49

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МИРОГОЩАНСЬКИЙ АГРАРНИЙ КОЛЕДЖ

ВІДДІЛЕННЯ «ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ»

Конспект лекцій з навчальної дисципліни «Механізація і автоматизація сільськогосподарського виробництва»

Розділ 3. Електрифікація та основи автоматизації сільськогосподарського виробництва

для студентів спеціальності для студентів спеціальності 5.09010103 «Виробництво і переробка продукції рослинництва»

МИРОГОЩА 2015

Укладач: Давидов Віталій Сергійович, викладач циклової комісії

електротехнічних дисциплін, спеціаліст вищої категорії

Рецензент: Терновик І.В., викладач циклової комісії електротехнічних

дисциплін, спеціаліст вищої категорії.

Конспект лекцій з навчальної дисципліни «Механізація і автоматизація сільськогосподарського виробництва». Розділ 3. Електрифікація та основи автоматизації сільськогосподарського виробництва для студентів спеціальності для студентів спеціальності 5.09010103 «Виробництво і переробка продукції рослинництва»

В конспекті лекцій розглянуті основні питання виробництва, передачі і розподілу електричної енергії та застосування електричної енергії в сільському господарстві, автоматизації виробничих процесів.

Розглянуто і рекомендовано до затвердження на засіданні комісії електротехнічних дисциплін.

Протокол №__ від "__" _________ 2015р.

Голова циклової комісії: І.В.Терновик

Зміст

стор

	Вступ	4
	Розділ 3. Електрифікація та основи автоматизації сільськогосподарського виробництва
33.1	Виробництво, передача і розподіл електричної енергії сільськогосподарським споживачам	5
33.2	Основні поняття автоматики та автоматичної системи керування	13
33.3	Електричний привод машин і електроустановок	17
33.4	Апаратура керування і захисту електроустановок	20
33.5	Освітлювальні і опромінювальні установки	25
33.6	Електроустановки для виробничих процесів у рослинництві	34
	Список використаної літератури	43

Вступ

Існування сучасного суспільства важко уявити без електричної енергії. Це пов'язано з її особливими властивостями: екологічною чистотою, відносною простотою одержання шляхом перетворення інших видів енергії (механічної, теплової, ядерної, хімічної, променистої тощо), передачею з відносно малими втратами на великі відстані (сотні кілометрів), простотою розподілення та перетворення в потрібний вид енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну тощо). Таким чином, електрика дозволяє використовувати і транспортувати енергію, накопичену в природі.

Без електричної енергії неможливе існування та розвиток науки і техніки, сучасної культури та побуту. Вона широко використовується в промисловості, сільському господарстві, транспорті, зв'язку, автоматиці, електроніці, обчислювальній техніці, радіотехніці тощо.

В сільському господарстві електрична енергія використовується для забезпечення технологічних процесів в таких галузях як освітлення, опалювання, підігрівання, вентилювання, приготування кормів, прибирання гною, переробка та зберігання продукції; забезпечення культурних та побутових потреб населення тощо.

Електрифікація та автоматизація сприяє впровадженню нової техніки і технологій, які забезпечують підвищення продуктивності праці та поліпшення умов життя людей.

Розділ 3. Електрифікація та основи автоматизації сільськогосподарського виробництва

Тема 3.1. Виробництво, передача і розподіл електричної енергії.

1. Виробництво електричної енергії.

2. Розподіл електричної енергії.

3. Лінії електропередачі.

1. Електроенергію виробляють на потужних енергетичних підприємствах — електростанціях. Крім того, є електростанції на окремих підприємствах, які обслуго­вують споживачів тільки цього підприємства. Власні електростанції є і в сільськогосподарських підприємствах, але вироблювана ними електроенергія становить менш як 1 % всієї енергії, споживаної сіль­ським господарством. В основному власні електростанції сільськогос­подарських підприємств використовуються як аварійні джерела енер­гії в разі припинення подачі енергії з державної електричної мережі.

Основна енергетична машина на електростанції — генератор трифазного змінного струму, який перетворює механічну енергію будь - якого первинного двигуна на електричну. Потужність окремих електростанцій досягає 4...6 млн. кіловат.

Електростанції класифікуються за видами первинної енергії, яка використовується на електростанціях: теплові (ТЕС), гідравлічні (ГЕС), атомні (АЕС), вітряні (ВЕС), припливні (ПЕС), сонячні (СЕС) і т. ін. На теплових електростанціях виробляють близько 85 % усієї виробленої енергії. У свою чергу теплові електростанції розріз­няють за видами теплових двигунів — паротурбінні, газотурбінні, ди­зельні та ін. У сільському господарстві найчастіше використовуються електростанції потужністю до 100 (інколи до 200) кВт з дизельним двигуном. Дрібні електростанції (до 16...25 кВт) приводяться в дію бензиновими

карбюраторними двигунами.

Сучасні електростанції являють собою дуже складні енергетичні споруди часто з унікальним устаткуванням (тобто виготовленим лише для однієї електростанції). До основних частин електростанції нале­жать первинний двигун, генератор, комутаційна апаратура, трансфор­матори, розподільні пристрої. Споживачам електроенергія ви­дається при високій напрузі — 10 кВ і більше. Потужні гене­ратори видають енергію на­віть при напрузі до 25 кВ. Про­те для передачі енергії на ве­ликі відстані така напруга не­достатня, тому її за допомогою потужних трансформаторів підвищують до 110, 220, 230, 500 кВ. Звичайно електростанція видає електроенергію при кіль­кох напругах — для ближчих споживачів — на нижчій, а для більш віддалених — на вищій напрузі. Крім того, електростанція має багато допоміжного електроустатку­вання, необхідного для функціонування самої електростанції.

Малі дизельні електростанції складаються з дизельного двигуна, генератора й розподільного щита. На розподільному щиті крім комутаційної апаратури є електровимірювальні прилади для вимірювання параметрів вироблюваної електроенергії — вольтметри, амперметри, частотоміри.

Всі великі державні електростанції подають електроенергію в енергетичну систему, від якої живляться всі споживачі електроенергії.

Рис 3.1. Схема електропостачання сільських споживачів електроенергією

Структура енергетичної системи показана на рис. 3.1. Вироблена електростанцією ЕС електроенергія подається на трансформаторну підстанцію ТП1, розташовану біля електростанції. Тут напруга стру­му підвищується до 110 або 220 кВ, щоб можна було її передавати на потрібну відстань (на сотні кілометрів) при менших втратах. По ліні­ях напругою 110, 220 кВ енергія передається на великі районні трансформаторні підстанції ТП2 , розташовані поблизу міст, великих промислових підприємств, центрів сільськогосподарських районів. Тут на­пруга знижується до 10...35 кВ і передається до підстанцій групи ТП3. На цих підстанціях напруга знижується до 10 кВ (інколи до 6 кВ). Підстанції групи 3 обслуговують декілька сільськогосподарських підприємств або навіть одне підприємство. При напрузі 10 (інколи 6) кВ енергія передається безпосередньо до споживчих трансформатор­них підстанцій господарства чи об’єкта.

На споживчих трансформаторних підстанціях напруга знижуєть­ся з 6 або 10 кВ до напруги споживачів — 220, 380, 660 В. У сільсько­му господарстві скрізь поширена напруга 380/220 В (лінійна — 380, фазна — 220 В). Від розподільного пристрою низької напруги цих трансформаторних підстанцій ідуть лінії живлення безпосередньо до приміщень чи окремих електрифікованих об’єктів.

Частина електроустановки, якою вводиться енергія в приміщення чи об’єкт, називається вводом. Вся енергетична система аж до вводу в приміщення чи об’єкт стоїть на балансі і обслуговується персоналом енергетичного підприємства. Всі внутрішні та об’єктні електроустановки від­несено на баланс господарства (фермерського господарства, селянського виробничого кооперативу, птахофабрики тощо) і обслуговуються вони електротехнічним персоналом цих гос­подарств. На великих сільськогосподарських підприємствах (тварин­ницьких комплексах, тепличних комбінатах та ін.) межа поділу може бути іншою (наприклад, ввід енергії при напрузі 10 кВ).

2. Основним джерелом електроенергії для сільськогосподарських підприємств є знижувальна трансформаторна підстанція. Споживча трансформаторна підстанція (ТП) призначена для зниження високої напруги струму (6, 10, 20 або 35 кВ) до напруги, безпечної для

споживачів — 380 (220 В), в окремих випадках 660 (380 В)— та для розподілу на дій напрузі електроенергії між споживачами.

Рис. 3.2. Споживча комплектна трансформаторна підстанція:

1 — шафа високовольтна; 2 — трансформатор понижувальний; 3 — шафа низьковольтна; 4 — ввідні ізолятори високої напруги; 5 — розрядники високовольтні;

6 — захисний кожух; 7 — болт заземлення; 8 — роз’єднувач високовольтний; 9 — лінії низької напруги.

Найбільш поширені в сільському господарстві комплектні трансформаторні підстанції (КТП) з потужністю трансформатора 25, 40, 63, 100, 160 і 250 кВ·А. Загальний вигляд такої КТП зображено на рис. 3.2. Електрична енергія з лінії високої напруги подається на КТП через високовольтний роз’єднувач 3, яким можна подавати або знімати високу напругу. Від роз’єднувача енергія через проводи і ввідні високовольтні ізолятори 4 подається у високовольтну шафу 1, де розміщені плавкі високовольтні запобіжники. Через ці запобіжни­ки живиться знижувальний трансформатор 2

Паралельно обмотці ВН трансформатора приєднуються високовольтні розрядники для захисту трансформатора від атмосферних перенапруг. Трансформатор має масляне охолодження, для чого в трансформатор заливаєте спеціальне трансформаторне масло. Крім охолодження трансформаторне масло є також ізолятором.

Первинна обмотка ВН трансформатора, як правило, з’єднана в зірку. Вона має перемикач відводів обмоток, за допомогою яких мож­на регулювати коефіцієнт трансформації трансформатора. Як видно, напругу вторинної обмотки можна регулювати в межах +5; +2,5; 0; —2,5; —5 % номінальної. За номінальну напругу вторинної обмотки трансформатора приймається напруга, на 5 % вища від номінальної напруги мережі, тобто 400/230 В, для компенсації втрати напруги в електричних лініях.

Ця обмотка має чотири виводи — три фазних і один нульовий. Нульовий вивід з’єднується з корпусом КТП, з корпусом трансформато­ра і заземленням. Як заземлення використовують металеві стержні, забиті в землю навколо КТП на глибину 2,5...З м і з’єднані між со­бою стальними провідниками.

Знижена трансформатором напруга подається в низьковольтну шафу 3, де розміщується головний рубильник, трансформатори стру­му, лічильник електричної енергії і триполюсні автоматичні вимикачі, через які енергія подається на лінії живлення споживачів. Таких лі­ній може бути 3...4. За допомогою цих автоматичних вимикачів мож­на вмикати або вимикати окремі лінії та забезпечувати захист ліній від струмів коротких замикань і перевантажень.

На КТП є ще й прилади для автоматичного керування вуличним освітленням. Для цього КТП має фотореле й електромагнітний пу­скач. Через цей пускач вмикаються так звані ліхтарні лінії. Чутливий до світла фотоелемент встановлений всередині низьковольтної шафи за віконцем.

Так здійснюється постачання електроенергією всіх споживачів, приєднаних до даної КТП. Всі КТП, споруджені в сільській місцевості, повинні мати огорожу, щоб на їхню територію не могли проникати сторонні особи і тварини.

3. На всіх етапах передачі електроенергії використовуються лінії електропередачі. Ці лінії можуть бути повітряними або кабельними.

Якщо енергія передається повітряними лініями, використовуються голі електричні проводи, виготовлені з алюмінію. Для передачі трифазного електричного струму треба мати три проводи (при високих напругах), при напрузі 380/220 В — чотири (три фазних і один ну­льовий).

Голі проводи для повітряних ліній повинні мати велику механі­чну міцність, щоб вони не рвалися від дії тяжіння самих проводів та від впливу зовнішніх метеорологічних факторів — ожеледі й вітрових навантажень. Тому ці проводи виготовляють з міцного алюмінію, ін­коли — з алюмінієвих сплавів, або виготовляють їх з осердями із стального дроту. У позначеннях цих проводів зазначається марка про­воду та площа його поперечного перерізу у мм² (по алюмінію). На­приклад, А - 50,

АС -50 (тут А — алюмінієва жила, С — стальне осердя, 50 — площа перерізу жил у мм²).

Для утримання проводів повітряної лінії на висоті, недоступній для дотикання до них людей, тварин, сільськогосподарських агрегатів, установлюють опори, які виготовляють з дерева, бетону або металу. Інколи роблять комбіновані опори (приставка, яку закопують у зем­лю,— з бетону, а основна частина — з дерева). Опори з металу вста­новлюють на бетонних фундаментах.

Для ізоляції проводів від землі та один від одного використову­ють ізолятори — підвісні або штирьові. Ізолятори виготовляють з електротехнічного фарфору або скла. Штирьові ізолятори монтуються на штирях або гаках, закріплених безпосередньо на опорі. Штирі мо­жуть кріпитися також на горизонтальних траверсах, виготовлених з дерева, металу або залізобетону. Такі ізолятори використовуються для напруги до 35 кВ включно.

При більших напругах використовують підвісні ізолятори. При напрузі 35 кВ і більше використовують гірлянди (2...3 і більше окремих ізоляторів).

Оскільки всі елементи ліній електропередач є державною власні­стю, лінії підлягають охороні від пошкоджень, бо це завдає величез­них матеріальних збитків. Під час виконання польових робіт машин­но-тракторні агрегати слід водити так, щоб вони не пошкоджували опор і не діставали до проводів. При виявленні пошкодження ліній, обриву проводів, загоряння дерев’яних опор або їхніх елементів, руй­нування ізоляторів треба негайно сповістити про це найближче енер­гетичне підприємство. Доторкатися до обірваних проводів, навіть близько підходити до них (на 3...5 м) смертельно небезпечно.

Під повітряними лініями електропередач забороняється будувати будь-які споруди, складати стіжки, проїжджати негабаритними технічними засобами.

Недоліком повітряних ліній електропередачі є те, що вони відно­сно малонадійні, бо на них можуть діяти всі зовнішні метереологічні й механічні фактори — вітер, сонце, вода, лід, блискавка. Крім того, повітряні лінії займають значні земельні площі, ділянки біля опор заростають бур’янами, які засмічують посіви культурних рослин і заселяються шкідниками сільськогосподарських культур.

Більш надійними є кабельні лінії. Кабель являє собою канат із скручених ізольованих проводів (одно- або багатожильний), в яко­му поверх електричної ізоляції жил є герметична оболонка (з пла­стмаси, алюмінію, свинцю та ін.), яка захищає провідники з ізоляці­єю від дії зовнішніх факторів (води та інших рідин, їдких речовин і газів). Тому кабелі можна прокладати в землі, під водою, в кабель­них каналах, по будівельних конструкціях без будь-якої додаткової ізоляції. Для захисту кабелів від дії зовнішніх механічних факторів поверх герметичної оболонки накладають так звану броню із сталь­ної стрічки або із стального дроту.

Випускаються величезна кількість кабелів різних типів і видів. Класифікуються вони за конструкцією, матеріалом жил та ізоляцій кількістю жил, матеріалом оболонки та броні тощо. У позначенні кабелю вказується його марка, робоча напруга, кількість і площа попе­речного перерізу жил. Наприклад, кабель марки ААБ3×50 мм², на 10 кВ має три алюмінієві жили з площею перерізу кожної жили 50 мм², алюмінієву оболонку, ізоляцію жил з просоченого кабельного паперу, броню із стальних стрічок.

Кабельні лінії не захаращують території опорами і проводами, більш надійні в експлуатації, оскільки захищені від дії зовнішніх метереологічних факторів. Недоліками кабельних ліній є їхня порівня­но висока вартість і дефіцитність. У багатьох випадках кабель є єди­ним способом передачі електроенергії (на аеродромах, у шахтах, гір­ських виробках, всередині підприємств і т. д.). При підземному про­кладанні кабелів зберігаються оброблювані сільськогосподарські угіддя. Оскільки трасу кабелю не видно зверху, потрібно в кожному господарстві мати план підземних кабельних трас і зверху траси — покажчики (стовпчики або таблички з написами). Дозволяється роби­ти розкопки, рити ями, траншеї лише після дозволу осіб і організацій, які експлуатують ці кабелі. В разі пошкодження кабелю під час земляних і будівельних робіт потрібно негайно повідомити про це ці самі організації.