АГЕНТСТВО ПО УПРАВЛЕНИЮ ГОСУДАРСТВЕННЫМИ УЧРЕЖДЕНИЯМИ

ПЕРМСКОГО КРАЯ

ГБОУ СПО «ЧУСОВСКОЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Методические рекомендации по дисциплине «Электроснабжение отрасли» по выполнению практических и контрольных работ

разработал:

преподаватель электротехнических дисциплин

М.В. Матвеева

2012 г.

«СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДАЮ»

Председатель ЦК Зам. директора по УР

_________________ _______________________

«___»__________2012г. «___»_____________2012г.

Рецензент -

_________________________

«___»______________2012г.

Электроснабжение отрасли

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ Студент должен: иметь представление: - о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения образовательной программы по специальности;

- о роли систем электроснабжения, видов электрооборудования в производственном процессе.

- Задачи дисциплины и ее содержание. Современное состояние отечественных и зарубежных систем электроснабжения, электрооборудования. Перспективы развития РАО России, создание единого рынка электрической энергии. Современные средства учета электрической энергии. Создание автоматизированных систем контроля и учета электрической энергии - (АСКУЭ). РАЗДЕЛ 1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Студент должен: иметь представление:

1. о роли различных типов электростанций в производстве электрической энергии;

знать: - определение основных понятий систем электроснабжения;

1. стандартный ряд напряжений до и выше 1000 В;

2. назначение, типы, режимы работы электрических станций;

Тема 1.1 Понятие о системах электроснабжения Основные понятия и определения систем электроснабжения. Электрические системы, их назначение и области применения. Напряжения силовых электрических цепей до и выше 1000 В, применение напряжений.

Методические указания Энергетической системой (ЭС)-называется совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, потребителей электрической и тепловой энергии связанных общностью режима и предназначенных для производства, преобразования, распределения электрической и тепловой энергии. Электроэнергетической системой (ЭЭС)- называется часть энергетической системы без тепловых сетей и потребителей теплоты. Электрической сетью- называется совокупность установок для передачи электроэнергии на определенной территории. Электростанцией –называется электроустановка для производства электрической энергии. Воздушной линией (ВЛ) или кабельной линией (КЛ)-называется электроустановка предназначенная для передачи электроэнергии на расстоянии, состоящая из токоведущих элементов, их изоляции и несущих конструкций. Трансформаторной подстанцией- называется электроустановка предназначенная для преобразования электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения. Глубоким вводом- называется система питания электроэнергией, при которой электрическая линия подводится возможно ближе к электроустановкам потребителей для уменьшения числа ступеней трансформаций, снижения потерь мощности и электрической энергии. Распределительным устройством- называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии. Номинальным напряжением электроприемника, называют напряжение при котором обеспечивается нормальная работа электроприемника. Для электроустановок напряжением выше 1 кВ номинальные напряжения: (3), (6), 10, 20, 35, 110, (150), 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Вопросы для самоконтроля 1.Дайте определения энергетической системе, электрической сети, глубокого ввода, подстанции, КЛ, ВЛ. 2.Перечислите стандартный ряд напряжений выше 1000 В. 3.Где применяются перечисленные напряжения? Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.- М.: «Мастерство»2002г, §1.1-1.3 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.- М.: Высшая школа, 1990 г. §1.1 Тема 1.2 Типы и назначение электрических станций, режимы работы Типы электрических станций и режимы их работы. Принцип действия, устройство тепловых, гидравлических и атомных электростанций. Использование энергии солнца, ветра, морских приливов, геотермальных вод для производства электрической энергии. Роль различных типов электрических станций в производстве электрической энергии, перспективы их развития. Методические указания На тепловых электростанциях химическая энергия сжимаемого топлива преобразуется в парогенераторе (котле) в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с генератором).Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служит уголь, торф, горючие сланцы, мазут, газ, нефть. На долю ТЭС приходится до 60% выработки электроэнергии. Атомные электростанции- это тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Один из основных элементов АЭС- реактор. В России, как и во многих странах мира, используют в основном ядерные реакции расщепления урана-235 под действием тепловых нейтронов. Для их осуществления в реакторе кроме топлива уран-235 должен быть замедлитель нейтронов, и естественно теплоноситель, отводящий тепло из реактора. Ядерное топливо обеспечивает значительную экономию органического топлива: 1кг урана-235 заменят 2, 9 тонн угля. Гидроэлектростанции используют энергию водных потоков. На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины- нижним бьефом. Разность уровней верхнего и нижнего бьефа определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии. В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосборные, судопропускные (шлюзы), рыбопропускные сооружение и др. Вопросы для самоконтроля 1.Назначение, принцип работы, перспективы развития ТЭС. 2. Назначение, принцип работы, перспективы развития ГЭС. 3. Назначение, принцип работы, перспективы развития АЭС. 4.Назовите электростанции возабнавляемых источников энергии и расскажите принцип их действия. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.- М.: «Мастерство»2002г, § 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.- М.: Высшая школа, 1990 г. §1.2 РАЗДЕЛ 2. ВНУТРИЦЕХОВОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕОБЪЕКТОВ Студент должен:

иметь представление:

1. о методах проектирования систем электроснабжения напряжением до 1000 В;

2. о назначении общепромышленных электротехнологических установок и технологических механизмов; - о назначении объектов нефтяной промышленности с электроприемниками напряжением до 1000 В

знать:

1. классификацию приемников электроэнергии и условия выбора проводников;

2. конструкцию элементов системы внутрицехового электроснабжения;

3. условия выбора элементов схемы внутрицехового электроснабжения;

4. принципы построения схем распределения электроэнергии в электроустановках напряжением до 1000В;

5. порядок выбора сечений проводников и защитных аппаратов;

уметь:

1. работать с нормативными документами и справочной литературой.

Тема 2. 1 Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании напряжением до 1000 В Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании. Классификация электроприемников по требуемой степени надежности электроснабжения согласно ПУЭ. Методические указания Надежность электроснабжения- это способность системы электроснабжения обеспечить предприятие электроэнергией хорошего качества, без срывов плана производства, без допуска аварийных перерывов в электроснабжении. Согласно ПУЭ (1998), в отношении обеспечения надежности электроснабжения ЭП разделяются на следующие три категории: Электроприемники первой категории- это ЭП перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.ЭП первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания и перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Из состава первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов пожаров, и повреждения дорогостоящего оборудования. Для электроснабжения особой группы ЭП первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно- резервирующего источника питания (местные электростанции, электростанции энергосистем, специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.д.) Электроприемники второй категории- Это ЭП перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной жизнедеятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для ЭП второй категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание ЭП второй категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Допускается питание ЭП второй категории от одного трансформатора при возможности замены этого трансформатора (при наличии складского резерва) за время не более 1 сут. Электроприемники третьей категории-все остальные электроприемники не подходящие под определения первой и второй категории. Для ЭП третьей категории электроснабжение может осуществляться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превышают 1 сут. Вопросы для самоконтроля 1.Назовите известную вам классификацию электроприемников. 2.Как классифицируются ЭП по требуемой степени надежности? Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §2.1-2.2 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2.1-2.2 Тема 2.2Устройство и конструктивное выполнение электрических сетей напряжением до 1000 В Конструктивное выполнение электрических сетей. Схемы электроснабжения напряжением до 1000 В. Устройство осветительных и силовых сетей. Устройство, назначение и применение вводно- распределительных устройств, силовых щитов, осветительных щитов. Методические указания Электрические сети до 1000В могут выполняться: шинопроводами, кабельными линиями, неизолированными и изолированными проводами. Шинопроводы обладают рядом преимуществ:

1. легкая перестановка, замена, изменение длины ответвлений;

2. возможность проведения электромонтажа после выполнения строительных работ;

3. малая стоимость и большая скорость электромонтажных работ, возможность использования шинопроводов для прокладки лотков, проводов, кабелей, для подвески светильников;

4. возможность незначительной реконструкции сети, путем частичного демонтажа, или добавления новых секций шинопроводов;

возможность многократного использования секций и других узлов. Кабели состоят из:

1. токоведущих жил (для низкого напряжения от одной до шести, для высокого напряжения от одной до трех), выполненных из алюминия или меди; сглаживающего, выравнивающего электрическое поле проводящего пленочного покрытия жил (для кабелей ВН);

2. изоляции жил, выполненной маслом, бумагой, полиэтиленом, поливинилхлоридом, синтетическим каучуком; проводящего, экранирующего пленочного покрытия изоляци;

3. поясной изоляции для многожильных кабелей; герметической оболочки из металла (алюминий, свинец), полимерных материалов; брони из стальных лент или проволок;

4. антикорозийного покрытия брони; дополнительно: контрольные жилы, трос для подвески и т.д. Вопросы для самоконтроля 1. Как конструктивно выполняются ЭС напряжением до 1000 В? 2.Какие вы знаете схемы электроснабжения? 3.Назначение и устройство РУ, СЩ, СП, ВРУ и т.д. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.- М.: «Мастерство»2002г, §3.1, 3.5 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.- М.: Высшая школа, 1990 г. § Тема 2.3 Выбор сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву электрическим током Нагрев проводов электрическим током при длительном и повторно- кратковременном режимах работы электроприемников. Предельно допустимые температуры нагрева проводов и кабелей. Определение длительных токов электроприемников и выбор сечения проводов и кабелей по допустимому нагреву электрическим током с учетом условий прокладки.

Практическое занятие 1 Выбор сечения проводов и кабелей по их допустимому нагреву электрическим током.

(2 час) Методические указания Проводники электрических сетей от проходящего по ним тока согласно закона Джоуля- Ленца нагреваются. Количество выделенной теплоты пропорционально квадрату тока сопротивлению и времени протекания тока. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током, и отдачей в окружающую среду. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые (ПУЭ-98) значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции в различных режимах. - Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током нагрева. Вопросы для самоконтроля. 1. По какому закону происходит нагрев проводов электрическим током?

2.Какие предельно допустимые температуры нагрева проводов и кабелей вы знаете ? 3.Алгоритм выбора сечения проводов и кабелей по допустимому нагреву электрическим током с учетом условий прокладки. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, § 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2.8

Тема 2.4 Графики электрических нагрузок. Потери мощности и электроэнергии в воздушных, кабельных линиях и трансформаторах Графики электрических нагрузок. Потери мощности и электроэнергии в воздушных, кабельных линиях и трансформаторах. Методические указания - Графиком нагрузки называется кривая, показывающая изменение нагрузок за определенный промежуток времени. По виду фиксируемого параметра графики электрических нагрузок могут быть: активной, реактивной, полной мощностей и тока. По длительности рассматриваемого промежутка –суточные, сезонные, годовые. По месту изучения или элементу энергосистемы графики можно разделить на следующие группы: графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах электростанции;сетевые графики нагрузки- на шинах районных и узловых подстанций; графики нагрузки энергосистемы; графики нагрузки электростанций. Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы. Вопросы для самоконтроля. 1. Что вы знаете о графиках электрических нагрузок? 2.От чего зависят и как определяются потери мощности и электроэнергии в воздушных, кабельных линиях и трансформаторах? Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §8.1-8.7 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2, 5 Тема 2.5 Расчет электрических нагрузок Методы расчета электрических нагрузок в электроустановках. Определение расчетных нагрузок от однофазных электроприемников. Определение расчетных нагрузок жилых районов, объектов нефтяных промыслов, цеховых подстанций.

Практическое занятие 2 Решение примеров по расчету электрических нагрузок объектов. (2 час) Методические указания В настоящее время существует несколько методов определения электрических нагрузок объектов промышленных предприятий, в том числе в нефтяной промышленности. Изменение нагрузки во времени зависит от режима работы объекта и числа одновременно подключенных токоприемников. Конечной целью определения электрических нагрузок является выбор основных элементов электроснабжения: трансформаторов, проводов и кабелей, как отдельных установок, так и объекта в целом. Существуют следующие методы расчета электрических нагрузок: метод коэффициента максимума; метод коэффициента спроса; метод удельных характеристик; вероятностный метод и др. Вопросы для самоконтроля. 1.Какие вы знаете методы расчета электрических нагрузок в электроустановках?

2. Как определить расчетные нагрузки от однофазных электроприемников?

3. Как определить расчетные нагрузки жилых районов, объектов нефтяных промыслов, цеховых подстанций. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §9.1-10.4 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2, 6 Тема 2.6 Защита электрических сетей в установках напряжением до 1000 В Виды защиты сетей напряжением до 1000 В от токов перегрузки и токов короткого замыкания. Характеристики защитных аппаратов в электрических сетях предприятий и других объектов. Определение величин токов срабатывания защитных аппаратов. Проверка электрических сетей на соответствие выбранному аппарату защиты.

Практическое занятие 3 Выбор защитных аппаратов в электроустановках до 1000 В. (2час) Методические указания Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов коротких замыканий и больших перегрузок. Предохранители состоят из плавкой вставки, изолирующей трубки, колпачков. Бывают: разборные (ПР), неразборные (ПН), наполненные песком (ПП). Применяются предохранители в электрических сетях с номинальными токами от 10 до 6300 А. - Защитной характеристикой предохранителяназывается зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки и гарения дуги) от отключаемого тока. Поскольку с повышением кратности тока время перегорания плавкой вставки уменьшается, характеристика называется обратно-зависимой. Автоматические воздушные выключатели (автоматы) предназначены для защиты электрических цепей от недопустимых перегрузок и термического действия токов к.з., а также для оперативных включений и отключений силовых цепей. Автоматы состоят: из кожуха, коммутирующего устройства, расцепителей, механизма управления, зажимов для присоединения внешних проводов. Кожух состоит:из основания и крышки. Коммутирующее устройство: состоит из системы контактов, подвижных и неподвижных, дугогасительных камер. Расцепители бывают: электромагнитные (катушка, сердечник, пружина), тепловые (биметаллическая пластина), комбинированные (элементы электромагнитных и тепловых расцепителей). Вопросы для самоконтроля. 1. Устройство, назначение, защитные характеристики, выбор, применение предохранителей.

2. Устройство, назначение, защитные характеристики, выбор, применение выключателей. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §20.6, 20, 7 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2, 7

Тема 2.7 Выбор и расчет электрических сетей на потерюнапряжения Требования ПУЭ относительно потерь и отклонений напряжений в электрических сетях при передаче электрической энергии на расстояние. Активное и индуктивное сопротивление проводов и кабелей. Определение потерь напряжения в трехфазной линии переменного тока с учетом активного и индуктивного сопротивления ее проводов. Определение потерь напряжения в осветительных сетях. Методические указания К качественным показателям подводимой электроэнергии, которые необходимо учитывать при проектировании систем электроснабжения относятся отклонения напряжения и колебания напряжения. - Отклонение напряжения- это установившаяся разница между фактическим (действительным) напряжением и номинальным напряжением. - Потеря напряжения- это алгебраическая разность между напряжением в начале и конце рассматриваемого участка. - Падение напряжения- это геометрическая разность между вектором напряжения в начале и конце рассматриваемого участка. Согласно ГОСТ отклонения напряжения допускается в пределах: 5%.На зажимах приборов рабочего освещения от(–2,5 до +5)%; на зажимах электродвигателей и пусковых аппаратов от (-5 до +10)%; на зажимах остальных ЭП в пределах 15%, что наносит значительный ущерб.Многочисленные обследования нефтепромыслов показывают, что фактическое отклонение напряжения достигают величин Наиболее чувствительны к отклонениям напряжения компьютерная техника, лампы накаливания, асинхронные двигатели. Отклонения напряжения влияют и на технологический процесс в целом. Так при уменьшении напряжения на нефтепромыслах уменьшается производительность насосов, количество перекачиваемой жидкости. Вопросы для самоконтроля. 1.Дайте определения потерь, падения и отклонения напряжений.

2.Пределы отклонений напряжения согласно ПУЭ.

3.Как рассчитать потери и падения напряжений для линии с одной симметричной нагрузкой на конце?. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §19.2 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §2.8

Тема 2.8 Регулирование напряжения и компенсация реактивной мощности Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях. Коэффициент мощности, определение величин мгновенного и средневзвешенного коэффициента мощности. Способы повышение коэффициента мощности. Определение мощности и выбор компенсирующих устройств (КУ). Размещение КУ. Компенсация реактивной мощности на объектах нефтепромыслов. Методические указания Коэффициент мощности –это мера соотношения между активной и реактивной мощностями, определяемая, как отношение активной мощности к полной. Повышение коэффициента мощности достигается следующими мерами: применением синхронных двигателей работающих с током опережающим напряжение; максимальной загрузкой двигателей и заменой малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности; устранением холостой работы АД посредством ограничителей холостого хода; отключением трансформаторов при загрузке менее 30% с переводом их нагрузки на другие трансформаторы; улучшением качества ремонтов трансформаторов и АД; применением статических конденсаторов, конденсаторных установок, компенсирующих устройств, синхронных компенсаторов. Для повышения качества электроэнергии параметры качества необходимо поддерживать в допустимых пределах, путем регулирования напряжения и частоты тока. Существуют следующие способы регулирования напряжения: продольная емкостная компенсация конденсаторами; поперечная компенсация конденсаторами; регулирование напряжения трансформаторами и автотрансформаторами Устройства ПБВ и РПН); регулирование напряжения синхронными компенсаторами. Практическое занятие 4 Расчет мощности и выбор компенсирующих устройств.(2 час) Вопросы для самоконтроля 1.В чем сущность компенсации реактивной мощности?

2Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях.

3.Коэффициент мощности, определение величин мгновенного и средневзвешенного коэффициента мощности.

4. Способы повышение коэффициента мощности.

5. Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях. Литература 1.Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.: «Мастерство»2002г, §13.1-13.11 2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок.-М.: Высшая школа, 1990 г. §3.1-3.3