26. Нетрадиционные источники электрической энергии

-Солнечные Электростанции.

Энергию солнца можно использовать либо путём прямого получения электрической энергии через фотоэлементы, либо путём использования теплового излучения солнца, сфокусированного зеркалами на парогенераторе.

Из-за того, что поток солнечных лучей у поверхности Земли довольно низок, что затрудняет проводимые работы по добыче электричества из энергии солнца. Благодаря современному оборудованию удалось достичь от 12 до 20% КПД. Широкое использование солнечные батареи получили в космонавтике.

-Ветровые электростанции.

Производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.

Недостатки:

Ветер от природы нестабилен, с усилениями и ослаблениями.

Качественные ветрогенераторы очень дороги и практически неокупаемы.

Ветряные электростанции создают вредные для человека шумы в различных звуковых спектрах.

Ветряные электростанции создают помехи телевидению и различным системам связи.

Ветряные электростанции причиняют вред птицам, если размещаются на путях миграции и гнездования.

Геотермальные электростанции

Термальные воды и пар из скважин широко используются для отопления и горячего водоснабжения на Кавказе, в Казахстане, Западной Сибири, на Камчатке. Буровая скважина, дающая 100 т пара в час, обеспечивает ежегодную экономию 20 т м3 нефти. С помощью буровых скважин в раскаленные недра направляются речные воды; превратившись в пар, они приводят в действие мощные турбоагрегаты.

Приливные электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

2 7) Силовые трансформаторы используются для передачи и распределения электроэнергии. Силовые трансформаторы характеризуются следующими параметрами: 1) Номинальной мощностью Рном;

2) Номинальным напряжением Uном;

3) Номинальным током Uном;

4) Напряжением короткого замыкания Uк.з.;

5) Схемой и группой соединения обмоток;

6) Током холостого хода Iх.х.; 7) Потерями х.х. и к.з.

Каждая из обмоток трансформатора как первичная, так и вторичная, может быть соединена звездой или треугольником. Кроме того, обмотка низшего напряжения масляных трансформаторов средней мощности может иметь соединение зигзаг, при котором каждая фаза вторичной обмотки располагается на двух различных стержнях, по половине общего количества витков на каждом стержне. При соединении звездой концы обмоток образуют общую точку. При соединении треугольником начало первой фазной обмотки соединяется с концом третьей, начало второй — с концом первой и начало третьей — с концом второй. В первом случае все начала, а во втором случае общие точки обмоток присоединяются к сети. Сначала указывают соединение обмотки высшего напряжения, а затем через наклонную черту – обмотки низшего напряжения.

28)

29) Параллельной работой двух (или более) трансформаторов называется работа их по схеме включения, при которой первичные обмотки включены в общую первичную сеть, а вторичные — в общую вторичную сеть.

Параллельная работа трансформаторов возможна при выполнении следующих условий:

1. Первичные и вторичные номинальные напряжения трансформаторов должны быть равны, т. е.

Практически это сводится к требованию равенства коэффициентов трансформации, т. е.

При этом предполагается, что первичные номинальные напряжения в трансформаторах одинаковы.

2. Активные и индуктивные падения напряжения трансформаторов должны быть равны, а это в свою очередь ведет к требованию равенства напряжений короткого замыкания, т. е.

3. При параллельной работе трехфазных трансформаторов они должны принадлежать к одной группе.

Если эти условия соблюдены, то при включении первичных обмоток двух или нескольких трансформаторов в общую первичную сеть всегда можно найти такие зажимы каждой вторичной обмотки, напряжения между которыми будут соответственно равны по амплитуде и по фазе, и, соединив их между собой, осуществить параллельное включение трансформаторов. Если теперь к общей вторичной сети включить нагрузку, то она распределится равномерно между трансформаторами. Безусловно должно выполняться третье условие параллельного включения. Равенства могут соблюдаться не точно, возможные отклонения устанавливаются допуском на коэффициент трансформации и напряжение кз.

3 0) Опыт ХХ: опыт производится по схеме. Обычно синусоидальное напряжение подводится к обмотке низшего напряжения. Посредством вольтметров V₁ и V₂ амперметра А и ваттметра W измеряется первичное и вторичное напряжения U₁ и U₂₀, ток холостого хода I₀ и мощность холостого хода Р₀; частотомер F служит для контроля частоты. Если изменять U₁ от нуля до 1,1 номинального значения, то можно получить ряд значений I₀ и Р₀ и по ним построить характеристики холостого хода трансформатора I₀ = f(U₁) и P₀=f(U₁), которые приведены на рисунке.

З ависимость I0 = f (U₁) при малых значениях U₁ носит прямолинейный характер вследствие постоянства магнитной проводимости сердечника, затем, начиная с 0.8 U₁ наблюдается значительное увеличение тока I₀, так как магнитная проводимость уменьшается. Зависимость Р₀ = f(U₁) имеет параболический характер, так как, Р₀ ≡ , а при холостом ходе Е₁ = U₁ следовательно, Р₀ ≡ .

Построенные характеристики используются для определения значения тока холостого хода I₀ и мощности Р₀, соответствующих номинальному напряжению U_1H.

Из опыта холостого хода может быть определен также коэффициент трансформации k трансформатора, равный отношению э. д. с. обмотки высшего напряжения к э. д. с. обмотки низшего напряжения. Если обмотка высшего напряжения является первичной, а обмотка низшего напряжения – вторичной, то . Так как при холостом ходе , то , т. е. коэффициент трансформации однофазного трансформатора определяется отношением количества витков обмоток высшего и низшего напряжения или отношением напряжений на зажимах его обмоток при холостом ходе.

Опыт КЗ: В опыте короткого замыкания однофазного трансформатора вторичная обмотка закорачивается накоротко, то есть Z_н=0, а напряжение вторичной обмотки U₂=0. При этом напряжение первичной обмотки подводится пониженным, для того чтобы, не повредить трансформатор.

Схема опыта короткого замыкания

 

В опыте короткого замыкания определяют следующие параметры:

1 – Номинальное напряжение короткого замыкания U_k. Это напряжение первичной обмотки, при котором значения токов короткого замыкания в обмотках равны номинальным. Выражается в процентном соотношении от номинального напряжения U_1н. 

2 – Параметры схемы замещения. Так как ветви намагничивания при опыте короткого замыкания нет, то ток в первичной обмотке, равен току во вторичной.

Следовательно, полное сопротивление короткого замыкания можно определить как 

3 – Сопротивления вторичной обмотки

4 – Полное падение напряжения короткого замыкания U_k в обмотках и его активную и реактивную составляющую в  % 

5 – Потери короткого замыкания P_k. Так как, в опыте короткого замыкания на первичную обмотку подается пониженное напряжение, то магнитный поток имеет малую величину и им можно пренебречь. Следовательно, мощность потребляемая трансформатором расходуется на электрические потери в обмотках. 

31) См. опыт ХХ.

32) ???

33) Принцип маркировки кабелей заключается в буквенном обозначении материалов различных частей кабеля по направлению от центра кабеля к периферии.

Материал жил: А – алюминий, без обозначения – медь.

Изоляция жил: без обозначения – кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом; В – поливинилхлоридный пластикат (ПВХ); Внг – ПВХ пониженной горючести; П – полиэтилен; Пв – вулканизированный(сшитый) полиэтилен; Р, Н – резина, резина не поддерживающая горение; Э – медный экран по изолированной жиле.

Оболочка – предназначена для защиты изоляции жил от влаги, пыли, агрессивных газов: С – свинец; А – алюминий; В, Внг - поливинилхлоридный пластикат (ПВХ); П – полиэтилен; Пу – усиленная полиэтиленовая оболочка; Р, Н – резина, резина не поддерживающая горение.

Броня – предназначена для защиты оболочки от механических повреждений: Г – отсутствие брони и защитного покрова оболочки (оболочка голая); Б - Броня из двух стальных лент с антикоррозионным покрытием; К - броня из круглых оцинкованных стальных проволок; Ак – броня из круглых алюминиевых проволок; П - броня из плоских оцинкованных стальных проволок.

Подушка – расположена между оболочкой и броней, предназначена для предохранения оболочки от повреждения броней: без обозначения – бумага или пряжа, пропитанные битумным составом; б – без подушки; л, 2л – одна или две пластмассовые ленты; в – поливинилхлоридный шланг; п – полиэтиленовый шланг.

Наружный защитный покров – предназначен для защиты брони от коррозии: Г – отсутствие наружного защитного покрова; без обозначения - пряжа, пропитанная битумным составом; н – негорючий состав из стеклянной пряжи; Шв – шланг из поливинилхлоридного пластификата; Шп – шланг из полиэтилена; LS – низкое дымо- и газовыделение при горении кабеля.

34) См. 33.

35) –

36) Защищенные провода, кабели типа АПРН, АПРВ, АВРГ, АПРГ, АВВГ И т.п. разрешается прокладывать непосредственно по поверхности стен, потолков. Высота прокладки их в изоляционных трубах с металлической оболочкой или в гибких металлических рукавах от уровня пола не нормируется.

Открытую электропроводку не защищенными изолированными проводами в помещениях без повышенной опасности следует прокладывать на высоте не менее 2 метра от пола, а в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных помещениях – на высоте не менее 2,5 метра от пола. если это условие выдержать в реально обстановке не возможно , то такие проводки необходимо защищать от механических повреждений или применять защищенные провода, кабели.

При скрытой прокладке проводов, кабелей с оболочками из сгораемых материалов и не защищенных проводов в пустотах строительных конструкций, бороздах и т.д. с наличием сгораемых конструкций провода и кабели защищают сплошным слоем несгораемого материала со всех сторон, где имеется сгораемый материал строительной конструкции.

37) Перенапряжением называют повышение напряжения до значения, опасного для изоляции электроустановки, расчитанной на рабочее напряжение.. Длительность перенапряжения может составлять от единиц микросекунд до нескольких часов. Воздействие перенапряжения на изоляцию может привести к ее пробою.

К основным характеристикам перенапряжения (которые, как правило, являются случайными величинами) относят следующие:

- максимальное значение;

- кратность перенапряжения, равная отношению максимального значения перенапряжения к амплитуде наибольшего допустимого рабочего напряжения;

- время нарастания перенапряжения;

- длительность перенапряжения;

- число импульсов в перенапряжении;

- широта охвата сети;

- повторяемость перенапряжения;

- импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд;

- временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1Uном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях;

- коэффициент временного перенапряжения - величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

По месту приложения напряжения различают:

- фазные перенапряжения;

- междуфазные перенапряжения;

- внутрифазные перенапряжения например, между витками катушки трансформатора, между нейтралью и землей);

- между контактами коммутационных аппаратов.

По причинам возникновения перенапряжения подразделяются на следующие:

- внешние - от разрядов молнии (атмосферные перенапряжения) и от воздействия внешних источников;

- внутренние - возникающие при резонансных явлениях, при авариях и при коммутациях элементов электрической цепи.

38) Коммутационные перенапряжения возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети (при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима) за счет энергии, запасенной в емкостных и индуктивных элементах. Наиболее часто такие перенапряжения имеют место при коммутациях линий, индуктивных элементов, конденсаторных батарей. А также в результате замыканий на землю и между фазами. При включении элементов электрической сети (проводов линии или обмоток трансформаторов и реакторов) или отключении (разрыв электропередачи) возникают колебательные переходные процессы, которые могут привести к возникновению значительных перенапряжений. При возникновении короны потери оказывают демпфирующее действие на первые максимумы этих перенапряжений.

Отключение емкостных токов электрических цепей может сопровождаться повторными зажиганиями дуги в выключателе и многократными переходными процессами и перенапряжениями, а отключение малых индуктивных токов холостого хода трансформаторов - принудительным обрывом дуги в выключателе и колебательным переходом энергии магнитного поля трансформатора в энергию электрического поля его параллельных емкостей. При дуговых замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью также наблюдаются многократные зажигания дуги и возникновение соответствующих дуговых перенапряжений.

В высоковольтных цепях главным источником внешних перенапряжений являются разряды молнии. Наиболее опасны прямые удары молнии в оборудование (ПУМ), при которых даже на заземленных сооружениях возникают большие потенциалы. Индуктированные перенапряжения возникают вследствие индуктивной и емкостной связи канала молнии с токоведущими и заземленными частями электрической сети. Величина индуктированных перенапряжений меньше, чем при прямых ударах молнии, и они опасны только для сетей до 35 кВ при ударе молнии вблизи линии.

Импульсы перенапряжений распространяются на значительные расстояния от места возникновения. Набегающие волны могут представлять опасность для электрооборудования подстанций, электрическая прочность которого ниже, чем у линейной изоляции.

Для обеспечения надежной работы сети необходимо осуществить ее эффективную и экономичную грозозащиту. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью высоких вертикальных стержневых молниеотводов и грозозащитных тросов над проводами ВЛ свыше 110 кВ.

Защита от волн, приходящих с линии, осуществляется вентильными и трубчатыми разрядниками на подстанциях усиленной грозозащитой подходов к подстанциям линий всех классов напряжений. Необходимо обеспечивать особо надежную грозозащиту вращающихся машин с помощью специальных разрядников, конденсаторов, реакторов, кабельных вставок и усиленной грозозащитой подхода воздушной линии.

Применение заземления нейтрали сети через дугогасящую катушку, АПВ и резервирования линий, тщательная профилактика изоляции, разрядников и заземления значительно повышают надежность работы линий.

39,40,41) Одна из главных причин перенапряжения при коммутации цепи вакуумных выключателей является явление, называемое «срезом» тока, то есть размыкание цепи между контактами при наличии тока в электрической цепи, то есть ток после погашения дуги не равен нулю.

При срезе тока в индуктивности нагрузки «запирается» энергия, которая затем освобождается на емкость присоединения и может вызывать перенапряжения. Как известно, кратность перенапряжений при этом определяется индуктивностью нагрузки, емкостью присоединения (в основном длиной кабельной или воздушной линии) и величиной тока среза.

Кроме величины тока, на перенапряжения при срезе, как уже указывалось выше, влияют индуктивность нагрузки (или мощность) и емкость присоединения (длина воздушной или кабельной линии). При значительной длине присоединения перенапряжений из-за среза тока в выключателе вообще не возникает. Наличие даже небольшой активной нагрузки на вторичной стороне отключаемого силового трансформатора также исключает возникновение перенапряжений по причине среза. Использование таких современных защитных аппаратов, как ОПН, вообще снимает вопрос перенапряжений вне зависимости от типа используемого выключателя.

Срез тока – явление, характерное для вакуумных дуг при коммутации токов промышленной частоты, представляет собой резкое падение тока от некоторого значения до нуля. Из-за малого времени и высокой скорости спада тока срез тока может приводить к значительному уровню перенапряжения, особенно на индуктивной нагрузке.

Обычно ток среза составляет 10-15 А.

Второй причиной появления перенапряжения является повторный пробой межконтактного промежутка и возникновения явления, называемого «эскалацией напряжения». Связано это с очень малым расстояниями между расходящимися контактами, из за чего камера не выдерживает восстанавливающегося напряжения, которое превышает изоляционную прочность небольшого промежутка.

В вакуумном выключателе существует явление холодной сварки, то есть приваривание контактов при длительном их замыкании. Эта проблема решается введением примеси в материал контактов.

Снижение величины срезаемого тока обеспечивается за счет добавки в материал контактов сурьмы от 2-5%.

В качестве контактных материалов в ВДК используют медно-висмутовые, медно-хромовые и медно-бериллиевые сплавы.

42) – Виртуальный срез тока. В трехфазных сетях токи в выключателях разных фаз при отключении не совпадают по фазе. Расхождение контактов происходит неодновременно. Вследствие этого срез тока в разных фазах происходит неодновременно. Поэтому коммутационные перенапряжения возникают сначала в первой отключающейся фазе. Высокочастотные токи первой фазы замыкаются на двух других. Переходный высокочастотный ток накладываясь на ток рабочей частоты снижает мгновенное значение полного тока до нуля. Такое явление называют виртуальный срез тока.

43) Защитное действие молниеотвода основано на том, что молния поражает наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Следовательно, сооружение не будет поражено молнией, если оно находится в зоне защиты молниеотвода. Зона защиты молниеотвода - часть пространства, примыкающая к молниеотводу, которая обеспечивает защиту сооружения от прямых ударов молнии с достаточной степенью надежности (99%).

Быстрые изменения тока молнии порождают электромагнитную индукцию - наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров. Это называется вторичным проявлением молнии.

Возможен также занос наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям.

Молниеотводы состоят из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Существует два типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Они могут быть отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания или сооружения.

Несущая конструкция молниеотвода (громоотвода) предназначена для установки молниеприемника и крепления токоотвода. Все элементы громоотвода объединены в прочную и жесткую конструкцию, способную отлично противостоять ветровым нагрузкам и прямым ударам молнии. Благодаря несущей конструкции громоотвода, обладающей достаточной механической прочностью и повышенной устойчивостью, исключается падение молниеотвода на энергооборудование и аппаратуру электрических подстанций.

При помощи токоотвода осуществляется соединение молниеприемника с заземляющим устройством: именно токоотвод обеспечивает прохождение импульсных грозовых токов от молниеотвода до заземляющего устройства. Поэтому токоотвод изготавливается с большим запасом прочности, с учётом запредельных тепловых и электродинамических перегрузок, источником которых является ток молнии. Заземляющее устройство используется для отвода грозового разряда в землю и уменьшения до приемлемого уровня разности потенциалов в элементах молниеотвода. Качество молниезащиты энергообъектов в значительной степени зависит от конструктивного исполнения и состояния заземляющего устройства.

44) Тросовые молниеотводы подвешивают на опорах линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше над проводами фаз. Тросы выполняют стальными и соединяют спусками с заземлением опор. Сопротивление заземления опоры при этом не должно превышать 10 Ом.

Трос натягивается над защищаемым сооружением (см. рис. J9). Этот метод применяется для специальных сооружений: площадки для запуска ракет, оборонные объекты и молниезащитные (грозозащитные) тросы для воздушных высоковольтных линий электропередачи (см. рис. J10).

Устройства первичной защиты, такие как сетка или тросовый молниеотвод, применяются для защиты от прямых ударов молнии. Такие устройства не предотвращают разрушительное вторичное воздействие на оборудование. Например, от повышений потенциала земли и электромагнитной индукции из-за прохождения токов на землю. Для ограничения вторичных эффектов необходимо дополнительно использовать низковольтные разрядники в телефонных и электрических сетях.

45 Естественные и искусственные заземлители. Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Естественные заземлители – это металлические объекты, находящиеся в контакте с землей, которые могут быть использованы в целях заземления: водопроводные трубы, обсадные трубы скважин и т.д. Использование естественных заземлителе также регламентируются Правилами Эксплуатации электроустановок (ПУЭ изд. 7). Искусственные заземлители – это заземлители выполняемые специально в целях заземления людьми. Искусственный заземлитель – это наружный контур заземления, состоящий из горизонтального и (или) вертикального заземлителя, объединённых сплошным сварным швом и соединённый с электроустановкой в двух местах. Для искусственного заземлителя применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных применяют стальные трубы диаметром d=5 – 6см, толщиной стенки не менее 3,5мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4мм (от 40×40 до 60×60мм) отрезками длиной 2,5 – 3м. Прутковая сталь диаметром не менее 10 мм длиной до 10м (иногда и более).

46 Напряжение шага

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека