Посібник

сповільнювати або цілком припинити. Для захисту від випромінювання реактор поміщають у багатошарову захисну споруду з бетонними (товщина близько 3 м), водяними (товщина до 1 м) і чавунними (товщина до 0,25 м) стінками. Уранові стержні замінюють новими після зменшення вмісту урану-235 до 4 %. Частина урану перетворюється у плутоній-239, який також застосовують як ядерне паливо.

Рис. 1.3. Схема виробництва електроенергії на атомній електростанції

Для безпечного догляду за паровою турбіною та генератором, на атомних станціях застосовують двоконтурну теплову схему (рис. 1.3).

Нагріта у атомному реакторі, вода з високим тиском і температурою подається у парогенератор, по трубах якого проходить вода другого контуру. Після парогенератора пара, не заражена радіоактивністю, подається у парову турбіну. Подальший цикл перетворення енергії подібний до циклу на КЕС.

Вітрові електростанції – станції, де енергія вітру перетворюється у електричну. Тут використовують силу вітру. Силу вітру використовували з давніх давен за допомогою вітряків, однак, через низький ККД таких споруд, для виробництва електроенергії їх практично не використовували. Після переходу на вітряки з металевими лопатями ККД зріс до 15%, що сприяло використанню їх для виробництва електроенергії. Повітря рухається внаслідок різниці температур над поверхнею моря і суші, на вершинах і біля підніжжя гір, а також внаслідок обертання Землі. Кінетична енергія вітрового потоку А дорівнює:

де m – маса повітря, кг; v - швидкість вітру, м/с. Потужність вітрового потоку Р дорівнює:

P с F v 3 , 2

де ρ – густина повітря, кг/м3; F – площа, яку перетинає вітровий потік, м2.

11

Рис. 1.4. Принципова схема вітрової установки

У табл. 1.2 наведена класифікація вітроустановок за потужністю.

Вітрові установки за конструкцією поділяють на установки з вертикальною віссю та з горизонтальною віссю. На рис. 1.4 наведена принципова схема вітрової установки з горизонтальною віссю. Основні елементи установки: вітроприймальний пристрій – лопаті; редуктор передачі крутильного моменту; електрогенератор, що разом з редуктором розташований у спеціальній гондолі; башта. Лопаті перетворюють силу руху повітря у крутильний момент на валу. Їх можна повертати навколо власної осі, а гондолу – за напрямком вітру.

12

0,45. (Наприклад, потужність на валу вітряка з довжиною лопаті 10 м за швидкості вітру 10 м/с і густині повітря 1,22 кг/м3 складає 86 кВт).

Фотоелектричні установки (ФЕУ) – це електричні станції з прямим перетворенням енергії світла у електричну енергію з використанням фотоелементів (рис. 1.5). У США, Японії та деяких інших країнах розробляються і впроваджуються проекти таких установок доволі великої потужності. Ще в 1990 році потужність фотоелементів у світі досягла 48 МВт, з яких 20% - це фотоелементи калькуляторів. У Японії споруджують ФЕУ потужністю 750 кВт. У США планується довести потужність таких установок до 47 МВт, з яких до 30 МВт припадає на установки потужністю від 100 кВт до 1 МВт.

Рис. 1.5. Блок-схема фотоелектричної установки

Принцип дії ФЕУ базується на явищі фотоефекту. Фотоефект – це фотоелектричне явище, що полягає у збудженні та емісії електронів внаслідок проходження фотонів через речовину. Фотон – елементарна нейтральна елементарна частинка, яка виникає під час перебудови структури атома, молекули чи ядра. Він існує лише у русі і тоді має масу та енергію, значення яких пропорційні частоті електромагнітних коливань. Його ще називають квантом світла.

Елементарною конструкційною одиницею фотоелектричного приладу є фотоелемент – електронний прилад, що складається з двох напівпровідникових матеріалів електронної (n) та діркової (p) провідності. У місці стику цих матеріалів виникає р-n-перехід. Відомо, що р-n-перехід характеризується потенціальним бар’єром - різницею потенціалів, під дією якої у зовнішньому електричному колі може проходити струм. Для підтримання струму у електричному колі використовується енергія фотонів, що, попадаючи на напівпровідниковий матеріал, вибиває з його кристалічної решітки електрон, який стає вільним і рухаючись, утворює електричний струм.

Фотоелементи на основі кремнію генерують електричний струм до 25 мА за напруги 0,5 В на 1 см2 площі, тобто його потужність складає 12 – 13 мкВт/см2. Окремі фотоелементи збирають послідовно-паралельним

13

валюті. Для порівняння енерговитрат у світовій практиці використовують кілограм умовного палива (кг у.п.) та кілограм нафтового еквіваленту (кг н.е.). Останній показник використаний на рис.1.6.

За цими показниками Україна сьогодні далеко відстає від розвинених держав світу, незважаючи на великі енергетичні, технологічні та інтелектуальні можливості. За період з 1997 до 2004 року енергоємність ВВП знизилась з 1,0 до 0,7 кг у.п./грн , однак значення цього показника далеке від бажаного.

Світове використання енергоресурсів за останнє десятиліття попереднього століття характеризують показники, наведені у табл. 1.3.

Таблиця 1.3

Використання енергоресурсів у світі

Примітка: теплота згорання умовного палива 29300 кДж/кг

Ефективність використання енергоресурсів сьогодні виходить на перший план, оскільки їх вартість невпинно зростає разом з потребами суспільства.

Енергоефективність - властивість обладнання, технології, системи, що характеризує міру використання енергії на одиницю кінцевого продукту. Вона оцінюється кількістю витраченої енергії у кіловат·годинах, кілоджоулях чи інших одиницях вимірювання енергії, віднесених до обсягу виробленої продукції.

Енерговикористання – це комплекс технологічних процесів, пов’язаних з виробництвом (отриманням) енергії та її споживанням, а також дії персоналу спрямовані на управління цими процесами. Енерговикористання пов’язане з енергозбереженням - діяльністю, спрямованою на раціональне використання енергоресурсів з неухильним зниженням енергоємності продукту та зменшенням шкідливого впливу на довкілля.

Політика енергозбереження – це державна діяльність спрямована на підвищення ефективності виробничої і невиробничої сфер, використання досягнень науково-технічного прогресу, модернізацію виробництва, використання ефективного обладнання й технологій, розроблення нових стандартів та нормативів, навчання та перепідготовку персоналу, впровадження енергетичного аудиту і т.п.

15

Використання електричної енергії пов’язане з перетворенням її в інші види енергії. Швидкість перетворення енергії називається потужністю.

Значення активної потужності, що споживається з електромережі для різних технологічних процесів, є наслідком виконання корисної роботи з потужністю РКОР і визначається за формулою:

РСП = РКОР / η,

де РСП – активна потужність, що споживається з електромережі; η – еквівалентний коефіцієнт корисної дії перетворення електроенергії, що дорівнює добутку коефіцієнтів корисної дії кожного послідовного перетворення. Еквівалентний коефіцієнт корисної дії тим менший, чим більше ланок є у ланцюжку перетворень.

Одночасно з активною потужністю споживається й реактивна Q та повна (позірна) S потужність.

Для кожного процесу можна скласти рівняння балансу потужностей, що встановлює рівність спожитої і витраченої потужності, деталізованої за складовими витрат. Окремо складають рівняння для активної і реактивної потужностей. На підставі аналізу рівняння балансу потужностей можна виявити нераціональні витрати і розробити заходи з економії електроенергії, тобто заходи з ощадного витрачання енергії.

Промисловість, будівництво і транспорт у 1998 році споживали 79.5 млрд кВт·год електроенергії, що склало 62,0% сумарного обсягу споживання, сільське господарство відповідно 8,8 млрд. кВт·год – 6,9%,

засвідчує певну стабілізацію економіки України. На майбутнє передбачається зростання електроспоживання та величини максимуму електричного навантаження. Наприклад, на 2010 рік передбачається зростання електроспоживання до 190,0 млрд. кВт·год за максимального навантаження 34,0 млн.кВт, а на 2020 рік відповідно 225 млрд. кВт·год та 40,0 млн. кВт. Передбачається значний розвиток нетрадиційних джерел енергії: вітроенергетичних установок, геотермальних та сонячних станцій, малих гідроелектростанцій.

1.3. Правила користування електроенергією

Електрична енергія у сучасному розвиненому суспільстві широко використовується у всіх сферах його функціонування. Сьогодні навіть уявити важко, яким було б існування людей в умовах відсутності електроенергії. Вона, за допомогою різного роду пристроїв, забезпечує виконання технологічних процесів у промисловому та сільськогосподарському виробництві, житлово-комунальному господарстві та побуті. Ці пристрої називають електроприймачами , а їх

16

сукупність - споживачами електричної енергії. Частина виробленої електроенергії втрачається в елементах електричних мереж (перетворюється у теплову енергію) під час її передавання від генераторів електроенергетичних систем до приймачів. Значна частка використання електроенергії (до 60%) припадає на промисловість, а решта розподіляється між сільським господарством, транспортом, комунальнопобутовим сектором та безповоротно втрачається.

Приймачем електричної енергії (електроприймачем або струмоприймачем) називають пристрій, апарат, агрегат, механізм, за допомогою якого електрична енергія перетворюється в інший вид енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну тощо), або ж в електричну з іншими параметрами. Найхарактернішими електроприймачами є двигуни, електропечі, прилади освітлення, електротехнологічні пристрої тощо.

Споживачем електроенергії називають електроприймач або групу електроприймачів, які об`єднані технологічним процесом та розташовані на деякій визначеній території. Це підприємства, організації, установи, електрифікований транспорт, комерційні та сільськогосподарські виробники, невиробничі підприємства, установи, організації, міське та сільське населення, електроприймачі яких приєднані до електричних мереж і використовують електричну енергію.

У Правилах користування електричною енергією [2] записано, що споживач електричної енергії – це юридична чи фізична особа, яка використовує електричну енергію для забезпечення потреб власних електроустановок на підставі договору. Користування електричною енергією здійснюється на підставі договору про користування електричною енергією, що укладається між електропередавальною організацією та споживачем електричної енергії. У договорі фіксуються права та обов’язки електропостачальника (підприємства електропостачання) та споживача, за якими електропостачальник зобов’язується надійно постачати споживачеві електричну енергію з гарантованим рівнем надійності, безпеки та якості, а споживач - оплачувати одержаний обсяг електроенергії за встановленим регульованим тарифом. Договором обумовлюється потужність електроприймачів споживача, категорія надійності електропостачання, межа балансової належності та межа експлуатаційної відповідальності між споживачем і електропередавальною організацією. Для встановлення меж балансової належності електроустановок і експлуатаційної відповідальності сторін укладають акт розмежування. Ці межі можуть не збігатися, оскільки межа балансної відповідальності визначається правом власності споживача і електропередавальної організації на окремі елементи електричної мережі.

Межа експлуатаційної відповідальності за технічний стан і обслуговування суміжних електроустановок між споживачем – фізичною особою, об’єднанням співвласників багатоквартирних будинків та власником мереж встановлюється:

17

-для квартир – на клемах розрахункових засобів обліку поверхових чи квартирних електрощитів;

-для індивідуальних будинків – у точці кріплення проводів на першому ізоляторі будівлі, а у разі застосування кабельного

вводу – на наконечниках кабелю живлення на ввідному пристрої будівлі, або на клемах розрахункового засобу обліку.

Такі ж межі встановлюють й для споживачів – юридичної особи.

Між споживачем і постачальником укладається типовий договір на постачання електричної енергії, де обумовлюють ряд прав і зобов’язань сторін. Цей договір є основним документом, який регулює відносини між постачальником електричної і споживачем. Споживання електричної енергії без договору не допускається.

До прав споживача відносяться: можливість вибору постачальника; підключення до електромережі (якщо витримані усі умови стосовно правил користування електроенергією); отримання електричної енергії, якість якої визначена державним стандартом; вимагати відшкодування збитків, заподіяних внаслідок порушення прав споживача; вимагати якісного обслуговування електромережі та розрахункових приладів обліку; можливість припинення користування електричною енергією з письмовим повідомленням електропостачання про розірвання договору тощо.

До зобов’язань споживача відносяться: оплата за спожиту електроенергію; дотримання вимог договору про користування електроенергією; підтримання належного технічного стану та безпеки експлуатації внутрішніх електромереж, електроустановок та побутових приладів; збереження приладів обліку та пломб на них; узгодження з електропостачальником нових підключень та переобладнання внутрішньої проводки тощо.

Споживач відповідає у встановленому порядку за: недотримання терміну оплати за електроенергію; порушення Правил користування електроенергією; ухилення від виконання приписів Державної інспекції з енергонагляду; розкрадання електроенергії, обладнання та енергетичного устаткування; пошкодження приладів обліку тощо.

До зобов’язань електропостачальника відносяться: забезпечувати надійне постачання електроенергії відповідно до умов договору; повідомляти споживача про зміну тарифу; проводити обстеження технічного стану, повірку та заміну приладів обліку; ознайомити споживача з Правилами користування електроенергією та провести інструктаж з умов безпечної експлуатації приладів обліку та інш.

Електропостачальник несе відповідальність: за шкоду, заподіяну споживачу та його майну у разі тимчасового припинення електропостачання з вини постачальника; у разі відпуску електроенергії, параметри якості якої виходять поза межі показників, зазначених у договорі; у разі порушення прав споживача, у тому числі ухилення від перевірки якості електричної енергії. Якщо перечислені порушення

18

виникли не з вини електропостачальника, то він зазначеної відповідальності не несе.

Технічні умови на приєднання електроустановок встановлюються електропостачальною організацією. Цими умовами визначаються: точки приєднання, напруга, схема живлення , очікуваний рівень напруги у точках приєднання споживача; межі балансної належності та експлуатаційної відповідальності; вимоги до компенсації реактивної потужності; вимоги до обліку електроенергії; спеціальні вимоги щодо встановлення стабілізуючих пристроїв і приладів контролю якості електроенергії; вимоги щодо регулювання добового графіка навантаження; режим роботи електротермічного устаткування систем опалення та електроводопідігрівання; розрахункові значення струмів короткого замикання, вимоги до пристроїв релейного захисту, автоматики, захисту від перенапруги тощо.

Електроустановки споживачів повинні бути виконані відповідно до Правил улаштування електроустановок [1; 3], будівельних норм і правил та інших нормативних документів. Подання напруги на об’єкти споживача здійснюється лише після укладання договору на користування електричною енергією, установки та перевірки приладів обліку. Споживач здійснює періодичний чи епізодичний контроль показників якості електроенергії на межі балансної належності згідно з вимогами Державного стандарту. Електропередавальна організація також контролює показники якості електроенергії у своїх межах та вживає заходів щодо поліпшення якості електроенергії. У разі відпуску споживачу електроенергії, параметри якої знаходяться поза межами граничних величин, зазначених у договорі на користування електричною енергією, електропостачальна організація сплачує споживачу штраф, визначений чинним законодавством.

Відповідальність за технічний стан, техніку безпеки, експлуатацію та ремонт електроустаткування загальнобудинкових потреб (ввіднорозподільчі пристрої, електромережа та двигуни ліфтів, освітлення тощо) покладається на власника будинку або організацію, у віданні якої знаходиться житловий будинок. Відповідальність за технічний стан і ремонт електричної проводки та електроустаткування в квартирах та інших об’єктах, що знаходяться у приватному користуванні громадян, а також за техніку безпеки під час користування електричною енергією, покладається на власників індивідуальних будівель та квартиронаймачів чи орендарів.

У Правилах користування електричною енергією [2] встановлені також умови припинення або обмеження постачання та передачі електричної енергії. Серед причин, що є підставою для припинення постачання електроенергії, є такі: незадовільний технічний стан електроустановок споживачів; відсутність персоналу для обслуговування електроустановок споживача чи договору на їх обслуговування; недопущення до електроустановок уповноважених посадових осіб

19

виконавчої влади або представників електропередавальної організації; несплати рахунків, відповідно до умов договору тощо.

Після надходження повідомлення про припинення електропостачання споживач повинен ужити заходів для запобігання травматизму, загибелі тварин, пошкодження обладнання, негативним екологічним та іншим наслідкам.

2. ПРИЙМАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

2.1. Класифікація приймачів електричної енергії

Всі електроприймачі за ознакою перетворення електроенергії можна поділити на такі основні групи: електропривід (електроурухомник); електротехнологічні установки; електричне освітлення; холодильні установки; пристрої керування та оброблення інформації.

Основними електроприймачами промислових підприємств є електродвигуни, комплексні електроприводи, зварювальні агрегати, електропечі, електролізні ванни, прилади електричного освітлення, установки виплавлення та оброблення металів, перетворювальні установки тощо. В інших галузях народного господарства застосовуються такі ж електроприймачі, лише змінюється їх кількісне співвідношення та потужність.

Силові електроприймачі промисловості споживають значну частку генерованої електроенергії. Загалом частка електроспоживання залежить від галузі промисловості й особливостей виробничого процесу. Так, на машинобудівних підприємствах основними електроприймачами є електроприводи, на підприємствах електронної промисловості та в електрометалургії – електротехнологічні установки; частка споживання електроенергії для електричного освітлення особливо велика в легкій та харчовій промисловості, а в повністю автоматизованих виробництвах вона може бути досить малою. Пристрої керування та оброблення інформації застосовуються на всіх рівнях керування виробництвом, але частка споживаної ними електроенергії суттєвої ролі не відіграє. Однак виділення їх в окрему групу електроприймачів пов`язано з особливими вимогами щодо надійності електропостачання та якості електроенергії.

Приймачі електричної енергії промислових підприємств та інших споживачів електричної енергії можна класифікувати за їх основними технічними показниками та певними ознаками, серед яких: рід cтруму; кількість фаз; частота змінного струму; номінальна напруга; номінальна потужність; споживання реактивної потужності; пусковий струм; ступінь симетрії фаз; лінійність електричних кіл приймачів; вимоги щодо якості електроенергії; режим роботи; вимоги щодо надійності електропостачання тощо.

За родом струму розрізняють електроприймачі змінного, постійного та імпульсного струмів. Сучасне генерування електричної енергії

20