Обчислення втрат електричної енергії в лініях і трансформаторах.

За річними і добовими навантаженнями легко визначити кількість енергії, що витрачається при роботі електроустановки за добу чи за рік. Якби потужність установки не змінювалась, то кількість енергії W, що витрачається за час t, становила б:

W=Pt

Але, оскільки навантаження весь час змінюється, то:

Інтегрування за рівнянням ускладнюється, бо рівняння зміни

навантаження за часом Р=f(t) матема­тично записати важко.

Якщо графіка навантаження немає, то енергію можна обчислити

за максимальним навантаженням Р_mах і кількістю годин використання максимуму навантаження T_mах.

Визначення T_mах можна пояснити на графіку. Нехай графік (рис.3) буде дійсним річним графіком наванта­ження за тривалістю. Тоді енергія, що витрачається за рік, визначається площею ОАВС.

Рис.3.Визначення часу використання максимальної потужності.

Побудуємо прямокут­ник ОАВ'С', в якого одна із сторін є Р_mах, а

площа дорів­нює площі АОВС. Друга сторона - Т_мах - показуватиме кількість годин використання максимуму навантаження. У відповідності до рисунка можна записати:

W= P_mах T_mах

У попередніх двох рівняннях ліві частини однакові, тому:

При проходженні електричного струму по проводах, кабелях, обмотках трансформаторів та інших апаратах частина потужності втрачається на їх нагрівання. Щоб с компенсувати ці втрати, треба збільшувати потужність джерела живлення, що пов’язано з витратами палива і додатковими капіталовкладеннями.

Втрати потужності і енергії можна зменшити, збільшивши переріз проводів, але це призведе до збільшення затрат металу для спорудження електричних мереж, виготовлення трансформаторів тощо. Тому при проектуванні електричних мереж, крім вартості проводів, слід ураховувати вартість електроенергії.

Втрати потужності в лінії можна обчислити для певного моменту навантаження. Навантаження в лінії можна визначити не потужністю, а розрахунковим струмом; тоді втрати активної потужності в лініях трифазного струму (кВт):

Рл = 3І²Хл10^-3

втрати активної потужності в трансформаторах визначаються постійними втратами в сталі Рх (втрати холостого ходу) і втратами в обмотках трансформатораРк ( втрати короткого замикання).

Втрати Рх не залежать від струму навантаження, вони викликають нагрівання стального магнітопровода при перемагнічуванні і вихровими струмами. ВитратиРк залежать від струму навантаження і викликають нагрівання обмоток трансформатора. Вони визначаються опором обмоток і струмом навантаження.

4 Ознайомлення з будовою основної електричної апаратури, розподільного устаткування, вивчення особливостей експлуатації квп і вимірювальних трансформаторів.

Електрична апаратура призначена для передачі параметрів технологічного процесу, керування роботою генераторів трансформаторів, ліній електропередачі і споживачів елек­троенергії та захисту їх від пошкоджень. Відповідно роз­різняють комутаційну апаратуру, що використовується для вмикання і вимикання головних кіл, апаратуру керування електроприводом, реле і регулятори, а також апаратуру для здійснення автоматизації технологічного процесу (дат­чики, перетворювачі сигналів тощо).

Основними функціями комутаційної апаратури розподіль­них пристроїв є:

а) автоматичне вимикання електричного кола при порушенні нормального режиму роботи;

б) неавтоматизоване вмикання і вимикання електричних кіл на певній ділянці, яке виконує в разі потреби обслуговуючий персонал.

Іноді ця апаратура автоматично вмикає резервне дже­рело енергії або повторно вмикає основне джерело після автоматичного вимикання його. Автоматична апаратура може виконувати обидві функції, а неавтоматична — лише другу.

Апаратуру розрізняють за напругою — високої і низь­кої напруги, за струмом — постійного і змінного струму, за ступенем захисту апаратів від навколишнього середо­вища — відкриті, захищені, вибухонебезпечні та іншими характерними ознаками.

Вся електрична апаратура повинна працювати надійно і точно. Рівень електричної ізоляції струмопроводів між собою і відносно землі визначається робочою напругою апарата і умовами експлуатації (в приміщенні, на відкри­тому повітрі тощо). Напруга є основним параметром, який істотно впливає на конструкцію електричної апаратури.

До комутаційної апаратури високої напруги належать масляні і безмасляні автоматичні вимикачі, вимикачі потуж­ності, роз'єднувачі, короткозамикачі і віддільники та за­побіжники.

Масляні і безмасляні вимикачі, використовують у ви­соковольтних розподільних установках для вмикання й ви­микання електричних кіл з номінальним струмом і стру­мом короткого замикання.

Контакти масляного вимикача занурені в трансформа­торне масло. Останнє під дією високої температури роз­кладається, виділяючи газ, в якому дуга швидко гасне.

Рис.4. Малооб'ємний масляний вимикач ВМП-10:

1 — бачок; 2 — ізолятор; 3 — рама; 4 — ізоляційна тяга; 5 — вимикаюча пру­жина та буфер; 6 — болт для заземлення; 7 — між полюсні ізоляційні проклад­ки; 8 — головний вал вимикача.

Вимикачі навантаження, їх використовують в електричних установках невеликої потужності із струмом короткого замикання, до 400 А для вмикання і вимикання струму навантаження.

Основними елементами вимикача навантаження є го­ловна контактна система, дугогасильна камера й опорна рама з ізоляторами. На рамі 1 (рис. 5, а) вимикача вста­новлені фарфорові ізолятори 2 з головною контактною сис­темою і дугогасильним пристроєм. Дугогасильний прист­рій складається з камери 3, рухомих контактів 4, що пере­міщуються ізоляційною тягою 5 за допомогою вала 6, і нерухомих контактів 8, що розміщуються в камері 3 (рис. 5, в). Контакти закріплюють відповідно до нижніх і верх­ніх стояків 7. Пластмасова дугогасильна камера виконана у вигляді двох щік 9, всередині камери розміщується газогенеруючий вкладиш 10.

Вимикачі навантаження без запобіжників ВН використовують як самостійний комутаційний апарат в малопотужних мережах, а з запобіжниками ВНП— в комплектних розподільних пристроях і на підстан­ціях замість секційного роз'єднувача.

При вмиканні вимикача вал прокручується і за до­помогою ізоляційних тяг контактні ножі з'єднуються, при вимиканні вал прокручується під дією вимикаючих пружин у зворотному напрямку і контакти розмикаються. При вимиканні спочатку розмикаються головні (робочі) контакти, а потім дугогасильні. Дуга виникає у вузькій щілині вкладиша, спричинюючи бурхливе виділення газу. Тиск у камері зростає, і при виході дугогасильного ножа з камери відбувається вихлоп іонізованих газів в атмосферу. Дуга гасне.

Запобіжникивисокої напруги використовують для захисту від перевантажень і струмів короткого замикання лінії невеликої потужності і силових трансформаторів потужністю до 1000кВА при напрузі 10кВ, 1600кВА при напрузі 35кВ.

Роз’єднувачі – комутаційні апарати, які використовують для вмикання і вимикання електричних кіл без струму і для створення видимого розриву їх в повітрі.

Для спрощення системи захисту на підстанціях, що живляться від магістральних ліній 35...220кВ, замість масляних вимикачів часто встановлюють короткозамикачі і віддільники.

Щоб забезпечити високу надійність електропостачання в процесі експлуатації установки, треба постійно контролю­вати електричні параметри — напругу, струм, опір, потуж­ність, енергію і частоту. Вимірювання цих величин дає змогу визначити якість і кількість електроенергії, ураху­вати її витрати, перевірити, чи дотримуються задані режими.

Вимірювати електричні величини можна при прямому, посередньому і змішаному (напівпосередньому) вмиканні приладів у контрольоване коло. При прямому вмиканні прилади в коло вмикаються безпосередньо, при посеред­ньому — через спеціальні вимірювальні трансформатори струму й напруги, а при змішаному частина обмоток вми­кається в коло безпосередньо, а частина — через вимірю­вальні трансформатори.

На електростанціях і підстанціях найчастіше застосо­вують посереднє вмикання вимірювальних приладів, що забезпечує такі основні переваги:

1) можна використовувати прилади (що вмикаються до вторинної обмотки вимірювальних трансформаторів) із стандартними обмотками, розрахованими на напругу 100 В і струм 5 А;

2) вимірювальні прилади відокремлюються від напруги понад 380В, завдяки чому підвищується безпека їх об­слуговування;

3) значно полегшується контрольна проводка;

4) первинні кола захищені від замикання в контроль­них проводках.

Безпосереднє вмикання приладів у вимірюване коло можливе лише при напругах, менших за 380 В, і порівняно невеликих струмах.

Контрольно-вимірювальні прилади на електростанціях ї підстанціях розміщують на головних щитах керування. Іноді частину цих приладів установлюють у приміщенні закритого розподільного пристрою або в машинному залі електростанції. На теплових електростанціях, крім голов­ного щита керування, є місцеві щити з вимірювальними приладами для контролю за роботою електроустаткування окремих цехів.

Трансформатори струму й напруги здебільшого вста­новлюють у закритих і відкритих розподільних пристроях. На електростанціях трансформатори струму іноді розмі­щують у машинному залі під генератором. З'єднують вто­ринні обмотки трансформаторів струму і напруги з вимі­рювальними приладами контрольними кабелями.

Номенклатуру і кількість контрольно-вимірювальних приладів для встановлення в окремих колах електричних станцій і підстанцій вибирають залежно від потужності, напруги і призначення цих кіл. Кількість приладів повинна забезпечувати достатню повноту інформації про роботу електроустановки і разом з тим бути наочною, не переван­тажувати уваги.

На електричних станціях і підстанціях найчастіше ви­користовують амперметри, вольтметри, ватметри, лічиль­ники активної і реактивної енергії і частотоміри.

Навантаження в колах генераторів, силових трансфор­маторів, ліній контролюють за допомогою амперметрів. За показами ватметра, амперметра і вольтметра визнача­ють коефіцієнт потужності:

Вольтметри вимірюють напругу, а частотоміри — час­тоту змінного струму, тобто величини, які характеризу­ють якість електроенергії, що відпускається споживачам.

Лічильники активної і реактивної енергії встановлюють у колах генераторів, підвищувальних і знижувальних трансформаторів, у мережах споживачів та ін. На електро­станціях малої потужності з напругою до 500В в колі ста­тора генератора встановлюють три амперметри, лічильник активної енергії і вольтметр. У колі збудження встанов­люють лише амперметр.

Крім показуючих приладів, в електроустановках вико­ристовують реєструючі (самописні), а також підсумовуючі ватметри і вар метри, що показують відповідно повне, ак­тивне і реактивне навантаження в будь-який момент часу. Покази підсумовуючих ватметрів і варметрів, а також ват­метрів окремих ліній за допомогою телемеханічних прист­роїв автоматично передають на диспетчерський пункт.

Первинну обмотку трансформаторів струму вмикають у ко­ло послідовно, а до вторинної приєднують послідовно з'єд­нані обмотки амперметрів, ватметра, лічильника, реле та ін. Режим роботи трансформатора струму значно відріз­няється від режиму роботи звичайного силового трансфор­матора. Трансформатор струму нормально працює при сталому навантаженні вторинного кола і змінному струмі первинної обмотки, тобто при змінному магнітному потоці..

Рис.6 Схеми вмикання трансформаторів струму.

Схеми вмикання повною зіркою (Рис.6.а) і трикутником використовують тоді коли виникає потреба контролювати силу струму в усіх трьох фазах. Вмикання неповною зіркою і схему на різницю двох фаз (Рис.6. б і в) використовують у схемах з ізольованою нейтраллю, а схему струмів трьох струмів (Рис.6. г ) –

в релейному захисті від замикання на землю.

Струм у первинній обмотці не залежить від навантаження вторинної обмотки, яка перебуває в режимі, близькому до режиму короткого замикання. Отже, перевантаження і ко­роткі замикання в колі вторинної обмотки не створюють небезпеки для трансформатора, тому захищати його запо­біжниками чи іншими елементами немає потреби.

Трансформатори напруги використовують для зниження напруги на приладах і реле до 100В.

Для вимірювання лінійної (між фазної) нап­руги, трансформатор вмикають за схемою рис. 7, а; два трансформатори напруги вмикають за схемою відкри­того трикутника (рис. 7, б). Три однофазні трансформато­ри напруги, з'єднані зіркою з глухим заземленням нейтралі (рис. 7, в), дають можливість вмикати вимірювальні при­лади й інші елементи як на фазну, так і на лінійну напругу. Глухе заземлення нейтралі з боку вищої напруги дає змогу контролювати ізоляцію первинної мережі. У нормаль­ному режимі всі вольтметри контролю ізоляції покажуть фазну напругу, при замиканні однієї з фаз на землю вольт­метр пошкодженої фази показуватиме нуль, а інші — лі­нійну напругу.

Рис.7. Схеми вмикання однофазних трансформаторів напруги

Задля безпеки обслуговування вимірювальних прила­дів і реле одну з точок вторинного кола трансформатора напруги обов'язково заземлюють.