Цели и задачи. Основные понятия. Номинальные напряжения

Лекция № 1 Цели и задачи курса. Основные понятия. Номинальные напряжения План лекции: 1. Свойства электроэнергии. 2. Цели и задачи курса. 3. Электрическая система, как часть электроэнергетической системы. 4. Номинальные напряжения. Область их использования. 5. Вопросы и задачи, рассматриваемые на лекционных и практических занятиях. 1. Свойства электроэнергии Роль, которую электроэнергия играет в нашей жизни, обусловлена следующими её свойствами: 1. легкость передачи на большие расстояния по сравнению с другими видами энергии; 2. возможность преобразования в другие виды энергии с высоким КПД независимо от её количества (поэтому нет необходимости в её хранении); 3. электроэнергия проявляется в виде потока, который раздробить на части легче, чем другие энергетические потоки (например, уголь, нефть и другие источники энергии); 4. потребление электроэнергии можно плавно изменять от нуля до максимума, в зависимости от хода самого производства или нагрузки рабочего механизма; 5. возможность значительной концентрации мощности при производстве электроэнергии (крупные гидроэлектростанции, атомные электростанции); 6. поток электроэнергии можно представить непрерывным или периодическим, в виде синусоиды. Такое представление наиболее удобно для информационных потоков. Поэтому линии электропередачи (сокращено ЛЭП) часто используются и для передачи информации; 7. электроэнергия наиболее чистым видом энергии и, в наименьшей степени загрязняет окружающую среду (касается гидроэлектростанций, атомных электростанций, нетрадиционных источников энергии); 8. ориентация на использование трехфазного тока придала использованию электроэнергии однородность. 2. Цели и задачи курса Цель изучения дисциплины заключается в формировании знаний в области теории расчетов и анализа установившихся режимов электрических систем и сетей и управление ими, а также изучение задач в области их проектирования. К основным задачам курса относятся: 1. ознакомление сопровождают с физической процесс сущностью производства, явлений, которые распределения и потребления электроэнергии; 2. составление схем замещения отдельных элементов сети и участка электрической сети в целом; 3. определение параметров схем замещения элементов электрической сети; 4. расчет различных режимов электрических сетей и систем, их анализ; 5. разработка рекомендаций по улучшению режимов работы электрических сетей и систем. Курс основывается на общих дисциплинах, таких как «Математика», «Физика», «Технология производства электроэнергии», «Теоретические основы электротехники», «Электроснабжение». Курс пригодиться в дальнейшем для изучения дисциплин, таких как «Электрооборудование станций и подстанций», «Релейная защита и автоматика», «Переходные процессы в электроэнергетических системах». 3. Электрическая система, как часть электроэнергетической системы Электроэнергетическая система – это совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования тепловой и электрической энергии. Электрическая система представляет собой часть электроэнергетической системы, из которой исключены тепловые сети и тепловые потребители. Схематично электроэнергетическая система представлена на рисунке 1. Электроэнергетическая система Тепловая часть Электриче ская часть Электрические сети Потребители электроэнергии Электрическая система Тепловые сети Потребители тепловой энергии Электроэнергетическия система Рисунок 1 – Условное обозначение электроэнергетической и электрической систем Электрическая система представляет собой сложный объект. Сложность обусловлена рядом специфических особенностей, а именно: 1. постоянное совпадение по времени процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии; 2. непрерывность процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии и, необходимость в связи с этим, непрерывного контроля за этим процессом. При этом процесс передачи электроэнергии по цепи «источник питания (генератор) – электроприемник» возможен лишь при надежной электрической и магнитной связи на всем протяжении данной цепи; 3. повышенная опасность электрического тока для окружающей среды и обслуживающего персонала; 4. быстрое протекание процессов, связанных с отказом различных элементов основной технологической цепочки; 5. многообразие функциональных систем и устройств, которые осуществляют технологию производства и передачи электроэнергии (управление регулирование и контроль). Необходимость их постоянного и четкого взаимодействия; 6. удаленность энергетических объектов друг от друга; 7. зависимость режимов работы электрических систем от различных случайных факторов (таких как погодные условия, режим работы энергосистемы и потребителей); 8. значительный объем по ремонтно-эксплуатационному обслуживанию большого количества разнотипного оборудования. На электрических схемах, электрическая система представляется следующим образом (как показано на рисунке 2). ПС1 ИП ПС2 ЛЭП ЭП Электрическая сеть Электрическая система ИП – источник питания; ЛЭП – линия (линии) электропередачи; ПС1, ПС2 – подстанции; ЭП – потребитель (потребители) электрической энергии Рисунок 2 – Обозначение электрической системы на электрических схемах Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии. Она состоит из подстанций, распределительных устройств, воздушных (сокращенно кабельных (сокращенно КЛЭП) линий электропередачи. ВЛЭП) и Линия электропередачи (сокращенно ЛЭП) – это электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии. Электроустановки, прием и распределение электроэнергии в которых выполняется на одном уровне напряжения, т.е. без трансформации, называются распределительными или переключающими пунктами. Электрические системы, расположенные в различных экономических районах, связываются между собой линиями электропередачи высокого напряжения. Это обеспечивает взаимный обмен мощностями и дает следующие преимущества: 1. снижение суммарного максимума отдаваемой мощности; 2. уменьшение суммарного резерва мощности; 3. повышение надежности и качества электроснабжения; 4. повышение экономичности использования энергоресурсов; 5. улучшение использования мощности электростанций (возможность устанавливать на электростанциях более мощные силовые агрегаты); 6. облегчение работы систем при сезонных изменениях нагрузки. Но в объединенных системах усложняется релейная защита, автоматика и управление режимами. 4. Номинальные напряжения. Области их использования Выработка, передача и потребление электроэнергии выполняется при различных напряжениях: генерация (выработка) при напряжении до 30 кВ; передача – при напряжениях от 6 кВ и выше; потребление – сотни и тысячи вольт. Номинальным напряжением элементов электрической сети называется то напряжение, на котором эти элементы имеют наиболее целесообразные технические и экономические характеристики. Номинальные напряжения различных элементов электрической сети установлены ГОСТом (ГОСТ 21128-83, ГОСТ 721-77) и приведены в таблицах 1 и 2. Таблица 1 - Номинальные напряжения (до 1000 В) переменного трехфазного тока, В (ГОСТ 21128-83) Источники и преобразователи 42 230 400 690 Сети и электроприемники 40 220 380 660 Таблица 2 - Номинальные напряжения (более 1000 В) переменного трехфазного тока, кВ (ГОСТ 721-77) Сети и приемники Генераторы и СК (3) 6 10 20 35 110 (150) 220 330 500 750 1150 (3,15) 6,3 10,5 21 - Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН с РПН первичные вторичные первичные вторичные обмотки обмотки обмотки обмотки (3 и 3,15) (3,15 и 3,3) (3,15) 6; 6,3 6,3; 6,6 6; 6,3 6,3; 6,6 10; 10,5 10,5; 11 10; 10,5 10,5; 11 20 22 20; 21 22 35 38,5 35; 36,75 38,5 121 110; 115 115; 121 (165) (158) (158) 242 220; 230 230; 242 330 347 330 330 500 525 500 750 787 750 1150 - Напряжения 3, 20 и 150 кВ считаются неперспективными и не рекомендуются для вновь проектируемых сетей. В сетях до 1000 В наибольшее распространение получило напряжение 380 В (220 В – однофазная составляющая трехфазной сети 380 В). Используется для питания осветительной нагрузки внутри и вне помещений, для питания мелкомоторной нагрузки промышленных предприятий, бытовых потребителей. Напряжение 660 В применяется в электросиловой нагрузки, а также заводских сетях для питания для питания городского электрифицированного транспорта (трамваи, троллейбусы). Напряжения 6 и 10 кВ используются для распределительных сетей в городской и сельской местности. Напряжения 35 и 110 кВ имеют наибольшее распространение. Напряжение 35 кВ используют в распределительных сетях (при удаленности потребителей). Напряжение 110 кВ выполняет две функции: 1. питает крупные центры потребления электроэнергии, т.е. выступает в роли системообразующего напряжения; 2. питает подстанции небольшой мощности, т.е. выступает в роли распределительного напряжения. Напряжение 220 кВ применяют в электрических системах с высшим напряжением 500 кВ, при значительном росте нагрузок, как наиболее перспективное по отношению к напряжению 110 кВ. Напряжения 330 кВ и выше играют роль системообразующих напряжений. 5. Вопросы и задачи, рассматриваемые на лекционных и практических занятиях Список тем лекционных занятий: 1. Цели и задачи курса. Основные понятия. Номинальные напряжения. 2. Классификация электрических сетей. 3. Основные сведения о линиях электропередачи. Схемы замещения и параметры элементов линий электропередачи. Векторные диаграммы линий электропередачи. 4. Трансформаторы. Параметры схем замещения трансформаторов. 5. Тестирование по вопросам, изложенным в лекциях 1-4. 6. Характеристики основных электроприемников. 7. Потери мощности и электроэнергии в элементах электрической сети. 8. Методы расчета сечений проводников. 9. Расчет режимов электрических сетей (общие сведения). 10. Расчет режимов простых замкнутых сетей. 11. Расчет режимов сложнозамкнутых сетей. Методы преобразования сетей. 12. Тестирование по вопросам, изложенным в лекциях 6-11. 13. Реактивная мощность в электрических системах. Компенсация реактивной мощности. 14. Методы и устройства регулирования напряжения. 15. Методы и устройства регулирования напряжения (продолжение). 16. Экономичность режимов электрических сетей. 17. Итоговое занятие. Подведение итогов. Тестирование по вопросам, изложенным в лекциях 1-16. Список тем практических занятий: 1. Параметры электрической схемы замещения линий замещения линий электропередачи и трансформаторов. 2. Параметры электрической схемы электропередачи и трансформаторов (продолжение). 3. Потери мощности и энергии. 4. Отчет по практическим занятиям 1-3. 5. Электрический расчет разомкнутой сети. 6. Выбор сечения проводников. 7. Электрический расчет сложных замкнутых сетей. 8. Отчет по практическим занятиям 5-7.