Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

1. Определение энергетической системы.

Установки по производству, преобразованию, распределению и  потреблению электроэнергии и теплоты, связанные между собой электрическими и тепловыми сетями с общим режимом управления, называют энергетической системой, а электрическую часть энергосистемы (генераторы, преобразовательные и распределительные устройства, линии электропередачи (ЛЭП) и потребители электроэнергии) — электрической системой.

В качестве примера на рис. 2. 1. приведена схема электроэнергетической системы. Если напряжение генераторов теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) составляет 6—20 кВ, то экономически целесообразно снабжать электроэнергией на указанном напряжении потребителей, расположенных вблизи такой ТЭЦ. Для электроснабжения потребителей, удаленных на значительные расстояния, и для связи ТЭЦ с энергетической системой применяют напряжения выше генераторного. С этой целью на ТЭЦ (гидростанциях ГЭС-1 и ГЭС-2 и тепловых районных электростанциях ГРЭС-1 и ГРЭС-2) устанавливают трансформаторы для повышения генераторного напряжения до 110—150 кВ. Трансформаторные районные подстанции п/ст1 – п/ст4 и узловые распределительные подстанции УРП1 – УРП4 предназначены для преобразования напряжения и связи отдельных частей системы и питания мощных потребителей, а трансформаторные подстанции ТП – для питания потребителей меньшей мощности, расположенных вблизи районных подстанций.

Рис 2.1.  Схема электроэнергетической  системы

В настоящее время производство, передача, распределение и потребление электроэнергии осуществляются в основном на трехфазном переменном токе частотой 50 Гц. Это объясняется относительной простотой преобразования переменного тока и широким применением для привода промышленных механизмов несложных надежных трехфазных асинхронных двигателей. С помощью различных выпрямителей (двигатель-генераторов и полупроводниковых выпрямителей) преобразуют трехфазный переменный ток в постоянный.

Для сокращения количества исполнений электрооборудования ГОСТ 721—77 устанавливает  номинальные значения напряжений генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии напряжением до и выше 1000 В переменного тока.

Напряжения генераторов, вторичных обмоток трансформаторов  и приемников электроэнергии несколько  отличаются друг от друга. Объясняется  это тем, что для обеспечения  нормальной работы приемников электроэнергии с учетом потерь напряжения в сети отклонения напряжения на них не должны превышать ±5% от номинального.

Напряжение переменного  тока преобразуется с помощью  повышающих трансформаторов на электростанциях и понижающих — на подстанциях у потребителей.

Баланс активной и реактивной мощности в энергетической системе

Количество электрической  энергии, вырабатываемой генераторами станций и энергосистемы, в каждый момент должно быть равно ее потреблению, поэтому соответственно должны; быть равны и их активные мощности:

где Р_Г — суммарная активная нагрузка генераторов системы; Р_П—суммарная активная нагрузка потребителей системы; Рсн — суммарная активная мощность, потребляемая на собственные нужды всей системы в целом; ∆Р_Σ — суммарные потери активной мощности во всех звеньях электрической системы.

Опыт эксплуатации электростанций и систем показывает, что резерв мощности должен быть не меньше 10% от их установленной мощности.

Учитывая, что некоторая  часть наиболее ответственных потребителей энергетической системы не допускает  никаких отключений и отклонений от нормального режима работы, в энергосистемы вводят дополнительные устройства автоматической частотной разгрузки. Эти устройства при снижении частоты в системе до определенных пределов автоматически отключают часть менее ответственных потребителей, благодаря чему восстанавливается баланс активных мощностей и, следовательно, поддерживается необходимая частота в системе.

В энергетических системах частоту  обычно регулирует одна, а в крупных  системах — несколько мощных электростанции, график нагрузки. Станции, на которые  возлагается регулирование частоты, называются ведущими, а станции, на которых работают по заданному графику нагрузки, — базисными.

В энергетических системах потребление  активной мощности сопровождается  обязательно  потреблением  и  реактивной  мощности, необходимой  для работы электрических машин  и трансформаторов. Ток нагрузки, протекая по линиям, создает вокруг   проводов  магнитные  и электрические поля, на  что также  необходима  реактивная мощность.   Поэтому   передача по сетям реактивной мощности вызывает в них дополнительные потери активной мощности  и  напряжения.

Реактивная мощность в  электрических системах создается  генераторами при их перевозбуждении и высоковольтными линиями большой протяженности При нормальной работе системы вырабатываемые и потребляемые в ней реактивные мощности должны быть равны, т.е.

где Q_Г – суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами системы, Q_Л – суммарная реактивная емкостная мощность, генерируемая линиями (с учетом компенсирующих устройств), Q_П – суммарная реактивная мощность потребителей электроэнергии (с учетом компенсирующих устройств), Q_СН – суммарная реактивная мощность потребителей собственных нужд всей   системы   в   целом, ∆Q_Л; ∆Q_Т – потери   реактивной   мощности линий и в трансформаторах системы.

Реактивная  мощность в  основном  создается  генераторами,  по этому при полной загрузке генераторов по активному току   в системе может возникнуть дефицит реактивной   мощности. Если же реактивная  нагрузка  потребителей значительно превысит возможную реактивную мощность генераторов (например, при отключении части   из  них), то  произойдет такое  понижение  напряжения,  при котором   ток   потребителей   значительно  увеличится,   что  приведет к дальнейшему  снижению напряжения и т. д. Такое снижение напряжения в системе называется лавиной напряжения.  Следовательно, в системе всегда должен быть определенный резерв реактивной  мощности.    Для  этого   в  местах ее  наибольшего  потребления устанавливают синхронные   компенсаторы,    синхронные  двигатели и 6aтapeи статических конденсаторов, которые разгружают линии от   протекания   по   ним   некоторой   части   реактивной   мощности, а следовательно, уменьшают потери мощности и напряжения в сети.

Выполнение  схем   электроснабжения   промышленных   предприятий   для присоединения   к   энергосистеме   зависит   от   требований надежности    и    бесперебойности    электроснабжения    потребителей электроэнергии, наличия электростанции на предприятии и возможности  присоединения  ее    к  энергетической системе,  расположения объекта  электроснабжения  по отношению  к  источнику  питания  и электрическим  сетям энергетической системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные источники питания электрической энергии, и их краткая характеристика.

Потребности в электроэнергии как в промышленности, так и в быту покрываются в основном за счет энергии, вырабатываемой на электростанциях.

Большую часть электроэнергии как в России, так и в мировой энергетике вырабатывают тепловые, атомные и гидравлические электростанции. Поэтому дадим краткую характеристику только этим источникам питания.

Тепловые конденсационные  электростанции (КЭС) строят по возможности  ближе к местам добычи топлива  и удобным для водоснабжения. Их выполняют из ряда блочных агрегатов (котел - турбогенератор - повышающий трансформатор) мощностью от 200 до 1200 МВт, выдающих выработанную энергию в сети ПО...750 кВ. Особенность агрегатов КЭС заключается в том, что они недостаточно маневренны, так как подготовка их к пуску, разворот, синхронизация и набор нагрузки требует времени от 3 до 6 ч. Поэтому для КЭС предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой в пределах от номинальной до нагрузки, соответствующей техническому минимуму, определяемому видом топлива и конструкцией агрегата. Коэффициент полезного действия КЭС не превышает 32-40 %. Они существенно влияют на окружающую среду - загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водоснабжения.

Теплофикационные электростанции (ТЭЦ) строят вблизи потребителей тепла, при этом используется обычно привозное топливо. Работают эти электростанции наиболее экономично (КПД достигает 60-70 %) при нагрузке, соответствующей тепловому потреблению и минимальному пропуску пара в часть низкого давления турбин и в конденсаторы. Единичная мощность агрегатов составляет 30...250 и более МВт. Станции с агрегатами 100...250 МВт выполняют блочного типа с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Теплофикационные электростанции, как и КЭС, существенно влияют на окружающую среду.

Атомные электростанции (АЭС) могут быть сооружены в любом географическом районе не подверженном землетрясениям, в том числе и труднодоступном, но при наличии источника водоснабжения. Количество (по массе) потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к транспортным связям. АЭС состоят из ряда агрегатов блочного типа, выдающих энергию в сети повышенного напряжения. Агрегаты АЭС, в особенности на быстрых нейтронах, не маневренны, так же как агрегаты КЭС. По условиям работы и регулирования, а также по технико-экономическим соображениям предпочтительным является режим с относительно равномерной нагрузкой. АЭС предъявляют повышенные требования к надежности работы оборудования. Коэффициент полезного действия составляет 35-38 %. АЭС практически не загрязняют атмосферу. Выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны, что позволяет сооружать АЭС вблизи городов и центров нагрузки. Трудной проблемой является захоронение или восстановление отработанных элементов.

Гидроэлектростанции (ГЭС) могут  быть сооружены там, где имеются  гидроресурсы и условия для строительства, что часто не совпадает с расположением  потребителей электроэнергии. При сооружении ГЭС обычно преследуют решение комплекса задач, а именно: выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства, орошения. Единичная мощность гидроагрегатов достигла 640 МВт. Электрическую часть выполняют по блочным схемам генераторы-трансформаторы с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Гидроагрегаты высокоманевренны: разворот, синхронизация с сетью и набор нагрузки происходит в течение 1-5 мин. При наличии водохранилищ ГЭС может быть использована для работы в пиковой части суточного графика системы с частыми пусками и остановами агрегатов. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет 85-87 %.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) предназначены для выравнивания суточного графика энергосистемы. В часы минимальной нагрузки они увеличивают ее, работая в насосном режиме (перекачивают воду из нижнего водоема в верхнее водохранилище, запасая тем самым энергию); в часы максимальной нагрузки системы агрегаты ГАЭС работают в генераторном режиме, принимая на себя пиковую часть нагрузки. ГАЭС сооружают в системах, где отсутствуют ГЭС или их мощность недостаточна для покрытия нагрузки в часы пик. Их выполняют из ряда блоков, выдающих энергию в сети повышенного напряжения и получающих ее из сети при работе в насосном режиме. Агрегаты ГАЭС обладают высокой маневренностью и могут быть быстро переведены из насосного режима в генераторный или в режим синхронного компенсатора. Коэффициент полезного действия ГАЭС 70-75 %. Они требуют незначительного количества обслуживающего персонала. Гидроаккумулирующие станции сооружают там, где имеются источники водоснабжения и местные геологические условия позволяют создать напорное водохранилище.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технические показатели приемников электрической энергии

Структура схем СЭС, а также  типы применяемого в них электрооборудования во многом определяются техническими показателями ЭП и режимами их работы. Последние, как правило, определяются технологией производства. К техническим показателям, оказывающим существенное влияние на формирование СЭС, относятся следующие показатели:

1. Род тока. По роду тока различают ЭП переменного и постоянного тока. Преимущественное большинство ЭП промышленных предприятий и других объектов питаются переменным трехфазным током промышленной частоты. Постоянный ток находит применение в электроприводах, где требуется глубокое и плавное регулирование скорости (электрифицированный железнодорожный и городской транспорт, прокатные станы на металлургических предприятиях), и в электротехнологии (цветная металлургия).

В последнее время в  классификацию ЭП по роду тока стали  вводить и ЭП импульсного тока. К таким ЭП относятся, например, машины точечной и контактной сварки.

Электроприемники постоянного  и импульсного тока, как правило, получают питание от индивидуальных или групповых преобразователей, которые, в свою очередь, получают питание от сети переменного тока. Поэтому преобразователи с их нагрузками принято рассматривать как ЭП переменного тока промышленной частоты.

2. Число фаз. Преимущественное большинство ЭП промышленных предприятий являются трехфазными. Значительно реже используются однофазные и двухфазные ЭП.

3. Номинальная (установленная)  мощность - является одним из основных показателей ЭП. Номинальная мощность ЭП - мощность, обозначенная на заводской табличке, паспорте, на колбе или цоколе источника света. Под номинальной мощностью Р_НОМ электродвигателя понимают мощность, развиваемую им на валу при номинальном напряжении, а для других ЭП - потребляемую ими из сети мощность также при номинальном напряжении. Номинальные мощности отдельных ЭП промышленных предприятий находятся в пределах от долей киловатт до десятков мегаватт. Единичными мощностями ЭП определяются уровни напряжений в СЭС.

4. Номинальное напряжение. Номинальные напряжения электроприемников определяют напряжения питающей сети, выходное напряжение индивидуальных преобразователей или других источников питания. На промышленных предприятиях применяют ЭП переменного тока с номинальными напряжениями от 6 В до 110 кВ и постоянного тока - от 6 В до 3,3 кВ. Отметим, что напряжения выше 1 кВ на постоянном токе используются на железнодорожном транспорте.