Тема 12 . Поняття про виробництво, передача і розподіл електричної енергії
Мета: пояснити студентам передачу електричної енергії, розподіл електричної енергії, заземлення , занулення , захист від блискавки.
Актуальність: знання даної теми необхідні для розуміння роботи побутових техніки.
Міжпредметна інтеграція: хімія , фізика, математика.
План
1.Джерела електричної енергії.
2.Трансформаторні підстанції
3. Заземлення та занулення.
Після вивчення теми студент повинен знати:
види електричних станцій,
трансформаторні підстанції
заземлення, занулення
Ключові поняття та терміни:
-електростанція,
- джерела електричної енергії,
-заземлення, нуль
- занулення.
Самостійна робота студента:
Захист від блискавки.
Повітряні та кабельні лінії.
Передавання електричної енергії на відстані.
Література
Данилов И.А. ,Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники:учеб. пособ. для неэлектротехнических спец. Техникумов.-М.:Высшая школа, 1989
Коруд В.І та ін.. Електротехніка : навч. пос. / за заг. Ред.. В.І. Коруда. –Львів: ’’Магнолія плюс’’,видавець СПД ФО В.М. Піча, 2004
-1-
Джерелом електричної енергії для живлення різних струмоприймачів у виробництві й побуті є електричні генератори,встановлені на електростанціях.
Типи електростанцій визначаються джерелами енергії, що використовуються для роботи їх.
Основний вид електростанцій у нас — великі районні електростанції, які постачають електричну енергію населеним; пунктам і підприємствам, віддаленим на сотні кілометрів.
Залежно від джерела енергії електростанції поділяються на теплові, гідравлічні, вітряні, сонячні (геліоелектростанції ) й атомні.
На теплових електростанціях (ТЕС) генератори приводяться в рух паровими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння. Джерелом енергії для паротурбінних установок з вугілля, торф, дрова, природний газ, а для двигунів внутрішнього згоряння — нафта, гас, рідше бензин. У паротурбінних установках і двигунах внутрішнього згоряння з енергетичної точки зору відбувається один і той самий процес перетворення хімічної енергії палива в електричну енергію. Цей процес складається з кількох етапів, кожний з яких пов'язаний з неминучими втратами енергії. Тому к.к. д. ТЕС низький — не вище 30 %. К. к. д. теплоелектроцентралей (ТЕЦ, у яких спрацьована пара турбіни використовується для нагрівання води, до постачається підприємствам і житловим будинкам, досягає 50 %.
На гідравлічних електростанціях (ГЕС) генератори приводяться в дію водяними турбінами. Джерелом енергії є потенціальна енергія води, яка виникає при створенні греблею різниці в її рівнях. ГЕС порівняно з ТЕС простіші в обслуговуванні, мають вищий к. к. д. і працюють на безплатному паливі. До недоліків ГЕС слід віднести більші капітальні витрати при їх спорудженні.
На вітряних електростанціях (ВЕС) генератор приводиться в рух вітряним колесом. Джерелом енергії є кінетична енергія частинок повітря. К. к. д. ВЕС невеликий і будувати їх доцільно лише там, де є постійні вітри.
На сонячних електростанціях (СЕС) первинним двигуном є парова турбіна. Промениста енергія сонця вловлюється дзеркалами і нагріває воду в котлі. Останній виробляє пару для турбіни, яка й перетворює теплову енергію в електричну. Енергію сонця на СЕС можна використовувати й іншим способом, спрямовуючи вловлювані дзеркалами промені на систему напівпровідників. При цьому відбувається безпосереднє перетворення променистої енергії сонця в електричну. Проте промислової СЕС з напівпровідниками поки що не існує.
На атомних електростанціях (АЕС) первинним двигуном є парова турбіна,а джерелом енергії — ядерний реактор. Енергія, що звільняється при розпаді ядер ізотопів урану, перетворюється в ядерному реакторі в теплову енергію. В реакторі (або, як його називають, атомному котлі) нагрівається первинний теплоносій — вода, газ або розплавлені солі деяких металів. Теплоносій містить радіоактивні речовини, тому безпосередньо використовувати його не можна. Він надходить у теплообмінник, де віддає свою теплоту воді. Остання, вже вільна від радіоактивних домішок, випаровується, а пара надходить у парову турбіну АЕС.
-2-
Залежно від призначення трансформаторні підстанції (ТП) бувають підвищувальними та знижувальними. Щодо конструкції вони поділяються на відкриті й закриті.
Відкриті ТП працюють при напрузі 35 кВ і вище. На цих підстанціях усе устаткування (силові й вимірювальні трансформатори, комутаційна апаратура тощо) розміщуються на відкритому повітрі. В невеликому закритому приміщенні розташовуються лише щит низької напруги, пункт керування, а також сигнальна, вимірювальна й захисна апаратура. Перевагою відкритих ТП над закритими є те, що для них не треба споруджувати будинків, полегшується монтаж устаткування, менша небезпека пожеж і вибухів. Їх недоліками є потреба у великій території, важкість експлуатації й ремонту (особливо в зимовий час), а також вища вартість апаратури. Відкритими звичайно бувають потужні міські та районні ТП, які живлять ТП підприємств району.
Закриті ТП споруджують на напругу до 10 кВ. Вони складаються з трансформаторів і цілого комплексу високовольтної й низьковольтної комутаційної, сигналізаційної, захисної та вимірювальної апаратури і приладів. Звичайно закриті ТП — це заводські чи міські комунальні знижувальні підстанції, які трансформують одержувану від районної ТП напругу 6 або 10 кВ у напругу 400/230 В, потрібну для живлення струмоприймачів.
На рис. 12.3 зображено схему комутації ТП з двома трансформаторами — силовим ТІ і освітлювальним Т2. Її високовольтні шини (3—10кВ) живляться від районної ТП через роз"єднувач QS1.
Рис 12.3 Схема комутації ТП з Рис.12.4 Схема електропостачання
двома трансформаторами великого промислового підприємства
Через роз'єднувачі QS2 QS3 і масляні вимикачі ( QS4 QS5 струм надходить до знижувальних трансформаторів ТІ, Т2 і потім через автоматичні вимикачі, QF1 , QF2 до силового й освітлювального щитів. Звідси через запобіжники FU1 , FU2 і рубильники QS6 , QS7 струм спрямовується до цехових пунктів живлення. На щитах низької напруги встановлюються прилади для обліку електричної енергії, контролю й захисту ліній живлення цехових пунктів.
На рис. 12.4 показано схему електропостачання великого промислового підприємства від двох генераторів змінного струму G1 ,G2 , які працюють паралельно на шини електростанції напругою 10 кВ. Тут же встановлено підвищувальні трансформатори ТІ і Т2, що трансформують напругу 10 кВ у 35 кВ. Від шин 35 кВ електростанції ПЛ йдуть до районної чи міської ТП, де напруга 35 кВ трансформується в 10 кВ за допомогою трансформаторів ТЗ, Т4, Від шин 10 кВ цієї ТП відходять КЛ, які живлять заводські знижувальні ТП з трансформаторами Т5 і Т6, на яких напруга 10 кВ трансформується в експлуатаційну напругу 400/230 В. Від шин заводської ТП йдуть КЛ, що живлять цехові розподільні пункти, від яких, у свою чергу, живляться окремі струмоприймачі.
-3-
Цехи сучасних промислових підприємств дуже насичені електроустановками. Розподільні шафи, освітлювальні щити, електродвигуни, ' електролампи, зварювальні апарати, пускорегулювальна апаратура в справному стані не являють небезпеки для цехового персоналу, бо їх струмоведучі частини звичайно захищені надійно, а захисні кожухи відокремлено від струмоведучих частин ізоляцією. Проте при пошкодженні ізоляції захисні металеві оболонки струмоведучих частин потрапляють під напругу, й людину, яка доторкнеться до них, може уразити струм.
Якщо умови будуть такими, що через тіло людини пройде струм до 0,1А, то потерпілий зазнає опіків і загального нервового потрясіння. Якщо струм перевищуватиме 0,1 А, то може настати смерть, бо електричним ударом будуть вражені центри дихання й серцевої діяльності людини.
Рис. 12.7. Проходження струму через людину (а) та заземлення захисного кожуха рубильника (б)
Подивимось, як відбувається ураження людини електричним струмом (рис. 12.7, а).
Якщо в точці в станеться пробій ізоляції рубильника, то напруга мережі через провід 1 потрапить на його захисний кожух, і через людину, яка доторкнеться до нього, пройде струм по колу 1-е-Rл-f-c-R-провід від 2 мережі, де Rл, — опір людського тіла,а R — опір ізоляції проводів відносно землі. При достатньо малому опорі R (стара чи волога ізоляція мережі) й перехідному опорі в точці f (людина у вогкому взутті, без захисних калош) струм може виявитись небезпечним для здоров'я та життя потерпілого.
Щоб запобігти ураженню людини струмом, корпус рубильника заземлюють, тобто з'єднують заземлюючим проводом із заземлювачем — пристроєм із забитих у землю стальних труб, з'єднаних між собою стальною штабою. Сукупність заземлюючого проводу й заземлювача називається захисним заземленням (рис. 12.7, б).
При пробої на заземлений захисний кожух рубильника струм пройде по двох паралельних колах: через захисне заземлення (провід 1-е-заземлювач -с-R- провід 2) і через людину (провід 1-е-Rл-f-с-R- провід 2).
Рис 12.8. До розгляду заземлення й занулення в,системах трифазного струму
Оскільки опір людського тіла в кілька тисяч разів більший від опору заземлювача, через людину пройде дуже малий струм, який не завдасть їй ніякої шкоди. Опір заземлювача бажано робити якнайменшим (звичайно близько 4 Ом).
Спосіб з'єднання захисних оболонок електроустаткування з заземлювачем залежить від схеми електропостачання підприємства, яка може бути з ізольованою чи з заземленою нейтраллю при три- та чотири-провідній системах трифазного струму.
У системі з ізольованою нейтраллю (рис. 12.8, а) захисне заземлення виконується у вигляді шин, які відходять від заземлюваних корпусів електроустаткування й приєднуються до замкненого контура цехової заземлюючої магістралі, з'єднуваної в кількох точках із заземлювачем.
У системі з заземленою нейтраллю при три провідній мережі (рис. 12.8, б) схема заземлення та сама, але заземлююча контурна магістраль приєднується до нульової точки трансформатора, з'єднуваної з заземлювачем.
При пробої будь-якої фази на корпус електроустаткування виникає однофазне коротке замикання, яке призводить до розплавлення запобіжника на пошкодженій фазі й до її вимкнення. Зазначений спосіб захисту від пробою на корпус електроустаткування називається захисним зануленням.
У системі з заземленою нейтраллю при чотири провідній мережі (рис. 12.8, в) нульовий провід підводиться до кожного апарата. До цього проводу приєднуються всі корпуси електроустаткування й арматури світильників. Цей спосіб захисту від пробою теж називається захисним заземленням.
Захисне заземлення й занулення виконуватимуть свої функції лише тоді, коли опір заземлювача буде достатньо малим, а цілість кіл заземлення й занулення систематично перевірятиметься.