келесі шарттар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін [2,3]:
- электр торапты бақылау және резервті желіні өз уақытында қосу, сонымен қатар жүктемелерді фазаларға бірқалыпты (біркелкі) бөлу;
- трансформаторлардың үнемді жұмыс режимін енгізу;
- технологиялық жұмыстық машиналардың жүктемесін жоғарылату;
- ірі электр машиналарында бос жүрісті шектегіш қондырғыларды орналастыру;
- жүктелмеген электр қозғалтқыштарды анықтап, оларды қуаты аз электр қозғалтқыштарымен ауыстыру.
Компрессорларды пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу поршеньді ауа компрессорларын резонансты үрлеуді қолдану арқылы, сығымдалған ауаның жылыстауын жүйелік бақылау, жұмыс істемейтін уақытта бөліктерді және бүкіл торапты өшіру арқылы жүзеге асырылады.
Сорғылық (насостық) қондырғыларды пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу сорғылардың жүктелуін жақсарту арқылы және олардың жұмыстарын реттеу, судың шығындарын қысқарту арқылы жүзеге асырылады.
Желдеткіш (вентилятор) қондырғыларын пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу ескі желдеткіштерді жаңаға ауыстыру, желдеткіштердің жұмыс өндірілімін реттеудің заманауи тәсілдерін дамыту, қондырғыларды автоматты басқару арқылы жабдықталады.
Жарықтандыру қондырғыларды пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу қылы бар жарықтандыру шамдарды газразрядты жарықтандыру шамдармен ауыстыру, шамдарды дер кезінде тазалау, тораптың кернеуін номиналды деңгейін әрқашан да ұстап отыру және жарықтандыру қондырғыларын автоматты басқару арқылы қол жеткізіледі.
Операциялар аралығындағы уақыты (бос жүріс уақыты) 10 с жоғары болатын станоктарды пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу бос жүріс шектегіштерін қолдану арқылы жабдықталады. Оперция аралығындағы уақыт 10 с аз болғанда бос жүріс шектегіштерінің тиімділігі жайлы мәселе бақылау есептеулері арқылы шешіледі.
Жүктелмеген электр қозғалтқыштарын пайдалану кезінде электр энергиясын үнемдеу қуаты аз электр қозғалқыштармен ауыстыру арқылы жүзеге асырылады.
Егер де электр қозғалтқыштың орташа жүктемесі номиналды қуаттың 45% аз пайызды құрайтын болса, онда оны аз қуатты электр қозғалтқышпен ауыстыру әрқашан да тиімді.
Электр қозғалтқыштың номиналды қуаттың 70 % көбін құраса, онда оны ауыстыру тиімді емес. Электр қозғалтқыштың номиналды қуаттың 45...70 % шектікте құраса, оны ауыстыру үшін электр жүйедегі және электр қозғалтқыштағы активті қуаттың қосынды шығындарының төмендетілуімен анықталуы (расталуы) керек.
Өндірістің энергия сыйымдылығын арттыру, өндірістік үрдістерге қатысатын техника мөлшері (саны), энергия тасымалдаушыларда бағаның үнемі өсіп отыруы, электр энергиясын үнемдеу жайлы мәселені маңыздылығы салмақты фактор екендігін айқындайды.
Электр энергиясын үнемдеудің әмбебап тәсілдері әзірге әлі жоқ десе де болады, дегенмен энергияны сапалы үнемдеудің жаңа деңгейін айқындауға көмектесетін әдістемелер, технологиялар мен құрылғылар жасалып шығарылды.
Электр энергиясын үнемдеу мәселесі ауқымды мәселенің біріне жатады және барлық өндірістік қуатты мүмкіндігінше минималды энергетикалық шығындар кезінде тиімді, әрі максималды пайдаланудың стратегиялық жоспары құрылуы керек.
Электр энергиясын үнемді жарату электр энергия шығындарын төмендетуге арналған энергия үнемдегіш технологияларды пайдалануға негізделген. Жабдықтардың жұмысы кезіндегі шығындарды азайтуға мүмкіндік беретін құрылғылар аз емес, соның ішінде ең негізгі құрылғылардың біріне конденсаторлық қондырғылар және жиілікті-реттелетін жетектер жатады.
3.4. Кәсіпорындардың электрмен жабдықтау жүйелерінде конденсаторлық қондырғыларды қолдану
Энергия үнемдеуші конденсаторлық қондырғылар. Конденсаторлық қондырғыларды (реактивті қуатты қарымталаушы қондырғыларды) қолдану реактивті қуатты қарымталау арқылы электр энергиясын едәуір үнемдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар электр энергиясын тиімді тұтыну режимінің арқасында конденсаторлық қондырғыларды (реактивті қуатты қарымталаушы қондырғыларды) пайдалану кезінде болатын сәттіліктерді атап өтуге болады:
Станоктар, компрессорлар, сорғылар, пісірістіру трансформаторлары, электролизді қондырғыларды және күрт ауыспалы жүктемесі бар басқа да тұтынушылары бар кәсіпорындарда, атап айтқанда металлургиялық, кен өндіретін кәсіпорындарда, тамақ өнеркәсібінде, машина жасау өнеркәсібінде, ағаш өңдейтін және құрылыс материалдары өндірістерінде, яғни өндірістік және технологиялық үрдістерде соs φ 0,5-тен 0,8 дейін тербелетін өндірістердің барлығында конденсаторлық қондырғыларды пайдалану тиімді.
КРМ-04 (УКМ-58, УККРМ және АКУ аналогы) конденсаторлық қондырғылары 0,4 кВ кернеудегі электр торабында бір таратушы құрылғыға бірнеше индуктивті жүктемелердің реактивті қуатының орталықтандырылып (жалпы) қарымталауға арналған (3.6-сурет).
Қазақстанның көптеген аймақтарында cosφ жоғарлатуға ынталандыру (тораптан тұтынылатын реактивті қуатты төмендету) үшін реактивті қуатты тұтынуға жоғары (сезімтал) тариф енгізілген. Бұл кәсіпорындарда электр энегиясын жалпы үнемдеуге арналған
3.5. Электрмен жабдықтаудың сыртқы және ішкі сұлбалары
Іс жүзінде ірі стансалар мен тораптардың электрмен жабдықтау сұлбаларын жаңа кәсіпорындардың, парктердің, ауылдардың құрылыс-тарына (мысалы, бөлік электр тартылымға өткенде, локомотив немесе вагон шаруашылықтарын қайта құрғанда) байланысты қайтадан құру жиі кездеседі. Бұл жағдайда жаңа трансформаторлық қосалқы станциясы (ТҚС) салынады, істеп тұрған ТҚС жаңартылады, трансформаторларды қуаты үлкен трансформаторлармен ауыстырады, бөліктерде қорек және таратушы желілердің әуе және кабель желілері құрылады.
Қолданыстағы станцияның электрмен жабдықтау сұлбалары мен таратушы тораптары тұтынушыларды электрмен жабдықтау сенімділігінің талаптарын әр кезде қанағаттандыра алмайды. Жаңартылып салынған кәсіпорындардың электрлік жүктемелерін және олардың категорияларын есепке алғанда электрмен жабдықтау сұлбасы да жаңартылып, сенімділіктің талаптарына, рауалы токтық жүктемелеріне және қалыпты және апаттан кейінгі режимдерде кернеу деңгейлеріне толығымен жауап беруі керек. Бекеттерде немесе тораптарда жаңа объектілерді салу барысында электрлік жүктемелердің өсуіне байланысты қорек көздерінің қуаттарын тексеру қажет және қажет болған жағдайда қолданылып тұрған қорек көздерінің қуаттарын күшейтуді қарастыру керек немесе қоректі басқа қорек көзінен, мысалы, тартылым қосалқы станциясынан алу қарастырылуы керек.
Қорек көзін таңдау мәселесі әр түрлі қорек көздерінің техника-экономикалық салыстыру варианттарының негізінде шешілуі керек. Кейбір жағдайда қолданылып тұрған қорек көзін резервті қорек ретінде сақтауға және жаңа негізгі қорек көзін қарастыру тиімді.
Электрмен жабдықтау сұлбаларын жаңартуға байланысты мәселелерді шешу үшін бекеттің немесе тораптың (қорек көздерінің қуаттарын таңдау үшін) және жеке кәсіпорынның (электрмен жабдықтау сұлбаларының жеке элементтерін тексеру үшін) қолданылып жүрген есептік жүктемелері жайлы мәліметтер болуы керек. Жаңа кәсіпорынның есептік электрлік жүктемелері, қолданылып жүрген есептік электрлік жүктемелермен қосылады. Бекеттің немесе тораптың максималды жүктемелерін анықтау үшін жолдарда жыл сайын құрастырылатын жүктемелердің тәуліктік графиктері қолданылады. Есептеулерде болашақта электрлік жүктемелердің өсуі есепке алынуы керек.
Ірі бекеттің таратушы тораптары үшін әдетте 10 кВ кернеу қолданылады. Кейбір жағдайларда генераторлық кернеуде өзінің құрылғыларынан жасалынған және 20 кВ кернеуде басқа жабдықтан жасалынған таратушы тораптары сақталатын болса, онда бұл кернеу ірі бекеттердің таратушы тораптары үшін де және темір жолдың тартылым емес тұтынушыларының электрмен жабдықтаудың басқа жүйелері үшін де маңызы зор.
Ірі бекетті және тораптарды электрмен жабдықтау үшін әдетте екі сатылы сұлбалар, яғни қорек көзінен (ҚК) қорек желілері бойынша кернеу орталық таратушы пунктке (ОТП) немесе таратушы пунктке (ТП) (1-ші сатысы) беріледі, содан соң ТП-тен тұтынушылардың трансформаторлық қосалқы станциясына (ТҚС) дейін таратушы тораптарымен орындалады (2-ші сатысы). Электрмен жабдықтау жүйесі оның элементтерінің барлығы да жүктелген болуы керек. Қалыпты режимде техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартудан басқа, электрмен жабдықтаудың сенімділігін жоғарылатуға шешім қабылдау керек. Себебі, жүйенің элементтері суық резервте тұратындықтан, олар бұзылып, апаттан кейінгі режимде қолданылмай қалуы мүмкін.
Қорек көздерінен таратушы құрылғыларға дейін ТП шиналарының әр түрлі секцияларына жалғанатын екіден кем емес қорек желісі қарастырылуы керек. Ірі бекеттер мен тораптарда бірнеше ТП орналасуы мүмкін. Бұл жағдайда ТП аймақтық орналасуына байланысты қорек желілері, қорек көздерінен әрбір ТП немесе ОТП шиналары арқылы жеке салынуы мүмкін. 10 кВ шиналардың арасындағы әр түрлі ТП, әдетте, апаттан кейінгі режимдерде өзара резервтелу үшін байланыс қарастырылуы керек. Көптеген жағдайда электрмен жабдықтау жүйесінің элементтері жеке жұмыс істейтіндей етіп қолданылады, яғни желі-трансформатор. Бұл жағдайда қысқа тұйықталу токтары төмендеп, релелік қорғаныстың жұмысы жеңілдейді. Электрмен жабдықтау жүйесінің сенімділігін жақсарту үшін барлық бөліктердің секциялау, яғни қорек көзінен секциялық аппараттарда РАҚ қарапайым сұлбаларымен орындалған ТП төменгі кернеу жинақтаушы шиналарына дейін секциялау қолданылуы қажет.
Ірі бекеттер мен тораптардың таратушы тораптарында радиалды, магистралды және аралас сұлбалар қолданылады.
Тепловозды тартылымы бар темір жолының бөліктеріндегі бойлы электрмен жабдықтаудың қорегі, әдетте ірі бекеттерді қоректендіретін электрмен жабдықтау қорек көздерімен жүзеге асырылады. Желілерді мөлшерленген кернеу деңгейімен жабдықтау, сыбайлас жатқан екі ірі бекеттердің арасындағы бөлікте қосымша қорек көзін орналастыру арқылы немесе бойлы электрмен жабдықтау желілерінде кернеуді өсіру арқылы жүзеге асырылады. Бөліктің бойлы электрмен жабдықтау сұлбасы бойынша соңғы шешім, техника-экономикалық есептеулер негізінде, сонымен қатар бөлікті электрлік тартылымға өткізуді есепке ала отырып, қабылдануы керек. Қорек көздері мен жүктемелердің арасындағы арақашықтыққа байланысты тепловозды тартылымы бар темір жолының бөліктеріндегі бойлы электрмен жабдықтау желісі үшін 10, 20 және 35 кВ кернеулерде қарастырылуы керек.
Бойлы электрмен жабдықтау желілері үшін 20 кВ кернеудің басқа кернеулермен салыстырғанда техника-экономикалық көрсеткіштері жақсырақ болады, бірақ 20 кВ комплектілік өнеркәсіпті игергенге дейін, ол кең қолдау таппай отыр.
35 кВ бойлы электрмен жабдықтау желілерімен бірге жалпы тіректерде автоблоктауды (БОБ ӘЖ) электрмен жабдықтау үшін 10 кВ кернеудегі үш фазалы екінші желі қосылып жалғанады.
Тепловозды тартылымы бар темір жолының бөліктерінде көбінесе әрқайсысы 10 кВ кернеулі бойлы электрмен жабдықтау тізбектері және ӘЖ БОБ екі тізбекті желілері құрылады [10,11]. Тепловозды тартылымды бөліктерде қозғалыс аз болған жағдайда екі тізбекті желілер қолданымдық сенімділікті жеткілікті түрде жабдықтайды. Бұндай бөліктердің электрлік тартылымға көшуі кезінде және қозғалыс мөлшері біршама өскен кезде, екі тізбекті желілер БОБ ӘЖ біртізбекті желілеріне шығынсыз (аз мөлшерде) жабдықталады, ал бойлы электрмен жабдықтау желілері түйіспелі торптың тіректеріне ілінеді.
Темір жолдың электрлендірілген бөліктерінде, әдетте, бойлы электрмен жабдықтау желілерінің қорек көздеріне тартылым қосалқы станциясы жатады.
Тұрақты ток бөліктерінде тартылым қосалқы стансаларының арасындағы қашықтық 25 км аспауы керек. Бұндай иіндегі тартылым емес тұтынушыларды электрмен жабдықтау көбінесе 10 кВ кернеудегі бойлы электрмен жабдықтау желілері арқылы орындалады.
Айнымалы ток бөліктерінде тартылым емес тұтынушыларды электрмен жабдықтау 25 кВ кернеуде «екі сым-рельс» (ЕСР) жүйесі бойынша бойлы электрмен жабдықтау желілері қолданылады.
Егер ірі жүктемелерді (тұрақты ток бөліктеріндегі тартылым қосалқы станциялары немесе басқа топтасқан жүктемелер) қоректендіру үшін түйіспелі тораптың тіректерінде 35 кВ ӘЖ салынатын болса, онда 35 кВ ӘЖ тартылым емес тұтынушылардың бойлы электрмен жабдықтау желілері ретінде қолданылады.
Жеке жағдайда, айнымалы ток бөліктеріндегі түйіспелі тораптың тіректерінде 10 кВ кернеудегі бойлы электрмен жабдықтау желілерін құру қажеттігі туындайды. Бұл 10 кВ кернеуде істеп тұрған трансформаторлық қосалқы станцияны және таратушы пункттерді сақтап қалу керектігі немесе басқа да жағдайларға байланысты болуы мүмкін. Кейбір бөліктердің күрделі рельефті немесе инженерлік-геологиялық шарттарына байланысты түйіспелі тораптың жеке тіректерінде БОБ ӘЖ трассаларын салу қиынға соғады. Бұл жағдайда түйіспелі тораптың тіректерінде БОБ ӘЖ 10 кВ кернеуде салу варианты қарастырылады. Тұрақты токтың электрлендірілген бөліктерінің айнымалы токқа көшуі кезінде түйіспелі тораптың тіректерінде 10 кВ ӘЖ сақтау мүмкіндігі жайлы мәселе шешілуі қажет. Айнымалы ток түйіспелі торабының тіректерінде ілінген әуе желілерінің ерекшелігіне, олардың тартылым торабының электр магнитті әсеріне ықпалы (әсерлесуі) жатады.
ӘЖ сымдарындағы кернеу айнымалы токтың тартылым тораптарындағы электрлік және магниттік әсерлерден индукцияланады. 10 кВ ТҚ шинасындағы кернеудің жоғарғы жағына жерлендірілген бейтарап нүктелі НТМИ-10 типті кернеу трансформаторының жалғануы кернеуде электрлік әсерді болдырмайды. Сондықтан есептеу кезінде тек тартылым тораптың магниттік әсерінен индукцияланатын ЭҚК есепке алу керек.
Есептік режим ретінде келесі режимдер қабылданады:
- фидер аймағының ортасында тартылым торабының қысқа тұйықталуы кезіндегі ӘЖ қалыпты жұмыс режимі (3.7, а-сурет);
- тартылым торабының еріксіз жұмыс режимі. Бұл режим ұзақ уақытқа созылатындықтан, есептік режим ретінде бір фазаның жерге тұйықталуы кезіндегі 10 кВ ӘЖ жұмыс режимдерін алады (3.7, б-сурет).
10 кВ ӘЖ сымдарындағы қорытынды кернеудің алынған максималды мәндері бойынша жерлендіруге қатысты оның тартылым тораптың магнитті әсер аймағындағы жұмыстық шарттарына желілердің оқшауламаларының сәйкестігін тексереді.
3.7-сурет. Тартылым тораптың әсерлік аймағында10 кВ ӘЖ кернеуінің векторлық диаграммалары
10 кВ ӘЖ қоректенетін трансформаторлардың шықпаларындағы рауалы ұзартылған кернеу, әдетте 10 кВ ӘЖ сымдарындағы қорытынды кернеуден біршама төмен болады.
Жерге тұйықталу кезінде желі жабдықтары релелік қорғаныстың әсерінен ажыратылған жағдайда, қысқа мерзімді режимдегі (0,2-0,25сек) трансформаторлар үшін рұқсат етілген кернеу сынақтық кернеудің 60% дейін қабылдануы мүмкін, яғни бұл 20 кВ жақын кернеуді құрайды.
Тұрақты ток бөліктеріндегі бойлы электрмен жабдықтау желілері фазасы энергожүйенің қорек тораптарының фазасына сәйкес келетін екі сыбайлас қосалқы станцияның шиналарына жалғанады [10,11].
Желілердің екі жақты (параллельді) қоректенуі (3.8, а-суретті қара) жұмыстың қолданымдық (эксплуатациялық) көрсеткіштерінің (кернеу және энергия шығындарының төмендеуін) жақсартылуын қамтамасыз етеді және түсті металлдың шығындарының төмендеуін (егер де желінің қимасы кернеу шығыны бойынша тексерілетін жағдайда) болдыруы мүмкін.
- қалыпты жалғанған кезінде;
- ажыратқыш ажыратылған кезінде
3.8-сурет. Қоректенудің екі жақты (а), қарсы-консольді (б),
және консольді (в) сұлбалары
Бұл кезде көп фазалы қысқа тұйықталудың әсерінен желінің релелік қорғанысы күрделенеді, сонымен қатар сыртқы қысқа тұйықталу болғанда бір фазаның жерге тұйықталу қорғанысының талғамсыз жұмысы болуы мүмкін.
Желілердің қарсы-консольді қоректенуі үшін (3.8, б-сурет) желінің ажыратылған бөлігіне сыбайлас қосалқы станциядан кернеу беру мүмкіндігі болатын майлы ажыратқышты немесе айырғышты секциялау пункттерінің құрылғыларының болуын талап етеді. Бұндай сұлба бөлімде тәуелсіз екі қорек көзінен қоректенетін бірінші категориялы тұтынушылар болған жағдайда ғана орынды.
Желілердің бір жақты (консольді) қоректенуі (3.8, в-суретті қара) темір жолдарының пайдалантын бөліктеріндегі қоректің негізгі сұлбасы ретінде және жаңа бөліктерді жобалау кезінде қабылданады. Желілердің бойымен жүктемелердің қалыпты таралуына қатысты және көптеген жағдайларда бұл жүктемелердің мәндері басқа қоректендіру сұлбаларымен салыстырғанда энергия шығындарының ұлғаюын болдырмайды. Желінің қимасын кейбір жағдайда кернеулердің шығындарымен емес, түйіспелі тораптың тіректеріне ілінген сымдардың механикалық беріктілігі бойынша таңдайтынын атап өту керек. Автоматты қайта қосылу (АҚҚ) және желілердегі фидерлердің ажыратқыштарымен телебасқарылуының үйлесімдігінде консольді қоректену сұлбасы сенімді болып есептеледі. Бұл сұлбаның артықшылығына көп фазалы қысқа тұйықталулардан жеңіл, әрі сенімді қорғалуын және жерге тұйықталудан талғамдық қорғанысын қолдану мүмкіндігін жатқызуға болады.
Темір жолдың тұрақты токпен электрлендірілген 6-10 кВ кернеудегі бойлы электрмен жабдықтау желілері тартылым қосалқы станциясының 6-10 кВ ТҚ шиналарынан қоректенеді (3.9-сурет).
Бойлы электрмен жабдықтау желілерінің фидерлері 6-10 кВ шиналарына майлы ажыратқыштар арқылы қосылады. 6-10 кВ тарату құрылғыларында (ТҚ) сыртқа орнатылатын камералы KVI-У (КРУН) жетекті ажыратқыш итеріліп шығарылатын арбаға (тележкаға) орналастырылған және КРУН шиналарына жоғары вольтті ажыратылатын түйіспелердің көмегімен жалғанған.
Тартылым қосалқы станциясының 6-10 кВ ТҚ әуе желілерінің кірмесі үшін кабельдік тағайыншама (уставка) қарастырылады. Кабельдік тағайыншаманың әуе желілеріне қосылатын жерлерінде бойлы электрмен жабдықтау фидерлерінің моторлы жетекті УМП-П желілік айырғыштары қойылады.
Темір жолдарының тепловозды тартылымды бөліктерінде желілер темір жол тұтынушыларын қоректендіретін ТП тарату құрылғыларының шиналарынан және трансформаторлық қосалқы станциялардан қорек алады, сондай-ақ, тікелей энергожүйенің қосалқы станциясынан қоректенуі мүмкін.
Айнымалы токпен электрлендірілген бөліктерде ЕСР жүйесі бойынша бойлы электрмен жабдықтау желілері трансформаторлық қосалқы станцияның тартылым орамаларына жалғанған 27,5 кВ кернеудегі шиналардан қоректенеді [9,10]. Айнымалы ток тартылым қосалқы станциясының жүйелерінде 110-220 кВ қорек желілерінің бір фазалы тартылым жүктемеден болатын кернеудің симметриялық еместігін төмендету мүмкіндігін беретін фазаландыру сұлбалары қарастырылады.
а - 10 кВ бойлы электрмен жабдықтау желісі; б - ЕСР желісі; в - БОБ 6-10 кВ ТҚ; г - БОБ ӘЖ СР 25 кВ, В — майлы ажыратқыш; P1 - шиналық айырғыш; Pл - желілік айырғыш; Ртн - кернеу трансформаторының айырғышы; TТ1, TT2 - ток трансформаторлары; ТН — кернеу трансформаторы; Тр - жоғарылатқыш күштік трансформатор; ТТНП - нөлдік тізбекті ток трансформаторлары; ПА - күштік сақтандырғыштар; Р - рубильник.
3.9-сурет. Бойлы электрмен жабдықтау желілерінің фидерлерінің типтік сұлбалары және тартылым қосалқы станциясының БОБ ӘЖ
Фазаландыру сұлбасы тартылым трансформаторларының шықпаларын қорек желісінің фазасына жалғаудың үш вариантын қарастырады. Бұл кезде екі сыбайлас жатқан тартылым қосалқы станциясының екінші реттік кернеуінің фазаларының кезектесу реттілігі сәйкес келмейді, сондықтан көбінде үш фазалы ЕСР желісін екі жақты қоректендіру мүмкіндігі болмайды.
ЕСР желісінің негізгі қоректендіру сұлбасына тартылым қосалқы станциясының біреуінен бір жақты қоректендіру сұлбасы жатады.
Желі, қорек фидері (негізгі қорек) ажыратылғанда сыбайлас жатқан тартылым қосалқы станциясының (резервті қорек) бір жақты қорегіне жалғануы мүмкін.
Желінің негізгі қорегінің резервті қорекке ауыстырылып- қосылуына байланысты, екінші реттік кернеулердің фазаларының кезектесуі сәйкес келмейтін сыбайлас жатқан қосалқы станциялардың трансформаторларының аттас шықпаларына ЕСР желісінің қосылуы болғанда, магнит өрісінің айналмалы бағыты өзгеріп, электр қозғалт-қыштар қарсы бағытта айнала бастайды. Бұны болдырмау үшін сыбайлас жатқан тартылым қосалқы станциясының резервті қорегіне көшкенде фазаларының кезектесу реттілігін сақтау қажет болады (3.10-сурет).
0,4-0,23кВ 0,23кВ
3.10-сурет. Екінші реттік кернеуінің фазаларының кезектесу реттілігі әр түрлі болатын сыбайлас тартылым қосалқы станцияларының 27,5 кВ кернеудегі шиналарына ЕСР желілерінің қосылу сұлбасы
3.11-суретте айнымалы токпен электрлендірілген телімдік бекеттің электрмен жабдықтаудың қайтадан жаңартылған сұлбасы келтірілген.
3.11-сурет. Телімдегі бекетті электрмен жабдықтау сұлбасы
Бекетте қозғалыс мөлшерінің өсуіне және бөліктің электрлік тартылымға өтуіне байланысты, жүк паркінде қосымша жолдар салынады, жебені үрлеу жабдықты ЭЦ жаңартылады, локомотивтер үшін қымтау құрылғылары, қазандық, канализациялық сорғылау станциясы және тазалағыш құрылғылар, энергиямен жабдықтау бөлігі, ауылдарда тұрғын үйлер және т.б. салынады. Есептік жүктемелері жоғары бекеттерді жабу үшін қорек көздерін күшейтудің екі варианты қарастырылған: 1 - трансформаторларды қуатты трансформаторлармен ауыстыра отырып, қорек көзін қайтадан жаңарту және ҚК-нен бекеттің ОТП-не дейін қорек желілерін күшейту; 2 - бойлы электрмен жабдықтау желілеріне жалғанатын 25/10 кВ кернеуде жаңа ашық трансформаторлы қосалқы станциясын салу. Екінші вариант - (КТҚС) КРУН камерасынан тұратын 10 кВ таратушы құрылғылы 25/10 кВ қосалқы станциясын салу. Бұл вариант экономикалық көрсеткіштері жоғарылығымен қатар, бекетті екінші тәуелсіз қорек көзінен қоректенуін қамтамасызданды-ратындықтан сенімді болып саналады.
Бекеттің 10 кВ таратушы тораптары жаңартылады: жаңа трансформаторлық қосалқы станция салынады, трансформаторлар қуатты трансформаторларға ауыстырылады, жеке бөліктерде желінің қимасы жоғарылайды. Трансформаторлық қосалқы станцияның бір бөлігі 25/10 кВ жаңа қосалқы станцияға өтеді. ҚС топтарының қоректерінің сақиналы сұлбалары сақталады; бірінші категориялы жүктемелерді қоректендіретін ҚС-да резервтің автоматты қосылу (РАҚ) құрылғылары қарастырылады.
Темір жол бекеттерінде электр энергиясын тұтынушылардың ең ірісі болып, локомотив және вагон шаруашылықтарының объектілері саналады [10,11]. Жол бөлімшелерінің шектіктерінде 50-60% орнықталған қуатқа дейін өндірістік темір жол тұтынушыларына локомотив және вагон шаруашылықтарының электр қабылдағыштары жатады.
Ірі темір жол бекеттерінде және тораптарында мәдени-тұрмыстық объектілерді қоса есептегенде, тұрғын ауылдардың жүктемелерін локомотив шаруашылығының жүктемесімен салыстырғанда, одан аздау немесе сол мөлшерде болуы мүмкін. Бекеттің немесе тораптардың трансформаторлық қосалқы станциясынан темір жол тұтынушылары, сондай-ақ аудандық және ауылшаруашылық тұтынушылары, яғни тартылым емес темір жол тұтынушылары қоректенуі мүмкін.
Қызметі бойынша, сонымен қатар технологиялық мұқтажға және жарықтандыруға электр қорегін бөлу, әрбір қызмет бойынша электр энергиясының жалпы шығыны пайыз бойынша 3.3-кестеде көрсетілген.
Темір жол көлігінің кәсіпорындарында электр энергиясының маңызды қабылдағыштары болып өндірістік механизмдердің электр қозғалтқыштары, жалпы өндірістік күштік қондырғылар, электрлік дәнекерлеу қондырғылары, электрлік пештер мен электр термиялық қондырғылар, түрлендіргіш қондырғылар, жылжымалы электр саймандар, электр жарықтандыру қондырғылар саналады [10,11].
3.3-кесте.
Әрбір қызмет бойынша электр энергиясының жалпы шығыны
|
Электр энергиясының тұтынушылары |
Электр энергиясының шығыны, % |
|||
|
қызмет бойынша жалпы қосындысы |
соның ішінде жалпы бойынша, % |
|||
|
технология-лық мұқтажға |
жарықтандыруға |
|||
|
ішкі |
сыртқы |
|||
|
Қызметтер: Локомотив шаруашылығы Вагон шаруашылығы Қозғалыс Белгі беру және байланыс Жолаушылық Жүктік Жолдар Азаматтық ғимараттар Электрлендіру және энергетикалық шаруашылықтары Сумен жабдықтау бөлімі және сани-тарлық-техникалық құрылғылар |
24,1 17,4 17,7 10,4 6,0 5,6 5,2 4,4 1,8 7,4 |
78,8 88,2 0,4 99,3 33,6 92,7 78,5 73 84 98,9 |
18,2 8 3,9 0,6 64,2 2,3 16,5 24,2 15,2 0,3 |
3 3,8 95,7 0,1 2,2 5,0 5,0 2,8 0,8 0,8 |
Темір жол көлігінің кәсіпорындарында электр энергиясының маңызды қабылдағыштары болып өндірістік механизмдердің электр қозғалтқыштары, жалпы өндірістік күштік қондырғылар, электрлік дәнекерлеу қондырғылары, электрлік пештер мен электр термиялық қондырғылар, түрлендіргіш қондырғылар, жылжымалы электр саймандар, электрмен жарықтандыру қондырғылар саналады.
Электр энериясын қолданудың және жабдықтарды қолдану режимінің негізгі көрсеткіштеріне: берілген электр энергияны пайдалы қолданымдық коэффициенті , орнықталған қуаттың топтық қолданымдық коэффициенті кқолд, сұраныс коэффициенті кс, орташа өлшемденген қуат коэффициенті , бір мезгілдік коэффициенті кб, қосылыс коэффициенті кқос, еңбекті электрмен жабдықтау , жылдық ауысымдық кауыс коэффициенті және жүктемелік коэффициенті кжүк, электр энергияның үлесті коэффициенті жатады.
Зерттеу қорытындысы электр қондырғылардың п.ә.к. нақты қолданымдық мәні, өнеркәсіптік тұтынушылардың көрсеткіштерімен салыстырғанда, олардың жұмыстарының орташа энергетикалық тиімділігін сипаттайтынын көрсетеді.
Объектілердің техникалық жабдықталуын жоғарылату кезінде электр энергияның үлесті шығыны еңбек өнімділігінің белгілі бір өсу қарқынын болдыратын еңбектің электрмен жабдықталуын толығымен жетілгенге дейін жоғарылай береді.
Осы себепті электр энергияның үлесті шығынын төмендету бойынша негізгі мәселесін шешу керек болады. Бұл барлық тұтынушылардың электр қондырғыларының энергетикалық сипаттамаларын кәсіпорынның, тораптар мен бекеттің энергия ресурстарының баланстарын тиімді ету бойынша ұйымдастырылған және техникалық шараларды жүргізу арқылы, техникалық дайындық құрал–жабдықтардың сенімділігі мен үнемділігін жоғары деңгейде жабдықтау және жаңа үлгіде жетілдірілген жоғары үнемділікті энергия қорғаушы қондырғыларды пайдалану арқылы жолдың тасымалдау жұмыстарын жүзеге асыру арқылы жақсарту жағдайында қол жеткізуге болады.
Кәсіпорынның энергияны пайдалануы бойынша жылдық ауысым (сменности) коэффициенті ұзақтылық бойынша жылдық жүктеме графигінің біркелкі еместігі дәрежесінің шектік бағасы ретінде қызмет атқарады:
, (3.15)
мұндағы Рауыс - ең көп жүктелген кезектің орташа қуаты; τжыл - жұмыс уақытының жылдық қоры; Wжыл - тұтынушылар тұтынатын электр энергияның жылдық шығыны.
Қуат коэффициентінің орташа мәні
, (3.16)
мұндағы - бірдей уақыт аралығындағы активті және реактивті энергия шығындары, кВт·сағ.
Еңбекті электрмен жабдықтау
, (3.17)
мұндағы - жұмысшылар саны, адам; - бір жыл ішіндегі бір жұмысшы үшін жұмыс сағатының саны, сағ.
Кәсіпорынның энергияны пайдалануы бойынша тәуліктік ауысым коэффициенті
, (3.18)
мұндағы Wа.тәулік - активті электр энергияның тәуліктік шығыны, кВт·сағ, Wа.күндіз - күндізгі ауысымдағы активті электр энергияның шығыны, кВт·сағ.
Кәсіпорынның жылдық жүктеме коэффииенті орташа жылдық және максималды жүктемелердің қатынасын сипаттайды
, (3.19)
мұндағы - максималды активті жүктеме, кВт.
Электр энергияның қосынды үлесті шығыны, кВт·сағ.:
, (3.20)
мұндағы - цех бойынша немесе бүкіл кәсіпорын бойынша жұмыс көлемінің немесе өнімнің бірлігін орындауға қатысатын цехтардың немесе электр қондырғылардың саны; - j- ші технологиялық үрдістердің саны; - j- ші технологиялық үрдістерді орындау кезінде цехтың немесе бүкіл кәсіпорынның жұмыс көлемінің бірлігіне қатысты і-ші агрегаттың немесе цехтың жұмысының үлесті көлемі, бір./бір.; - цехтың немесе бүкіл кәсіпорынның жұмыс көлемінің бірлігіне қатысты j-ші технологиялық үрдістің орындалуы бойынша і-ші агрегаттағы электр энергияның үлесті шығыны, кВт/бір.
Тұтынушылардың электр энергиясы балансының тиімділігі электр шаруашылығының энергетикалық сипаттамаларын арттыру, дайындық құрал-жабдықтарының үнемділігін арттыру және жолдық тасымалдау жұмыстарын жүзеге асыру, электр энергиясын тиімді пайдалану аймағының негізгі шарты болып табылады [9,10,11]. Электр энергиясы балансының тиімділігі бойынша жұмыстың қорытындысы энергияны тиімді пайдалану дәрежесінің нақты күйін бағалауға, оның барлық түрлену бөліктерінде шығындарды табуға және электр қабылдағыштардың жұмыс режимдерін жақсартуға және олардың құрылымдарын жетілдіру бойынша шараларын белгілеуге, сонымен қатар энергияны үнемдейтін қондырғыларды жасап шығаруға және энергияны үнемдеу үрдістерін өңдеуге мүмкіндік береді.
Тұтынушылардың электр энергиясы балансының тиімділігі бойынша жұмыстардың негізгі бағытына келесі бағыттар жатады:
1. Барлық энергетикалық тізбектердің бөліктерінде энергия көзінен қабылдағышқа дейінгі шығындарды анықтау мақсатында жұмыс көлеміне және өнім бірліктеріне қатысатын, жұмыс істеп тұрған жеке агрегаттарда, цехтарда және кәсіпорындарда өлшеу жүргізу.
2. Электр энергияның шығындарын төмендету және жоспарлау кезіндегі электр энергияның шектелуін сақтау барысында берілген жұмыс көлемін максималды тиімділікпен орындау бойынша мәселелерді шешу мақсатында жүргізілетін электр энергияны үнемдеу бойынша шаралардың ұйымдық-техникалық жоспарларын құру.
3. Жұмыс істеп тұрған электр қондырғылар мен механизмдердің п.ә.к. жоғарылату және үнемді энергия агрегаттарын жасау мақсатында, оларды жаңа үлгіде жетілдіру бойынша шараларды жүргізу.
4. Технологиялық үрдістерді жеделдету (интенсивтендіру) және екінші реттік энергия ресурстарын пайдалана отырып, энергияны үнемдеу технологиясына көшу.
5. Технологиялық үрдістерді автоматтандыру, механикаландыру және еңбек өнімділігінің өсу қарқыны электрмен жабдықтаудың өсу қарқынынан озатын техникалық дамытудың екінші сатысына тезірек көшу мақсатында еңбек өнімділігін арттыра отырып, электр энергияның үлесті шығындарын төмендету.
6. Электр энергия шығындарының мөлшерлерін техникалық жетілдіру, жаңа үлгідегі есепке алуды жетілдіру және жоспарлаудың барлық сатысында электр энергияның шығындарын есепке алуды жетілдіру.
7. Тұтынушылардың тәуліктік және мезгілдік жүктеме графиктерін теңестіру және реактивті қуатты баяу реттейтін жойылымдық қондырғыларды дамыту.
8. Реактивті қуаттарды баяу реттейтін электр қондырғыларды тиімді қолдану мақсатында энергетика шаруашылығын автоматты басқару қосалқы жүйелерін жасау және жетілдіру.
Жүктемелерді пайдалы қолдану дәрежесі энергияның пайдалы қолданымдық коэфициентімен бағаланады:
, (3.21)
мұндағы - отынды өндіру п.ә.к.; - көлік отынының п.ә.к.; - отынның электр энергиясына түрлендіру п.ә.к.; - электр энергияны беру п.ә.к.; - электр қондырғысының п.ә.к.
Электр қондырғының пайдалы әсер коэффициенті
, (3.22)
мұндағы - электр энергияның пайдалы шығыны; - электр энергияның келтірілген қосынды шығыны.
Сол және басқа технологиялық үрдісте электр энергияның пайдалы шығынын өлшеу өте қиынға соғады. Осы себепті жанама түрде өлшеу қолданылады. Бұның маңызы мынады: әрбір нақты жағдайда электр энергияның жалпы шығыны және барлық шығындар есептеледі, содан соң энергияның жалпы шығынынан кеткен шығынды алып тастайды да, олардың айырымын пайдалы шығын деп қабылдайды.
Қысқа мерзімді және үзіліспен қосылу режимдері бар тұтынушылар үшін электр энергия балансын құрғанда электр энергияның шығынының үлесті шығынын қолдану ұсынылады [9,10,11]. Бұл әдістің маңыздылығы жұмыс көлемінің немесе өнімнің бірлігіне қатысты, әрбір агрегаттың жұмысының ұзақтылығын технологиялық картада немесе санағыш уақыты қолданылатын хронометриямен анықтайды. Бұл жағдайда технологиялық үрдістің орындалу кезінде электр энергияның шығынын жұмыс көлемінің немесе өнімнің бірлігіне қатысты есептейді, кВт·сағ/бір.:
, (3.23)
мұндағы - берілген технологиялық үрдістің орындалуына қатысушы электр қондырғылардың санына тең сан; - жұмыс көлемінің немесе өнімнің бірлігіне қатысты технологиялық үрдістің орындалу кезінде i-ші электр қабылдағыштың жұмысының ұзақтылығы, бір./адам; - i-ші электр қондырғысының қуатының шығыны.
Толық кәсіпорынның электр энергиясының балансын күнтізбелік (календарьлық) жылға жатқызады.
Электр энергияның толық шығыны, кВт·сағ.:
, (3.24)
мұндағы - қарастырылып отырған тұтынушының бір жыл ішіндегі келтірілген қосынды шығыны, кВт·сағ; - бір жыл ішіндегі жұмыс немесе өнім көлемі, бір.
Электр энергия шығындарының шығындарын анықтаушы фактор-лар: электр қабылдағыштардағы қуат шығындары; бос жүріс режиміндегі электр қабылдағыштың жұмысы кезінде тұтынылған қуаттың өзгеруі; өндірісті автоматтандыру және механикаландыру; агрегаттардың жүктелу дәрежесі.
Трансформациялық коэффициенті белгілі өлшеуіш трансформаторы арқылы жалғанған санағыш бойынша электр энергияның W (кВтсағ, кВАрсағ) шығындарын анықтау үшін санақ механизмінің көрсетуінің айырымын санағыштың қалқанында санақ құрылғысының соңғы белгісінің оң жағында орналасқан коэффициентке ксан көбейтеді
, (3.25)
мұндағы - соңғы және бастапқы есептік кезеңіне қатысты санағыштың көрсетуі; ксан - трансформациялық коэффициент.
Егер қалқанында көрсетілген трансформациялық коэффициент орнатылған трансформаторларға сәйкес келмейтін санағыш қолданылса, онда трансформациялық коэффициентті қайтадан есептеу қажет:
, (3.26)
мұндағы - санағыш жалғанатын ток және кернеу трансформаторларының трансформациялық коэффициенті; - санағыштың қалқанында көрсетілген өлшеуіш трансформаторларының коэффициенттері.
Электр энергияның берілуі мен таралуының өзіндік құны
, (3.27)
мұндағы С – жылдық қажетке қолданымдық шығындар; W – бір жыл ішіндегі берілген электр энергияның мөлшері; Рmах - максималды режим кезіндегі қуат; Т - активті жүктемені пайдаланудың ұзақтылығы.
Жылдық қажетке қолданымдық шығындарға: электр тораптарындағы электр энергия шығынының құны; торап жабдықтарының амортизациялық шығыны; ағымды жөндеуге және торапқа қызмет көрсетуге кеткен шығындар жатады:
, (3.28)
мұндағы W – тораптың қарастырылып отырған элементтерінің электр энергиясының жылдық шығындары; - электр энергияның құны; раi және ppi - амортизациялық шығындар мен ағымдық жөндеуге және тораптың элементтеріне қызмет көрсетуге кеткен шығындар; Ki – қарастырылып отырған элементтегі капиталдық салым.
Барлық ұзындықта бірдей қималы сымдармен орындалған желілердегі электр энергияның шығындары
, (3.29)
мұндағы r0 – сымның активті кедергісі, Ом/км; Uн – желінің номинал кернеуі, кВ; Si – бөліктегі қуат, кВА; п желінің есептік бөліктерінің саны; li – бөліктің ұзындығы, км; i - бөлік үшін максималды шығын уақыты.
Сенімділік - электрмен жабдықтау жүйесінің жұмысқа қабілеттілігін, ұзақ уақыт бойы тоқтамай жұмыс істеуін және жөндеуге болатындығын және осы көрсетілген функцияларды дұрыс орындалуын қамтамасыз етуін сипаттайтын қасиеті [9,10].
Сенімділіктің қажетті дәрежесі электр жабдықтың және электр торабының ақаулануымен және оны жөндеуге болатындығымен, тұтынушылардың категорияларымен және электрмен жабдықтаудың үзілісі болған кездегі шығынның шамасымен сипатталады. Электрмен жабдықтаудың сенімділігі сұлбаларды, конструктивті элементтерді таңдау, олардың резервтелуі және жоспарланған жөндеулерді жүргізу арқылы жүзеге асырылады.
Жүйенің жұмыс қабілеттілігінің бұзылуы олардың істен шығуы деп аталады. Сенімділікті есептеулерде ықтималдық әдістері мен математикалық статистика әдістері қолданылады, және істен шығу ағынының параметрлерімен сипатталатын төтенше жағдаймен сипатталады. Электрмен жабдықтау жүйесінің әр түрлі варианттарының көсеткіштерін қарастыру кезінде оның жеке элементтерінің істен шығу ықтималдығы және осының салдарынан болатын шығындарды есепке алу керек. Сонда әрбір вариант үшін келтірілген жылдық шығын:
, (3.30)
мұндағы рн – капиталдық салымның нормативті коэффициенті; К; С – жылдық қажетке қолданымдық шығындар; У – кәсіпорынның электрмен жабдықтауының істен шығуына байланысты үзілісі болатын, жылдық шығындар.
Электрмен жабдықтаудың үзілісі болған кезіндегі шығындарды бағалау кезінде өнімді толық өндірілмеуінен туындайтын шығындарды тура немесе тікелей және қосымша шығындар деп бөледі.
Тура немесе тікелей шығынға жұмысшылардың жұмысының тоқтап қалу кезінде оларға жалақы төлеу, өнімнің ақаулануы, шикізаттың және материалдың жарамсыздығы, жабдықтардың бұзылуы, технологиялық үрдістердің қалпына келтіруге кеткен шығындар жатады. Қосымша шығын өнімнің толық өндірілмеуінен болатын шығындар.
ЭҚОЕ (ПУЭ) ережелері бойынша 1–ші категориялы тұтыну-шыларын электрмен жабдықтау сенімділігі үшін 2-3 тәуелсіз қорек көздерінен қоректенуі керек. Сондықтан 1–ші категориялы кәсіпорын-дар үшін шығын қарастырылмайды. 2–ші категориялы кәсіпорын-дардың техника-экономикалық есептеуін жүргізгенде, электрмен жабдықтаудың үзілісіне байланысты аз өнім өндірілгенде, тек қана қосымша шығын Уқ есепке алынады:
, (3.31)
мұндағы р - амортизациялық шығын пайызы; К – негізгі және айналымдық қорлардың құны; И – жылдық шығынның тұрақты бөлігі; Т - кәсіпорында жұмыстық сағаттың жоспарлық саны; - электрмен жабдықтаудың үзіліс уақыты; - технологиялық үрдісті қалпына келтіруге және жөндеуге кеткен уақыт; - ақау өнімді жасау кезіндегі келтірілген уақыт; - электрмен жабдықтаудың үзілісінің келтірілген уақыты; - жүргізіп жіберу кезеңіндегі келтірілген уақыт; Пақау - ақауланған өнімнің мөлшері; ПЭ – уақыт ішінде өндірілген өнімнің мөлшері; ПТЕХ - уақыт ішінде өндірілген өнімнің мөлшері; ПО – қалыпты режим кезіндегі өнімнің шығарылу сағаты.
Электрмен жабдықтаудың үзілісінен болатын қосымша шығынды есептеу үшін келтірілген формуланы қолданғанда кәсіпорын жұмыстарының технологиялық үрдістері мен техника-экономикалық көрсеткіштерін мұқият талдау жасау керек. Шығынды анықтаудың ең қарапайым, бірақ біршама аз дәлдікті түріне электр энергиясының 1 кВт·сағ жұмсалмауына келтірілген бағасының меншікті (үлесті) мәндерін есептеу жатады.
Меншікті шығындардың мәндерін қолдану үшін электрмен жабдықтаудың бұзылуы кезінде кәсіпорында қолданылмаған электр энергияның мөлшерін білу қажет.
Жыл бойғы және тәулік бойы кәсіпорынмен тұтынылған қуат Рмакс -нен Рмин дейінгі шектікте өзгеріп отырады және осы көрсетілген уақыт кезеңінде Рор анықталады.
Толық өшірілген кезде тұтынылмаған электр энергияның мөлшері Т уақыт кезеңінде
, кВт·сағ, (3.32)
мұндағы - уақыт Т уақыт кезеңіндегі орташа жүктеме, кВт; - қоректі қалпына келтіруге кеткен уақыт, сағ; - істен шығу ағынының орташа параметрі, 1/жыл.
Жүйе тарапынан жиі шектеу болғанда кәсіпорын тұтынатын максималды қуат Рмакс өзінің шектік шамасына Ршек дейін төмендейді. Бұл кезде тұтынылмаған электр энергияның мөлшерін жүктемелердің тәуліктік жарты сағаттық максимумдерінің таралу заңдылығын біле отырып анықтауға болады.
Тәуліктік максимумдердің қуат тапшылығының орташа мәнінің біркелкі тығыздық заңдылығымен таралуы үшін:
. (3.33)
Қуат тапшылығының ықтималдық коэффициентінің жуық мәні тең болса, онда тұтынылмаған электр энергияның мөлшері:
, кВт. (3.34)
Резервті қоректендіру агрегаттары (РҚА). Тұтынушылардың электрмен жабдықталуы бұзылған жағдайда адамның өлімін, өртті, жарылуды және т.б. болдыруы мүмкін, сонымен қатар үкімет ұжымдары, аса маңызды қорғаныс объектілері, байланыс тораптары мен радиоорталықтары және азаматтық қорғаныс объектілері тұтыну-шылардың ерекше топтарына жатады [9,10,11]. Оған әр түрлі салалық өнеркәсіптің кейбір тұтынушылары да жатады: автоматика құрылғылары, өндірісті автоматты жүйеде басқару, өндірісті электронды-есептегіш машиналарының көмегімен автоматты басқару жатады. Бұл топтағы тұтынушылар үшін үшінші қорек көзі ретінде резервті қоректендіру агрегаттары қарастырылады. Сөйтіп осы РҚА көмегімен көрсетілген объектілердің жұмыстарының үзілісін болдырмауға тырысады.
РҚА таңдау негізгі қорек көздері ажыратылған кезде объектілердің жұмыстарына қойылатын талаптармен түсіндіріледі. РҚА қуат бойынша, кернеу бойынша, токтың тегі мен энергия көзінің жиілігі бойынша, оны жүргізіп жіберу уақыты мен жұмысының ұзақтылығы бойынша бөлінеді. РҚА бірінші реттік қорек көзі ретінде әр түрлі қуатты аккумуляторлық батареялар, бірлік қуаттан 1000 кВт дейінгі және одан жоғары қуатты дизельді-генераторлы агрегаттар, газ құбырлы қондырғылар, сонымен қатар 6,3 кВ кернеулі 1600 кВт дейінгі қуатты автоматтандырылған жылжымалы электр стансалары қолданылады.
Төменде РҚА кейбір мүмкін болатын сұлбалары қарастырылады. 3.12-суретте дизельді пайдаланатын РҚА сұлбасы келтірілген.
3.12-сурет. Дизельді, маховикті және электр магнитті РҚА сұлбасы
Бұнда білікке маховик, электр магнитті маховик және синхронды генератор орналастырылған. Қалыпты режимде синхронды генератор торапқа қосылған және компенсатор ретінде жұмыс істейді. Торапта кернеу жоғалған кезде маховиктің көмегімен біршама жиілігі төмендеу кернеуді ұстап тұрады. Бұл кернеу дизельді жіберу үшін және муфтыны қосу үшін қажетті алу үшін пайдаланылады; бұл кезде жіберу (сонымен қатар қоректі қалпына келтіру) уақыты 5-10 сек аспайды. РҚА-тың бұл сұлбасы 500 кВт дейінгі қуатты дизельдер үшін қолданылады.
3.13-суретте дизельді пайдаланатын, маховиксіз РҚА сұлбасы келтірілген. Торапта кернеу жоқ болғанда дизельді агрегат автоматты түрде қосылады және қорек қуатқа байланысты 15-120 сек аралығында қалпына келеді. Бұл сұлба 1000 кВт дейінгі дизельдерде қолданылуы мүмкін.
3.13-сурет. Дизельді пайдаланатын, маховиксіз РҚА сұлбасы
3.14-суретте ЭЕ машиналы өндірісті автоматты жүйеде басқаратын құрылғыларда қолданылатын РҚА сұлбасы келтірілген. Мұнда қоректі қалпына келтіру уақыты 10 мс аспауы керек. Қалыпты режимде аккумуляторлық батарея түзеткіш арқылы зарядталады. Торапта кернеу жоқ болғанда аккумуляторлық батарея тиристорлық инвентор И арқылы резервті қоректің шиналарын (РҚШ) қоректендіреді.
3.14-сурет. Статикалық түрлендіргішті және аккумуляторлық батареялы РҚА сұлбасы
Қоректі қалпына келтіру уақыты – бірнеше миллисекунд; Жұмыс уақыты батарея сыйымдылығымен анықталып, 30 мин және одан жоғары минутты құрайды.
Электрмен жабдықтау жүйесінің және оның элементтерінің сенімділігін бағалау. Электрмен жабдықтау құрылғыларын іс жүзінде қажетке пайдалану (эксплуатациялау) тәжірибесі әлі де болса жүйелік сенімділікке талдау жасау үшін, кездейсоқ әсерлердің рөлін анықтау үшін, ақау пайда болғанда статистикалық заңдылықты орындау үшін, сондай-ақ, механизмнің тозғаны жайлы әр түрлі гипотезаларды тексеру үшін, тозуға төзімділікті бағалау үшін, сыртқы факторлар мен климаттық шарттардың әсерлері үшін жалғыз база болып саналмайды. Жеке бөлшектердің, тораптардың және аппараттардың (элементтердің) сенімділігі жайлы мәліметтерді, бүкіл жүйенің сенімділігін анықтауға мүмкіндік беретін әдістер болмайды. Бұл тораптар мен аппараттардың жұмыстарына әсер ететін бір бірімен байланыспайтын әр түрлі факторлардың көптігімен түсіндіріледі.
Электрмен жабдықтау жүйесін қажетке қолдануда жинақтаған тәжірибелердің негізінде былай айтуға болады:
- көктайғақ кезінде, күшті жел және төменгі (-25÷-30 °С төмен болғанда) температура болғанда жүйенің сенімділігі төмендейді;
- қызмет көрсететін персоналдың квалификациясын жоғарылату және инструменталды бақылау әдістерін қолдану арқылы сенімділікті жоғарылату;
- қозғалыс мөлшері ұлғайған сайын (ток қабылдағыштың өту жолының мөлшері көбейген сайын) жүйенің сенімділігі төмендейді;
- жабдықтарды, тораптың және бөлшектердің құрылымдарын жетілдірген сайын олардың сенімділігі жоғарылауы мүмкін.
Элементтің сенімділігі, табиғи үлгілерді немесе жүктеме режимдерінің және сыртқы жағдайлардың әсерінен туындайтын жасанды модельдерді сыртта және зертханаларда сынау кезінде анықталуы мүмкін. Элементтің сенімділігін бағалай отырып, қызмет ету мерзімін, тозуға төзімділігі мен жөндеудің қажетті кезеңін анықтау үшін конструкцияларды ары қарай жетілдіру жолдарын қарастыруға болады. Электрлендірілген желіні үздіксіз қажетке пайдалану тұрғысынан алып қарағанда, бүкіл электрмен жабдықтаудың жұмыс қабілеттілігін барлық элементтердің сенімділігін жоғарылату (жөндеу мерзімдерінің арасындағы шектікте) және резервтеу арқылы, автоматтандыру және т.б. шаралар арқылы, яғни барлық мүмкіндіктер және барлық жағдайларды жасай отырып, қамтамасыз ету қажет деген мәселеге келіп тоқталады.
Тартылым қосалқы станциясын және түйіспелі торапты талдау жасау кезінде көп жылдар бойы іс жүзінде қолданылып келген толық істен шыққан деген ұғыммен сипатталатын, қалыпты жұмыстың бұзылуын білдіретін ақаулану деген термин қолданылады. Толық істен шығуға жоспарланбаған төтенше жағдайларды жатқызады:
- тартылым қосалқы станциясы үшін – түйіспелі тораптың немесе оған қосылып тұрған басқа тартылым тұтынушылардың қоректерінің үзілуін болдырады, сонымен қатар резервті құрылғыларға еріксіз өтуін болдырады;
- түйіспелі торап үшін – электр жылжымалы құрамды өткізу мүмкіндігінің жоқтығы немесе электрлендірілген жолдарда ток қабылдағыштың салбырауы болған жағдайдың өзінде де қозғалыстың болуы талап етіледі;
- секцияландыру посттары (СП) немесе параллельді қосылыс пункттері (ПҚП) үшін – посттың тіпті болмағанда бір фидерінің ажыратылуын немесе ПҚП ажыратылуын болдырады;
- телемеханика құрылғылары үшін – кез келген басқарылмалы объектілердің телебасқарылуының мүмкін еместігін немесе одан қарсы телесигналды алуын болдырады.
Электрмен жабдықтау жүйесінің сенімділігін бағалау үшін және оны жоғарылату шараларын жасау үшін барлық ақауларды (олар пойыз қозғалысын бұзды ма әлде жоқ па, соған қарамай) есепке алып және талдап отыру қажет. Бұдан басқа кез келген типті оқшаулатқыштардың сынуы мен ақаулануын, демеуші конструкцияларды, түйіспелі тораптың қимасын кішірейтетін (талсымдардың немесе жеке сымдырдың үзілулері) ақауларды, ток өткізгіш бөлшектердің (қысқыштардың) температурасының өсуін немесе сымдардың қоршаған ауаның мүмкін болатын температурадан асуын есепке алып отыру қажет және де механикалық беріктіліктің қауіпті төмендеуін болдыратын сымдардың жанып немесе күйіп кетпеуін қадағалап отыру қажет.
Тек қозғалысқа әсері болатын ақауларды (яғни істен шығуды болдыратын) қарастыру дұрыс емес, себебі бұл сенімділіктің объективті бағасын беруге мүмкіндік бермейді. Қажетке пайдаланудың іс жүзіндегі тәжірибесі белгілі бір жағдайда ақаулар сипаты мен туындауы бойынша пойыздың қозғалысына әр түрлі әсер ететінін көрсетеді.
1980 жылға дейін көбінесе пойыз қозғалысының бұзылуын болдыратын және тартылым қосалқы станциясының негізгі жабдықтарының істен шығуын есепке алып келді. Алдыңғы жылдарда ақпараттардың жеткіліксіздігінен жұмыс сенімділігін сипаттайтын, бірақ қажетке пайдалану кезінде қиындық тудырмайтын жеке ақаулар есепке алынбай келді.
Ревизия бойынша жоспарлық жұмыстар, реттеу, қалыпты тозған элементтерді ауыстыру және қозғалыстың тоқтатылуына байланысты орындалатын жұмыстар, сонымен қатар қорғаныстың немесе автоматика құрылғылары мен оперативті ауыстырып қосқыш іске қосылу уақытында түйіспелі тораптың қорегінің үзілуі ақаулану қатарына жатпайды. Бұдан былай тек үйреншікті ақаулану деген термин қолданылатын болады.
Жүйелік сенімділікті белгілі бір өлшегішке келтірілген ақаулану мөлшері бойынша бағалау керек; бұл белгілі бір уақыт ішінде істен шығу ағынының параметрі деген ұғымға сәйкес келеді [9,10,11].
Сенімділік көрсеткіштерін таңдау бойынша келесі ұсыныстар ұсынылады: түйіспелі торап бойынша – тораптың бүкіл ұзындығына ақаулану мөлшері, тоқ қабылдағыш өтпелерінің санына, анкерлік теліміне ақаулану мөлшері; тартылым қосалқы станциясы бойынша – бір қосалқы станцияда ақауланудың мөлшері, электр энергиясының түрлендіру мөлшеріне және т.б.
Түйіспелі тораптың сенімділігінің объективті көрсеткіші бірінші кезекте көлікке қойылатын басты талаппен байланысады, яғни пойыздардың үзіліссіз қозғалысын жабдықтау қажет, демек, ол бүкіл жүйенің жұмыс қабілеттілігінің бағасын беруі керек.
Өлшегіш ретінде түйіспелі торап үшін 100 км жайылма ұзындық деп, ал қосалқы станция үшін бір қосалқы станция деп қабылдау тиімді болып саналады. Бұл көрсеткіш сенімділікті жан жақты бағалауда және электрмен жабдықтау жүйесін жетілдіру бойынша шараларды өңдеуде түйіспелі торап үшін немесе тартылым қосалқы станциясы үшін де және олардың негізгі тораптары үшін де негіз болып табылады. Басқалармен салыстырғанда бұл өлшегіште статистикалық мәліметтерді өңдеу жеңілденіп, сенімділікті бағалау көрнекілеу болады.
Түйіспелі торапта өлгегіш ретінде бүкіл (жайылма) ұзындықты қабылдау дұрыс па? Бір жағынан, ақауланудың жеке түрлері, шынында да, тек ұзындықтан (элементтердің мөлшерінен) ғана емес, сонымен қатар қозғалыс мөлшерінен де және оларға байланысты меншікті электр тұтынуынан да, ток қабылдағыштың өтпелерінің мөлшерінен де тәуелді болады. Бұндай ақауларға: ток қабылдағыштардың және секциялық оқшаулатқыштардың үстіндегі сымдардың, сондай-ақ, ток өткізгіш қысқыштардың үстіндегі сымдардың күйіп кетуін жатқызуға болады; ток қабылдағыштардың түйіспелі тораппен әсерлесуі кезіндегі желдің әсерінен болатын ақаулардың бөлігін, жылжымалы құрамның рельстерінің шығып кетуінен болатын ақауларды, мөлшерсіз көп жүктердің әсерінен, жүктердің шашылуынан болатын және т.б. ақауларды жатқызады. Осы қозғалыс мөлшеріне байланысты болатын ақаулардың түрі жалпы алғанда 26–30% құрайды, бірақ олар кейбір жағдайларда түйіспелі торапты, электр жылжымалы құрамды немесе басқа құрылғыларды қалпында ұстау нормасынан асып кетуінен де болады.
Тартылым қосалқы станцияларында қозғалыс мөлшері (токтық жүктемелері) тек қана түйіспелі торапты қоректендіруші фидерлердің ажыратқыштарының ақаулануына әкеліп соқтыруы мүмкін. Осы жылдардың мәліметтерін талдау негізінде тартылым қосалқы станциялардағы ақаулану саны мен меншікті электр тұтынуларының (жүктемелердің) арасындағы (корреляциялық байланысты) тәуелділіктің, сонымен қатар түйіспелі тораптағы ақаулану мөлшері мен ток қабылдағыштың өтпелерінің мөлшерімен және меншікті электр тұтынуларының арасындағы тәуелділіктің болуы қарастырылады.
Екінші жағынан, түйіспелі тораптың ақаулануының саны мен ауа райының (түйіспелі сымдардың ісінуі мен қысылуы, фиксаторлардың төңкеріліп қалуы, көктайғақ кезінде және аяз болғанда күйіп кетуі және т.б.) арасында тікелей байланыс бар. Алайда бұл фактор түйіспелі тораптың ұзындығымен (жайылма ұзындығымен) тікелей байланысты. Ақауланудың үлесті санының өзгеру динамикасы 3.15, 3.16 және 3.17-суреттерде келтірілген.
Осы қисықтардың негізінде былай қорытындылауға болады:
- тартылым қосалқы станцияларында және түйіспелі тораптарда бірнеше жылдың ішінде ақауланулардың үлесті саны, соңғы бірнеше жылда едәуір жоғарылады;
- тегіс жерлерге қарағанда, әсіресе таулы жерлерде түйіспелі тораптың ауыр бөліктерінде сенімділігінің аздығы;
- айнымалы ток тартылым қосалқы станциясына «жойылым құрылғыларының ақаулануын есепке алмағанда) қарағанда, тұрақты тартылым қосалқы станциясының сенімділігінің аздығы; айнымалы токтағы қосалқы стансаға қарағанда жөндеуге кеткен еңбек шығыны жуық шамамен 30% жоғары болатын, ақаулану саны көптеу болатын тұрақты ток қосалқы станциясы. Сонымен қатар айнымалы токтың фидерлерінің майлы ажыратқыштары екі есе тез әсер етуші ажыратқыштардан да тұрғылықты (төзімді) жұмыс істейтіні де ықпал етеді;
- айнымалы токтың түйіспелі торабына қарағанда, өзінің күрделілігіне және оны жөндеу кезінде еңбек шығыны 20-25% жоғары болатынына қарамастан, тұрақты токтың түйіспелі торабының сенімділігі жоғары.
1 – ақауланудың жалпы саны; 2 – түйіспелі тораптың ақаулану саны; 2' және 2" – тұрақты және айнымалы токқа сәйкес түйіспелі тораптың ақаулану саны, 3 – тартылым қосалқы станциясының ақаулану саны; 4 – жойылымдық құрылғысыз тартылым қосалқы станциясының ақаулану саны; 5 – СП және ПҚП ақаулану саны
3.15-сурет. Электрмен жабдықтау құрылғыларының 100 км қажетке пайдаланымдық (эксплуатациялық) ұзындықта ақауланудың бір жыл ішінде таралу саны
1 - айнымалы токта ақауланудың жалпы саны; 2 - тұрақы токта ақауланудың жалпы саны; 3 - айнымалы токта электрлендіру шаруашылығына байланысты себептері бойынша; 4 - тұрақты токта электрлендіру шаруашылығына байланысты себептері бойынша
3.16-сурет. Түйіспелі тораптың бүкіл ұзындығындағы 100 км ақауланудың бір жыл ішінде таралу саны
1 – қосалқы станцияның ақаулануының жалпы саны; 2 – тұрақты ток қосалқы станциясының ақаулану саны; 3 - айнымалы ток қосалқы станциясының ақаулану саны; 4 - жойылымдық құрылғылары жоқ айнымалы ток қосалқы станциясының ақаулану саны; 5 – СП және ПҚП.
3.17-сурет. Қосалқы станцияның, секцияландыру посттарының (СП) және параллельді қосылыс пункттерінің (ПҚП) (бірлікте) үлесті ақаулану санының көп жылдар бойы таралуы
Ары қарай жеке жағдайларда түйіспелі тораптың және тартылым қосалқы станциясының істеп тұрған құрылғыларына байланысты ақаулануының саны бойынша элементтік сенімділігінің бағасын береді.
Сенімділікті талдау келесі негізгі мәселелерді шешудің жолдарын белгілеуге мүмкіндік береді:
- басқалармен салыстырғанда сенімділігі төмен болатын элементтерді (тораптарды) анықтауға және сенімділігін берік етіп жасау бойынша ұсыныстарды өңдеуге;
- климаттық факторлардың әсерлеріне (төменгі және жоғарғы тем-ператураға, найзағайға, көктайғаққа, күшті желге және т.с.с.) төтеп беруін жоғарылатуға;
- жөндеуаралық мерзімді созу үшін тозуға төзімділігін, ұзақ жұмыс істеуіне және жұмыс қабілеттілігін арттыруға, еңбек шығынын және қажетке пайдаланымдық (эксплуатациялық) құнын қысқартуға;
- қорғаныстың тез әсер етуін және тиімділігін арттыруға;
- оперативті басқаруды жетілдіруге (автоматтандыру мен теле басқаруды дамытуға) және құрылғыларға қызмет көрсетудің сенімді жүйесін жасауға;
- басқарудың ең жетілген түрін жасауға, құрылғылардың диагностикалауды дамытуға.
Сенімділіктің негізгі критерийлері. Тартылым электрмен жабдықтау жүйесі екі күрделі екі қосымша жүйелерден тұрады – қосалқы станцияның және түйіспелі тораптың сансыз көп жабдықтары, аппараттары, бөлшектері, сымдары мен өнімдері. Бұлардың қалыпты дұрыс функциялануы, жүйе мен қосымша жүйенің жұмыс қабілеттілігін арттырады.
Элементтердің рауалы тозуынан тез тозуына және мөлшерлері рауалы мөлшерден асуға жол бермейтін ережелерді, техникалық шарттарды және қажетке пайдалану (эксплуатациялау), ревизиялау және жөндеу бойынша басқа да нормативті құжаттардың талаптарын ұстанғанда, сенімділіктің келесі ұғымдары туындайды:
- тартылым қосалқы станциясының сенімділігі – есептік режимдерде электр энергиясының түрленуін және берілген мөлшер шектігінде кернеудің ауытқуы болғанда түйіспелі тораптың қоректенуін жабдықтау қасиеті;
- түйіспелі тораптың сенімділігі – тартылым қосалқы станциясынан электр жылжымалы құрамға электр энергияның берілуін және қозғалыстың есептік жылдамдығы кезінде тоқтың қалыпты жалдануын және кез келген атмосфералық жағдайларда (апаттық жағдайдан басқа) түйіспелі сымдардың минималды тозуын болдыруын жабдықтау қасиеті;
- электрмен жабдықтау жүйесінің сенімділігі - тартылым қосалқы станциясының да, түйіспелі тораптың да сенімділігін, яғни екеуінің де сенімділігін білдіретін ұғым.
Электрмен жабдықтау жүйесінде сенімділік критериі бойынша құрылғылар былай бөлінеді:
- резерві жоқ, ақауланған кезде пойыздардың қозғалысын бұзылуын (тоқтап қалуын немесе шектелуін) болдыратын құрылғылар. Бұл топқа түйіспелі торап және тұрақты ток тартылым қосалқы станциясының тегістегіш (жатықтаушы) құрылғылары жатады;
- резерві жоқ, ақауланған кезде қажетке пайдалану шартын өзгертуін талап ететін немесе жалпы сенімділікті төмендетеді – секцияландыру посттарын, параллельді қосылыс пункттерін, теле- және дистанциялық басқаруды, аккумуляторлық батареяны, жойылым құрылғыларын;
- резерві бар, ақауланған кезде пойыздардың қозғалысының бұзылуын болдырмайтын, тартылым қосалқы станциясының жабдықтарын және түйіспелі тораптың қорек фидерлерін бүлдірмейтін құрылғылар.
Бірінші топқа жататын құрылғыларда ақауланулар болғанда, кейбір жағдайда, пойыздардың қозғалысының бұзылуын болдырмауы мүмкін (шлейфтің жерлендірілген бөлікке тимей жануы, тіке жолда фиксаторлардың ақаулануы және т.б.) және де екінші және үшінші топтардағы құрылғылардың жеке басының (тек өзінің) ақаулануы кей жағдайда қозғалысты бұзуы мүмкін (фидерлердегі немесе 3.3-27,5 кВ жинақтаушы шиналардағы ажыратқыштарда қысқа тұйықталу болғанда, телебасқару жүйесінің дұрыс жұмыс істемеуінен жалған ажыратылуы және т.с.с.). Тартылым қосалқы станциясы 100% дерлік резервтелген деп есептеуге болады, ал түйіспелі тораптың резерві болмайды. Бұл оның барлық элементтерінің сенімділігін арттыру керек екендігімен түсіндіріледі.
Электр энергиясының тұтынушылары деп технологиялық үрдістермен біріктірілген және белгілі бір территорияда орналастырылған электр қабылдағышты немесе электр қабылдағыш топтарын айтады. Электр энергиясының қабылдағыштары (электр қабылдағыштары) деп электр энергиясын энергияның басқа түріне түрлендіруге арналған аппаратты, агрегатты, механизмді айтады [10].
Электр энергиясының тұтынушыларын, сондай-ақ олардың жүктемелерін жүйелендіру, әдетте, келесі қажетке қолданымдық-техникалық белгілері бойынша жүзеге асырылады: өндірістік қолданылуы мен өндірістік байланысы бойынша, жұмыс режимдері бойынша, қуаты және кернеуі, тоқтың тегі бойынша, қоректендіру сенімділігінің талап етілген дәрежесі бойынша, территорияда орналасуы, жүктеменің тығыздығы, электр қабылдағыштың тұрғылықты орналасуы бойынша. Алайда өнеркәсіптік кәсіпорынның электрлік жүктемесін анықтау кезінде электр энергияның тұтынушыларын жұмыс режимдері, кернеуі, қуаты және токтың тегі бойынша және қоректендіру сенімділігінің талап етілген дәрежесі бойынша ғана жүйелендірсе жеткілікті, ал қалған белгілерді қосымша деп есептейді.
Жұмыс режимдері бойынша электр энергиясының барлық тұтынушыларын үш жұмыс режимі қарастырылатын топтарға бөлуге болады:
- ұзартылған режимде жұмыс істейтін электр қабылдағыш, бұл кезде электр машиналары ұзақ уақыт жұмыс істей алады және машинаның жекеленген бөліктерінің температурасы бекітілген орамадағы шектіктен шықпайды;
- қысқа мерзімде жұмыс істейтін электр қабылдағыш, бұл жағдайда жұмыс кезеңі машинаның жеке бөліктерінің температурасы қалыптасқан мәніне жете алатындай соншалықты ұзақ болмайды, машинаның тоқтау кезеңі ұзақ болғандықтан машина қоршаған ортаның температурасына дейін суып үлгере алады;
- қайталама-қысқа мерзімді жұмыс істейтін электр қабылдағыш, бұл жағдайда машинаның жұмыс істеу кезеңі үзіліс кезеңімен алмасып (кезектесіп) отырады, ал толық цикл бойынша ұзақтылығы 10 мин аспайды. Бұл кезде қызулық рауалы мәнінен аспайды, ал ал салқындату қоршаған ортаның температурасына жетіп үлгермейді.
Өнеркәсіптік кәсіпорынның электр энергия тұтынушыларының жұмыс режимдерін талдау ұзартылған режимде негізгі технологиялық агрегаттар мен механизмдерді жабдықтайтын көптеген электр қозғалтқыштары жұмыс істейді. Жоғары, өзгеріссіз немесе аз өзгеретін жүктемемен желдеткіштердің, сорғыштардың, компрессорлардың, түрлендіргіштердің, көліктің үздіксіз механизмдерінің және т.с.с. электр жетектері бірнеше сағаттан бірнеше кезекке дейін қатарынан ұзақ, ажыратылмай жұмыс істейді. Ұзақ, бірақ та өзгермелі жүктемелі және қоршаған ортаның температурасына дейін электр қозғалтқыш салқындатылып үлгере алмайтын қысқа мерзімді уақыт ішінде, яғни, металлдарды суық күйде өңдейтін станоктар, ағаш өңдейтін станоктар, құйма цехының арнайы механизмдері, балғалар, пресстер, ұста-пресстік цехтардың асаушы машиналарын жабдықтайтын электр қозғалтқыштар циклдың ұзақтылығы 10 мин асатын уақытта жұмыс істейді.
Қысқа мерзімді режимде металл кескіш станоктардың, сондай-ақ, фрамугты ашу үшін арналған қосалқы механизмдердің және т.б. қосалқы механизмдерінің электр жетектері жұмыс істейді.
Қайталама-қысқа мерзімді режимде көпірлі крандардың, тельферлердің, көтергіштер мен осыларға ұқсас қондырғылардың электр қозғалтқыштары және қосалқы және кейбір прокатты цехтардың басқы жетектері жұмыс істейді. Сонымен қатар, тұрақты үлкен лақтырмалы қуатты пісірістіру аппараттары да осы топқа жатады.
Электр қабылдағыштардың өздік (өз бетінше жұмыс жасайтын) топтары, қыздыратын аппараттар мен ұзартылған режимде тұрақты немесе аз өзгермелі жүктемемен жұмыс істейтін электр пештері және жұмыс режимдері тәуліктің уақытына байланысты, нөлден максимумға дейін өзгеретіндігімен айрықша ерекшеленетін электрлік жарықтандырудан тұрады.
Электр энергияның барлық тұтынушыларын қуат және кернеу бойынша екі топқа бөлуге болады:
- 3; 6; 10 кВ кернеудегі тораптан тікелей қоректенетін 3; 6; 10 кВ кернеудегі үлкен қуатты тұтынушылар (80-100 кВт және одан жоғары). Бұл топқа, қуатты кедергі пештері мен өзінің трансформаторы арқылы қорек алатын, қара және түсті металлдарды балқыту үшін арналған доға пештері жатады;
- қорегі тек 380-660 В кернеуде мүмкін болатын және осы кернеуде ғана экономикалық тиімді болатын аз және орташа қуатты тұтынушылар (80-100 кВт төмен).
Токтың тегі бойынша электр энергияның барлық тұтынушыларын үш топқа бөлуге болады: қалыпты өнеркәсіптік жиілікті (50 Гц) айнымалы ток торабынан жұмыс істейтін, жоғарылатылған және төмендетілген жиілікті айнымалы ток торабынан жұмыс істейтін және тұрақты ток торабынан жұмыс істейтін. Өнеркәсіптік кәсіпорынның электр қондырғылары жұмыс істейтін негізгі токтың тегі – 50 Гц жиілікті айнымалы үш фазалы ток.
Электр энергияның жеке тұтынушыларын (электр саймандарды, ағаш өңдеу цехтарындағы арнайы станоктарды, подшипникті өнеркәсіптегі шлифтеуші станоктарды және т.б.) жоғарылатылған жиілікті (180-400 Гц) - токтың жоғары жылдамдықты электр қозғалтқыштарын қоректендіру үшін қолданады. Индукциялық және диэлектрлік қыздыру қондырғылары, машиналық (10000 Гц дейінгі) және электрондық (10000 Гц жоғары) генераторлардан алынатын жоғарылатылған және жоғары жиіліктерді талап етеді.
Өндірістік механизмдердің бірқатары жылдамдықты реттеуді, технологиялық үрдістердің жылдамдығының тұрақтылығын ұстап тұруды, жұмыстың қайталама-қысқа мерзімді режимі кезінде жоғарғы асқын жүктеулі моментті, жиі реверстеуді, тез жүргізіп жіберу мен тежеуді қажет ететіндіктен, осы механизмдердің электр жетектері үшін тұрақты токтың электр қозғалтқыштарын қолдануды талап етеді [10]. Сонымен қатар, электролиздеу цехтары да, гальваникалық цехтар мен электр дәнекерлеудің кейбір түрлері де тұрақты токты қажет етеді.
Сондықтан өнеркәсіптік кәсіпорынның электрмен жабдықтау сұлбаларын құрастыру кезінде кәсіпорында тұрақты ток және жоғары жиілікті токтардың тұтынушылардың бар екендігін есепке алу қажет болады, сондай-ақ, осы тұтынушыларды қоректендіру үшін және жеке қондырғыларға немесе олардың топтарына қызмет көрсету үшін арнайы түрлендіргіш қондырғыларды қарастырады. Тұрақты токтың немесе жоғары жиілікті токтардың жеке тұтынушыларының саны аз және қуаты үлкен емес болғанда, сонымен бірге цехтың территориясында олар әр жерде (бір жерде орналаспағанда) орналасқан жағдайда, осы тұтыну-шылардың әрқайсысына жеке түрлендіргіш агрегатын орналастырады. Бұл агрегаттарды арнайы сұлбалармен басқарылатын қуатты электр жетектері үшін де орналастырады. Тұтынушылардың саны және қосынды қуаттары көп болған жағдайда, статикалық жартылай өткізгішті немесе қозғалтқыш-генераторы бар орталықтандырылған түрлендіргіш қосалқы станцияны орналастыру қарастырылады. Бұл электр энергиясын түрлендіргіштер электрмен жабдықтау жүйесінде айнымалы ток тұтынушыларының қатарына жатады.
Сұраныс коэффициенті әдісімен есептік электрлік жүктемелерді анықтау. Егер жобалау тапсырмасының барысында электрмен жабдықтау торабының (кәсіпорының, цехтың) максималды есептік жүктемесін анықтау керек және жеке электр қабылдағыштардың қуаттары белгісіз болса, онда бұл және шамалар, осы электр қабылдағыш топтарына немесе өнеркәсіптік салаға сәйкесті етіп қабылданатын сұраныс коэффициенті Кс және қуат коэффициенті бойынша анықталады [10]:
; . (3.35)
Бұл көрсетілген есептеу әдісінде сұраныс коэффициентінің Кс шамасы жеке электр қабылдағыштардың санынан және қуатынан тәуелсіз, тұрақты болады. Сондықтан бұл әдісті жалпы зауыттық жүктемелерді анықтау кезінде қолдануға және пайдаланымдық коэффициенті жоғары, электр қабылдағыштың саны п көп болған жағдайда қолданылады.
Реттелген диаграммалар әдісімен есептік электрлік жүктемелерді анықтау. Бұл әдіс электрмен жабдықтаудың техникалық және жұмыстық жобалауын өңдеу кезінде негізгі болып есептеледі. Бұл әдіс бойынша электр қабылдағыш топтарының максималды есептік жүктемесі келесі формуламен анықталады:
. (3.36)
Бұл жерде топтық номиналды қуатты электр қабылдағыштардың номиналды қуаттарының қосындысы (резервті қабылдағыштың есепке алмай) ретінде анықтайды.
Бірдей жұмыс режиміндегі электр қабылдағыш топтары үшін ең үлкен жүктелген кезектегі орташа активті және реактивті жүктемелерді келесі формулалармен анықтайды:
; . (3.37)
мұндағы осы жұмыс режиміндегі электр қабылдағыштар үшін орташа салмақталған сәйкесті етіп алынады.
Электр қабылдағыштар тобында әр түрлі режимде жұмыс істейтін электр қабылдағыш болған жағдайда (3.37) өрнегі өзгереді, яғни келесі формуламен анықталады:
; . (3.38)
Активті қуаттың максимум коэффициентін анықтамалық кесте бойынша [10], яғни электр қабылдағыш топтарының эффективті санынан пэф (3.4-кесте) тәуелділігімен немесе 3.18-суретте келтірілген топтық пайдаланымдық коэффициентінен Кпайд және пэф тәуелділігінен анықтайды.
3.18-сурет. Максимум коэффициентінің Кмакс пайдаланымдық коэффициентінен Кпайд және эффективті санынан пэф тәуелділігі
3.4-кесте.
Электр қабылдағыш топтарының эффективті санынан пэф тәуелділігі
|
Электр қабылдағыш-тардың эффективті саны пэф |
Кпайд төмендегідей болған кездегі максимум коэффициенті Кмакс |
|||||||||
|
Кпайд |
||||||||||
|
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
|
4 |
3,43 |
3,11 |
2,64 |
2,14 |
1,87 |
1,65 |
1,46 |
1,29 |
1,14 |
1,05 |
|
5 |
3,23 |
2,87 |
2,42 |
2,00 |
1,76 |
1,57 |
1,41 |
1,26 |
1,12 |
1,04 |
|
6 |
3,04 |
2,64 |
2,24 |
1,88 |
1,66 |
1,51 |
1,37 |
1,23 |
1,10 |
1,04 |
|
7 |
2,88 |
2,48 |
2,10 |
1,80 |
1,58 |
1,45 |
1,33 |
1,21 |
1,09 |
1,04 |
|
8 |
2,72 |
2,31 |
1,99 |
1,72 |
1,52 |
1,40 |
1,30 |
1,20 |
1,08 |
1,04 |
|
9 |
2,56 |
2,2 |
1,90 |
1,65 |
1,47 |
1,37 |
1,28 |
1,18 |
1,08 |
1,03 |
|
10 |
2,42 |
2,1 |
1,84 |
1,60 |
1,43 |
1,34 |
1,26 |
1,16 |
1,07 |
1,03 |
|
12 |
2,24 |
1,96 |
1,75 |
1,52 |
1,36 |
1,28 |
1,23 |
1,15 |
1,07 |
1,03 |
|
16 |
1,99 |
1,77 |
1,61 |
1,41 |
1,28 |
1,23 |
1,18 |
1,12 |
1,07 |
1,03 |
|
20 |
1,84 |
1,65 |
1,50 |
1,34 |
1,24 |
1,20 |
1,15 |
1,11 |
1,06 |
1,03 |
|
25 |
1,71 |
1,55 |
1,40 |
1,28 |
1,21 |
1,17 |
1,14 |
1,10 |
1,06 |
1,03 |
|
30 |
1,62 |
1,46 |
1,34 |
1,24 |
1,19 |
1,16 |
1,13 |
1,10 |
1,05 |
1,03 |
|
40 |
1,50 |
1,37 |
1,27 |
1,19 |
1,15 |
1,13 |
1,12 |
1,09 |
1,05 |
1,02 |
|
50 |
1,40 |
1,30 |
1,23 |
1,16 |
1,14 |
1,11 |
1,10 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
|
60 |
1,32 |
1,25 |
1,19 |
1,14 |
1,12 |
1,11 |
1,09 |
1,07 |
1,03 |
1,02 |
|
80 |
1,25 |
1,20 |
1,15 |
1,11 |
1,10 |
1,10 |
1,08 |
1,06 |
1,03 |
1,02 |
|
100 |
1,21 |
1,17 |
1,12 |
1,10 |
1,08 |
1,08 |
1,07 |
1,05 |
1,02 |
1,02 |
|
140 |
1,17 |
1,15 |
1,11 |
1,08 |
1,06 |
1,06 |
1,06 |
1,05 |
1,02 |
1,02 |
|
200 |
1,15 |
1,12 |
1,09 |
1,07 |
1,05 |
1,05 |
1,05 |
1,04 |
1,01 |
1,01 |
|
240 |
1,14 |
1,11 |
1,08 |
1,07 |
1,05 |
1,05 |
1,05 |
1,03 |
1,01 |
1,01 |
|
300 |
1,12 |
1,10 |
1,07 |
1,06 |
1,04 |
1,04 |
1,04 |
1,03 |
1,01 |
1,01 |
Электр қабылдағыштың эффективті (келтірілген) саны пэф – бұл қуаты мен жұмыс режимдері әр түрлі электр қабылдағыштардағы сияқты, мәні есептік максимумды беретін бірдей қуатты электр қабылдағыштардың жұмыс режимдері бойынша біртекті болатын сан:
. (3.39)
Топтағы электр қабылдағыштардың саны төрт және одан көп болған жағдайда, егер де электр қабылдағыштың ең үлкен номиналды қуатының ең кіші номиналды қуатына қатынасының шарты кезінде, пэф эффективті санын п деп қабылдауға рұқсат етіледі:
. (3.40)
т анықтау кезінде топтың ішіндегі қосынды қуаты номиналды қуаттың 5% аспайтын кішігірім электр қабылдағыштарды алып тастауға рұқсат етіледі, яғни санамауға болады. Электр қабылдағыштардың әр түрлі болуы себептен, % болған жағдайда пэф шамасын (3.40) өрнегімен есептеу қиынға соғады, бұл жағдайда 3.19 а, б-суретте келтірілген графикті пайдаланады және бұл кезде электр қабылдағыштардың салыстырмалы эффективті санын қосымша табады: осыдан
.
Бұл жерде және одан ары қарай индекстегі жұлдызша салыстырмалы шаманы білдіреді.
Сонымен қатар мәндерін екі қосымша шамалардың тәуелділігі ретінде де табады:
; ,
мұндағы - әрқайсысының қуаты ең үлкен электр қабылдағыштың қуатының жартысынан кем болмайтын, топтағы ірі электр қабылдағыштардың саны; - осы ірі электр қабылдағыштардың қосынды номиналды қуаты; - бүкіл топтың қосынды номиналды қуаты.
а) б)
3.19-сурет. әр түрлі болғанда -ның -дан тәуелділік графиктері
Электрмен жабдықтау жүйесін жобалау тәжірибесіне сәйкесті келесі шарттар орындалуы керек:
а) және болғанда, электр қабылдағыштардың эффективті саны
, (3.41)
мұндағы - электр қабылдағыш топтарының қосынды номиналды қуаты; - топтың ең үлкен электр қабылдағышының қуаты.
болған жағдайда пэф = п тең деп қабылдау керек.
б) және пэф < 4 болғанда, максималды есептік жүктеме
, (3.42)
мұндағы кжүкт - жүктемелік коэффициент, ұзартылған режимде 0.9, ал қайталап қосылу режимінде 0.75 тең.
Жүктемелік графигі үнемі тұрақты болатын электр қабылдағыштар үшін Кмакс=1 тең деп қабылданады және максималды есептік қуат ең үлкен жүктелген кезектегі орташа қуаттың жүктемесі бойынша анықталады:
. (3.43)
Әр түрлі жұмыс режиміндегі электр қабылдағыш топтарының реактивті максималды есептік қуаты:
. (3.44)
Жобалау тәжірибесіне сәйкесті, болғанда, реактивті максималды есептік қуатты деп; ал болғанда деп қабылдайды.
Егер цехтың немесе кәсіпорынның электр қабылдағыштарының топтарында озатын токпен жұмыс істейтін электр қабылдағыштар болса, онда олардың реактивті қуаттары минус таңбасымен алынады және жалпы реактивті қуаттан алынады. және анықтағаннан кейін толық қуатты есептеуге болады [10]:
. (3.45)
Айнымалы және тұрақты ток электр қабылдағыштары үшін есептік максималды ток:
; . (3.46)
Бастапқы берілгендерінің өзгеруі мен коэффициенттердің уақыттан өзгеруі динамикасын есепке алғанда есептік коэффициенттердің дәл болмауы себепті жүктемелерді дәл есептеу мүмкін емес. Осы себепті жүктемелерді есептеу кезінде 10% қателіктер жіберіледі.
Жүктемелердің меншікті (үлесті) тығыздығының әдісі. Кәсіпорын бойынша түгелдей және оның жеке цехтары бойынша тұтынатын қуат өнімнің бірлігіне кететін электр энергиның үлесті шығындары ωүлес бойынша мәліметтермен анықталуы мүмкін [10]. Әртүрлі өндірістер үшін электр энергияның үлесті шығындары матеиалдарды талдау жасау және жұмыс істеп тұрған кәсіпорынның статистикалық мәліметтерінің негізінде анықталады. Электр энергияның үлесті шығындарының берілгендері өнеркәсіптік өнімдердің түрлері бойынша анықтамалық кітаптарда (әдебиеттерде) беріледі. Түгелдей кәсіпорын бойынша немесе жеке цехтардың электр энергияны жыл бойы тұтынуы
, (3.45)
мұндағы ωүлес - өнім бірлігіне электр энергияның үлесті шығынының нормасы, кВт·сағ; - өнімнің натуралды өрнектелген жылдық шығарылуы.
Максималды есептік қуаттың шамасы
, (3.46)
мұндағы - активті қуаттың максимумын қолдану сағаттарының жылдық саны, бұл кезде кәсіпорын орташа жылдық жүктеме кезіндегі сияқты сондай мөлшерде электр энергиясын тұтынады.
Максимум жүктемені қолдану уақыты өнеркәсіптің жеке салаларының тұтынушыларының жүктемелерінің сипатымен анықтала-ды және металлургия өнеркәсіптері үшін - 6500 сағ дейін; химия өнеркәсіптері үшін – 6000 сағ дейін; тау-кен өнеркәсіптері үшін - 5000 сағ дейін; машина жасау өнеркәсіптері үшін - 4000 сағ дейін қабылданады.
Бір фазалы электр қабылдағыштардың электрлік жүктемелерін анықтау әдісі. Фазалық және фазааралық кернеулерге қосылған және фазамен 15% қалыпты емес таратылған бір фазалы электр қабылдағыштар дәл осындай қосынды қуаттармен үш фазалы электр қабылдағыштар ретінде есепке алынады [10]. Көрсетілген қалыпты еместіліктен асып кеткенде бір фазалы электр қабылдағыштардың есептік жүктемесін, ең үлкен жүктелген фазалардағы жүктемелердің үш есе шамасына тең болады деп қабылдайды.
Бір фазалы электр қабылдағыштардың саны үшке дейін жеткенде шартты үш фазалық номиналды қуат келесі тәсілмен анықталады:
а) электр қабылдағыштардың фазалық кернеуге жалғануы кезінде
, (3.47)
мұндағы - құжаттық қуат; - максималды жұктелген фазаның номиналды қуаты.
б) бір фазалы электр қабылдағыштардың желілік кернеуге жалғануы кезінде, бір электр қабылдағыш болғанда
. (3.48)
екі-үш электр қабылдағыш болғанда
. (3.49)
Фазалық немесе желілік кернеуге жалғанған бір фазалы электр қабылдағыштардың саны үштен көп болғанда және Кnaйд мен бірдей болған кезде, олардың максималды жүктемесі келесі өрнек бойынша анықталады:
, . (3.50)
Кәсіпорынның және цехтардың электрлік жүктемелерін есептеу. Электрлік жүктемелерді анықтау үшін қондырғының, цехтың немесе кәсіпорынның орнықталған, есептік және қосынды қуаттары жайлы мәліметтерді құрастырады.
Күштік жүктемелерді реттелген диаграммалардың максимум коэффициентімен анықтайды [10]. Бұл үшін электр қабылдағыш топтарының әрбірінің сәйкесті есептік коэффициенттері қолданылады. Жарықтандыру жүктемесін жарықтандыратын ауданға (Вт/м2) үлесті қуат әдісімен есептейді. Трансформатордың төменгі кернеу (ТК) жағындағы S2 қосынды жүктемені қуат коэффициентінің берілген мәніне дейін жойылымсыз және жойылымды реактивті қуатпен анықтайды.
Трансформатордың төменгі кернеу (ТК) жағындағы S1 жүктеме қуатын трансформатордағы активті (2%) және реактивті (10%) шығындарын есепке ала отырып, алдын ала (қосымша) есептейді:
S1=К· S2, (3.51)
мұндағы К коэффициенті жүктеменің cosφ мәнінен тәуелді болады:
cosφ................... 1 0,9 0,8 0,7 0,6
К.........................1,02 1,06 1,08 1,085 1,09
Электрмен жабдықтау жүйесін жобалау кезінде есептік жүктемелердің берілгендері бойынша жеке цехтардың электрлік жүктемелеріне кесте құрылады. Бұл реактивті қуаттың жойылымын есепке ала отырып трансформаторлардың қуатын және санын таңдауға, сондай-ақ, цехтардың трансформаторлық қосалқы станциясының қуатын және санын анықтауға мүмкіндік береді. Ары қарай, электрмен жабдықтау жүйелерінің берілген параметрлеріне, қорек көзінің (ЖЭО, энергожүйенің аудандық қосалқы стансциясының және т.б.) орналасу орнына және тұтынушылардың категориясына сәйкесті Басқы төмендеткіш қосалқы станциясындағы (БТҚС) трансформаторлардың орналасу орнын, сандарын және қуаттарын анықтайды.
БТҚС-нан немесе орталық таратушы пунктінен цехтық ТП қорек сұлбасын таңдағаннан кейін тоқ жүктемелерді, 6-10 кВ кернеудегі ішкі электрмен жабдықтау торабының шығындары мен қималарын анықтайды. Тораптың қималарын қысқа тұйықталу токтарын есептегеннен кейін түбегейлі анықтайды.
Электр қабылдағыштар немесе электр қабылдағыш топтарының белгілі бір уақыт аралығындағы жұмыстары жүктеме графиктерімен сипатталады. Бұл графиктер активті жүктеменің P(t), токтың I(t) немесе реактивті жүктеменің Q(t) уақыт аралығындағы өзгеру қисықтарымен көрсетіледі. График өзі жазатын аспаптар арқылы үздіксіз қисық түрде жазыла алады. Темір жол энергия шаруашылығының тәжірибиесінде электр энергиясы санағышының көрсеткіштері арқылы алынған активті жүктеменің графигі сатылы түрдегі қисықтар арқылы көрсетілу кең қолданылады.
Жүктеме графиктері жеке электр қабылдағыштарға және электр қабылдағыштар тобы қоректенетін фидерлерге байланысты жекеше және топтық болады. Жеке электр қабылдағышқа қатысты барлық шамалар мен коэффициенттер жеке деп аталады, бір топ қабылдағыштарға байланыстылар - топтық деп аталады. Жеке шамалар мен коэффициенттер бас әріптермен, ал топтық шамалар мен коэффициенттер кіші әріптермен белгілінеді.
Бекеттің топтық тәуліктік жүктеме графиктері Р(t) (3.20-сурет) жыл сайын желтоқсан айында максималды жүктеме (қыстық максимум) кезінде жол бойында жазылып отырады.
Берілген график үшін Iесеп есептік жүктемесі - ол қарапайым I=const=Iесеп графигінің өткізгіштерді қызу тиімділігіне (эффектісіне) эквивалентті жүктемесі.
Іс жүзінде активті қуаттың есептік жүктемесі деген түсінік жиі қолданылады. Өйткені I(t) графиктерімен салыстырғанда P(t) графигін есептеулер және пайдалану жағдайларында қолдану тиімдірек.
Есептік жүктеме ретінде 3Т0 мәніне жақын (мұндағы Т0 - сымның аз және орташа қимасын 25 мм2 дейін жиі қолданылатын өткізгіштердің қыздыру уақытының тұрақтысы) жарты сағатты максимум деп аталатын 30 минут уақыт интервалындағы максималды орташа жүктеме алынады.
3.20-сурет. Ірі темір жол бекетінің тәуліктік жүктеме графигі
Үлкен қималы сымдар және кабельдердің ток өткізгіш талсымдарының қыздыру уақыты 30 минуттан асатын жағдайда қыздырудың ұзақтылығына сәйкес жүктемені қайта есептеу керек болады. Бұл цехтық тораптарда өткізгіштің материалын 8-10% дейін үнемдеуге жол береді.
P(t) және I(t) есептік жүктемелері мына қатынаспен байланысты:
, (3.52)
мұндағы - электр қабылдағыштардың номиналды кернеуі; cosφесеп - электр қабылдағыштар тобына сипатты қуат коэффициентінің орташа мәні.
Белгілі бір циклдегі орташа жүктемелер - электр санағыштардың көрсетуі бойынша мына формулалар арқылы анықталады:
, , , (3.53)
, , ,
(3.54)
, ,
мұндағы - жеке электр қабылдағыштардың немесе электр қабылдағыштар тобының активті және реактивті электр энергиясымен қоректенулері; T, t – жүктемені орташаландыру циклінің ұзақтығы.
Электрлік жүктемелерді есептеу үшін, электр қабылдағыштардың жұмыс режимін сипаттайтын графиктердің өлшемсіз көрсеткіштері қызмет етеді.
Пайдаланымдық коэффициентi жүктемелерді есептеу үшін негізгі көрсеткіш болып табылады. Электр қабылдағыштардың kпайд немесе электр қабылдағыштар тобының активті қуатының пайдаланымдық коэффициенті Kпайд деп орташа активті жүктеменің (рор, Рор) номиналды жүктемеге (рн, Рн) қатынасын айтамыз. Пайдаланымдық коэффициенттерді активті қуат, реактивті қуат және ток бойынша бөледі. Активті қуат бойынша пайдаланымдық коэффициент жиірек қолданылады және оның маңызы үлкенірек:
Кпайд=рор/рном; Кпайд=Рор/Рном=Σрор/рном=Σкпайд рном/Рном. (3.55)
Осылайша реактивті қуат бойынша және ток бойынша қолданымдық коэффициенттері де есептеледі.
Активті қуат бойынша сұраныс коэффициенті Кс және максимум коэффициенті негізінен топтық графиктерге жатады [10]. Олар есептік жүктеменің топтық циклдегі немесе ауысымдағы орташа жүктемесіне және номиналды қуатқа қатынастарына тең болады:
Кс=Ресеп/Рном; Км=Ресеп/Рор. (3.56)
Сұраныс коэффициентi Кс=Км·Кпайд екендігі көрініп тұр.
Жұмыс істеп тұрған электр қондырғыларын тексеру кезінде сұраныс коэффициенті қолданылады, өйткені ол есептік жүктемені электр қабылдағыштардың номиналды қуатымен тікелей байланыстырады. Жүктеме есептеулерінде есептеу түріне және электрмен жабдықтау жүйесінің деңгейіне қарай максимум немесе сұраныс коэффициенттерін қолданады.
Электр қабылдағыштың қосылу коэффициенті Кқос - оның циклдағы қосылу ұзақтығының tқос циклдің бар ұзақтығына қатынасы tц. Циклдегі қабылдағыштың қосылу уақыты жұмыс істеу уақыты tжұм мен бос жүріс уақытының tб.ж қосындысынан тұрады:
Кқос = tқос / tц = (tжұм + tб.ж) / tц. (3.57)
Қарапайым түрде есептелетін жеке қосылыс коэффициентінен кқос топтық қосылыс коэффициентінің айырмашылығы, ол циклдің ішінде электр қабылдағыштардың қуаттарының орташа деп шамамен алынған топтық қосылуының қосынды номинал қуаттарына қатынасын береді:
Кқос = кқос· рн / рн. (3.58)
Жеке электр қабылдағыштың жүктеме коэффициенті қосылу уақытындағы орташа активті, реактивті қуатының немесе тоқтың, олардың номиналды мәндеріне қатынастарымен анықталады. Орташа активті қуат рор.а циклдегі орташа қуаттан tпайд / tқос есе үлкен:
рор.қос=рор/(td/tw)=рор/кқос. (3.59)
Сонда активті қуаттың жүктеме коэффициенті:
кжүк= рор/рн=рор/(кқос·рн)=кпайд/кқос. (3.60)
Дәл осылай реактивті қуат және ток бойынша жүктеме коэффициенті анықталады.
Топтық жүктеме коэффициентi үшін:
Кжүк = Кпайд / Кқос; Кпайд = Кжүк Кқос. (3.61)
Графиктің формалық коэффициентi - бұл орта квадратты (эффективті) жүктеменің берілген уақыттағы орташа жүктемесіне қатынасы:
Кф=Ржүк/Рор; кф=ржүк/рор. (3.62)
Формалық коэффициент уақыт бойынша графиктің білкелкі еместігін сипаттайды. Жүктеменің уақыт бойынша өзгермейтін кезде, коэффициент өзінің бірге тең болатын ең кіші мәнін қабылдайды.
Осындай өрнек реактивті қуаттың және токтың графиктері үшін де жазылуы мүмкін. Формалық коэффициент графиктің уақыттан қалыпты емес екендігін сипаттайды. Бірге тең болатын өзінің аз мәнінде, ол уақыттан өзгермейтін жүктеме ретінде қабылдайды.
Активті қуат бойынша жүктеме максимумдарының әрсәттілік коэффициентi - бұл электрмен жабдықтау жүйесінің активті қуатының жалпы есептік максимумының, берілген электрмен жабдықтау жүйе тобына кіретін жеке қабылдағыштар топтарының активті қуаттарының есептік максимумдер қосындысына қатынасы:
Кәрсәт=Ресеп/ΣРесеп.11. (3.63)
Бұл коэффициент қабылдағыштың жеке топтарының максимумдарының уақыттан ығысуын сипаттайды, бұл жеке топтардың максимумдарының қосындысымен салыстырғанда, тораптың максимум жүктемесінің қосындысының төмендеуін болдырады.
Ірі темір жол бекеттері мен тораптары үшін:
Кәр.сәт=Ресеп/ΣРесеп.ном, (3.64)
мұндағы Ресеп - бекеттің немесе тораптың жалпы есептік жүктемесі; - бекет немесе тораптың жеке кәсіпорындарының есептік жүктемелер қосындысы.
Кәрсәт мәнін қоректену көзінің шиналарындағы бекеттер мен тораптар үшін 0,85-09 аралығында қабылдауға болады.
Электр энергиясын есептік есепке алу деп өңделіп шығарылған, сондай-ақ, тұтынушыларға берілген электр энергияны ақшалай есептеуді айтады. Есептік есепке алу үшін орнатылған санағыштар есептік санағыштар деп аталады және олардың дәлдік кластары 2 төмен болмауы қажет; егер де санағыштар өлшеуіш трансформаторлар арқылы жалғанатын болса, онда өлшеуіш трнасформатордың дәлдік класы 0,5 тең болуы керек.
Электр энергиясын техникалық (бақылаулық) есепке алу деп электр станциясының, қосалқы станцияның, кәсіпорынның, ғимараттардың, пәтерлердің және т.б. электр энергиясының шығынын бақылауға арналған есепке алуды айтады. Техникалық есепке алу үшін орнатылған санағыштарды бақылау санағыштары (дәлдік класы – 2,5) деп атайды.
Активті энергияны анықтау кезінде келесі энергияларды есепке алу қажет: электр станциялардың генераторларының өндірген энергиясын; электр станцияның және қосалқы станциялардың өзіндік қажетіне тұтынған энергиясын; таратушы тораптарға электр станцияның берген энергиясын; басқа энергожүйелерге берген және олардан алған энергиясын; тұтынушыларға берілген және төленетін энергияны.
Бұдан басқа, тұтынушылардың электр энергияны тұтынуына қойылған режимдерді және электр энергияның тепе-теңдігін сақтауды, электр энергияның меншікті мөлшерін бекітуді және шаруашылық есеп жүргізуді сақтауды бақылап отыру қажет [10,11].
Реактивті қуатты есептегенде энергияның келесі түрлерін есепке алу қажет: электр станциялардың генераторларының өндірген энергиясын; энергожүйенің синхронды компенсаторларының немесе батарея конденсаторлардың өндірген энергиясын; энергожүйеден алынған немесе басқа энергожүйеге берілген энергияны; энергожүйеден өнеркәсіптік кәсіпорындарға берілген энергияны және осы кәсіпорындардың компенсациялайтын қондырғыларымен өндірілген энергияны.
Сонымен қатар бұл есепке алу энергожүйенің әр түрлі элементтеріндегі және тұтынушылардың электр қондырғыларыннаң қуаты 100 кВА және одан жоғары болғанда қуат қоэффициентінің қажетті мәнін қарастыруы керек.
Тұтынушылар тұтынған электр энергияны есептеу үшін арналған санағыштарды энергиямен қамтамасыз ететін ұжымдар мен тұтынушылардың тораптарының арасында межеленген шекаралық аралықта орналастыру қажет.
Егер кәсіпорын (энергожүйенің келісімімен) энергожүйенің торабына реактивті қуатты беретін болса, онда берілген және алынған реактивті энергияны есепке алу үшін реактивті қуаттың стопорлы механизмді екі санағышын орнату керек.
Кәсіпорын бойынша түгелдей және цехтар бойынша электр энергия шығынын есепке алу шығарылған жұмыстың өнімінің (маңызды техника-экономикалық көрсеткішінің бірі болып саналатын) әр түрлі түрлерінде электр энергияның меншікті шығынын анықтауға мүмкіндік береді [10,11].
Бақылау санағыштарын әдетте төменгі кернеу (ТК) торабына қосады, бұның бірнеше ерекшеліктері болады:
- санағышты орнату арзанға түседі (ЖК жағына қарағанда), өйткені монтаждау әлдеқайда жеңіл; трансформаторлардағы және ЖК тораптарындағы шығындарды анықтауға мүмкіндік туады;
- санағыштарды қажетке қолдану әлдеқайда жеңіл және арзан.
Дәлдік класына қатысты қойылатын талаптар есептік санағыштарға қойылатын талаптарға қарағанда бақылау санағыштарында төмен, өйткені бақылау санағыштарында ақшалай есептеу жүргізілмейді. Сондықтан бақылау санағыштары дәлдік класы 1 тең өлшеуіштік ток трансформаторына жалғана алады және өлшеуіштік ток трансформаторына санағыштан басқа да өлшеуіш аспаптары мен қорғаныс релесі жалғанады.
Қалыпты емес жүктемеде үш фазалы тораптарда активті энергияны өлшеу үшін екі- және үш жүйелі санағыштар қолданылады. Нөлдік сымды үш фазалы тораптарда жеке фазалардың токтардың қосындысы нөлге тең болмайды, сондықтан екі жүйелі санағыштар бұнда жарамсыз болып есептеледі.
Қалыпты емес жүктемеде төрт сымды тораптарда үш ток орауышты үш- немесе екі жүйелі санағыштар қолданылады.
3.21-3.25-суреттерде СА4, СА4У, СА3, СА3У және СР4, СР4У типті санағыштардың қосылу сұлбалары көрсетілген. Бұл санағыштар 1000 В және одан жоғары кернеулерде үш- және төрт сымды тораптарда активті және реактивті энергияларды өлшеу үшін арналған.
3.21-сурет. 1000 В дейінгі кернеуде төрт сымды тораптарда активті электр энергияны өлшеуге арналған СА4, СА4У типті үш фазалы санағыштардың қосылу сұлбасы
3.22-сурет. 1000 В дейінгі кернеуде үш сымды тораптарда активті энергияны өлшеуге арналған СА3, СА3У типті санағыштардың қосылу сұлбасы
Реактивті энергияны өлшеу үшін қосымша тізбектелген орауышы бар арнайы санағыштарды дайындайды.
1000 В дейінгі кернеуде үш сымды тораптарда реактивті энергияны өлшеу үшін арналған қосымша тізбектелген орауышы бар СА4, СА4У санағыштардың сұлбасы 3.23-суретте келтірілген. Егер электр энергиясын тұтыну пункті бірнеше қорек желілеріне жалғанатын болса, онда қосып есепке алатын сұлба қолданылады. Келтірілген сұлбада есепке алудың қажетті дәлдігі ток трансформаторының 1-4 трансформация коэффициенттері кезінде жабдықталады. Олардың (ТТ) жүктелуі 20 % кем емес және 50 м қашықтықта орналасуы қажет.
3.23-сурет. 1000 В жоғары кернеуде үш сымды тораптарда активті энергияны өлшеуге арналған СА3, СА3У типті санағыштардың қосылу сұлбасы
3.24-сурет. 1000 В жоғары кернеуде үш сымды тораптарда реактивті энергияны өлшеуге арналған СР4, СР4У типті санағыштардың қосылу сұлбасы
3.25-сурет. 1000 В дейінгі кернеуде тораптың реактивті электр энергиясын өлшеуге арналған қосымша тізбектелген орауышы бар үш фазалы СА4, СА4У типті санағыштардың қосылу сұлбасы
Электр энергиясының санағыштары. Қолданылатын электр энергияның көп функционалды СЭТ-4ТМ.02.2-42 және ПСЧ-4М.05.04 санағыштары барлық талаптарды қанағаттандырады.
Бұл санағыштар Фрунзе атындағы Нижегород зауытында шығарылады.
Мәліметтерді тізбектелген сандық интерфейспен беретін, активті және реактивті энергияны өлшеуге тура және кері бағытты трансформаторлық қосылысы (ТТ және КТ) бар, үш фазалы көп тарифты сандық СЭТ-4ТМ.02.2-42 және ПСЧ-4М.05.04 санағыштары 50 Гц жиіліктегі айнымалы токтың үш сымды және төрт сымды тораптарында энергожүйенің (қосалқы станцияның, таратушы тораптардың, электр станцияның) және өнеркәсіптік өндірістің тура және кері бағытта активті және реактивті энергияларын есепке алуға арналған.
Санағыштар дербес түрде де немесе электр энергияны есепке алу мен бақылаудың автоматтандырылған жүйесінің (ЭЕБАЖ) құрамында да қолданылады. Санағыш МСТ30206-94, МСТ26035-83 стандарт-тарына сәйкес. Санағыштар өлшеу құралдарының Мемлекеттік реестрінде тіркелген және Қазақстан Республикасында қолдануға рұқсат етілген.
Санағыштар екі тең проиоритетті, тәуелсіз, гальваникалық, шешілген байланыс интерфейсі болады: RS-485 және бірлескен ModBus протоколын қолдайтын оптопорт және электр энергияны есепке алу мен бақылаудың автоматтандырылған жүйелерінің (ЭЕБАЖ) құрамында да және диспетчерлік басқарудың автоматтандырылған жүйелерінің құрамында (ДБАЖ) да қолданылуы мүмкін.
Функционалды мүмкіндіктері:
1. Санағыш RS-485 интерфейсі арқылы немесе келесі параметр-лердің оптикалық портын программалау мүмкіндігін қамтамасыз етеді: RS-485 каналы бойынша алмастыру жылдамдығын; мәлімет алудың бірінші және екінші деңгейлік паролін; есепке алу нүктелерінің атау-ларын; тораптық мекен-жайын; тоқ және кернеу бойынша трансформа-циялық коэффициентін; екі тәуелсіз массив бойынша 1 минуттан 60 минутқа дейінгі диапазонда жүктеме графиктерін тұрғызу үшін қуаттың интегралдану уақытын; тарифтік кестесін; мейрам және басқа күнге көшірілген күндердің кестесін; ағымды уақыты мен күнін; мезгілдік уақытқа көшу уақытын; программалық жалаушаларын; 1 секундтан 20 секундқа дейінгі диапазонда индикация кезеңін; электрлендіру сапасын өлшегіш параметрлерін.
2. Төрт тарифты аймақтарда он екі мезгілді күннің төрт типі бойынша тура және кері бағыттағы активті және реактивті энергия-ларды көп тарифпен есеп жүргізуге мүмкіндік береді. Тарифтық аймақтың дискреті – 10 минут. Тәулікте тарифтық аймақтың кезектесуі 144 дейін. Санағыштың тарификаторы мейрам күндерінің кестесін және басқа күнге ауыстырылған күндердің тізімдерін қолданады.
3. Индикаторда сол жылғы және алдындағы жылдың ішінде; сол айғы және алдындағы айдың ішінде; сол тәулікте және алдындағы тәуліктің ішінде есепке алынған тура және кері бағыттағы активті және реактивті энергияны санауға мүмкіндік тудырады.
4. Байланыс интерфейсі арқылы сол жылғы және алдындағы жылдың ішінде; сол айғы және алдындағы айдың ішінде; сол тәулікте және алдындағы тәуліктің ішінде есепке алынған тура және кері бағыттағы активті және реактивті энергияны санауға мүмкіндік береді.
5. Тура және кері бағыттағы активті және реактивті қуат үшін 1 минуттан 60 минутқа дейін әр түрлі программаланған интегралдау уақытты қуаттың профилінің екі төрт каналды массивін жүргізуге мүмкіндік береді. 30 минуттық интегралдау уақыты кезінде қуаттың әрбір профилінің массивінің сақталу тереңдігі (мерзімі) -57 тәулік.
6. Он екі мезгілді кестені қолдана отырып, тура және кері бағыттағы активті және реактивті қуаттың таңғы және кешкі максимумдарын анықтауға мүмкіндік береді.
7. Индикаторда келесі физикалық шамалардың лездік мәндерін (интегралдау уақыты 1сек) әрбір фаза бойынша ток және кернеу бойынша трансформациялық коэффициентін есепке ала отырып активті, реактивті және толық қуатты; фазалық ток және кернеуді; әрбір фаза бойынша және фазалардың қосындысы бойынша қуат коэффициентін; тораптың жиілігін; сол күнді және уақытын; санағыштың ішіндегі температураны өлшеуге және кескіндеуге мүмкіндік береді.
Санағыштың техникалық сипаттамалары 3.5-кестеде келтірілген.
3.5-кесте.
Санағыштың техникалық сипаттамалары
|
Негізгі электрлік параметрлер |
СЭТ-4ТМ.02.2 |
ПСЧ-4М.05 |
|
Дәлдік класы активті / реактивті энергия |
0,2S/0,5; 0,5S/0,5; 0,5S/1 |
0,2S/0,5; 0,5S/0,5; 0,5S/1 |
|
Номиналды кернеу, В |
3х57,7/100 немесе 3х(120…230)/(208…400) |
3х57,7/100 немесе 3х(120…230)/(208…400) |
|
Номиналды ток күші, А |
1 немесе 5 |
1 немесе 5 |
|
Максималды ток күші, А |
1,5 немесе 7,5 |
1,5 немесе 7,5 |
|
Тораптағы жиілік , Гц |
502,5 |
502,5 |
|
Сезгіштік табалдырығы, мА |
1 немесе 5 |
|
|
Тарифтер саны |
8 |
4 |
|
Салыстырып тексеу арасындағы интервал, жыл |
6 |
10 |
|
Күрделі жөндеуге дейінгі санағыштың орташа қызмет ету мерзімі |
30 |
30 |
|
Жұмыстық температуралардың бекітілген және шектік диапазондары, С0 |
– 40-тан + 55 дейін |
– 40-тан + 60 дейін |
- 10 кВ коммерциялық есепке алу қосылыстарында активті, реактивті электр энергияны және қуатты өлшейтін, дәлдік класы 0,2S болатын СЭТ-4ТМ.02.2-42 санағыштары орнатылады. 10(6) кВ қалған қосылыстарында активті, реактивті электр энергияны және қуатты өлшейтін, дәлдік класы 0,5S болатын ПСЧ-4М.05 санағыштары орнатылады.
- 0,4 кВ қосылыстарында активті, реактивті электр энергияны және қуатты өлшейтін, дәлдік класы 0,5S болатын ПСЧ-4М.05 санағыштары орнатылады.
Барлық санағыштар екі бағытта да өлшей алады.
Барлық санағыштар жүктеме графиктерін (ЖГ) сақтау платасымен, қосымша қорек платасымен комплектіленіп, 3 минуттық және 15 минуттық орташаланған қуатта программаланады. Ақпараттың визуалды бақылануы үшін санағыштар сұйық кристаллды (ЖКИ) индикаторымен жабдықталады.
Әрбір санағыш мәліметтерді жоғарғы деңгейге беруге және коммуникациялық аппаратураға жалғану үшін RS-485 сандық интерфейстің платосымен жабдықталады. Мәліметтерді беру жылдамдығы 9600 бит/сек кем емес. Дайындық коэффициенті 0,95 нашар (кем) емес.
Жабдықтар ажыратылған кезде олардың жұмыстарын жабдықтау үшін санағыштар резерті қоректену функциясымен жабдықталған.
Санағыштардан мәліметтерді жылжымалы инженерлік пульттің көмегімен автономды алып тастау үшін олардың (санағыштардың) оптикалық порты болады.
Санағыштар шкафтарда, панельдерде немесе есепке алу қалқандарында орналастырылады. Әрбір санағыштың жанында пломбылау мүмкіндігі бар сынақтық клеммалы КИ–10 типті ойықша (колодка) орналасады.
МСТ30206-94 сәйкес 0,2S және 0,5S дәлдік класты электр энергия санағышының қателіктерін санағыштың өлшеу тізбектеріндегі токтың мәнінің диапазонында нормалайды.
Санағыш қызмет ету мерзімінде үздіксіз жұмысты жабдықтайды. 0,15-тен 1000 МГц дейінгі жиілік диапазонында, санағышпен туындалатын, өткізетін немесе сәулеленетін радиобөгеуілдің шамасы А класты жабдықтар үшін МСТ-Р-51318.22-да көрсетілген мәннен аспайды.
Санағыш 15 кВ кернеумен 10 электр статикалық разрядтардың әсерінен кейін жұмыстық күйінде МСТ-Р-51317.4.4 талаптарына сәйкес функциялайды. Санағыш МСТ-Р-51317.4.4 талаптарына сәйкес 60 сек ішінде 2 кВ кернеудің тез өтпелі толқындарының әсеріне төзімді болады. Санағыштың істен шығуына дейінгі орташа жұмыс уақыты Тор 55000 сағ кем емес. Санағыштың істен шықпай жұмыс істеуінің орнықталған уақыты 3500 сағ кем емес.
Бірінші күрделі жөндеуге дейінгі орташа қызмет ету мерзімі 30 жылдан кем емес. Бекітілген қызмет ету мерзімі 24 жылдан кем емес. Санағыштың (Вт) орташа қалпына келу уақыты 2 сағ жоғары емес.
Номиналды жиілікте және қалыпты температурада тораптың әр фазасында симметриялық қорек және номиналды кернеу кезінде санағыштың кернеуінің әрбір параллельді тізбегіндегі тұтынылған активті және толық қуат: номиналды кернеуі Uном=57,7 В болатын санағыш үшін активті және толық қуаты 0,8 Вт және 1,5 В·А аспайды; номиналды кернеуі Uном=120…230 В санағыш үшін активті және толық қуаты 1,0 Вт және 2,0 ВА аспайды. Номинал ток және номинал жиілік болғанда санағыштың әрбір тізбектей жалғанған тізбегінде тұтынылған толық қуат 0,3 В·А аспайды.
Санағыш сандық құрылғыға жатады және ішінде орналасқан микроконтроллердің басқаруымен жұмыс істейді.
Санағыштың өлшейтін бөлігі кірістің аналогты сигналдарын сан түрінде өңдеу принципі бойынша құралған және период ішінде фазалық кернеудің, токтардың, әр фазадағы активті және толық қуаттардың, сондай-ақ, тораптың жиіліктерінің орташа мәндерін өлшеу жүргізуді жүзеге асырады. Жетіспеген физикалық шамалар өлшенген шамаларды есептеу арқылы табады.
Санағыштың конструкциясы келесі тораптардан: корпустан; түйіспелі ойықшадан (колодка); түйіспелі ойықтың қорғаныс қақпағынан; өлшеуіш құрылғысының баспалық платасынан; басқару құрылғысының баспалық платасынан; оптикалық порттың баспалық платасынан; индикация құрылғысының баспалық платасынан; басқару клавиатурасынан тұрады.
Үш фазалы қоректендіру блогы өлшеу бөлігінің қорегі үшін тұрғылықты үш қорек көзінен, басқару бөлігінен және тораптарды басқаратын интерфейстік бөліктен тұрады. Интерфейстік бөліктің қорек көзі басқа қорек көздерінен және қорек тораптарынан гальваникалық ажыратылған. Қоректердің арасындағы ажыратылу 2000 В кем болмайды.
Микроконтроллер (МК) санағыштың барлық тораптарын басқарып отырады және оның ішкі жадындағы программада орналасқан арнайы программаға сәйкес басқарушы алгоритмдерді жүзеге асырады. Санағыштың тораптарын басқару МК кіріс/шығыс порттарындағы программалық интерфейстер арқылы жүзеге асырылады: өлшеуіш құрылғысының жадымен байланысу үшін төрт сымды тізбектелген интерфейс; параметрлер мен мәліметтер жадымен және графиктерді тұрғызу үшін орта қуаттардың жадымен байланысу үшін екі сымды I2 C интерфейсі; таймермен байланысу үшін екі сымды I2 C интерфейсі; сандық термометрмен байланысу үшін бір сымды интерфейс;
RS-485 драйвермен байланысу үшін үш сымды интерфейс; индикация құрылғысымен байланысу үшін үш сымды интерфейс қолданылады.
Тораптарды басқарудың құрамына үш микросұлба (МС) кіреді. МС мәліметтерді энергиядан тәуелсіз ұзақ уақыт бойы сақтау үшін арналған. Бұл мәліметтер жасаушы-кәсіпорнында жадыға енгізіледі және жазбаның ақпараттық қорғаныстың дәнекерімен қорғалып тұрады.
Резервті қорегі бар таймер. Таймер уақыттың нақты сағаты мен григорианды күнтізбесін (календарь) жүзеге асыратын хронометриялы блогы бар энергиядан тәуелсіз оперативті сақтаушы құрылғысынан (ОЗУ) тұрады. Негізгі қорек кернеуі өшіп тұрған кезде МС 3 В кернеулі және 120 мАсағ сыйымдылықты сыртқы литий батареясы арқылы қоректенеді.
Таймердің коммутациясы негізгі қорек кернеуінің деңгейі 1,25Uбат төмендеген кезде батареяны қосатын МС-ның ішінде орналасқан коммутатор арқылы қорек алады. Батареядан қорек алатын таймер батареяның кернеуі 2,5 В дейінгі деңгейге төмендегенге дейін фукнциялануын жалғастыра береді. Батареядан қоректену режимі кезінде МС тұтынатын тогы 500 нА аспайды.
Таймер 32,768 кГц жиілікте жұмыс істейтін сыртқы кварцтық резонатор арқылы синхрондалады. Жұмыстық температура диапазонында таймердің дәл жүруін жабдықтау және түзету программалық тәсілмен жүзеге асырылады.
Сандық термометр. Термометр жұмыстық температура диапазонында сағаттың дәл жүруін және метрологиялық сипаттамаларын түзету мақсатында санағыштың ішкі температурасын өлшеу үшін арналған. Термометр температураны циклдық өлшеуді, температураны сандық кодқа түрлендіруді және МК тарапынан сұраныс бойынша бір желілі интерфейс бойынша түрлендіру қорытындысын беруді жүзеге асырады.
Оптронды шешілу блогы. Оптронды шешілу блогы жарық диоды – фототранзистор оптожұбымен жасалған және санағыштың ішкі және сыртқы тізбектерінің гальваникалық шешілуін жабдықтау үшін арналған. Шешілу кернеуінің шамасы 4...7 кВ. Оптронды шешілу блогы арқылы санағыштың шығыстарының төрт импульсті сигналдары, тексеру режимінің басқауру сигналы және RS-485 каналының үш сигналы өтеді.
Импульстік шығыстың әрбір сұлбасы ашық эмиттерді береді және параметрлері төмендегідей болады: «ажыратылған» күйде Umax=30 В; «тұйықталған» күйде Imax=30 мА.
RS-485 интерфейсінің драйвері МК-ден келіп түсетін RS-485 интерфейс сигналдарының желілік ток трансформаторының (ЖТТ) деңгейін RS-485 дифференциалды каналының дейгейіне түрлендіру функциясын және кері түрлендіру функциясын орындайды.
Драйвердің жүктемелік қабілеттілігі 32 тең, яғни RS-485 бір каналына 32 СЭТ-4ТМ.02 санағышы қосылуы мүмкін.
Оптикалық порт RS-485 интерфейсінің драйвері МК-ден келіп түсетін RS-485 интерфейс сигналдарының ЖТТ деңгейін инфрақызыл диапазонындағы жарық импульстерінің реттілігіне түрлендіру функциясын және кері түрлендіру функциясын орындайды.
Санағыштың индикация құрылғысы сұйық кристаллды индикатордан (СКИ) және СКИ драйверінен тұрады. Индикатордың драйверінің басқару құрылғысымен байланыс үшін және сегменттердің ақпараттарын жадында сақтау үшін ішке ораналасқан тізбектелген интерфейсі болады. Тізбектелген интерфейс бойынша басқару құрылғысы индикациялау үшін драйвердің жадында қажетті ақпаратты жазып отырады, ал драйвер СКИ сегменттеріне сәйкесті етіп оның жадына енгізілген ақпараттың динамикалық берілуін жүзеге асырады.
Қолданымдық шектелуі. Санағыштың параллель тізбегіне берілетін кернеу келесі мәндерден: Uном =57,7 В кернеулі санағыштар үшін 57,7/100 В +15 %; номиналды кернеу Uном 120 В-тен 230 В дейін болатын санағыштар үшін 230/400 В +15 % аспауы қажет.
Санағыштың кез келген тізбектелген тізбегіндегі ток келесі мәндерден аспауы керек: Iном=1А номинал тогы бар санағыштар үшін1,5 А; Iном=5А номинал тогы бар санағыштар үшін 7,5А.
Кәсіпорын-жасаушы шығаратын санағыштардың келесі зауыттық орналастырулары болады:
- тораптық мекен-жайы – кез келген:
- RS-485 каналы бойынша жылдамдықтыңғ өзгеруі - 9600 Бод тақ еместікті бақылау битімен қоса;
- 1-ші және 2-ші қол жеткізу паролі - 000000;
- тоқ және кернеуі бойынша трансформациялық коэффициенттері – 1;
- қуатты интегралдау уақыты – 30 минут;
- толық емес кесуді белгілеудің рұқсат ету жалаушасы – белгіленбеген;
- тарифтік кестесі – Нижний Новгород қаласы;
- мейрам күндердің кестесі – шығарылған жылы бойынша;
- жаздық/қыстық уақытқа өту уақыты – елді мекен қабылдаған уақыты бойынша;
- жаздық/қыстық уақытқа автоматты өту – рұқсат етілген:
- индикация кезеңі – 1 с;
- кернеудің қалыптасқан ауытқуының жоғарғы және төменгі шекарасы – Uном-дан 10 %;
- жиіліктің ауытқуы үшін орташаланған уақыты – 20 сек;
- жиіліктің ауытқуының жоғарғы және төменгі шекарасы - 0,4 Гц.
Объектіге санағышты орнатардың алдында егер де тұтынушыны қанағаттандырмайтын болса, зауыттық орнатуды өзгерту керек болады. Санағышты қайта программалау RS-485 интерфейсі арқылы немесе Windows-95…Windows-2000 операциялық ортада жұмыс істейтін «Конфигуратор СЭТ-4ТМ» программасының көмегімен оптопорт арқылы жүргізілуі мүмкін.
Оптопорт арқылы санағыштың RS-485 каналының коммуникациялық параметрлерін өзгерту мүмкін емес.
Индикацияның дәл периоды қолдану (эксплуатация) үрдісінде төменгі жұмыстық нақты температурасынан тәуелділігінде жеке іріктеліп алынуы мүмкін. Дұрыс таңдалған индикация периодының критерийі болып ақпаратты өзгерту кезінде СКИ-индикатордың таблосында анық емес индукцияланған разрядтардың жоқ болуы қызмет атқарады. Индикацияның периодына санағышты қолдану үрдісінде RS-485 интерфейсі немесе оптопорт арқылы түзету енгізуге болады.
Санағышты тексеру салыстырып Мемлекеттік метрологиялық қызмет немесе аккредиттелген метрологиялық органдарының заң қызметкерімен ғана жүзеге асырылады. Санағышты салыстырып тексеру Нижгородтың ЦСМ сәйкесті ИЛГШ.411152.087 РЭ1 салыстырып тексеру әдісіне сәйкесті жүргізіледі (Г қосымшасы, жеке тапсырыс бойынша жасалады. Салыстырып тексеру уақыты 6 жылда бір рет жүргізіледі.
Санағыштың жоғарғы қақпағы 3.26-суретке сәйкес санағышты салыстырып тексру жүзеге асыратын дайындаушы-кәсіпорын мен қызметтің ОТК таңбасын (оттискісін) енгізу арқылы пломбыланады.
Түйіспелі ойықшасының қорғаныс қақпағының ашылу және жабылу уақытын, санағышта «электрондық пломба» орнатылған жағдайда, RS-485 интерфейсі арқылы келесі ақпараттарды есептеу мүмкіндігін жасай отырып, санағыштың энергиядан тәуелсіз жадында анықтайды.
3.26-сурет. Санағыштың пломблануы және қорғаныс қақпағының бекітілуі
Түйіспелі ойықшасының қорғаныс қақпағы санағышты орнатушы ұжымдарының пломбысымен пломбыланады. 3.27, 3.28-суреттерде санағыштың 3- немесе 4 сымды үш фазалы торапқа үш және екі ток трансформаторлары арқылы жалғану сұлбасы көрсетілген.
3.27-сурет. Санағыштың 3- немесе 4 сымды үш фазалы торапқа үш ток трансформаторлары арқылы жалғану сұлбасы
3.28-сурет. Санағыштың 3- немесе 4 сымды үш фазалы торапқа екі ток трансформаторлары арқылы жалғану сұлбасы
Дәлдік класы 0.2 S, САР4У-Э712.01-Т4 типті көп функциялы микопроцессорлы «Отан» электр энергия санағышы. Дәлдік класы 0.2 S тең, САР4У-Э712.01-Т4 типті көп функциялы микопроцессорлы «Отан» электр энергия санағышы бір- және көп тарифты режимде үш сымды және төрт сымды айнымалы ток тораптарында пайдалануға және қайтымды активті, реактивті энергияны және қуатты коммерциялық және техникалық есепке алу үшін арналған. Санағыш электр энергиясын есепке алу мен бақылаудың автоматтандырылған жүйесінің (ЭЕБАЖ) құрамында, бақылайтын диспетчерлік пунктке өлшенген және есептелген параметрлерді беру үшін, электр энергияны есепке алу мен бөлу үшін пайдаланылуы мүмкін.
«Отан» санағышының базасында ЭЕБАЖ жүйесін құру үшін интерфейстер (импульсті шығыстар, RS–485) қолданылуы мүмкін (3.29-сурет).
Санағыштардың кез келген электр шкафына орналастыруға болатын қолайлы, жаңа үлгіде жасалынған, қауіпсіз корпусы бар.
Өлшеу қорытындысы санағыштың негізгі платасының микропро-цессорлық сұлбасында кернеу мен токтың кіріс сигналдарын есептеу мен өңдеу жолымен алынады. Өлшенген шамалар, жиналған мәліметтер мен басқа да ақпараттар сұйық кристаллды индикаторда (СКИ) бейнеленеді.
Программалық жабдық диагностикалық және коммерциялық мәліметтерді оқуға мүмкіндік береді. Компьютердің санағышпен байланысы оптикалық түрлендіргіштің немесе сандық интерфейстің (RS–485) көмегімен санағыштың оптикалық порты арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.
Санағыштардың энергожүйенің 112 параметрлерін өлшеу және бейнелеу мүмкіндігі болады: фазалық кернеу мен тоқты, тораптың жиілігін, қуат коэффицентін, үш фазалы жүйеде және әр фазада екі бағытта активті және реактивті қуаттардың лездік мәндерін. Кейбір қосымша шарттарды тіркеу мүмкіндігі болады: бір немесе екі фазада кернеудің болмау уақытын тіркеу, санағыштың қосылу/өшу уақытын тіркеу, санағыш қабығының ашылу/жабылу уақытын тіркеу.
3.29-сурет. RS-485 интерфейсінің және импульстік шығыстарының жалғануы мен салыстырып тексеру режимінің қосылуы үшін санағыштың түйіспелі ойықшасының орналасуы
«Отан» санағышы, келесі жоғары қолданымдық қасиеттерді есепке ала отырып, жобаланған:
- дәлдігі. «Отан» санағышы 0.2 S, 0.5 S дәлдік кластары үшін МСТ30206-94 (МЭК687) стандартындағы қойылған талаптарды қанағаттандырады, кейбір параметрлері қойылған талаптан да асып түседі. Санағыштың электрондық құрылғысы токтардың, кернеулердің, қуат коэффициенттерінің және қоршаған ортаның температураларының кең диапазонда өзгерулерінде талап етілген жоғары дәлдікпен тұтынылған/берілген энергияны өлшейді және индукциялайды. Санағыштың ток тізбегіндегі азғантай кедергісі сыртқы ток трансформаторларының дәлдігін жоғарылатады;
- сенімділігі. «Отан» санағышы түгелдей дерлік электронды болып саналады. Электр механикалық санағыштардан айырмашылығы, онда қозғалатын бөліқтің болмауы жатады. Бұл аспаптың қолданымдық сенімділігін жоғарылатып, оның көп жыл бойы істен шықпай жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Қорек ажыратылған кезде мәліметтерді сақтау үшін санағыштың сұлбасында санағыштың бүкіл қызмет ету мерзімінде мәліметтерді сақтайтын энергиядан тәуелсіз EEPROM жады пайдаланылады.
ОСҚ оперативті жадысы (RAM). Литий батареясынан қоректенеді, бұл торапта кернеу жоқ болғанда ақпараттың жоғалып кету мүмкіндігін болдырмайды.
«Отан» санағышының мәліметтері санкцияланбаған енуден (доступ) қорғалған. Қорғаныс оптикалық порт арқылы немесе сандық интерфейс RS–485 арқылы кіретін санкцияланбаған енуге жол бермейтін санағыштың паролінің көмегімен жүзеге асырылады.
Санағыштың қозғалатын бөлігі болмағандықтан, санағыш, электр механикалық санағыштарда болатын бөгде әсерлерді сезінбейді.
- иілгіштігі. «Отан» санағышы электр энергиясын есепке алу бойынша қойылатын әр түрлі талаптарды жеңіл орындайды. Ол көп тарифты функцияның кең диапазонын жабдықтайды. Бұл тарифтік кестені есепке ала отырып, тарифтің қажетті құрылымын енгізуге мүмкіндік береді. Программалық жабдықтың көмегімен қажетті жұмыстық функцияны бекітуді жеңіл орындайды. Жұмыстық кернеудің диапазоны кең, сезгіштігі және ток және кернеу трансформаторларының кез келгенімен бірге санағышты орналастыру мүмкіндігін жабдықтайтын асқын жүктемелік қабілеттілігі жоғары.
Негізгі техникалық сипаттамалары. Микропроцессорлық статикалық «ОТАН» электр энергия санағыштары бір- және көп тарифты режимде айнымалы токтың үш фазалық үшсымды және төрт сымды тораптарында пайдаланылатын және қайтымды активті және реактивті энергияны, лездік және максималды қуаттарды және электр энергиясы сапасының басқа параметрлерін коммерциялық және техникалық есепке алу үшін арналған.
САР4У–Э712.01-Т4 типті «Отан» санағышының техникалық сипаттамалары 3.6-кестеде келтірілген.
3.6-кесте.
САР4У–Э712.01-Т4 типті «Отан» санағышының техникалық сипаттамалары
|
Параметрлері |
|
|
Дәлдік класы активті энергия бойынша реактивті энергия бойынша |
0,2 S; 0,5 S 1,0; 2,0 |
|
Номиналды кернеуі, В |
3220/380; 357,7/100 |
|
Номиналды ток А; максималды ток, А |
5; 7,5 |
|
Кернеудің жұмыстық диапазоны |
±20 %Uном |
|
Торап жиілігінің номинал мәні, Гц |
50 ±5 % |
|
Сезгіштігі, мА активті энергия бойынша реактивті энергия бойынша |
5 аспайды 15 аспайды |
|
Тұтынатын қуаты, ВА: кернеу тізбегі (барлық жұмыстық диапазонда) ток тізбегі |
< 6(< 2,5) 0,01 /фазаға |
|
Температураның жұмыстық диапазоны, ºС |
минус 25, 55 |
|
Санағыштың импульстік шығысы бойынша тұрақтысы, имп/ кВтсағ (имп/ кварсағ) (тапсырыс берушінің талабы бойынша) |
1600, 3200, 6400, 9600, 12800, 16000 |
|
Санағыштың жарық диодты LED индикаторы бойынша тұрақтысы, (имп/ кВтсағ (имп/ кВарсағ) |
1600, 3200, 6400, 9600, 12800, 16000 |
|
Сандық интерфейс бойынша байланыс жылдамдығы, Бод |
9600-19200 |
|
Импульстің ұзақтылығы, мс |
100 |
|
Тариф саны |
1 – ден 4 – ке дейін |
|
Жадында мәліметтерді сақтауы, жыл |
10 кем емес |
|
Сағаттың тәуліктік жүрісінің абсолютті қателігі, сағ/тәулік |
0,5 |
|
Корпустың қорғалу дәрежесі |
IP 51 |
|
Істен шығуға орташа жұмыс |
75000 |
|
Санағыштың габаритті мөлшері, мм. |
290 х180 х70 аспайды |
|
Масса, кг, |
1,250 аспайды |
|
Салыстырып тексеру арасындағы интервал, жыл. |
8 |
|
Тораптың кернеуі ажыратылғанда сағаттар резервті қорек көзінен қоректенеді. Резервті қорек көзінің қоры (ресурсы), жыл. |
10 |
|
Дисплейдің кіші разрядының бағасы, кВтсағ, кВАрсағ |
0,01; 0,01 |
Санағыштың жалғану сұлбалары 3.30-3.31-суреттерде келтірілген.
3.30-сурет. Үш сымды торапта екі кернеу трансформаторларымен санағыштың трансформаторлық қосылу сұлбасы
3.31-сурет. Ток трансформаторы арқылы санағыштың қосылу сұлбасы
5 ҚАЛЫПТАСПАҒАН ЖӘНЕ ҚАЙТА ЖАҢҒЫРЫЛАТЫН ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІ
5.1. Қалыптаспаған энергия көздерінің қорларын пайдаланудың негізгі жолдары
Ғылыми техникалық прогрестің осы кездегі деңгейінде энергия өндірудің болашағы тек органикалық отындарға (көмір, мұнай, газ т.б.) тәуелді емес, оны қайта жаңғырылатын (дәстүрлі емес) энергия көздерінен (ҚЖЭК) де алуға болады (күннің, желдің, геотермальды, теңіз суларының, мұхиттар мен биомаңыз энергиялары және үлкен, кіші су ағарлардың энергия көздері).
Көптеген зерттеулердің нәтижесі бойынша органикалық отындар 2020 жылға қарай әлемдік энергетиканың сұраныстарының тек ішінара ғана бөлігін қанағаттандыра алатындығы айқындалып отыр.
Энергия қолданудың қалған бөлігін ғалымдар тек ҚЖЭК-нің есебінен қанағаттандырылады деп санайды.
ҚЖЭК бұлар қоршаған ортада табиғи түрде пайда болатын энергия ағындарына негізделген қорлар, ол адамның белгілі мақсатқа бағытталған әрекетінің салдары болып табылмайды, бұл оның айырықша ерекшілігі.
Қайта жаңартылмайтын энергия көздері - бұлар адамның энергия өндіруге қолданыла алатын органикалық материалдар мен заттардың табиғи қоры, оларға жататындар: ядролық отын, көмір, мұнай, газ т.б. Қайта жаңартылмайтын энергия, ҚЖЭК салыстырғанда табиғатта байланысқан күйде болады және адамның белгілі бір мақсатқа бағытталған әрекеттерінің нәтижесінде туындайды.
Әлемдік энергетикалық қордың жалпы сипаттамасы 5.1-кестеде келтірілген.
5.1-кесте.
Әлемдік энергетикалық қордың жалпы сипаттамасы
|
Энергия көздері |
Энергияның мөлшері 10*кВт.сағ |
|
|
Қайта жаңғырылмайтын энергия көздері |
||
|
1 |
Органикалық отын көздерінің энергиясы |
55364 |
|
2 |
Атом энергиясы |
547000 |
|
Қайта жаңғырылатын энергия көздері (жылдық энергиясы) |
||
|
1 |
Күн энергиясы |
667800 |
|
2 |
Жел энергиясы |
17360 |
|
3 |
Мұхит және теңіздің толқын энергиясы |
3 |
|
4 |
Мұхит суларының құйылу және қайту энергиясы |
70000 |
|
5 |
Су энергиясы |
18 |
Қайта жаңғырылатын энергия көздерінің түрлері және олардың басқа түрге жіктелуі. Қайта жаңғырылатын энергия көздерінің жіктелуі 5.1-суретте келтірілген.
5.1-сурет. Қайта жаңғырылатын энергия көздерінің жіктелуі
Күн энергиясы. Энергияның қуатты көзі – Күн энергиясы. Күннің жерге беретін энергиясы күн сайын әлемнің барлық электр стансалары өндіретін электр энергиясынан мыңдаған есе көп.
Қазақстан аймағына түсетін күн энергиясының жылдық потенциалы 340 млрд. т.ш.о.-мен бағаланады.
Жердің бетіне түсетін күн энергиясының 15% адамдардың тіршілік әрекетін қамтамасыз етуге жеткілікті деп саналады. Бұл үлес 63000 млрд. мВт*сағ немесе шартты отынның 7700 млрд. тоннасына тең. Оның жылдық энергетикалық қуаты жер қойнауында жатқан отыннан алынатын энергияның барлығынан дерлік бірнеше есе көп.
Күн энергиясын пайдалану мақсатында үлкен жұмыстар АҚШ-та, Францияда, Германияда, Жапонияда, Индияда, Канада және басқа да елдерде қарқынды жүргізіліп келеді.
Қазақстанның географиялық орналасуы және климаттық жағдайы қоңыр салқын, бұл аймақ жер белбеуінің орталық жане оңтүстік ендіктерінде және субтропикке ауысу жолағында орналасқан (40 және 50 с.ж.ш. аралығында, батыстан шығысқа 2995 км және солтүстіктен оңтүстікке 1600 км созылып жатыр), сондықтан күн энергиясын пайдалануға үлкен мүмкіндік береді.
Қазақстан территориясында күннің сәулелену ұзақтығы өте жоғары (3100 сағатқа дейін) жалпы сәулеленудің бақыланатын аймағы 1900,5 мың км құрайды.
Сондықтан Қазақстанның көптеген аймақтарында күн энергиясын пайдаланудың мүмкіндігі өте жоғары. Мұндай аймақтарға Ақтөбе, Орал, Қарағанды, Семей, Атырау, Қызылорда, Оңтүстік Қазақстан, Жамбыл, Алматы облыстары және Павлодар облысының оңтүстік бөлігі жатады.
Жел энергиясы. Қазіргі уақытта әлемде жел энергиясын пайдалану үлкен жолға қойылып отыр, оның көшбасшысы АҚШ, мұнда жел энергетикалық қондырғылардың (ЖЭҚ) саны шамамен 18 мың, ал олардың қуаты 1500 МВт құрайды.
Қуаттылығы бірнеше кВт жел электр стансалары (ЖЭС) АҚШ-та, Данияда, Ұлыбританияда, Канадада, Германияда, Швецияда, Нидерландыда, Францияда салынған.
Қазақстан территориясында жел ресурстары бар аймақтар жеткілікті. Кейінгі мәліметтерге қарағанда Жоңғар және Қаратау аймақтарында желдің энергетикалық ресурстары өте жоғары.
Міне, осы салада, ғылыми-техникалық ізденіс жұмыстары кеңінен жүргізілетін болса, болашақта Қазақстанның энергетикалық тәуелділігін төмендетуге және экологиялық мәселесін шешуге толық мүмкіндік бар.
Еуропалық жел стансалары желдің орташа жылдамдығы 4-5 м/с болғанда жұмыс істей бастайды, ал Қазақстанда орташа жел жылдамдығы 8-10 м/с болатын 10 аймақ бар.
Жоңғар қақпасындағы жел тұратын аймақтың ұзындығы 20 км және ені 10-15 км болатын тау аралық алқапты құрайды. Күшті және ұзаққа созылған дауылдар көбінесе жылдың суық кезеңінде байқалады. Жекелеген дауылдың ұзақтығы 50-100 сағатқа дейін, кей жағдайларда 250-300 сағатқа дейін жетеді, желдің максималды жылдамдығы 40-60 м/с дейін барады.
Басқа болашақ аудандарға Ерментауды (Ақмола облысы) 3700 кВт.с/м2, Форт-Шевченко 4300кВт.с/м2 (Каспий теңізі жағалауы), Қордай – 4000 кВт.с/м2 (Жамбыл облысы) және тағы басқа аймақтарды жатқызуға болады.
Жамбыл облысындағы Бурный поселкесіндегі Шақпақ жел коридорында желдің орташа жылдамдығы 24 м/с, бұл қуаты 5 мегаватт болатын бірқатар жел станцияларын салуға мүмкіндік туғызады.
Жел энергиясының техникалық пайдалану мүмкіндігі Қазақстанда 3 млрд.кВт/сағ тең.
Ірі жел электр стансаларын (ЖЭҚ) салу үшін қазіргі кезде он бес болашақ алаңдар таңдалып алынған. Республиканың кей жерлерінде жел потенциалының тығыздығы бір шаршы км-ге 10 мегаваттқа дейін жетеді – бұл желдің бірегей потенциалы, мұндай потенциал дүние жүзінде кімде – кім елде бар.
Елдің 2030 жылға дейінгі жел энергетиканы дамыту программасында 2010 жылға дейін ЖЭС-ның қуатын 500 МВт-қа дейін жеткізу көзделіп отыр.
Қазақстанда жел энергетикасын дамытуды қолдау үшін ПРООН бірнеше жобаларды ұсынып отыр (5.2-кесте).
5.2-кесте.
Қазақстанның жел потенциалы
|
Аймақ |
Орыналған ауданы мың. км2 |
Потенциал қорлары млрд.кВт сағ/жыл |
|
Шығыс Қазақстан |
277,1 |
3000 |
|
Оңтүстік - Шығыс |
223,2 |
3100 |
|
Оңтүстік Қазақстан |
499,9 |
560 |
|
Солтүстік Қазақстан |
237 |
2700 |
|
Орталық Қазақстан |
762,8 |
9100 |
|
Батыс Қазақстан |
729,2 |
8800 |
|
Қазақстан бойынша |
2718,1 |
32200 |
Қазіргі кезде халықаралық стандартпен компьютерленген метеопосттар көмегімен нақтылы алаңдарда ЖЭС құрылыстары үшін жел энергиясын өлшеу жұмыстары жүргізілуде.
Геотермальды энергия. Жер қыртысының терең бөліктерінде табиғи түрде ыстық су және су-буы қорлары пайда болады (геотермальды энергия), мұндай энергетикалық қорлар Исландияда, Жапонияда Филиппинде, Францияда, ҚХР, Венгрияда, Жаңа-Зелландияда елдерінде көптеп кездеседі.
Бүгінгі таңда 58 мемлекет өздерінің геотермальды қор жылуын тек электр энергия өндірісіне емес, сондай-ақ жылу түрінде пайдаланып отыр.
Қазіргі уақытта геотермальды энергия көздерін табуға негізінде фонтан (бұрқақ) әдісі қолданылады.
Жердің орташа температурасы әрбір 100 метр тереңдіккте 3°С жоғарылайды. Осылай 20 км тереңдікте температура 700...800 °С мөлшеріне көтеріледі. Геотермальды энергияның негізгі көзі жер бетіне бағытталған жер ядросының балқыған жылу ағынынан пайда болады.
Жер қыртысы астындағы таулы нәсілдерді балқытуға, магмаға айналдыруға бұл жылу жеткілікті. Магманың көп бөлігі жер астында қалып қояды және пеш тәрізді қоршаған ортаны қыздырады. Егер жер асты сулары осы жылумен кездессе, оларда қатты қызады, кейде 371°С дейін, кейбір жерлерде, әсіресе материктердің тектоникалық плитасының жан жағында қызады.
Геотермальды энергия көздерін бұрғылау ұңғымаларының көмегімен табуға болады.
Термальды артезианды бассейндер таулы аймақтарда Альпіде, Қарпатта, Қырымда, Кавказда, Копет-Дагта, Тянь-Шаньда, Памирьде, Гималайда бар. Бұл бассейндердің термальды сулары, бағалы элементтерді шығарып алу үшін минералды шикізат ретінде қолданады.
Бұрғылаудың дамуымен 10-15 км тереңде жоғары жылу көздерін ашу болашақтың мақсаты. Мұндай тереңдікте кейбір аудандарында температурасы 350° С және одан жоғары.
Қазақстанның көптеген аймақтарында жер асты термальды ыстық сулардың қорлары Оңтүстік Қазақстан, Қызылорда, Атырау, Жамбыл облысының аймақтарында және Алматы облысының таулы және ойпатты жерлерінде кездеседі.
Бұл энергетикалық қорлар болашақта ауыл шарушылығын және жаңа өндіріс орындарын жылу және ыстық сумен қамтамасыз етуге, сонымен қатар экономикалық және экологиялық мәселелерді шешуге де мүмкіндік береді.
Қазіргі уақытта геотермальды энергия екі негізгі бағытта қолданылады – жылумен қамдау және электр энергиясын алу.
Бір қатар технологиялар және жетілдірілген құрылғылар жылу және электр энергиясын жеке және құрамдастырылған өндіріс үшін пайдаланады.
Мысалы, Ресейдің Паужет, Мутнов геотермальды жылу электр стансаларын айтуға болады. Дағыстан және Кавказдың таулы аймақтарында көптеген жер асты ыстық сулары кездеседі.
Жанар таулы аудандарда геотермальды станциялар тереңдігі 0,5-3 км жер астынан табылатын су бу қоспа табиғи кен орнынан негізделген.
Гидроресурстар (су ресурстары). Қазақстанның жылдық су ресурстар қоры 170 ТВт құрайды, ал қазіргі таңда оның тек 7-8 ТВт шамасын ғана жылына пайдаланады.
Су (гидро) энергетикалық ресурстардың өте жоғары шоғырланған жері республиканың Шығыс және Оңтүстік шығыс аймақтары. Ондағы Ертіс өзенінің су энергетикалық потенциалы өте жоғары, оның ағысында Бухтарма (675 МВт), Убой, Ұлба, Шульба (702 МВт), Семей (312 МВт) су электр станциялары орналасқан.
Оңтүстік-Шығыс Қазақстанды 2 су бассейініне бөлуге болады: Іле өзені (су қоры Іле Алатауынан жиналады) және Балқаш және Алакөл (су қорлары Жоңғар Алатау және Тарбағатай тауларындағы сулардан толады) көлдерінің шығыс аймақтарын жатады. Оңтүстік шығыстағы өзендердің саны 874, оның 66(7,6 %), Іле өзені бассейінінің 379, оның 25 (6,6%) өзеннің, ал Балқаш және Алакөл көлдерінің ойпатындағы 495, оның 41 (8,3%) өзеннің арналарына су электр станцияларын салуға болады.
Болашақта су электр станцияларды - Іле, Шарын, Шілік, Қаратал, Көксу, Тентек, Харгос, Текес, Талғар, Үлкен және Кіші Алматы, Үсек, Ақсу, Лепсі өзендерінің арнасына салуға болады.
Қазіргі кезде Іле өзенінің бойында Қапшагай ГЭС (364 МВт), ал Үлкен және кіші Алматы өзендерінің каскадтарында қуаттылығы 61 МВт құрайтын ГЭС-тер бар.
Оңтүстік Қазақстанның аймағында ағатын Сырдария, Талас және Шу өзендерінен алынатын энергетикалық потенциал 23,2 млрд. кВт/сағ.
Солтүстік Қазақстанның аймақтарына түсетін гидроэнергетикалық үлес 3 млрд. кВт/сағ, бұл Ешім, Торғай өзендерінен және де Теңіз, Қарасор, Каспий теңізіне құятын - Орал, Өзен, Ембі өзендерінен өндіруге болатын энергетикалық қор. Бұл республиканың барлық гидроэнергетикалық қорының 1,7% құрайды.
Жалпы, қазіргі кезде, Қазақстанда су электр станцияларынан өндірілетін электр энергияның қуаты 2068 МВт, жылына өндірілетін энергияның шамасы 8,32 млрд. кВт/сағ.
Болашақта елімізде (2010 жыл) Мойнақ (300 МВт) және Кербулақ (50 МВт) ГЭС-терін салу жоспарланып отыр.
Биомасса энергиясы. Биогаз өнімі газ тәрізде,с ол әр түрлі органикалық қалдықтардың ферменттерінің анаэоборлық жолмен, ауа бермей өңдеудің нәтижесінен пайда болады. Оның негізгі құрамы метан -(СН4) -55-70% , көмір кышқыл газы - (СО2) - 28-43% және де аз мөлшерде күкіртті сутегі -(Н2S).
Кез келген мал шаруашылығы бар өндіріс орындарында жыл бойы көптеген мөлшерде малдың, өсімдіктің және де минералдық заттардың қалдықтары жиналады. Сондай қалдықтардың шіруінен (ферментацияның әсерінен) органикалық тыңайтқыштар пайда болады және де одан биогаз және жылу бөлінеді. Алынған биогаз өнімін органикалық отын ретінде пайдаланып, арнайы энергетикалық қондырғылардың көмегімен жылу немесе электр энергиясын өндіруге болады.
Мысалы, 15 м3 биогаз отбасында 4-5 адам бар бір үйлі-жанды (60 м2) бір тәулік бойы жылумен және ыстық сумен қамтамасыз етеді.
Есеп бойынша 1 м3 - 0,4 л керосинге, 1,6 кг көмірге, 0,4 кг бутанға немесе 2,5 кг мал қалдығының брикіне тең.
Қазақстанда мал шаруашылығы жақсы дамыған, сондықтан тұрақты жағдайда биомасса өнімдерін алуға мүмкіндік өте жоғары.
Ғалымдардың есебі бойынша қазіргі кезде жылына бізде мал және құс шаруашылығынан кептірілген салмақта - 22,1 млн.т. немесе 8,6 млрд.м3 газ (ірі қарадан - 13 млн.т., қойдан - 6,2 млн.т., жылқыдан - 1 млн.т.), өсімдік қалдықтарынан - 17,7 млн.т. (бидайдан - 12 млн.т, арпадан - 6 млн. немесе 8,9 млрд.м3), бұл баламалы 14 -15 млн.т. шартты отынға, немесе 12,4 млн.т. мазутқа немесе өндіріліп отырған мұнайдың жарты көлеміне тең.
Қазірдің өзінде, елімізде мал қалдықтарынан қалған өнімдерден шамамен 2 млн.т.ш.о./жыл биогаз өндіруге болады.
Электр биогазогенератор қондырғысының көмегімен биогаз өнімдерін өңдей отырып, жылына 35 млрд. кВт/сағ энергия өндіруге мүмкіндік бар, бұл ауыл шаруашылығына қажетті энергияның жартысын қамтамасыз етуге жетеді.
5.2. Күн сәулесінің энергиясы және оны түрлендіру әдістері
Күн энергиясының шығу табиғаты. Күн сәулесінің радиациясы ол таусылмас, қайта бастала беретін, таза экологиялық энергияның қайнар көзі.
Күн сәулесі ағынының қуаты 4·1023 кВт құрайды. Күннің химиялық құрамы: сутегі – 81,76%, гелий - 18,14% және азот - 0,1%. Күннің орташа тығыздығы 1400 кг/м3. Оның маңызы (2·1030 кг) жердің маңызынан 333 мың есе көп, ал көлемі жерден 1,3млн. есе үлкен [25].
5.2-сурет. Күннің сыртқы көрінісі
Күннің ішінде секундына 4 млрд/кг материяны энергияға айналдырып отыратын және сутегін гелийге айналдыратын термоядролық тектесулер жүреді. Ондағы атомдық элементтердің көпшілігі иондалған күйде, ал күннің заттектері плазма күйінде болады.
Плазма - ол молекулалары мен атомдары 10% кем емес шамадағы иондалған газ. Демек, плазма - иондардың, электрондардың, бейтарап атомдардың қоспасы болып табылады. Газдың, яғни плазманың бұл күйі он мыңнан аса Цельсий градуста болуы керек.
Термоядролық тектесу - Күн қайнарындағы жүретін ыстықтығы жоғарғы ядролық реакция, ол күннің сутегі мен гелий плазмасының ортасында жүреді, ол гравитациялық күшпен үлкен қарқындылықты ұстап тұрады. Ғалымдар жерде плазманың термоядролық тектесуін алу мақсатында үлкен жұмыстар атқаруда, ол үшін плазманың маңызын үлкен магниттік өрісте жеткілікті үлкен күшпен ұстап тұру қажет.
Күннің орталық аймағында сутегінің тығыздығы 100 г/м3, ал ыстықтығы Т=13·106 К, одан бөлінетін энергия ядролық синтездің әсерінен жүреді: төрт протон сутегінің гелий ядросында түрленуінен 4Не2 алынады, яғни екі позитрон, екі нейтринодан тұрады.
5.3-сурет. Күннің ішкі құрылысының сұлбасы
Күннің 40% маңызы топталған жерінде (0-0,023)R - аралығында (R – күн радиусы) энергияның 90% шығатыны есептелген (5.3-сурет). Орталығынан 0.7R қашықтықта ыстықтығы 130 000 К дейін түседі, бұл жерде маңыз жылу алмасу құбылыс қалыптасады (5.3-сурет), сондықтанда бұл орта (0,7 – 1)R, ағындық орта ретінде белгілі (конвективті аймақ). Бұл ортаның шегінде ыстық 5000 К дейін түседі, ал тығыздығы 10-5 кг/м3 тең. Ағындық ортаның жоғарғы қабаты фотосфера деп аталады. Тығыздығының төмендігіне қарамастан фотосфераның шекарасы айқын байқалады. Бұл орта түссіз, себебі, оның құрамындағы газдар қатты иондалған және де бұл орта үздіксіздік спектр сәулелерді шығаруға, жұтуға қабілетті.
Фотосфера аймағы күн сәулесінің қайнар көзі болып табылады. Фотосфераның шегі атмосфераға қарағанда түссіз сияқты, оны күн тұтылу кезінде тексеруге немесе күннің көзі бұлтқа жасырынғанда арнаулы құралмен байқауға болады. Фотосфераның үстінде қалыңдығы бірнеше жүз километр болатын аймақты айналымдық қабат деп аталатын суық газдардан тұратын қабат аймағы алып жатыр. Одан жоғарғы қалыңдағы-10000 км болатын аймақта хромосфера деп аталатын қабаты орналасқан. Бұл ыстықтығы жоғары газ тәрізді қабат, фотосферамен салыстырғанда тығыздығы төмен. Оның жоғарғы бетінде тығыздығы жоғары, ыстықтығы 106 К болатын тәжі қабаты алып тұрады.
Күн сәулесінің таралуы оның сипаттамасы. Күн радиациясының энергетикалық потенциалы
Жер күннен тек қана жарты миллиондық жылуды ғана алады, осы жылудың 34% атмосфера қабатынан және бұлттардан кері шағылады.
Соған қарамастан, жердің үстіңгі қабатына күннен жылына 66.8 1016 кВт/сағ энергия келіп түседі. Жерге күннен тараған энергияның аз ғана мөлшері түседі, оның 95% - қысқа толқынды сәуле, оның өріс ұзындығы 0.3 -2.4 мкм.
Күн сәулесінің энергетикалық потенциалының шамасы жердің атмосфера қабатының жоғары шекарасында 1,78·1017 Вт, ал жердің үстіңгі қабатында түсетін шамасы 1,2·1017Вт тең.
Күн энергиясының жерге түсетін жылдық мөлшері 1,05∙1018 кВт/сағ, ал оның 1/5 бөлігі жердің құрғақ бөлігіне түседі: (ескерту - 1 кВт/сағ=3600 кДж, ал 1000 кДж =278 Вт.сағ). Бұған тағы да жел энергиясының жылдық қуатын 1,58∙1016 Вт және күн энергиясының жанама түрлерінен алынатын энергияның шамасын қосуға болады.
Экологияны бұзбай жерге түсетін күн энергиясының 1,5% қолдануға болады, оның бір жылдық шамасы 1,62∙1016 кВт.сағ (бұл 2∙1012 тонна шартты отынды құрайды) [25].
Жердің үстіңгі қабатына түсетін күн радиациясының ауқымды ағыны бір текті емес. Күннен жылына 1м2 жерге түсетін энергиясының шамасы солтүстікте аймақтарда 3000 МДж/м2 шамада, ал ыстық шөл-шөлейт жерлерде - 8000 МДж/м2 тең. Күн энергиясының жылдық орташа қуаты бір күнде 1м2 жер бетіне түсетін шамасы солтүстік аймақта орташа есеппен 7,2 МДж/м2 құрайды, ал шөл және шөлейт жерлерге 21,4 МДж/м2 дейін жетеді.
Күн радиациясының жылдық орташа тығыздығы 210-250 Вт/м2, ал шөл және шөлейт далаларда 130-210 Вт/м2 құрайды.
Күн тұрақтысы. Күн радиациясы ағынының атмосферадан тыс жоғарғы шектік қабатындағы тығыздығы I0=1353 Вт/м2 құрайды, бұл шаманы күн тұрақтысы деп атайды.
Ал энергияның бір сағатта 1 м2 ауданға түсетін орташа шамасы Ео=4871 кДж/(сағ·м2) құрайды.
Жер Күнді өз орбитасымен айналғанда, оның ара қашықтықтығы бір жылда 150 млн. км ±1,7% өзгеріп отырады, осыған сәйкес 1м2 бетке атмосфераның тыс қабатына түсетін энергияның қуаты жылына 7% шамаға өзгереді (яғни 4710-тен 5036 кДж/(сағ·м2) дейінгі аралықта).
Күн кеңістік жағдайында жерден қарағанда 32о бұрышпен көрінеді (5.4-сурет).
5.4-сурет. Күн мен Жердің геометриялық өлшемдері
Күн сәулесінің таралу жылдамдығы 3·108 м/с, ол жер бетіне шамамен 8 минутта жетеді.
Жоғарғыдағы мәліметтерді біле отырып, күн сәулесінің потенциалын және жарықтығын анықтауға болады. Егер күн тұрақтысын I0 = 1353 Вт/м2 сфераның ауданына көбейтсек 4 πR2 (R-жердің күннен орташа арақашықтығы), онда күннің қуаты N=3,86∙1026 Вт тең. Күннің осы энергиясы күннің жоғарғы жіңішке қабаты - фотосферадан таралады.
Күн радиациясының спектрлік бөлінуі. Күн энергияның спектрі атмосфераның жоғарғы тыс қабатында 0,20-5 мкм толқын ұзындығы аралығында орналасқан. Жобамен 47% радиация спектрдің көрінетін бөлігінде, 44% инфрақызыл, ал 9% ултрафиолетті бөліктерінде жатады.
Жер атмосферасының шекерадан тыс қабатында күн радиациясының сәулененуі 55000С тең, бұл абсолюттік қара дененің сәулеленуіне сәйкес келеді. Бұл толқын ұзындығы 0,2-4 мкм дейінгі - ультрафиолеттік сәуле, 0,4-0,78 мкм аралығындағы - көрінетін сәуле және инфрақызыл ұзын толқынды сәулелерді құрайды. Күн сәулесінің ең үлкен энергетикалық потенциалының қарқындылығы 0,5 мкм толқын ұзындығына сәйкес келеді (5.5;5.6-суреттер).
Көптеген мақсаттарда (мысалы, жылу құбылыстарында) Күнді абсолюттік қара дене деп алуға болады.
5.5-сурет. Күн радиациясының спектрге бөлінуі
5.6-суретте абсолюттік қара дененің энергетикалық спектрі көрсетілген, бұнда ордината осінде энергия тығыздығы, абцисса осінде аралық толқын ұзындығы (әр түрлі температураға сәйкес) көрсетілген.
5.6-сурет. Абсолюттік қара дененің энергетикалық спектрі
Біз көріп отырғандай, күн энергиясының жартысына жуығы толқын ұзындығы 0,35–0,75 мкм аралығында топталған, бұл спектрдің көрінетін бөлігі. Күн энергиясынның қалған бөлігі ультрафиолеттік спектрдің меншігіне тиеді - толқын ұзындығы 0,3 мкм, ол кіші бөлігі, ал үлкен бөлігі инфрақызыл аймағы, соңғысы бізге жылу береді [24].
Күнді абсолюттік қара дене десек, онда өзі аты айтып тұрғандай, қара дене барлық толқын ұзындығындағы энергияны жұтып отырады. Жалпы абсолюттік қара денеге жалынның қара күлін және жанған ағаштың қара көмірін, қара материалдарды жатқызуға болады.
Қара дененің сәулеленуі тең қалыпты және сәулеленуі дененің табиғатына байланысты емес, сәулелену тек қана дененің температурасына тәуелді.
Қара денеден таралатын энергияның толық шамасы (сәулелену беті - 1м2-тен 1сек)
Е (Т) = аТ4 , (5.1)
мұндағы а=5,67·10-8 Вт/(м2·К4), Т - қара дененің Кельвин шкаласы бойынша ыстықтығы, а - Стефан-Больцман тұрақтысы.
Стефан-Больцман заңы осыдан бір ғасыр бұрын Стефанның зерттеу жұмысымен, Больцманның теориялық еңбегімен табылып, термодинамика мен электродинамиканың сәулеленуіндегі классикалық заңдарынан туындаған.
Квант заңдылығына негізделген абсолюттік қара денеден тарайтын энергияның шығу спектрі қалыпты болатындығын М. Планк зерттеу жұмыстарын жүргізе отырып шығарған.
Күн сәулесінің Жер атмосферасымен өзара әсерлесуі. Күн сәулесінің энергиясының Жер бетіне түсетін қарқындылығы атмосферадан тыс шеткі қабатпен салыстырғанда едәуір төмен, себебі оның атмосфералық қабаты арқылы өтетін жарықтық сәулелермен болатын бірқатар атмосферадағы үрдістердің әсерінен төмендейді.
Күн бетінің физикасын ұлғайтқыш оптикалық аспаптардың көмегімен бақылай отырып, оның бетіндегі күңгірт аймақтарды, күн дақтарын, күн алауларын және жарық шашатын аймақтарын бақылауға болады.
Күннің сәулеленуінің жалпы қарқындылығы мен оның толқын ұзындықтарына таралуы, әсіресе спектрдің ультракүлгін аймағында тіптен дерлік өзгермейтіндігі анықталған.
Күн бетінің жағдайына тағы басқа бір құбылыс – күн желі өте күшті әсер көрсетеді (5.7-сурет). Бұл негізінен Күн шектерін тастап, әрі қарай күн жүйесі арқылы, секундына жүздеген километр жылдамдықпен зымырауға жеткілікті энергияға ие болатын протондардан тұратын заттың ретсіз орын ауыстыруы. Мұндай бөлшектің ағындарының Жердің магниттік өрісімен әсерлесуі полярлық шұғылалардың пайда болуына себепкер болады және радиотолқындардың таралуына бөгет болады.
5.7-сурет. Жердің магнитосферасы
Дегенмен де Жер бетіне Күннен орасан зор – жылына 66,8∙1016 кВт∙сағ жуық энергия түседі.
Алайда атмосферадағы әрқилы күрделі әсерлесулердің салдарынан жер бетіне күн энергиясының тек бір бөлігі ғана жетеді (5.8-сурет).
Күнмен сәулелену атмосфера арқылы өту кезінде тағы бір айтарлықтай кедергіге тап келеді – бұл су буын, көмірқышқыл газын және тағы да басқа сәулеленуді жұтатын қосылыстардың молекулалары.
Бұл эффектілердің барлығы атмосфераның құрамына тәуелді болады және бір орыннан екіншісі орынға дейін байқаларлықтай өзгереді. Күн сәулесінің өтуіне үлкен қалалардың атмоферасының едәуір ластануы, теңіз жағалауындағы су буының жоғары мөлшері, бұлттылық және т.б. кедергі келтіреді. Алайда бұл жер шарының кез келген нүктесіндегі күн сәулесінің қарқындылығын анықтайтын негізгі факторы және оның жүріп өткен жолы болып табылады.
Күн сәулесінің спектрлік сипаттамасы 5.9-суретте келтірілген.
а)
б)
5.8-сурет. Күн сәулесінің атмосфера арқылы өткенде туындайтын өзгерістік жағдайлар
5.9-сурет. Күн сәулесінің спектрлік сипаттамасы
Күн радиациясының түрлері. Метеорологияда сәулелік энергия ағындары толқын ұзындықтары 0,2-5,0 мкм дейінгі қысқа толқынды радиацияға және толқын ұзындықтары 5,0-100 мкм дейінгі ұзын толқынды радиацияға бөлінеді.
Қысқа толқынды күн радиациясының ағындары :
- тікелей;
- шашыранды (диффузиялық);
- қосынды.
Күн энергиясы W деп электр магниттік толқындармен тасымалданатын энергияны атайды.
Халықаралық бірліктер жүйесінде W сәулелену энергиясының бірлігіне 1 Джоуль саналады.
Сәулелік ағын Фэ келесі формуламен анықталады
Фэ=W/t, (5.2)
мұндағы W – t уақытындағы сәулелену энергиясы; егер W=1Дж, t=1 с деп шамаласақ, онда: 1(Фэ)=1Дж/1 сек=1 Вт тең деп алуға болады.
Сәулеленудің сәулелік ағынының тығыздығы (радиация ағыны - I) келесі формуламен анықталады:
I =Фэ/S, (5.3)
мұндағы Фэ – S жер бетіне біркелкі түсетін сәулелену ағыны.
Фэ=1Вт, S=1м2 деп шамалай отырып, 1(Еэ)=1Вт/ 1 м2=1 Вт/м2 аламыз.
Тікелей күн радиациясы Iт - Күн дискісінен түсетін және жазықтықта өлшенетін күн сәулелеріне перпендикуляр сәулелену ағыны түрінде болады.
Көлденең бетке түсетін радиация келесі формула бойынша есептеледі
S' = Iт sin h, (5.4)
мұндағы h – күннің көкжиекпен салыстырғандағы биіктігі.
Тікелей түсетін күн радиациясын өлшеу үшін Савинов-Янишевский актинометрі қолданылады.
Атмосфераға көтерілген атмосфералық газ молекулаларының, су тамшыларының немесе бұлттардың мұз кристаллдары мен қатты бөлшектердің күн радиациясын шашыратуы нәтижесінде көлденең бетке Күн дискісі мен радиусы 50 күн төңірегіндегі аймақтан басқа аспан күмбезінің барлық нүктелерінен түсетін радиациясы шашыранды күн радиациясы D деп аталады.
Жиынтық күн радиациясы Q - көлденең бетке түсетін сәулеленудің екі түрін қамтиды: тікелей және диффузиялық
Q = S' + D. (5.5)
Жер бетіне жеткен жиынтық радиацияның көп бөлігі топырақтың немесе судың жоғарғы жұқа қабатында жұтылады да жылуға айналады, ал жартысы шағылады.
Күн радиациясының жер бетінен шағылуы, сол беттің сипатына тәуелді. Шағылған радиацияның мөлшерінің (Rш) аталмыш бетке түсетін радиацияның жалпы мөлшеріне (Q) қатынасы беттің альбедосы (А) деп аталады. Бұл қатынас бірлік үлесімен немесе пайызбен өрнектеледі:
(5.6)
Пиранометр мен альбедометр іс барысындағы бетке келетін жиынтық, шашыранды радиацияны және іс барысындағы беттен шағылған радиацияны бақылау үшін қызмет етеді. Тікелей, шашыранды және шағылған радиацияның қысқа толқынды ағындарының айырмасы, жер бетінің және атмосфераның жылулық сәулеленуі спектрдің көрінбейтін инфрақызыл бөлігіне сәйкес келеді.
Жер бетінің және атмосфераның жылулық сәулеленуі ұзын толқынды деп атау қабылданған.
Жердің сәулелену толқынының ұзындығы 5-40 мкм дейінгі аралықта және одан астам аралықта өзгеріп отырады. Жер радиациясын әдетте жер бетінің өзіндік сәулеленуі (Еж) деп атайды. Жер бетіне келетін атмосфералық радиацияны атмосфераның кездейсоқ сәулеленуі немесе қарсы сәулеленуі (Еа) деп атайды. Жер бетінің өзіндік сәулеленуі мен атмосфераның кездейсоқ сәулеленуі арасындағы айырманы тиімді сәулелену (Еэф) деп атайды
Eэф = Eж - Eа. (5.7)
Күнмен, Жер бетімен және атмосферамен сәулелендірілетін энергия және оның түрленулері зерттелетін геофизиканың бөлімі актинометрия, ал радиацияның әрқилы түрлерін өлшеуге арналған аспаптар – актинометриялық аспаптар деп аталады.
5.3. Күн сәулесінің энергиясына негізделген энергетикалық қондырғылар
Күн энергиясын тікелей түрлендіру әрекетінің физикалық негіздері. Фототүрлендіргіштер
Қазіргі кездегі физика жарықты электр магниттік толқындар ретінде қарастырады, оның екі түрлі табиғаты бар. Ол өзін толқын ретінде көрсетеді және корпускулалық қасиетке ие. Жарық сәуле шығарады және үздіксіз ағынмен емес, бөлек, бір-бірімен байланысы жоқ порциялармен немесе толқындық фотондармен таралады.
Әрбір фотон белгілі мөлшердегі энергия тасығыш болып саналады. Фотондар энергия мөлшері бойынша ажыратылады. Энергия мөлшері ең үлкен фотон - бұл толқындық теорияның ең үлкен жиілігімен сипатталатын сәулеленуге сәйкес фотон.
Егер тек көрінетін жарық туралы айтатын болсақ, онда ең үлкен энергияға күлгін түсті фотондар ие, ал ең кіші фотондар қызғылт сәуле ағындарының құрамына кіреді /32/.
Фотон энергиясы е сәулелену жиілігіне v пропорционал екені анық:
(5.8)
мұндағы - Планк тұрақтысы .
Егер фотон энергиясы е жоғары болса, жиілік v төмен болса, электр магниттік сәулеленудің корпускулалық құрылымы соғұрлым тезірек анықталады.
Рентген немесе γ-сәулелер ағындарында іс жүзінде негізінен корпускулалық қасиет пайда болады.
Фотон энергиясы е төмен болса, жиілік v төмен болса, сәулеленудің толқындық қасиеті соғұрлым үлкен дәрежеде көрінеді. Ұзын толқынды сәулелену ағыны (радиотолқындар) тек өзінің толқындық қасиетін ғана оңай анықтайды және іс жүзінде корпускулалықты анықтамайды.
Электр магниттік сәулелену шкаласында көрінетін жарық жиіліктері немесе толқын ұзындықтарының арасы өте тар мәнге ие болады, яғни 0,4-0,8 мк тең. Көрінетін сәулеленудің жартылай өткізгішті бетіне түскенде болатын физикалық құбылыстарды қарастырғанда, әр түрлі энергиялардың фотондар ағыны ретінде қарастыруға болады.
Егер фотондардың ағыны қандай да бір металл бетіне түссе, фотондардың бір бөлігі онда шағылады, ал қалған бөлігі металлда жұтылады. Жұтылған фотондар өз энергиясын металлдың кристалл торына және бос электрондарға береді де, тордың амплитудалық тербелісін және бос электрондардың ретсіз қозғалысының жылдамдығын жоғарлатады.
Егер фотон энергиясы үлкен болса, онда ол металлдан электронды шығарып алуға жеткілікті болады, яғни шығу жұмысына φ (5.10, а-сурет) қарағанда тең немесе үлкен энергияны қабылдайды.
Бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады. Егер жұтылған фотон энергиясы металлдан электронды шығарып алуға жеткілікті болмаса, онда оның энергиясы түгелімен металлды қыздыруға кетеді.
Бұндай құбылысты, біз, тек фотон ағындары жартылай өткізгішке әсер еткенде ғана байқаймыз.
Кристаллдық жартылай өткізгіштердің металлдардан таза түрінде (қоспаларсыз) айырмашылығы, егер оларға ешқандай сыртқы факторлар әсер етпесе (температура, электрлік жазық, жарық сәулеленуі т.с.с.), бос электрондар болмайды, яғни жартылай өткізгіштердің кристаллдық торларының атомдарының электрондарының ажыратылуы болады. Бірақ жартылай өткізгіш материалына әрқашан қандай да бір температура (жиі бөлменің) әсер етсе, атомдармен байланысқан электрондардың бір бөлігі, жылулық тербелістердің арқасында атомдардан үзуге жеткілікті энергия шығаруы мүмкін. Бұндай электрондар бос электрондарға айналады және электр тасымалдаушы бола алады.
Электронынан айырылған жартылай өткізгіш атомы, электрон зарядына тең оң зарядқа ие болады. Бірақ электроны жоқ атомдағы орынды көршілес атом электронымен толтырылуы мүмкін.
Бос электрон түзілуінен босаған орны зарядталған бөлшекке тең болады, және ол кемтік деп аталады. Кемтіктер электр тогының өту үрдісіне қатысуы мүмкін.
5.10-сурет. Металлдар мен жартылай өткізгіштердің фотоэффектілік сұлбасы
Атомдармен байланысқан электрондардың энергиясы, оның шегінде табылатын толтырылған энергетикалық аймақ немесе валенттік байланыс аймақ (5.10, б-суретте, 2 аймақ) деп аталады. Бос электрондардың энергиясы салыстырмалы үлкен, сондықтан ол әлдеқайда жоғары энергетикалық аймақта - өткізу аймағында (5.10, б- суретте, 1 аймақ) тұрады. Толтырылған аймақ пен өткізу аймағының арысында тиым салынған энергиялардың аймағы болады (5.10, б- суретте, 1 аймақ.), яғни энергиялардың бұндай мәндегі аймағында, берілген жартылай өткізгіштің материалы байланысқан да, бос та күйге ие бола алмайды. Бұл жартылай өткізгіштердің әр түрлі тиым салынған аймақтағы мөлшері әр түрлі екенін көрсетеді, мысалы, германий үшін - 0,7 эв (электронвольт), ал кремний үшін - 1,12 эв .
Кемтіктер толтырылған аймақта болады, себебі олардың түзілуі тек қана жартылай өткізгіштердің кристалл торларының атомдарында ғана мүмкін.
Бос электрон-кемтік жұбының мөлшері жартылай өткізгіштердің беті жарықтанғанда кенет өсуі мүмкін. Бұл мынамен түсіндіріледі, кейбір фотондардың энергиялары электрондарды атомдардан шығарып алуға және оларды толтырылған аймақтан өткізу аймағына ауыстыруға жеткілікті болады. Бұл құбылыс ішкі фотоэффект деп аталады. Ішкі фотоэффектінің шарты мына теңдеумен анықталады
Eg, (5.9)
мұндағы Eg - тиым салынған аймақтың ені.
Электрондардың және кемтіктердің концентрациясының артуы жартылай өткізгіштік материалдың өткізгіштігінің артуын болдырады. Сыртқы факторлардың әсерінен ток өткізгіштігі таза монокристаллды жартылай өткізгіште меншікті өткізгіш деп аталады, себебі, ол тек қана жартылай өткізгіштің қозған күйімен ескертілінген. Сыртқы әсерлердің жоғалуымен бос электрон-кемтікті шарлар жоғалады (бір бірімен кері комбинацияланады) және меншікті өткізгіштігі нольге ұмтылады.
Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффект құбылысы да бар. Бірақ ол металлдағы жағдайға қарағанда, әлдеқайда күрделі сипатқа ие.
Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффектісін жасау үшін, квант жұтып алынған энергиясы толтырылған аймақтан электрондарды шығаруға және оларды жартылай өткізгіштен жоюға жеткілікті болуы керек.
Сонымен, жартылай өткізгіштегі сыртқы фотоэффектілік сәулеленудің жиілікпен әсерінің арқасында болады, ол қарастыратын ішкі фотоэффектілік жарық жиілігінен әлдеқайда үлкен. Сондай жоғары жиілікті сәулелену үлесі жалпы түсетін күн сәулеленуімен салыстырғанда үлкен емес, себебі әдеттегі жартылай өткізгіштерде сыртқы фототоктар аз.
Жарықты электр энергиясына түрлендіру ішкі фотоэффектімен ғана байланысты.
Тек қана бір меншікті өткізгіштікке ие, идеалды таза жартылай өткізгіш материалдар жоқ. Әдетте жартылай өткізгіш қандай да бір белгілі типті өткізгіштікке ие: не тек қана кемтікті (р-типті), не тек қана электронды жартылай өткізгіштің өткізгіштік типі, оның кристалл торына активті қоспалар енгендегі валенттілікпен анықталады.
Кремний үшін активті қоспа ретінде Менделеевтің периодтық кестесінің үшінші (бор, алюминий, галлий, индий, таллий) немесе бесінші (фосфор, мырыш, сурьма, висмут) тобына жататын элементтер кіреді. Ал кремнийдің өзі периодтық кестенің төртінші тобына жатады.
Фотоэлементтер. Жұмыс істеу принципі бойынша барлық фотоэлементтер екі класқа бөлінеді. Бірінші класқа жататын фотоэлементтер сыртқы фотоэффектке негізделген - вакуумды және газ толтырылған, екіншісіне - бекітілген қабатты жартылай өткізгіштік фотоэлементтер, оларды басқаша вентильді (жапқыштық) деп атайды, оның жұмысы ішкі фотоэффектіге негізделген. Соңғыларға мыс тотығы, селен, германий, кремний және басқалар жатады [32].
Вентильді фотоэлементтердің басқа түрлерден айырмашылығы, жарық сәулеленуінің әсерінен, олар бірқатар жағдайда тура күн жарығында меншікті п.ә.к. өндіреді және ол вольттің оннан бір бөлігі. Сонымен олар сәулелік энергияны электр энергиясына түрлендіруіне мүмкіндік береді. Электр энергиясының көзі ретінде қолданылатын фотоэлементтер, әдетте фотоэлектрлік фототүрлендіргіштер немесе жай фототүрлендіргіштер деп аталады. Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің қазіргі кезде ең жетілгендеріне кремний элементі жатады (5.11-сурет).
Кремнийді негізгі материал ретінде таңдау бірқатар факторларға негізделген:
- біріншіден, кремний оттегіден кейінгі Жер бетіндегі ең көп тараған элемент және оның өндірісі жақсы игерілген.
- екіншіден, теория көрсеткендей, күн спектрі үшін ең үлкен қуат шығысы фототүрлендіргіштен алынады, олар тиым салынған аймағының ені 1-1,5 эв шектерінде жататын жартылай өткізгіштермен дайындалады.
-үшіншіден, кремний фототүрлендіргіштері күн сәулеленуін өзінің спектрлік сезімталдығына қолдануына жақын келеді.
- төртіншіден, мысалы, германий құрылғыларымен салыстырғанда кремнийден жасалынған құрылғылардың температуралық тербелістерге сезімталдығы төмен. Сонымен, кремний шағылудың минималды шығынына жетуге мүмкіндік береді.
5.11-сурет. Кең тараған фотоэлементтердің түрлері
Екі жақты модульдерді жарық энергиясын фронттық қабырғасынан да, шеп қабырғасынан түрлендіреді (5.12-сурет). Ол шағылған энергияны қолдануға мүмкіндік береді.
Шеп жағындағы модуль энергияны су бетінен немесе жердің шағылысуынан (мысалы, ақшыл құмнан немесе қардан) алады.
5.13-суретте фототүрлендіргішті жасау технологиясының сызба нұсқасы көрсетілген.
5.13-сурет. Фототүрлендіргішті жасау технологиясы
Күн энергиясын жылу энергиясына түрлендіретін гелио-энергетикалық жүйелер.
Күнмен жылыту жүйелері деп жылу көзі ретінде күн радиациясы энергиясын пайдаланатын гелиожүйелерді айтады. Олардың басқа төменгі температуралы жылыту жүйелерінен ерекшелігіне, оның күн радиациясын ұстауы және оны жылу энергиясына айналдыратын арнайы қондырғыларды қолдануы жатады [23,24].
Күнмен жылыту жүйелерінің түрлері. Төменгі температуралы күнмен жылыту жүйелерін күн радиациясын қолдану тәсіліне қарай, оларды келесідегідей жіктейді: енжарлы (пассивті) және ынталы (активті).
Енжарлы (пассивті жүйелер). Енжарлы деп күн радиациясын қабылдайтын және оны жылуға түрлендіретін элементі ретінде ғимараттың өзі немесе оның жекелеген бөліктері: ғимарат-коллектор, қабырға-коллектор, шатыр-коллектор және т.б. сияқты қолданылатын жылыту жүйелері (жылу тасымалдағыш ауа) алынады (5.14-сурет).
Ең арзан және қарапайым пассивті жүйелер қосымша құрылғы қажет етпейтін және күн энергиясын жинақтауға және таратуға ғимараттың архитектуралық және құрылыс элементтерін қолданатын жүйелер болып табылады.
1- күн сәулесі; 2 - сәуле жұтатын қабырға; 3 - ауа көлбеушесі; 4 -жылыған ауа; 5- ғимараттың ішіндегі салқындатылған ауа; 6 - қабырға; 7 -қабырғаның қара сәуле қабылдайтын жағы; 8 - қалқаншалар-жалюздер.
5.14-сурет. Енжарлы (пассивті) жылыту жүйесі "Қабырға- коллектор"
Ынталы (активті) жүйелер. Ынталы төменгі температуралы күнмен жылыту жүйелері деп күн қабылдағыштары ғимаратқа тән емес жекелеген өзіндік құрылғы болып табылатын жүйелер болып табылады.
Ынталы жүйенің негізгі элементтері келесілер: күн коллекторы, аккумулятор, жылу алмастырғыштар, қосалқы жылу көздері, сантехникалық тетіктер, таратушы және реттеуші құрылғылар, автоматика жүйесі.
Әрбір нақты жағдайда элементтерді таңдау, құрамы және құрастыру климаттық факторлармен, объектінің түрлерімен, жылу қолдану ретімен, экономикалық көрсеткіштермен анықталады.
Жылу тасымалдағыштар ретінде көбінесе гелиожүйелерде сұйық (су, этилгликол ерітіндісі, органикалық сұйық) немесе ауа қолданылады. Пайдалынатын көптеген гелиожүйелерде ауаның тығыздығы және жылу сыйымдылығы аз болғандықтан, көбінесе сұйық денелерді қолданылады.
Күнмен жылыту жүйелерінде шоғырландырғыш (фокустеуші) жазық немесе басқа пішіндес-типті күн коллекторлары қолданылады.
Ынталы гелиожүйелер әр түрлі белгілері бойынша жіктеледі:
қызметі жөнінен:
- жылы сумен қамту жүйелері (ЖСҚЖ);
- жылыту жүйелері;
- құрамалы жүйелер;
қолданылатын жылу тасымалдағыш түрі жөнінен:
- сұйық;
- ауа;
жарамдылық мерзімі жөнінен:
- жыл бойғы;
- маусымдық;
техникалық шешімі жөнінен:
- бір айналмалы (контурлы);
- екі айналмалы ;
- көп айналмалы.
Қызметі жөнінен жіктеу 5.15-суретте көрсетілген.
5.15-сурет. Жылу энергиясын өндіретін сұйық гелиожүйелер
Күн энергиясымен жылытатын гелиожүйелерінің жылулық сұлбалары
Бір айналмалы-контурлы жылыту жүйелері, жыл бойы теріс температура жоқ жерлерде немесе маусымдық мезгілде қолдану үшін қажет. Су тұзды емес және таза болуы керек.
Екі айналмалы-контурлы жылыту жүйелері, жыл бойы қолдануға немесе судың тұзды және механикалық қоспалармен ластанған жерлерде де жарамды.
Жылу тасымалдағыш ынталы-активті айналмалы екі контурлы жүйе 5.16-суретте көрсетілген.
Мәжбүрлі циркуляциялы жүйелерде коллекторлық контурға айналым (циркуляциялық) сорғы (насос) қосылады, бұл бак-аккумуляторды ғимараттың кез келген бөлігіне орналастыруға мүмкіндік береді.
Жылу тасымалдағыш қозғалысының бағыты коллекторлардағы табиғи айналым (циркуляцияның) бағытымен сай келуі керек. Сорғы (насосты) қосу және ажырату коллекторлар мен бактардың шығысында орналасқан, температура датчиктерінің көрсетулерін салыстыратын дифференциалдық басқарушы реле түрінде берілген электронды басқару блогы арқылы іске асырылады.
5.16-сурет. Мәжбүрлі айналдырмалы ыстық сумен қамтамасыз ететін екі айналмалы-контурлы күн жүйесінің сызба нұсқасы
Жазық және шоғырландырғыш (фокустеуші) күн коллекторлары
Күн коллекторында күн энергиясының көмегі арқылы жылу тасымалдағыш денені-суды немесе ауаны және де басқада қандай да бір денені қыздыру іске асарылады.
Күн коллекторларының түрлері:
-жазық;
- шоғырландырғыш-фокустеуші (концентратор).
Жазық күн коллекторларында күн энергиясы тікелей жұтылады, ал шоғырландырғыш (фокустеуші) коллекторларға түскен радиация ағынының тығыздығын арттыра отырып, жылу тасымалдағыш денені қыздыру әрекеті іске асады [23,24,27].
Шоғырландырғыш (фокустеуші) күн қондырғылары. Фокустеуші гелиоқабылдағыштар пішіндері полирленген металлдан жасалған параболоцилиндрлі, сфералық немесе параболалық айна түрінде болып келеді. Оның жылу қабылдағыш элементі қондырғының фокусында орналасады. Жылу тасымалдағыш дене ретінде суды немесе қатпайтын сұйықты қолданады.
Фокустеуші коллекторларда қолданылатын шоғырландырғыштардың (концентраторлардың) кейбір пішіндері 5.17-суретте көрсетілген.
а- параболоцилиндрлік концентратор; б-параболоидты концентратор; в- Френельдің жазық-сызықты линзасы
5.17-сурет. Күн шоғырландырғыштарының
(концентраторларының) пішіндері
Парабола цилиндрлі шоғырландырғыш (концентратор). Парабола цилиндрлі айналық концентратор күн сәулесін бір сызық бойына фокустейді, одан ондық және одан да жоғары жүздік концентрациясын қамтамасыз етуі мүмкін (шағылдырғыш айналардың түрлеріне сәйкес). Парабола фокусінде жылу тасымалдағыш түтік-құбыр орналасады, немесе фотоэлемент қою үшін оның температурасын 300-3900С дейін көтеруге болады. Қондырғыдан жылу тасымалдағыш дене-ысыған су жылулық аккумуляторға беріледі де, одан ары қарай тұтынушыларға тасымалданады.
Парабола цилиндрлі айналық концентраторды оның осі бойынша солтүстік-оңтүстікке бағдарлайды және бір біріне қатарластырып бірнеше метр аралықтарында орналастырады. 5.18-суретте өндірістік парабола цилиндрлік шоғырландырғыш (концентратор) көрсетілген.
5.18-сурет. Өндірістік парабола цилиндрлік шоғырландырғыш (концентратор)
Параболоид шоғырландырғыш (концентратор) - параболоид пішіндес болып келеді. Параболалық концентратормен күнді бағдарлау екі координата бойынша басқарылады. Күн сәулесінің энергиясы параболоид шоғырландырғышның фокусында кішігірім ауданға шоғырланады.
Айналар, жуықтап алғанда, оған түсетін күн энергиясының 92% шағылдырады. Параболоид шоғырландырғыштың фокусінде жылу қабылдағыш бет (жылу өндіретін) немесе фотоэлектрлік элементтер (электр энергиясын өндіретін) ұстап тұрғышта (кронштейнде) бекітіледі.
5.19-сурет өндірістік параболоид тәріздес шоғырландырғыш (концентратор) көрсетілген.
5.19-сурет. Өндірістік параболоид тәріздес шоғырландырғыш
Френель линзалы шоғырландырғыш (концентратор). Френель линзасы, әдеттегі линзалар тәрізді, сфералық немесе басқа беттермен тегістелген (шлейфтелген) әйнектің тұтас бөлігінен тұрады және қимасы арнайы пішінді призма қабаттарынан және бір біріне беттескен сақиналардан тұрады. Іс жүзінде кейбір гелиоқондырғыларында Френель линзалары бар жазық күн коллекторлары да пайдаланылады (5.20-сурет).
5.20-сурет. Френель линзалы шоғырландырғыш
Линзаның шоғырландырғыш (концентрациялау) дәрежесі, оның диаметрінің фокустік қашықтығының қатынасына пропорционал, сондықтан бірлік линза көмегімен шоғырландырғыштың қабілеттілігінің жоғарғы дәрежесіне қол жеткізу әдеттегі қысқа фокусті линзаларды әзірлеудің дәлдігінің қиындығымен шектеледі. Осылайша құрылған, әрбір сегмент күн радиациясын орталық қабылдағышта фокустейтіндей көп линзалы жүйені құру, шоғырландырғыш жүйені дайындау технологиясын жеңілдетеді, осының өзі Френель линзаларын жасауда және құруда қолданылады [27, 31].
Мұнаралы күн электр станциясы. Олардың ішіндегі ең үлкені жобаланған қуаты 10 МВт тең, Барстоуда (Америка) орналасқан Solar-1 КЭС (5.21-сурет). КЭС-тің алаңқайы эллипс тәріздес, оның осьтері 685 және 585 болатын, ауданы 0,31км2 тең. Гелиостат аланының ауданы 0,28 км2, онда 1818 гелиостаттар, айналар бетінің ауданы 73,2 мың м2. Жер аумақшаларын айналармен толтырудың орташа коэффициенті - 0,26. Айнаның шағылысу коэффициенті - 0,9. Цилиндрлік пішіндегі күн сәулесін қабылдағыштың - бу қазанының биіктігі 13 м, диаметрі 7,2 м сәулелендіретін бет-тақталардың ауданы 294 м2. Гелиостаттың тоқтаусыз жұмыс істеу дәрежесі 98%. КЭС автоматты ЭЕМ көмегімен жұмыс атқарады.
Бұл жүйеде күн сәулесін шоғырландыратын гелиостаттар жүйесі қолданады. Гелиостаттар, компьютермен басқарылатын екі осьтік бақылау жүйесі арқылы, гелиостат айнасынан шағылған күн сәулесін қозғалмайтын және әрқашан мұнара басындағы қабылдағышқа - бу қазанына түсетіндей етіп жұмыс атқарады. Бу қазанына өндірілген жылу энергиясын жинақталып, оның дағарасынан бу құбыры арқылы бу шығырына-турбинаға беріледі, соның салдарынан жылу энергиясы механикалық энергияға, ал электр өндіргіш-генераторда электр энергиясына түрленеді. Бу қазанында будың температурасы 560-14820С дейін қызады.
а) б)
а)-сақиналы оптикалық жүйе, б)-оптикалық жүйесі
5.21-сурет. Мұнаралы күн электр станциясы
АҚШ-тың энергетикалық компанияларының консорциумы жылу тасымалдағыш сұйық ретінде ерітілген тұздардың бірнеше түрлерін пайдалануды ұсынып отыр.
Мұндай жүйеде ерітілген тұз «суық» бак-күбіден температурасы 2880С- жылу қабылдағыш арқылы өтіп, онда ол 5650С дейін қызады, қайтадан «ыстық» бак-күбіге барады, бұл қондырғының жаңа түрлерінде жылу 3-13 сағат сақталады, осыған орай станса электр энергияны күндіз түні және кез келген ауа райында өндіре алады (5.22-сурет).
5.22-сурет. Модульді иінді айналар жүйесімен жинақталған КЭС
Қазіргі кезде қуаты бірнеше киловаттан 13,8 МВт дейін жететін АҚШ-та, Францияда, Италияда, Жапонияда, Австрияда модульдік КЭС-лары салынған. АҚШ-та қуаты 20 МВт дүние жүзіндегі ең ірі модульдік түрдегі КЭС-тың салынуы аяқталып жатыр. Белсенді түрде ірі модульдік КЭС салу бағытында көптеген жұмыстар жүргізілуде.
5.4. Жер бетінің жел энергетикалық қоры. Қазақстанның жел кадастры
Қазақстан аймағын жел энергетикалық ресурстармен аудандастыру
Қазақстан аймағын жел энергетикалық ресурстармен аудандастыруды 5 ауданға бөлуге болады, аудандастыру желдің келесі қуаттылық көрсеткіштері бойынша жүргізілді: 1-аудан - Ебірлік<10 кВт.сағ/м2, 2-аудан 1000-2000 кВт.сағ/м2 дейін, 3-аудан 2000-3000 кВт.сағ/м2 дейін, 4-аудан 3000-4000 кВт.сағ/м2 дейін, 5-аудан 4000 кВт.сағ/м2 аса.
Бұл мәліметтер Қазақстан аумағын жел энергетикалық ресурстармен аудандастыруының картасын құрғанда негізге алынды /32, 33/.
Бірінші аймаққа Солтүстіктегі Тянь-Шаньда орналасқан Шу-Іле таулы аймағы кіреді. Олар өз алдында құламалы беткеймен шектелген, шамалы көлбей беттерімен тегістелген қыраттарды құрайды, бұл аймақтарға - Қордай, Отар, Шоқпар, Анархай, Новотройск жатады. Бұл аймақтардың энергиясы 1000 - 5000 кВт.сағ/м2 тең.
Екінші аймақ Орталық Қазақстандағы кең таулы аясындағы көптеген кішігірім жеке таулы массивтерді және шағын кіші жоталарды алып жатыр. Бұл массивтердің ең биіктерінің биіктігі 1400 - 1450 м. Бұл аймаққа Қарқала, Қайнар, Ақтоғай, Жрама, Жаңа-Арқа, Қарауыл, Бесоба, Бектаута, Ағадыр, Қызылтау, Сарыжал елді мекендері кіреді. Метеостанция мәліметтері бойынша анықталған энергия 1000-5000 кВт.сағ/м2 тең.
Үшінші аймаққа Ұлытау таулары кіреді, сонымен қатар кең қыратты болып саналатын Орталық Қазақстанның кіші жотасының оңтүстік-батыс, батыс бөліктері, сонымен бірге арқалық аудандары кіреді. Энергиясы 1000-5000 кВт.сағ/м2 аралықта.
Төртінші аймақ Солтүстік-батыс жақтағы аралығы 420 км болатын аймақ және солтүстік Тянь-Шань доғасының батыс буыны болып табылатын Қаратау жотасы төртінші аймаққа жатады. (Жанатас, Шаян, Түркістан) Бұғын, Ванновка, Ақсұран, Созақ және Тасты метеостанция мәліметтері бойынша анықталған энергиясы 1000-5000 кВт.сағ/м2 тең.
Бұл аймақта Ащысайдың жан жағы таулармен көлеңкеленген аса үлкен емес таулы алқаптар бар. Оңтүстік және оңтүстік-батыс Қаратау жотасында туындайтын кішігірім жел энергетикалық ресурстары бар аудандар кездеседі. Бұл жерлерде жота негізгі Алатау тауларымен қосылады және жоғары биіктікке ие. Метеостанциядан алынған мәліметтер бойынша бұл аудандарда көлеңкеленген жерлер аса үлкен емес энергияны көрсетеді. Ашық беткейлерде және жоталы аймақтарда жел энергиясының күрт жоғарылауын күтуге болады.
Бесінші аймаққа Оңтүстіктің сілемі болып табылатын Мұғалжар таулары, Жетіқара, Шалқар, Рудный, Тереңқұдық, Талдық, Комсомольск, Аққұдық елді мекендерінің аймақтары жатады - энергиясы 1000-4000 кВт.сағ/м2 құрайды.
Қазақстан аумағын аудандастыру сұлбасы осы аудандарды қамтиды, ол сол аймақтың жел энергетикалық ресурстарын сипаттайды.
Орындалған аудандастыру Республика аймағында жел энергетикалық қондырғылардың қолдану болашағын айқындауға мүмкіндік береді.
Үлкен теңіз бен мұхиттың жағалауларында ауа қозғалысы тұрақты алмасымды қозғалыста болып тұрады, осының салдарынан бұл аймақтарда тұрақты жел тұрады (теңіз бризі деп атайды).
Құрғақ шөл және шөлейтті жерлердің үстінде ауа қатты қызады да, тығыздығы төмендейді, мұндай аймақтарда ауа қозғалысы жоғары болады. Осының бәрі желдің пайда болуына әкеледі.
Жер атмосферасының айналып келулік табиғаты инерциялық күштің нәтижесінде туындайды, ол жердің өз осінің айналуынан пайда болады. Олар әр түрлі ауа ағындарының ауытқуын түзейді.
Желдің тұру бағыты және желдің жылдамдығы, сол аймақтың жер беті биіктігіне байланысты, әр түрлі бағытта өзгеруі мүмкін (5.23-сурет).
5.23-сурет. Желдің Жер бетіндегі қозғалу динамикасы
Экваторға жақын жер бетінде орналасқан аймақта жел жылдамдығы едәуір жоғары. Жер бетінің 1 және 4 км биіктігінде, 300 аймақтың аралығында солтүстік және оңтүстік кеңдікте бірқалыпты әуе ағындары түзіледі және оны пассат деп атайды. Оның орташа жылдамдығы 7-9 м/с құрайды.
Желдің күштік сипаттамасы. Жел қуатты, қайраттық көздің бірі болып табылады, оны бұрыннан бері адамдар қолданып келеді (5.24-сурет). Қазіргі кезде әлемде жел энергиясын пайдалану МИРЭК-тің бағалауымен жыл сайын 3 млрд. тоннадай шартты отынды үнемдейді. Дамыған елдерде жылына бір адам 0,6 т шартты отынды тұтынады, дамып келе жатқан елдерде 3 есе аз.
5.24-сурет. Жел электр станциясы
Жел қондырғыларының қалақшалары, әдетте, жер бетінен 50-70 м биікте жұмыс істейді, жаңа қондырғыларда 100 метрге дейін жетеді, сондықтан көп қызығушылық осы қабаттағы әуе ағынының қозғалысының мінездемесі қажет.
Желдің манызды сипаттамасына күштік құндылығын анықтайтын оның жылдамдығы болып табылады.
Желдің лездік жылдамдығы әрқашан ауа ағынының жел қозғалтқышқа қозғалымдық әрекет етуін анықтайды. Қозғалымдық ағынның сипаттамасы автоматты реттеу жүйесіне немесе бағдарлау жұмысына әсер етеді. Жел агрегатын өндіре алатын энергия саны ең біріншіден жел доңғалағымен айналатын және аудан бетіне тең желдің орташа жылдамдығы анықталған уақыт аралығында барлық ағынның қимасына тәуелді. Тап осы жылдамдық сондай-ақ қондырғының жұмыс тәртібін анықтайды. Желдің орташа жылдамдығы таңдалған уақыт аралығында T=t2-t1 өлшенген лездік жылдамдықтың vі қосындысы өлшеу санының n қатынасымен анықталады:
(5.10)
Орташа тәуліктік жылдамдық vтәук қосынды 24 орташа уақыт жылдамдығымен vорт, ал орта жылдық vж бір жылдағы vтәук қосындыны 365-ке бөлуге тең.
5.5. Жел энергиясымен жұмыс істейтін энергетикалық қондырғылар
Жел қозғалтқышы бар жүйелер үш класқа бөлінеді.
Бірінші класына желді дөңгелектері тік жазықтықта орналасатын жел қозғалтқышы жатады; осыған байланысты айналу жазықтығы жел бағытына перпендикуляр және жел бағыты мен дөңгелектің осі ағынға параллель болады. Мұндай жел қозғалтқыштар қанатты деп аталады (5.25-сурет).
а) б)
5.25-сурет. Қанатты пішінді жел қозғалтқышы
Кейбір қанатты жел қозғалтқыштарда желді дөңгелектің осінде горизонтал жазықтыққа қатысты 6-8о дейін иіні боладыі.
Қанатты жел қозғалтқыштарды желді дөңгелектің типіне және тез жүрісіне байланысты үш топқа бөледі:
1 топ – тез жүрісі Zn бойынша көп күрекшелі және жай жүрісті;
2 топ - тез жүрісі Zn бойынша аз күрекшелі, жай жүрісті, қарапайым ағаш-металлды конструкциялы, сонымен қатар желді диірменді;
3 топ - Zn >3, аз күрекшелі, тез жүрісті.
Екінші класына желді дөңгелектің вертикалды айналу осі бар желқозғалтқыш жүйесі жатады.Конструктивті жүйе бойынша олар екі топқа бөлінеді:
- жұмыс істемейтін күрекшелері шымылдықпен бүркеліп тұратын немесе желге қарсы қырынан орналасқан әткеншекті жел қозғалтқыш (5.25, а-сурет);
- Савониус жүйесіндегі роторлы жел қозғалтқыш (5.25,б-сурет).
Үшінші класына сулы диірменді дөңгелек принципі бойынша жұмыс істейтін дағыралы деп аталатын жел қозғалтқыш жатады. Бұл жерде жел қозғалтқыштың айналмалы осі жел бағытына горизонтал және перпендикуляр болады (5.26-сурет).
5.26-сурет. Дағыралы пішінді жел қозғалтқышы
Әлі де өрістеу алмаған басқа да жүйелер бар.
Қолдану классификациясында жел қозғалтқышта айналудағы жел күшінің негізгі жұмыс принципін қарастырамыз (5.27-сурет).
5.27-сурет. Жел қозғалтқыштарының түрлері
Жел қондырғылары екі негізгі белгілері бойынша бөлінеді – жел дөңгелегінің геометриясы және оның желге сәйкес бағытта орналасуы.
Жел энергетикалық қондырғылардың негізгі классификациялық белгілерін төменде келтірілген анықтамадан анықтауға болады.
Әрі қарай бұл белгілер тереңірек қаралады.
1. Жел дөңгелегінің айналу осі жел ағынына перпендикуляр немесе параллель. Бірінші жағдайда қондырғы тік осьті, ал екінші жағдайда көлденең осьті болып келеді.
2. Кедергі күшін қолданатын қондырғылар, әдеттегінше, сызықтық жылдамдықпен айналады, бұлардың жылдамдығы аз болады, ал көтеру күшін пайдаланатын қондырғыларда желкен соңының сызықтық жылдамдығы бар. Бұл жерде желкенді қайықтағыдай жағдай болады, яғни желден жылдам қозғалады.
3. Көптеген қондырғыларда ол қалақша (лопасть) санымен анықталады. Жел энергетикалық қондырғылар үлкен геометриялық толысумен салыстырмалы әлсіз желде орасан көп күш тудырады және ол кішірек дөңгелек айналымында максималды күш тудырады. Кіші толыста ЖЭҚ-лар үлкен күшке ие болады және осы режимде ұзақ шығады. Сондықтан бірінші қондырғылар су сорғыш есебінде пайдаланылады, ал екіншісі – электр өндіргіш (электр генератор) ретінде жұмыс жасайды. Онда үлкен жиіліктегі айналым қажет.
4. Механикалық жұмысты дер кезінде атқаратын қондырғыларды жел диірмендері немесе турбина деп аталады, ал электр энергиясын өндіретін қондырғыларды, яғни турбина немесе электр өндіргіш арақатынасын жел электр генераторы, аэрогенератор, сондай-ақ энергия айналдырушы қондырғыларды айтады.
5. Мықты энергожүйеге қосылған аэрогенераторда, айналу жиілігі автосинхрондау эффектісі есебінен тұрақты болады, бірақ ауыспалы айналу жиілігімен салыстырғанда, мұндай қондырғылар жел энергиясын аз пайдаланады.
6. Буфердің бар болуы жел доңғалағының айналу жиілігінің флуктуация қасіретін азайтады, жел энергиясы мен электр генератордың күшін жақсырақ пайдалануға жол береді. Сонымен жел доңғалағының қатты емес байланысынан жел жылдамдығының флуктуациясы электр генератордың шығыс параметрлерін азайтады. Бұл әсерді сондай-ақ қалақандардың жел доңғалақ осімен мықты байланысы азайтады.
Жел электр генераторлар классификациясы жоғарыда көрсетілген белгілермен оның конструкциялық түрлері бітпейді. Бұл, әсіресе, жел ағыны жылдамдығын көбейткіш арнайы қондырғыларға қатысты.
Көлденең осьті жел электр генераторлары. Көлденең осьті пропелерлік жел доңғалағын қарастырайық. Бұл типтің негізгі айналдыру күші – көтеру күші болып саналады [32]. Жел доңғалағы жұмыс жағдайында желге салыстырмалы тіреу мұнарасының алдында немесе оның артында орналасады. Алдында орналасқан жағдайда жел доңғалағы аэродина-микалық стабилизатор (тұрақтандырғыш) немесе басқа да оны жұмыс жағдайында ұстап тұратын қондырғылардан тұру керек. Артында орналасқан жағдайда мұнаралық жел доңғалағын тартады немесе оған баратын жел ағынын құйыны. Доңғалақтың мұндай жағдайда жұмыс жасауында айналмалы (циклдік) жүктеме пайда болады, қатты шуыл және жел доңғалағының флуктуациясы болады. Жел бағыты тез өзгеруі мүмкін және жел доңғалағының бұл өзгерістерін анық түрде анықтап отыру керек. Сондықтан да күші 50 кВт көп ЖЭҚ бұл мақсатта қозғалтқыштарды пайдаланады.
Жел электр генераторларда екі және үш қалқанды жел доңғалағын пайдаланады, соңғысы дыбыссыз жүріспен ерекшеленеді. Электр генератор және редуктор (жел доңғалағын қосатын), негізінен тіреу мұнарасының жоғарғы жағында айналмалы баста орналасқан. Оларды төменгі жағына орналастыру ыңғайлы, алайда айналу моментінде болатын қиыншылықтар әсерінен бұл тәсіл өзін өзі ақтамайды. әлсіз желде үлкен айналу моментін тудыратын көп қалқанды доңғалақтар суды айдап шығару үшін және басқа да үлкен айналу жиілігін қажет етпейтін мақсаттарда пайдаланылады.
Тік осьті жел электр генераторлары. Тік осьті жел электр генераторлары өзінің геометриясының арқасында әрқилы жел бағытында жұмыс жасайды. Мұндай схема біліктің (валдың) ұзару есебінен өндіргішті өзгерткіш (генераторлы редукторлы) мұнараның төменгі жағына орналастыруға мүмкіндік береді.
Мұндай қондырғылардың кемшілігіне мыналар жатады:
Осы себептерден көптеген жел электр генераторлар көлденең осьті схемамен жасалады, алайда тік осьті қондырғылар әлі де зерттелуде.
Көп тараған тік осьті қондырғылар. Кесе пішіндес ротор (анемометр). Осы типтегі жел доңғалағы кедергі күші әсерінен айналады.
Савониус роторы. Бұл дөңгелек те кедергі күші әсерінен айналады. Оның қалқандары жіңішке майыстырылған жапырақтан істелген, яғни арзан және қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Айналу моменті әр түрлі кедергі әсерінен пайда болады, ол ішке немесе сыртқа қарай майыстырылған қалқан роторы. Үлкен геометриялық толу әсерінен бұл жел доңғалақтары үлкен айналу моментіне ие және суды айдап шығару үшін пайдаланылады.
Дарье роторы. Айналу моменті көтеру күшінен туындайды, ол аэродинамикалық профилі екі немесе үш жіңішке майыстырылған беттен тұрады. Көтеру күші қалқан үлкен жылдамдықпен жел ағынын қиып өткенде максималды болады. Дарье роторы жел электр генераторларында пайдаланылады, бастапқыда ротор өздігінен айнала алмайды, сондықтан осы мақсатқа генераторды пайдаланады.
Масгрув роторы. Бұл жел доңғалақ қалқандары жұмыс жағдайында тік орналасады, ал оны тоқтатқанда көлденең осьпен айналу мүмкіндігіне ие. Масгрув роторының көптеген түрлері бар, бірақ олар қатты желде жұмыс жасай алмайды.
Эванс роторы. Бұл ротордың қалқандары апатты жағдайда орналасқан және оны басқарғанда тік ось бойымен айналады.
Концентраторлар. ЖЭҚ күші жел ағынын пайдалы жағынан қолдануға байланысты болады. Оның жұмысын жақсарту үшін жел ағынын үлкейтетін арнайы концентраторлар (күшейткіштер) пайдаланылады
Көлденең осьті жел электр генераторлар үшін көптеген концентраторлар жасалған, олар диффузор немесе дефлектор конфузоры болуы мүмкін. Алайда концентраторлар өндіріс қрондырғыларында кең қолданыс таппаған.
Жел өндіргішінің қалақша бетіне әсер ететін жел күштері желдің жылдамдығы жел қондырғысы үшін техникалық өте маңызды көрсеткіш. Жел ағынының кинетикалық энергиясы көлденең қимадан F өткенде өрнегімен анықталады.
Ауа массасы көлденең қима арқылы F ағып өтетін V жылдамдығына тең:
. (5.11)
(5.11) формуласын, кинетикалық энергия формуласына салсақ, онда:
, (5.12)
осыдан, жел энергиясы оның жылдамдығына пропорционалды текшеге өзгереді. Ал T қуаты, жылдамдыққа V күш F туындысымен анықталады:
. (5.13)
Егер де жел бағытына перпендикуляр етіп F бетін алатын болсақ, онда тежеу кезіндегі ауа ағыны бетпен жанаса және айнала ағады да Px қысым күшін өндіреді. Бұдан осы күштің әрекетінен, бет кейбір U жылдамдықпен ағын бағытымен ауысып отырады (5.28-сурет); F бетімен қозғалатын, күш туындысының U жылдамдығына қатынасы жұмысқа тең болады, яғни
. (5.14)
Кедергі күші Рх мынаған тең:
, (5.15)
мұндағы Сх - кедергілердің аэродинамикалық коэффициенті; - мидельдік бетінің дене қимасы, яғни дене ауданның бетке проекциясы ауа ағыннының бағытына перпендикуляр болады.
5.28-сурет. Жазық бетке түсетін жел күшінің әрекеті
Қима ауданының бетіне түсетін жел ағынының салыстырмалы жылдамдығы:
. (5.16)
Рх мәнін (5.15) теңдеуінен (5.14) теңдеуге қоятын болсақ, онда
.
Жел энергиясының ағынына, көлденең қимасы бар қалақша бетте туындайтын жұмысқа қатынасын белгілесек
.
Түрлендіруден кейін:
ξ шамасын жел энергиясының қолдану коэффициенті деп атайды.
Жұмыс жасау кезіндегі жел энергиясының қолдануының максималдық коэффициенті ξі=0,192 мәнінен көп болуы мүмкін емес.
Бұл жерде В шамасы мынаған тең:
.
В шамасын жүктеме коэффициенті немесе беттік қысым көэффициенті деп аталады.
және белгілеп ықшамдай келе төменгі мәнді аламыз
.
және ξі мәнін ықшамдай келе мына шаманы аламыз:
Бұл жердегі жылдамдықтар қатынасын тежеу коэффиценті деп аталады және бұл өте маңызды көрсеткіші болып саналады.
Сайып келгенде, идеалды жел өндіргішінің классикалық теориясынан келесі негізгі жайттар шығады:
1. жел энергиясының идеалды жел доңғалақтарын қолданудың максималды коэффициенті мынаған тең: ξі=0,593.
2. жел доңғалақ жазықтығындағы жоғалту жылдамдығы жел жылдамдығының үштен біріне тең: .
3. жел доңғалағының сырт (артқы) жағында болатын желдің жоғалту жылдамдығы жел доңғалақ жазықтығындағы болатын жоғалту жылдамдығынан 2 есе үлкен болады: . Сайып келгенде, жел доңғалағының артқы жағында болатын жел жылдамдығы жел доңғалағының алдында болатын жел жылдамдығынан 3 есе аз болады.
4. жел доңғалағының жанама бетіне түсетін жүктеме коэффициенті В=0,888 тең.
Тежеу коэффициентінің мәнін 0÷1 дейінгі аралықта өзгерте отырып, келесі ξі және В коэффициенттерінің мәндерін анықтаймыз (5.3-кесте, 5.29-сурет).
5.3-кесте.
ξі және В коэффициенттерінің мәндері
|
0,110 |
0,210 |
0,343 |
0,440 |
0,510 |
0,620 |
0,700 |
0,800 |
|
|
0,34 |
0,52 |
0,53 |
0,56 |
0,50 |
0,38 |
0,25 |
0,12 |
|
|
0,340 |
0,640 |
0,848 |
0,960 |
1,000 |
0,960 |
0,840 |
0,640 |
Тежеу коэффициентіне байланысты қолдану және жүктеме коэффициенттерінің есеп мәндерінің нәтижелері келесі кесте мен графикте көрсетілген.
5.29-сурет. Пайдалану және жүктеме коэффициенттерінің тежеу коэффициентінен тәуелділігі
Жел электр стансасының энергетикалық көрсеткіштерінің есептік зерттеу алгоритмі [32,33]. Жел энергиясың қуатын пайдалану кезінде жел қондырғысының жұмыс тәртібі, оның қалақша қимасынан ағып өтетін жел жылдамдығына, оның бағытына және желдің тұрақты еместігіне бейімделуі қажет.
Ауданы А, жылдамдығы болатын көлденең қима арқылы өтетін ауданының массасын т деп белгілейік. Сонда:
екені белгілі, мұндағы - ауа тығыздығы, кг/м3.
Желдің кинетикалық энергиясы тең, жоғарыдағы формуладағы т шамасының мәндерін қоя отырып, келесі өрнекті аламыз:
.
Жел дөңгелегінің қуаты жел күшінің оның жылдамдығына көбейту арқылы анықталады. Еркін пішінді денеге төмендегі күш әсер етеді
,
мұндағы - аэродинамикалық коэффициент; - мидельдік қиманың ауданы.
Жел дөңгелегінің қалақшаларының бетінің жылдамдығын и деп белгілейік. Сонда келе жатқан желдің салыстырмалы жылдамдығы ал күштің шамасы
тең болады.
Осыдан қуаттың шамасы
болады.
Қима ауданы А тең болатын қозғалмалы жазықтықпен өзгеретін жұмыстың көлденең қимасының ауданы, сол жазықтық қимасы ауданына тең болатын жел ағынының энергиясына қатынасы желді пайдалану коэффициентінің мәнін анықтайды:
Бұл жағдайда қуаттың шамасы мынаған тең:
.
арқылы жер дөңгелегінің диаметрін белгілейік. Ауа үшін температураның шамасы және қысымы Па болған кездегі жел қозғалтқышының қуаты, кВт:
Жел дөңгелегінің диаметрі, м:
.
шамасының өзге мәндері мен қуаты үшін:
Осыған сәйкес, жел дөңгелегінің диаметрі мынаған тең:
.
Берілген қуатты дамыту үшін жел дөңгелегінің жылдамдығын 8...14 м/с тең деп қабылдау керек. Жел қозғалтқышының тез жүргіштігі:
,
мұндағы n - жер дөңгелегінің айналым жиілігі; R - жер дөңгелегінің радиусы.
Жергілікті орынның орналасуын анықтау үшін жел қондырғысының орташа жылдамдығы салыстырмалы түрде тұрақты болғандықтан, оның қуатын жоғарылатуға болады, ол үшін жел ағыны өтетін қиманың ауданын жоғарылату керек.
5.4-кестеде ЖЭС энергетикалық көрсеткіштерінің есептік алгоритмінің нәтижесі көрсетілген.
5.4-кесте.
ЖЭС энергетикалық көрсеткіштерінің есептік алгоритмінің нәтижесі
|
30 |
40 |
50 |
55 |
60 |
|
|
5 |
24,35 |
43,29 |
67,64 |
81,86 |
97,43 |
|
32,18 |
57,24 |
89,43 |
108,23 |
128,82 |
|
|
6,49 |
11,54 |
18,04 |
21,83 |
25,98 |
|
|
5,5 |
32,41 |
57,62 |
90,03 |
108,95 |
129,65 |
|
42,85 |
76,18 |
119,04 |
144,05 |
171,42 |
|
|
8,64 |
15,36 |
24,01 |
29,05 |
129,65 |
|
|
6 |
42,08 |
74,8 |
116,88 |
141,43 |
168,31 |
|
55,64 |
98,81 |
154,55 |
187 |
222,55 |
|
|
11,22 |
19,95 |
31,17 |
37,71 |
44, 88 |
|
|
7 |
66,82 |
118,79 |
185,61 |
224,58 |
267,27 |
|
88,35 |
157,06 |
245,41 |
296,95 |
353,39 |
|
|
17,82 |
31,68 |
49,49 |
59,89 |
71,27 |
|
|
8 |
99,74 |
177,32 |
277,06 |
335,24 |
398,96 |
|
131,88 |
234,45 |
366,33 |
443,26 |
527,51 |
|
|
26,59 |
47,28 |
73,88 |
89,39 |
106,39 |
|
|
9 |
142,01 |
252,47 |
394,48 |
477,32 |
568,05 |
|
187,77 |
333,82 |
521,59 |
631,12 |
751,09 |
|
|
37,87 |
67,32 |
105,19 |
127,29 |
151,48 |
|
|
10 |
194,81 |
346,32 |
541,13 |
654,76 |
779,22 |
|
257,58 |
457,91 |
715,49 |
865,74 |
1030,3 |
|
|
51,95 |
92,35 |
144,3 |
174,6 |
207,79 |
Ауа үшін температураның шамасы және қысымы Па және болған кездегі жел қозғалтқышының қуаттар шамалары.
5.6. Геотермальды энергияның, су ағынының энергиясын және биомаңыздың энергетикалық қорын анықтау әдістемесі
Геотермальды энергияның дүние жүзіндегі жағдайы. Геотермальды энергияны ең алғаш 1904 жылы Итальян П. Джинони Конти гетермальды құрғақ бу сұйық қоймасының қолданылуымен алынды.
Бірінші АҚШ-та 1960 жылдардан бастап коммерциялық геотермальды электр стансасы электр энергиясын өндіре бастады [33,34].
Жылу мен қамдау үшін гетермальды энергияны қолдану Исландия, Жапонияда, Филиппинде, Францияда, ҚХР, Венгрияда, Жаңа-Зелландияда көп таралған.
ТМД елдерінде температурасы 100...150°С жер асты құйынды жүйелерді жасау үшін қолданылатын жылудың энаргетикалық потенциалы болжаммен 70 млрд.т.ш.о. құрайды.
Дегенмен, оны игеру үшін жаңашыл өндіріс базасын жасауды немесе үлкен масштабтағы импорттық құрылғыларды сатып алуды талап етеді.
Бүгінгі таңда 58 мемлекет өздерінің геотермальды қор жылуын тек электр энергия өндірісіне емес, сондай-ақ жылу түрін пайдаланып отыр.
Ванна және бассейндерді ысыту үшін - 42% қолданылады.
Қазіргі уақытта геотермальды энергия көздерін табуға негізінде фонтан (бұрқақ) әдісі қолданылады (5.30-сурет).
5.30-сурет. Геотермальды энергия көздері
Жер қыртысының жылулық табиғаты. Геотермика (“гео” – жер және “термо” – жылу грек сөзінен) ғылымы, жер қыртысының және барлық жердің жылулық жағдайын, оның геологиялық құрылысына тәуелділігін, таулы нәсіл құрамына, магматикалық үрдістерді және басқа бірқатар факторларды зерттейді.
Жер шарының жылулық жағдайының белгісі болып, жердің жылу шығынын мінеуге ерігі бар температураның беттік градиенті саналады.
Градиетті үлкен тереңдіктегі геотермальды аймақтағы ыстық сулардың температурасының мәндерін экстрополяциялап, жер қыртысының температуралық жағдайын бағалауға болады.
Жердің төменгі қабатында түзілетін қатты, сұйық және газ тәрізділердегі барлық табиғи түрдегі геотермальды қорды екі түрде қарастыруымызға болады.
Жер ядросының температурасы 5000°С жуық. Жердің орташа температурасы әрбір 100 метр тереңдіккте 3°С жоғарылайды. Осылай 20 км тереңдікте температура 700...800°С мөлшеріне көтеріледі. Геотермальды энергияның негізгі көзі жер бетіне бағытталған жер ядросының балқыған жылу ағынынан пайда болады (5.31-сурет).
5.31-сурет. Геотермальды электр станциялары
Бұл жылу жер қыртысы астындағы таулы нәсілдерді балқытуға, магмаға айналдыруға жеткіліеті. Магманың көп бөлігі жер астында қалып қояды және пеш тәрізді қоршаған ортаны қыздырады. Егер жер асты сулары осы жылумен кездессе, оларда қатты қыздырады, кейде 371°С дейін, кейбір жерлерде, әсіресе материктердің тектоникалық плитасының жан жағында, сондай-ақ “ыстық нүкте” деп аталатын нүктеде жер бетіне өте жақын келеді, тіпті оны геотермальды бұрғылау ұңғымаларының көмегімен табуға болады. Егер адамзат тек геотермальды энергияны қолданатын болса, жер жүзінің температурасы жарты градусқа төмендегенше 41 млн. жылдай кетеді.
Жер қыртысының бірінші 10 км жалпы жылу құрамы шамамен 3*1023 ккалл құрайды. Ол барлық әлем қорларының отын түрлерінің жылу түрленгіштік қабілетін 1000 см жоғарылатады. Жердегі барлық жылу мөлшері отын эквивалентінде шамамен 4,5*108 трл. т.ш.о. құрайды, ол шамамен 1℅ жер қыртысының жоғары 10 км жалпы жылу құрамын құрайды.
Геотермальды энергия табысының физикалық негіздерін түсіну үшін жердің ішкі құрылысын және оның температуралық өрісін қарастырайық. Жер бірнеше сақина тәріздес бөлік-бұлтшалардан тұрады – геосфералар өз бетімен бөліктерге бөлінеды: литосфера, мантия және ядро.
Ұзындық бірлігін тереңдетумен жердің температурасының жоғарылауы геотермиялық градиент деп аталады. Температурасы 1°С жоғарылайтын, метр тереңдеуіне сәйкес өлшемді геотермиялық саты деп атайды.
Күн сәулесінің қарқындылығының өзгеруіне байланысты, жер қыртысының бірінші 1,5-40 м жылу режімі тәуліктік және жылдық тербелістермен сипатталады. Ары қарай температура тербелісінің көп жылдық және ғасырлық орындары бар, тереңдігінен ақырын өшетін кез келген тереңдіктегі таулы нәсілдердің температурасы Т келесі формуламен анықталады:
,
мұндағы – берілген жергіліктің ауасының орташа температуасы; H – тереңдік, анықталатын температура үшін; h – тұрақты жылдық температура қабатының тереңдігі; – геотермиялық саты.
Геотермиялық сатының орташа өлшемі 33 м тең, және тұрақты температура аймағынан әрбір 33 м тереңдейтін температура 1°С жоғарылайды.
Геотермиялық шарттар әр түрлі болады. Бұл сол немесе басқа Жер аймағының геологиялық құрылысымен байланысты. Температураның 1°С жоғарылауы 2 – 3 м тереңдікте жүрген жағдайлары белгілі.
Бұл жалпы заңнан ауытқығандар көп жағдайда негізінен вулканды жанартау аудандарында орналасқан 400-600 м тереңдікте кездеседі, мысалға: Камчаткада температура 150-200°С дейін жетеді.
Геотермиялық градиент мәндері және жер шарының әр түрлі аймақтары үшін сатысы әр түрлі. Аса үлкен геотермиялық градиент 150°С/км тең баланста ( АҚШ) тіркелген. Оның геотермиялық сатысы 6,6 м/°С сәйкес, бұл жас жанартау аймағында кездеседі, аса төменгі геотермиялық градиент 6 °С/км тең, бұл Витватерсранда (оңтүстік Африкада) тіркелген. Ол жерде геотермиялық саты 173 м/°С. Бұл аймақ кристаллдық жер қыртысынан тұрады, геотермиялық сатысы 33 м/°С тең.
Термальды энергия көздері. Термальды сулардың бірінші типіне вулканды-жанар тауларды тесіп шығатын термальды сулар жатады. Зерттеу тәжірибелері көрсеткендей, жанар таулы термальды суы басым жағдайда беттік инфильтрациялы болып келеді. Гейзерлерден басқа, гидротермальдардың жанар таулы типіне кір грипондар және қазандар, булы ағындар және газды фумаролдар кіреді.
Гидротермальдар ерітілген түрде әр түрлі газдарды иеленеді: белсенді (агрессивті) көмір қышқылы сияқты көмір сулар, атом сутегі және аз белсенді – азот, метан, сутекті газдар бар.
Бүгінгі күні барлық геотермальды электр станциялар жаңашыл жанар тау аудандарында жұмыс істейді.
Екінші типі – терең платформалы шұңқырларда және тау алды иілген жерлерде шоғырланған жер асты сулары кондуктивті түрде ысиды. Олар жанар таулы емес аймақта орналасады және қалыпты геотермиялық градиенті - 30-33 °С/км.
Мұнай мен газға бұрғылау жұмыстарын жүргізгенде, бірнеше миллион шаршы километр ауданын алатын жүздеген жер асты термальды сулардың артезианды бассейндері табылған. Ереже бойынша, артезианды бассейндер жазық аймақтармен тау алды иілген жерлерде орналасқан температурасы 100-150° С, 3-4 км тереңдікте болады.
Артезианды бассейндер таулы аймақтарда Альпіде, Қарпатта, Қырымда, Кавказда, Копет-Дагта, Тянь-Шаньда, Памирде, Гималайда бар. Бұл бассейндердің термальды сулары бағалы элементтерді шығарып алу үшін минералды шикізат ретінде қолданады.
Бұрғылаудың дамуымен 10 – 15 км тереңде жоғары жылу көздерін ашу болашақтың мақсаты. Мұндай тереңдікте кейбір аудандарында температурасы 350° С және одан жоғары.
Геотермальды станциялар. Қазіргі уақытта геотермальды энергия екі негізгі бағытта тікелей қолданылады – жылумен қамдау және электр энергиясын алу.
Бірқатар технологиялар және жетілдірілген құрылғылар жылу және электр энергиясын жеке және құрамдастырылған өндіріс үшін пайдаланады.
Жанар таулы аудандарда геотермиялы стансалар тереңдігі 0,5-3 км жер астынан табылатын су бу қоспа табиғи кен орнынан негізделген.
Су бу қоспасының орташа құрғақтық дәрежесі 0,2-0,5 және 1500-2500 кДж/кг энтальпиясы бар. Орташа бір пайдалану (эксплуатациялық) ұңғыша стансасының қуаты 3-5 МВт энергиямен қамтамасыз етеді.
Табиғи буды тікелей қолданатын геотермиялық электр станциясы. Ең қарапайым және арзан геотермиялық электр қондырғылар қарсы қысымды бу турбиналы қондырғылардан тұрады.
Ұңғышадағы табиғи бу тікелей турбинаға беріледі, одан атмосфераға немесе құрылғыға шығады, содан кейін бағалы химиялық заттарды аулаушыға беріледі. Бу турбинасына екіншілік буды немесе сеператордан алынатын буды беруге болады. Бұл қондырғының бағасы арзан және пайдалану (эксплуатациялық) шығындары төмен. Ол шағын ауданды және қосымша құрылғыларды қажет етпейді, оны қозғалмалы геотермальды электр станциясына келтіру оңай (5.32-сурет).
Қарастырылған сұлба табиғи будың жеткілікті қоры бар аудандар үшін аса қолайлы. Мұндай қондырғыны тиімді пайдаланса, тіпті ұңғыманың ауыспалы дебитінде де тиімді жұмыс істеу мұмкіндігін қамтамасыз етеді. Мұндай станциялардың бірнешеуі істейді, оның қуаты 4 мың кВт.
1-ұңғыма; 2- турбина; 3- өндіргіш (генератор); 4- тұтынушыларға
5.32-сурет. Геотермальды электр станциясының сұлбасы
Табиғи буды тікелей қоданатын конденсациялы турбинасы бар геотермальды электр станция. Бұл станция (5.33; 5.34-суреттер) жаңа үлгімен жасалынған ұңғымадағы бу турбинаға беріледі де, одан соң өңделген бу араластырушы конденсаторға түседі. Салқынданатын су және конденсат жер астындағы бакқа жіберіледі, содан соң сорғылармен алынып, градирниге салқындатуға жіберіледі. Градирниден шыққан салқындаушы су қайтадан конденсаторға түседі. Қондырғының қуатты пайдалану коэффиценті 98℅ құрайды.
1-ұңғыма; 2-турбина; 3-өндіргіш (генератор); 4-сорғы; 5-конденсатор; 6-су желдеткіші; 7-сығымдағыш (компрессор); 8-лақтыру.
5.33-сурет. Табиғи буды тікелей қолданатын конденсациялы турбинасы бар геотермальды электр станциясының сұлбасы
Биомаңыз энергиясы. Қазақстанның биоэнергетикалық ресурсы. Биоэнергетикада қайта жаңғырылатын энергияның ықтимал көздерінің бірі ретінде биомаңыз пайдаланылады. Бұл терминмен өсімдіктердің барлық түрлерін, ауылшаруашылығының әр түрлі қалдықтарын, ағаш өңдеу өндірістері мен өнеркәсіптің энергетикалық құндылығы бар және отын ретінде пайдалануға болатын әр түрлі салаларын түсінеді.
Биомаңыз біріншілік (өсімдік, жануарлар, микроорганизмдер және т.б.) және екіншілік (біріншілік биомаңызды және адам мен жануарлардың тіршілік ету азықтарын қайта өңдеу кезіндегі қалдықтар) бөлінеді.
Біріншілік және екіншілік биомаңызда жиналған энергия отынның немесе энергияның техникалық ыңғайлы түрлеріне конвертациялануы мүмкін.
Биомаңыздың экологиялық таза екендігін келесі үрдістер айғақтайды: өсімдік өсу кезеңінде күн энергиясын, суды, көмірқышқыл газды жұтады және фотосинтез үрдісінде оттегіні шығарады, ал күйдіру кезінде кері үрдіс жүреді: оттегі жұтылады да, жылу, су және көмір қышқыл газ бөлініп шығады
Биогаз. Қазіргі уақытта әлем бойынша биогазды алудың алпысқа жуық әр түрлі түрлері пайдаланылуда және өңделуде.
Биогазды алу. Ең көп таралған әдіс – метантанкаларда немесе анаэоборлық колонкаларда бықтыру арқылы ашыту. Биогаз – бұл метан мен көмір қышқыл газдың қоспасын арнайы реакторларларда – метантанкаларда алады, бұл жағдайда арнайы метатанкаларда метанның максималды бөлінуін қадағалап отырады. Биогазды күйдіру кезінде алынатын энергия бастапқы материалдың энергиясының 90% жетуі мүмкін.
Биоөнімдерден газ тәріздес отын алу Ертедегі Қытай елінде пайдаланылған. Биогаз өнімі газ тәріздес, ол әр түрлі органикалық қалдықтардың ферменттерінің анаэоборлық жолмен, ауа бермей өңдеудің нәтижесінен пайда болады. Одан алынған өнімнің құрамында метан (СН4)- 55-70% , көмір кышқыл газы (СО2) - 28-43% және аз мөлшерде күкіртті сутегі -(Н2S) бар.
5.34-сурет. Геотермальды конденсациялы электр станциясы
Кез келген мал шаруашылығы бар өндіріс орындарында, жыл бойы көптеген мөлшерде малдың, өсімдіктің және минералдық заттардың қалдықтары жиналады. Сондай қалдықтардың шіруінен (ферментацияның әсерінен) органикалық тыңайтқыштар пайда болады және де одан биогаз және жылу бөлінеді. Алынған биогаз өнімін органикалық отын ретінде пайдаланып, арнайы энергетикалық қондырғылардың көмегімен жылу немесе электр энергиясын өндіруге болады.
Мысалы - 15 м3 биогаз отбасында 4-5 адам бар бір үйді (60 м2), бір тәулік бойы жылумен және ыстық сумен қамтамасыз етеді.
Есеп бойынша 1 м3 биогаз - 0,4 л керосинге, 1,6 кг көмірге, 0,4 кг бутанға немесе 2,5 кг мал қадығының брикіне тең.
Қазақстанда биомаңыз өнімдері жеткілікті, себебі біздің елде мал шаруашылығы жақсы дамыған, сондықтан тұрақты жағдайда биогаздың көмегімен жылу немесе электр энергиясын өндіруге болады.
Ғалымдардың есебі бойынша қазіргі кезде жылына бізде мал және құс шаруашылығынан кептірілген салмақта - 22,1 млн.т., немесе 8,6 млрд.м3 газ (ірі қарадан - 13 млн.т., қойдан - 6,2 млн.т., жылқыдан - 1 млн.т.), өсімдік қалдықтарынан - 17,7 млн.т. (бидайдан - 12 млн.т., арпадан - 6 млн. немесе 8,9 млрд.м3), бұл баламалы 14 -15 млн.т. шартты отынға, немесе 12,4 млн.т. мазутқа немесе өндіріліп отырған мұнайдың жарты көлеміне тең.
Қазірдің өзінде елімізде мал қалдықтарынан қалған өнімдерден шамамен 2 млн.т.ш.о./жыл биогаз өндіруге болады.
Электробиогазогенератор қондырғысының көмегімен биогаз өнімдерін өңдей отырып, жылына 35 млрд.кВт/сағ энергия өндіруге болады (бұл ауыл шаруашылығына қажетті энергияның жартысын қамтамасыз етуге жетеді).
18
ЖЫЛУ ЭНЕРГИЯСЫН ӨНДІРЕТІН СҰЙЫҚ ГЕЛИОЖҮЙЕЛЕР
Жылу тасымалдағыштың
мәжбүрлі айналымы
Жылу тасымалдағыштың табиғи айналымы
Екі айналмалы -контурлы
Бір айналмалы -контурлы
кі айналмалы -контурлы
Бір айналмалы -контурлы
Жыл бойғы немесе маусымдық
Тек маусымдық суды жылыту
Жыл бойғы немесе маусымдық
(егер бак жылынатын жайда орналасса
Тек маусымдық