КЭС – конденсационная электростанция
В КЭС весь пар за исключением небольших отборов для подогрева воды, используются для вращения турбины, выработки электрической энергии.
Особенности КЭС: удаленность от потребителей электрической энергии, блочный принцип построения приводит к увеличению надежности работы и облегчении эксплуатации, снижение объема строительных и монтажных работ.
КЭС работает на твердом, жидком топливе и газе. Основной пароводяной контур осуществляет следующие процессы: горение топлива сопровождается выделением тепла, которое нагревает воду в турбинах котла. Вода превращается в пар, его подают в турбину, где совершает механическую работу, вращает вал турбины. Отсюда следует -вращается ротор генератора. Отработанный пар поступает в конденсатор, где превращается в воду, которая откачивается насосом в деаэратор. В деаэраторе происходит удаление растворенных газов и прежде всего кислорода. Система циркуляционного водоснабжения обеспечивает охлаждения пара в конденсаторе водой, для компенсации потерь пара подается подпиточная вода. На КЭС имеют место значительные потери энергии, КПД=42%. Электрическая часть КЭС представляет совокупность основного электрооборудования и электрооборудования собственных нужд. Для обеспечения электроэнергии собственных нужд на станции выполняются отпайки от генераторов каждого блока. Для питания мощных электродвигателей используют генераторное напряжение, для питания двигателей меньшей мощности система напряжения 380/ 220В.
ТЭЦ- теплоэлектроцентраль
У ТЭЦ КПД=до 75%, это объясняется тем, что часть отработавшего пара используется для нужд промышленного производства(отопления, водоснабжения). Основное отличие от КЭС состоит в специфике пароводяного контура, обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии. Связь ТЭЦ с другими станциями выполняется на повышенном напряжении, при ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы. Для увеличения надежности работы предусматривается секционирование сборных шин, при аварии одной из секций вторая секция остается в работе. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычным КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки: тепловому и электрическому. При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразно.
АЭС- атомная электростанция
АЭС предназначенные для выработки электрической энергии. При этом на многих АЭС есть теплофикационные установки, предназначенные для подогрева сетевой воды, используя тепловые потери станции.
Источник энергии – ядерное топливо. Ядерная реакция происходит в специальных устройствах – ядерных реакторах, состоящих из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, регулирования и контроля, корпуса и защиты.
Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя могут применяться также расплавы металлов: натрий, свинец и др. Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора.
В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной станции.
Гидроэлектростанции
ГЭС – электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
ГЭС разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности: мощные – вырабатывают от 25МВ и выше; средние – до 25МВт; малые – до 5МВт.
Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов.
2 Охарактеризуйте требования по надежности обеспечения потребителей электриче-ской энергией. Опишите каждую из трех категорий потребителей, особую группу, приве-дите примеры схем электроснабжения потребителей всех категорий.
1. Электроприемники 1 категории— электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Перерыв в электроснабжении таких ЭП допускается на время автоматического ввода резервного питания (АВР), питание должно осуществляться от двух независимых взаиморезервируемых источников питания.
Пример: устройства автоматической обработки информации, устройства автоматического управления технологическим процессом, сооружения с массовым скоплением людей(театры, стадионы), электрифицированный транспорт, больницы и т.д.
СХЕМА
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Для электроснабжения этой группы ЭП предусматривается дополнительное питание от третьего независимого источника питания.
СХЕМА
2. Электроприемники 2 категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. ЭП этой категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых, взаиморезервируемых источников, перерыв в электроснабжении допускается на время включения резервного питания дежурным персоналом или оперативной выездной бригадой.
К таким потребителям относятся жилые дома с электроплитами, детские учреждения,
3.Электроприемники 3 категории- все остальные электроприемники, электроснабжение которых может выполняться от одного источника питания. Перерыв в электроснабжении допускается 1 сутки.
3 Охарактеризуйте кратковременный и продолжительный режимы работы электропри-емников, приведите примеры электрооборудования, работающего в данных режимах.
Продолжительный режим. При нем температура электроприемника возрастает по экспоненте. Если бы отдача теплоты в окружающую среду отсутствовала, температура ЭП и элементов его сети непрерывно повышалась бы. В результате происходящего одновременно процесса охлаждения наступает тепловое равновесие, при котором температура ЭП и элементов его сети становиться установившейся. Практически установившейся называется температура. Изменение которой в течение 1 часа не превышает 1˚С при условии, что нагрузка сети и температура окружающей среды остается практически неизменными.
Температуру электроустановки при продолжительном режиме можно считать практически установившейся через промежуток времени 3Т0 , где Т0 – постоянная времени нагрева. Постоянная времени нагрева – это время в течение которого температура ЭП достигла бы установившегося значения, если бы отсутствовала отдача теплоты в окружающую среду. Постоянная времени нагрева представляет собой отношение теплопоглощающей способности тела к его теплоотдающей способности. Она зависит от размеров, поверхности и свойств проводника и не зависит от времени и температуры. Графически постоянную времени можно определить, если построить касательную кривой нагрева в точке начала нагрева. В продолжительном режиме работают электроприводы большинства насосов, вентиляторов, компрессоров, нагревательные печи и т.д.
Кратковременный режим характеризуется небольшими по времени периодами работы и длительными паузами с отключением ЭП от сети. За время работы температура ЭП не достигает допустимого установившегося значения. А во время паузы охлаждается до температуры окружающей среды. В кратковременном режиме работают вспомогательные механизмы металлорежущих станков, электроприводы различных задвижек, заслонок и т. п.
4 Охарактеризуйте повторно- кратковременный режим работы электроприемников, дать пояснения показателю продолжительности включения (ПВ), привести примеры электрооборудования, работающего в данном режиме.
.Повторно-коротковременный режим работы характеризуется чередованием коротковременных периодов работы с паузами. При этом ЭП во время работы не достигает устазультате многократных циклов температура ЭП достигает некоротой средней установившейся величины. Приемники повторно-кратковременного режима работы характеризуются продолжительностью включения
ПВ%=tв /(tв + tп) *100%= tв*100%/. Tц
ПВ- продолжительность включения. Tц –время цикла. tв –время вкл. tп –время паузы.
Продолжительность включения (ПВ) — понятие из области электропривода, играющее важную роль при выборе электродвигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме, при проектировании привода различных механизмов.
Если Tц>10 мин. То режим считается длительным. По стандарту ПВ=15,25,40,60%.
В ПКР работает подъемно- транспортное оборудование, электросварочное электрооборудование..
5 Охарактеризуйте режим работы сети с глухозаземленной нейтралью. Нарисуйте схему подключения к сети 380/220 В светильника, однофазного сварочного трансформатора, включенного на линейное напряжение, трехфазного двигателя.
Сеть с глухозаземлённой нейтралью
Сети с глухозаземлённой нейтралью выполняются с следующим напряжением:380/220, 220/127.
Нейтраль считается глухозаземлённой если она присоединена непосредственно к заземляющему устройству. В такой сети должны быть:
1) Заземлитель у источника питания.
2) Ноль рабочий.
3) Нулевой защитный.
Должно быть повторное заземление нулевого провода. Эта система содержит 4 или 5 проводников.PEN – это совмещенный проводник, ноль рабочий и защитный.
Достоинства:
1) Снижается напряжение прикосновения.
2) Упорядочиваются цепи протекания токов в нормальном и аварийных режимах.
3) Возможность подключения в данную сеть однофазных электрических приемников.
4) Изоляция фазных проводников рассчитывается на фазное напряжение а не на межфазное.
5) В случае однофазного К.З.происходит быстрое отключение сети.
Недостатки:
1) Удорожание сетей за счет 4 и 5 проводников.
2) Возникновение токов утечки за счет старении изоляции. Неоходимо устройство УЗО.
6 Поясните структуру передачи электроэнергии к электроприемникам. Приведите схемы распределения электроэнергии в сетях, охарактеризуйте достоинства и недостатки радиальных и магистральных схем.
Структурная (иерархическая) схема электроснабжения приемников
промышленного предприятия:
ЭЭС- электроэнергетическая система;
ПП - пункт приема электроэнергии на предприятии;
УРП — узловая распределительная подстанция;
ГПП главная понизительная подстанция;
ГРИ главный распределительный пункт;
Э/ст — местная (собственная) электростанция;
РП — распределительный пункт;
ТП - цеховая трансформаторная подстанция;
ВРУ- вводно-распределительное устройство;
ШМА – магистральный шинопровод;
ШРА — распределительный шинопровод;
ШР - распределительный шкаф;
Эп – электроприемники.
В современных промышленных электроустановках используются магистральная, радиальная и комбинированная схемы распределения электроэнергии.
Под радиальной схемой понимается такой способ распределения энергии, при котором каждая отдельная нагрузка или сосредоточенная группа нагрузок питается отдельной линией от подстанции или РП.
Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания отходят линии, питающие крупные электроприемники или распределительные пункты, а от них — самостоятельные линии, питающие прочие электроприемники малой мощности Радиальные схемы обеспечивают относительно высокую надежность питания (повреждение одной линии не вызывает перерыв электроснабжения по другой); в них легко могут быть применены элементы автоматики и защиты.
Достоинства радиальных схем: максимальная простота, аварийное отключение линии не отражается на электроснабжении остальных потребителей.
Недостатки радиальных схем таковы: повышенный расход проводов и кабелей; большое количество защитных и коммутационных аппаратов; необходимость в дополнительных площадях для размещения щитов, распределительных шкафов; трудности в перемещении технологического оборудования; невозможность применения комплектных шинопроводов
Радиальная схема питанияэлектроприемников 
При магистральной схеме электроснабжения одна линия (магистраль) обслуживает несколько распределительных пунктов или электроприемников, присоединенных к ней в различных ее точках. Магистральные схемы находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузок по площади помещения.
Чисто магистральная сеть выполняется по так называемой схеме «блок трансформатор-магистраль» (БТМ) (рис. 2.9, в). В этом случае на ТП распределительный щит отсутствует, магистраль запитывается через автоматический выключатель или рубильник. На рис. 2.9, а, б приведены также магистральные схемы при наличии распределительного устройства до 1 кВ ТП. Для питания неответственньих электроприемников, а также приемников, связанных общностью технологического процесса, удаленных от распределительных пунктов или шинопроводов, применяется так называемая схема цепочки (рис. 2.9, г). В цепочку не рекомендуется соединять более трех—четырех электроприемни-ков.
При магистральных схемах целый ряд приемников питается от магистрали, что способствует экономии проводникового материал делает электрическую сеть дешевле. Магистральные схемы позволяют применять комплектные шинопроводы, обеспечивающие скоростной монтаж сети. Как правило, в магистральных сетях меньше, чем в радиальных, потери напряжения и мощности. Кроме того, магистральная схема характеризуется большей гибкостью, дающей возможность перемещать технологическое оборудование без существенной переделки электрической сети.
Недостатки магистральных схем: а) несколько пониженная по сравнению с радиальными надежность электроснабжения, так как при повреждении магистрали все ее электроприемники теряют питание. Однако у современных магистральных шинопроводов надежность весьма высокая; б) в магистральных сетях в сравнении с радиальными больше токи короткого замыкания.
Достоинства магистральных схем: меньший расход проводникового материала, на распределительном пункте необходимо устанавливать меньшее количество выключателей.
Недостаток: меньшая надежность по сравнению с радиальной схемой, более сложное согласование защит.
7 Опишите конструктивное выполнение кабелей и проводов, способы их прокладки, дайте примеры расшифровки кабелей и проводов.
Конструкция
| 1 - токопроводящие жилы 2 - фазная изоляция 3 - оболочка из полимерных материалов 4 - заполнение в центре 5 - подушка под броню (если есть) 6 - броня из 2-х стальных не оцинкованных или оцинкованных лент (Б) 7 - наружный покров (если есть) | 
|
8 Охарактеризуйте графики электрических нагрузок, коэффициенты их характеризующие.
Режимы работы потребителей электрической энергии не остаются постоянными, а непрерывно изменяются в течение суток, недель и месяцев года. Соответственно изменяется и нагрузка всех звеньев передачи и распределения электроэнергии и генераторов электрических станций. Изменение нагрузок электроустановок в течение времени принято изображать графически в виде графиков нагрузки.
Различают графики активных и реактивных нагрузок. По продолжительности графики нагрузки делятся на сменные, суточные и годовые.
В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и реактивной мощности во времени представляют в виде ступенчатой кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной электроэнергии, снятым через одинаковые определенные интервалы времени (30 или 60 мин.).
Знание графиков нагрузки позволяет определять величину сечений проводов и жил кабелей, оценивать потери напряжения, выбирать мощности генераторов электростанций, рассчитывать системы электроснабжения проектируемых предприятий, решать вопросы технико-экономического характера и многое другое.
Расчетная нагрузка, Рр, являющаяся максимальной из средних 30-минутных нагрузок наиболее загруженной смены промышленного предприятия называется расчетной максимальной нагрузкой.
Площадь, ограниченная кривой графика нагрузки и осями координат, определяет расход электроэнергии за рассматриваемый период времени.
Средняя нагрузка Рс за рассматриваемый период времени Тр определяется
Где Wа - израсходованная за период времени Тр активная электроэнергия, кВт*ч
Показатели, характеризующие графики нагрузок
При расчетах нагрузок применяются некоторые безразмерные показатели графиков нагрузок, характеризующие режим работы приемников электроэнергии по мощности и во времени.
Коэффициент использования Ки
Ки = Рсм/Рном
Где Рном - номинальная мощность
Рс - средняя мощность
Коэффициент спроса, Кс -
Кс = Рр /Рном
Где Ррасч – расчетная мощность
Заполнения графика нагрузки, Кз.г -
9 Дайте характеристику вспомогательным методам расчета электрических нагрузок, укажите область их применения, поясните расчет электрических нагрузок гражданских зданий.
Метод коэффициента спроса используется при отсутствии информации о номинальных мощностях отдельных электроприемников. По данному методу расчетная активная нагрузка группы электроприемников, объединенных технологическим процессом, определяется
Рр = Кс Рном
Где Кс – коэффициент спроса, характерный для ЭП группы
Рном - сумма установленных мощностей;
Расчетная реактивная нагрузка группы
Qp= Pн tgφ,
Где tgφ – среднее значение коэффициента реактивной мощности для расссматриваемой группы ЭП
Значение Кс дается в справочной литературе.
При расчете нагрузок группы величина Кс принимается одинаковой для всех электроприемников, т.е. предполагается, что все они однотипны и имеют один и тот же режим работы В максимальной степени этому условию удовлетворяют осветительные установки. Поэтому данный метод широко применяется для расчета нагрузок электрического освещения.
Метод коэффициента спроса является основным при расчете электрических нагрузок жилых и общественных зданий.
При расчете нагрузок городской сети необходимо определение нагрузок отдельных потребителей жилых домов, общественных зданий и т.п. При смешанной питании потребителей жилых домов и общественных зданий расчетная нагрузка линии до 1кВ(или на шинах 0,4 кВ ТП) определяется
Рр= Рзд.макс.+ ∑К Рзд.
Где Рзд.макс –наибольшая нагрузка здания из числа зданий, питаемых по линии;
Рзд.- расчетные нагрузки других зданий, питаемых по линии;
К - коэффициент участия в максимуме нагрузки
Расчетный ток определяется по формуле
Где Uн – номинальное напряжение
Расчет нагрузок по удельному расходу электроэнергии (wt) на единицу выпускаемой продукции(Пt) за время t
Расчетная реактивная нагрузка группы
Qp= Pн tgφ,
Где tgφ – среднее значение коэффициента реактивной мощности для расссматривае-мой группы ЭП
Расчетный ток определяется по формуле
Данный метод дает ориентировочный результат при определении нагрузок ЭП и потребителей, имеющих малоизменяющийся график нагрузки. К таким приемникам относятся электродвигатели насосов, вентиляторов, компрессоров, печи сопротивления и т.п. Удельный расход электроэнергии для различных видов продукции.
Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади носит приближенный оценочный характер.
Согласно данному методу расчетные нагрузки определяются по формулам
Рр = ру F
Где ру – удельная плотность нагрузки на 1м2 производственной площади, кВт/м2
F - площадь размещения электроприемников, м2
Qp = Pн tgφ,
Удельные расчетные нагрузки зависят от рода производства и выявляются на основе статистических исследований. Метод может применятся при большом количестве электроприемников малой мощности, относительно равномерно распределенных по производственной площади. Поэтому этот метод можно использовать при расчете осветительных электроприемников.
10 Приведите методику расчета электрических нагрузок промышленных предприятий, алгоритм расчета, дайте определение эффективного числа электроприемников, укажите величины от которых зависит коэффициент расчетной нагрузки.
Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий определяют по коэффициенту расчетной нагрузки.
Исходной информацией для выполнения расчетов является перечень ЭП с указанием их номинальных мощностей, наименованием механизмов или технологических установок. Мощность ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме должны быть приведена к ПВ = 100%, при включении однофазных ЭП в трехфазную сеть, для них должна быть определена условная трехфазная номинальная мощность.
По данному методу расчетная активная нагрузка группы ЭП (п>1) определяется по выражению
где К 
- коэффициент расчетной нагрузки;
- Коэффициент использования I - того электроприемника;
Р 
- номинальная активная мощность I - того электроприемника;
Величина коэффициента расчетной нагрузки К 
принимается в зависимости от эффективного числа электроприемников группы, 
, и группового коэффициента использования К 
. Под эффективным числом электроприемников понимают число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое дает туже величину расчетной нагрузки, что и группа реальных электроприемников.
Эффективное число ЭП, 
находится по выражению
Найденное значение 
округляется до ближайшее меньшего целого числа. Групповой коэффициент использования вычисляется по формуле 
Расчетная реактивная мощность определяется следующими способами:
Для магистральных шинопроводов, на шинах цеховых ТП, а также для цеха, корпуса и предприятия в целом:
При необходимости к расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП до 1 кВ добавляются осветительные активная и реактивная нагрузки.