Системы электроснабжения

Лекция №1 Системы электроснабжения 1. Понятие о системах электроснабжения. Совокупность установок по выработке, распределению и потреблению электроэнергии и теплоты, связанных между собой электрическими и тепловыми сетями называется Энергетической системой, а часть энергосистемы (Генераторы, распределительные устройства, линии электропередачи) электрической системой. Отдельные энергосистемы соединяют между собой в единую энергосистему России. Это позволяет: 1. Повысить надежность питания потребителей. 2. Облегчается задача резервирования и вывода в резерв электрооборудования. 3. Электростанции можно строить в местах дешевого топлива. 4. Повышается технический уровень эксплуатации. Основными потребителями электроэнергии являются: Промышленность - 70%. Транспорт - 10%. Сельское хозяйство - 10%. Коммунальное хозяйство - 10%. Электроустановки потребителей характеризуются номинальными напряжениями. Номинальным - называют то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы. Электроустановки делятся до 1000 Вольт и выше 1000 Вольт. Это разделение связано с различием в типах и конструкциях аппаратов, а также различием в условиях безопасности. 1. Сети и приемники до 1000 Вольт - 220,380,660. 2. Наибольшее рабочее напряжение до 1000 Вольт - 230,400,690. 3. Свыше 1000 Вольт-(3),(6),10,20,35,110,(150),220,330,500,750,1150. 4. Свыше 1000 Вольт-3,3,6,6,11,22,38,5,121,165,242,341,525,787,1200. В скобках для новых установок применять не рекомендуется. Номинальное напряжение для генераторов и трансформаторов на 10% выше номинального напряжения потребителей. В России и других странах для производства и распределения применяют трехфазный переменный ток частотой 50 Герц. Для передачи электроэнергии на большие расстояния применяют высокое напряжение 500 кВ.,750 кВ.,1500 кВ. Подстанцией — называется электроустановка, на которой происходит прием и распределение электроэнергии. Если на п/ст есть трансформатор, то она называется - трансформаторная, если нет, то – распределительная. 2. Назначения и типы электрических станций, и режимы их работы. Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства- уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.. Для приведения во вращение электрических генераторов используют первичные двигатели - паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, тепло- и гидротурбины и др.. В зависимости от вида энергии, потребляемой первичным двигателем, электрические станции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения: ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и т.д. Тепловые электростанции. По характеру обслуживания тепловые электростанции делятся на районные ГРЭС-15 %, конденсационные КЭС-60 %, тепловые электроцентрали ТЭЦ-25 % электроэнергии. ГРЭС и КЭС снабжают только электрической энергией. Рис. 1. Принципиальная схема ТЭЦ и системы теплофикации. Твердое топливо поступает из топливного склада по транспортеру и попадает в топливный бункер, затем в дробильное устройство (шаровую мельницу). Угольная пыль пневматикой вдувается к горелке топки котла. При сгорании топлива выделяется газ с температурой 1200-1600'С. Эти газы омывают трубы внутри канала 1, по которым протекает вода. Вода превращается в пар с t=540-560'C и давлением 130-250 тыс.а, он поступает по паропроводу в паровую турбину 2. Вследствие разности давлений пара, поступающего в турбину и выходящего из нее, а также разности температур пар, расширяясь при прохождении через все ступени турбины, совершает механическую работу т.е. вращает вал турбины, а вместе с ним и генератор 3. Отработанный пар в паровой турбине с давлением 0,035-0,05 тыс.а и t=120-140 С. направляется по турбине в конденсатор 4, где пар превращается в дистиллированную воду, она откачивается насосом 5 в деаэратор 6 для освобождения от воздуха растворенного в воде. Другая часть пара с давлением 13-14 т. а направляется в теплофикационный коллектор 7, для использования в системе теплоснабжения. При водяной системе теплоснабжения пар поступает в коллектор 7 в пароводяные подогреватели 15, где отдает теплоту воде, циркулирующей в тепловой сети. Пар в пароводяных подогревателях превращается в конденсат, а насосом 18 откачивается в деаэратор. Нагретая вода поступает по линии тепловой сети 16 к потребителям 13 и 14 и после охлаждения в них по обратной линии тепловой сети попадает сетевыми насосами 17 вновь на подогрев в пароводяные подогреватели 15. При паровой системе теплоснабжения пар, из указанного коллектора 7, направляется в паровую линию 8, из нее в теплопотребляющие аппараты 9, где превращается в конденсат, который из сборных баков 11 насосами 12 через конденсатную линию 10 перекачивается в деаэратор б, а затем в котел 1 при помощи питательных насосов 20. Для конденсации пара в конденсаторе 4 подача воды в паровой котел 1 выполняется насосами 19, они подают холодную воду из 21 (река, озеро). Температура воды при выходе t=25-35'C. Отработанные газы из топки котла t=350-450'C не выбрасывают в атмосферу, а пропускают через экономайзер, который подогревает питательную воду. Затем газы проходят через золоуловитель и выбрасываются в трубу. КПД ГРЭС и КЭС - 30-40% КПД ТЭЦ - 60-70% Рис. 2. Принципиальная схема одноконтурной АЭС. 1.Турбина. 2.Генератор. 3. Конденсатор. 4. Конденсат. 5. Циркуляционный насос. 6. Реактор. 7. Рабочие каналы. Первая АЭС- Обнинская -5 мВт. Современные - 4000 мВт: Ленинградская, Нововоронежская, Кольская, Курская, Смоленская, Белоярская и др. Удельный вес АЭС - 12%. В одноконтурных АЭС контуры теплоносителя (воды) и рабочего тела (пара) совпадают. Все оборудование АЭС работает в радиационном режиме, что усложняет эксплуатацию, хотя упрощает процесс получения тепловой энергии. В качестве регулятора скорости протекания реакции используют вертикально расположенные в реакторе стержни из графита, а в качестве теплоносителя - тяжелую воду или жидкий гелий (t=-190/c). Выделяющаяся в каналах реактора тепловая энергия нагревает воду первичного контура до температуры 255-275'С. Нагретый пар поступает в парогенератор, где отдает свою теплоту вторичного контура и превращает ее в пар с температурой 250-260'С и давлением 1,25 мПа, который подается в турбину. Охлажденная вода из парогенератора при t=190'C и давлением 10 мПа подается циркуляционным насосом обратно в реактор. Эта вода радиационная, поэтому оборудование этого контура ограждают специальными конструкциями (железобетон, чугун, свинец). Вторичный замкнутый контур «парогенератор - турбина - конденсатор» не радиоактивный как на АЭС одноконтурной. Гидроэлектростанции. Первичный двигатель на ГЭС гидротурбина. С гидротурбиной соединен генератор. Для этого по всему створу реки устанавливают плотину, уровень реки перед плотиной (верхний бъеф) 1 окажется выше уровня после плотины 2 (нижний бъеф 3). Разность уровней между верхним и нижним бъефом - называется напором. Мощность электростанции определяется напором и количеством воды (расходом) проходящим через турбины в единицу времени. Гидравлические турбины устанавливают на уровне 3 (нижнего бъефа), где по проводящему каналу вода направляется в спиральную камеру и из нее на лопасти ротора гидротурбины, на который насажан ротор электрогенератора. Энергия воды в гидротурбине превращается сначала в механическую, а потом в электрическую. Рис.3. Плотинная ГЭС на равнине. 3. Структурные схемы передачи электроэнергии к потребителям. При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема передачи электроэнергии, на которой показывают основные функциональные части электроустановки (РУ, Трансформаторы, генераторы ) линии связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки. На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений. На рис. 6 изображена структурная схема, где СШ - Сборные шины, В – Выключатель, Рз, Рл, Рш - Разъединитель с заземляющими ножами, разъединитель линейный; разъединитель шинный . В схеме А) минимальное количество аппаратов и устройств увеличивает надежность и экономичность. Надежность за счет применения В, что исключает ошибки персонала. На рис.Б) схема более гибкая и надежная, обеспечивает бесперебойность питания потребителей. При повреждении на секции 1 отключается Вс - секционный выключатель, затем генератор поврежденной секции. Это локализует аварию. Рис.4 . Структурная схема передачи электроэнергии А) Б) Собственные нужды электрических станций и подстанций. На современных электростанциях производственный процесс полностью механизирован за счет применения различных механизмов, устанавливаемых на основных агрегатах и устройствах станций и подстанций. К механизмам собственных нужд электростанций относятся приводные двигатели механизмов их источники питания, внутристанционные электросети, распределительные устройства установок. По назначению и характеру работы механизмы собственных нужд разделяют на ответственные и неответственные. Ответственные, остановка которых вызывает снижение выработки электрической и тепловой энергии, ведет к порче оборудования, остановке основных агрегатов. Неответственные, остановка которых не приведет к снижению выработки электрической и тепловой энергии. (Вентиляторы, компрессоры). К установкам собственных нужд относятся осветительные установки, аккумуляторные установки.