Особливості експлуатації електрообладнання

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ МИКОЛАЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ЕНЕРГЕТИКА АГРАРНОГО ВИРОБНИЦТВА

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

з дисципліни «Експлуатація енергообладнання та засобів автоматизації»

Виконала: студентка групи Ен 5 М

Курінна Н.М.

Перевірив: к. т. н. Плахтир О.О.

МИКОЛАЇВ — 2012

Зміст

• Вступ
• 1. Експлуатація повітряних ліній (ПЛ)
• 2. Експлуатація кабельних ліній (КЛ)
• 3. Експлуатація трансформаторів
• 4. Експлуатація електричних машин
• Використана література
• Висновок

Вступ

В системі агропромислового комплексу електрифіковано і знаходиться в експлуатації велика кількість установок водопостачання та зрошення, високовиробничих потокових агрегатів для сушіння та транспортування зерна, потокових ліній, цехів та заводів приготування кормів, великих птахофабрик, комплексів промислового типу для відгодівлі великої рогатої худоби, підприємства по переробці сільськогосподарської продукції та інше.

В даних господарствах щорічно споживається близько 10% всієї електроенергії, що виробляється в країні. Окрім росту числа використовуваних електроустановок, в електрифікації сільського господарства проходять якісні зміни електроенергетичної бази. Так, всі об'єкти, що відносяться до першої категорії по забезпеченню електроенергією, мають складні мережі внутрішнього та зовнішнього енергопостачання від декількох трансформаторних підстанцій, що приєднані до різноманітних районних електромереж. В основних технологічних процесах експлуатується велика кількість електродвигунів, електронагрівальних, освітлювальних та опромінювальних установок, складних систем автоматики і пускозахисної апаратури.

Для виконання поставлених задач необхідно підняти на якісно новий рівень базу сільської енергетики шляхом її технічного переоснащення, прискорити розробку і виробництво нового високоефективного електротехнічного та теплоенергетичного обладнання, приборів та засобів автоматизації. Окрім того, необхідно прийняти дієві міри для підвищення надійності електропостачання, збільшення об'ємі елекромережевого будівництва, підвищення рівня технічного стану сільських установок і електричних мереж, укріпленню виробничої бази енергетичної служби в селі та забезпеченню її кадрами, рішенню питань матеріально — технічного забезпечення робіт, зв’язаних з подальшим розвитком електрифікації.

електрообладнання кабельна лінія трансформатор Покращення експлуатації електрообладнання, підвищення його експлуатаційної надійності являється однією з головних задач на сучасному етапі електрифікації сільського господарства. Тому, серед заходів по забезпеченню зниження інтенсивності відмов енергообладнання, важливе значення надається захисту електроустановок при аварійних режимах, впровадженню більш перспективної системи технічного обслуговування і ремонту енергообладнання та засобів автоматизації, організації служб по електротехнічному сервісу, раціональному використанню електричної та теплової енергії, зниженню її втрат.

1. Експлуатація повітряних ліній (ПЛ)

Задача 1.1 Повітряна лінія сполучає джерело енергії зі споживачем (рис. 1.1). Вид споживача — трансформатор. Технічні дані споживача: Вважати, що всі трансформатори працюють в режимі, що підвищує.

Рис.1.1 Схема постачання енергії по повітряній лінії

1. Для даної схеми по заданому навантаженню, матеріалу проводу і кількості годин використання максимуму навантаження вибрати повітряну лінію по економічній щільності струму.

2. Для даної схеми по заданому навантаженню вибрати повітряну лінію по допустимому нагріву.

3. Визначити поправочний температурний коефіцієнт, що враховує температуру навколишнього середовища.

Вихідні дані: Споживач — трансформатор ТМН — 6300/20, матеріал дроту — мідь.

Рішення:

1. Вибір перетину провідників по економічній щільності струму.

Перетини провідників повинні бути перевірені по економічній щільності струму. Економічно доцільний перетин S_е, мм², визначається з співвідношення:

де I_р - розрахунковий струм під час максимуму енергосистеми, А.

Для трансформаторів:

де J_ек - нормоване значення економічної щільності струму, А/мм² для заданих умов роботи, вибиране по табл.1.1.

Таблиця 1.1

Економічна щільність струму

Перетин, отриманий в результаті вказаного розрахунку, округляється до найближчого стандартного перетину.

Розрахунковий струм приймається для нормального режиму роботи, тобто збільшення струму в після аварійних і ремонтних режимах мережі не враховується.

2. Дотримання режиму термічної стійкості дроту.

За отриманим значенням розрахункового струму споживача вибираємо перетин проводу (табл.1.2), виходячи з умови .

3. Дотримання режимів роботи лінії по струмах навантаження.

Дроти повітряних ліній (ПЛ) при протіканні по ним електричного струму нагріваються. Правилами пристроїв електроустановок встановлена гранично допустима температура голих проводів при тривалому протікань струму, рівна 70 °C.

Таблиця 1.2

Допустимий тривалий струм для неізольованих проводів по ДСТУ839−80

Для проводів ПЛ передбачені тривало допустимі струмові навантаження I_н, розраховані з умови рівності температури навколишнього середовища 25 °C (тривало допустимі струмові навантаження голих проводів на відкритому повітрі приводяться в ПУЕ і ПТЗ).

Якщо температура навколишнього середовища відрізняється від +25°С, тривало допустиме навантаження I_t визначають з урахуванням поправочного коефіцієнта:

де t_{пр -} гранично допустима температура нагріву проводу;

t_нав - температура навколишнього середовища.

Гранично допустимі струмові навантаження допускаються тільки в аварійних випадках. У решті всіх випадків струм повинен бути не більше за робочого максимального, взятого за початковий параметр при розрахунку і виборі проводів низьковольтної мережі. Режим напруги лінії контролюється на вторинних затисках трансформатора (на введеннях споживача). При відхиленні напруги вище допустимої користуються перемикачем трансформатора (у відключеному стані).

Задача 1.2 Повітряна лінія (ПЛ) електропередачі довжиною, виконана сталевоалюмінієвими проводами перетином проходить в районі інтенсивного утворення ожеледі. Плавка ожеледі на проводах ПЛ може здійснюватися від шин низької напруги 6…10 кВ крупної вузлової підстанції, що живить лінію (рис. 1.1).

Розрахувати потужність S і напруга U, потрібні для плавки ожеледі змінним і випрямленим струмом.

Вихідні дані: плавка здійснюється змінним струмом, .

Рис.1.2 Принципова схема плавки ожеледі змінним струмом.

Рішення:

Принципова схема плавки ожеледі змінним струмом приведена на рис. 1.2 При плавці ожеледі змінним струмом, повітряні лінії підключається до шин 6…10 кВ безпосередньо, на іншому кінці дроту ПЛ замикаються накоротко. Струм плавки I_пл рекомендується приймати рівним (1,0…2,0) · I_доп.

Плавка ожеледі змінним струмом (рис. 1.2.):

1. Прийняти певну величину струму плавки ожеледі:

2. Визначити опори проводів ПЛ (R, X, Z):

3. По величині струму I_пл і повному опору Z обчислити лінійну напругу джерела живлення U, прийняти найближчу номінальну напругу:

4. По величинах I_пл і U визначити повну трифазну потужність S, потрібну для плавки ожеледі:

2. Експлуатація кабельних ліній (КЛ)

Задача 2.1 Кабельна лінія (КЛ) сполучає джерело енергії із споживачем (рис. 2.1.). Вид споживача асинхронний двигун (АД) ДА302−16−64−10У1.

Технічні дані:

матеріал дроту — алюміній, тип кабелю — 3, місце знаходження у землі.

1. Для даної схеми навантаженню вибрати кабельну лінію по економічній щільності струму.

2. Для даної схеми навантаженню вибрати кабельну лінію по тривало допустимому струму.

3. Залежно від місця знаходження, температури навколишнього середовища і типу кабелю визначити тривало допустиме навантаження кабельної лінії з урахуванням температури навколишнього середовища.

4. Скоректувати допустиме навантаження кабельної лінії за даними попереднього завдання за точною формулою.

Рис.2.1 Схема живлення споживача по кабельним лініям.

Рішення:

1. Вибір перетину провідників по економічній щільності струму. Перетини провідників повинні бути перевірені по економічній щільності струму.

Економічно доцільне перетин S_е, мм², визначається із співвідношення

де I_р - розрахунковий струм під час максимуму енергосистеми, А;

J_ек - нормоване значення економічної щільності струму, А/мм², для заданих умов роботи, вибиране з табл.1.2.

Таблиця.2.1

Тривало допустимі температури жил кабелю залежно від типу кабелю.

Розрахунковий струм приймається для нормального режиму роботи, тобто збільшення струму в післяаварійних і ремонтних режимах мережі не враховується.

2. Дотримання режиму термічної стійкості дроту.

За отриманим значенням розрахункового струму споживача вибираємо перетин проводу по табл.1.2, виходячи з умови

3. Дотримання режимів роботи лінії по струмах навантаження.

Допустимі температури нагріву токоведущих жил визначаються конструкцією кабелю (типом використаної ізоляції), робочою напругою, режимом його роботи (тривалий, короткочасний). Тривало допустимі температури струмоведучих жил не повинні перевищувати табличних значень.

Допустимі струмові навантаження для нормального тривалого режиму кабельної лінії визначають по таблицях, наданим в електротехнічному довіднику. Ці навантаження залежать від способу прокладки кабелю і виду середовища, що охолоджує (земля, повітря).

За розрахункову температуру грунту береться найбільша середньомісячна температура (зі всіх місяців року) на глибині прокладки кабелю. За розрахункову температуру повітря приймають найбільшу середню добову температуру, що повторюється не менше трьох днів в році.

Тривало допустимі навантаження визначають по ділянці траси кабельної лінії з якнайгіршими умовами охолоджування, якщо довжина ділянки не менше 10 м.

При прокладці в одній траншеї декількох кабелів вводять поправочний коефіцієнт k₂, залежний від числа паралельно прокладених кабелів і відстані в гнічу між ними.

Для кабелів, прокладених в землі, тривало допустимі струмові навантаження прийняті з розрахунку прокладки одного кабеля в траншеї на глибині 0,7…1,0 м при температурі землі 15 °C. Для кабелів, прокладених на повітрі, температура навколишнього середовища прийнята рівною 25 °C. Якщо розрахункова температура t_р навколишнього середовища відрізняється від прийнятих умов t_н, вводиться поправочний коефіцієнт k₁, рівний:

де t_{пр -} гранично допустима температура нагріву проводу;

t_нав - температура навколишнього середовища.

В умовах необхідності застосування обох поправочних коефіцієнтів тривало допустиме навантаження:

Кабельні лінії напругою до 6…10 кВ, що несуть навантаження менше номінальних при коефіцієнті попереднього навантаження не більше 0,6.0,8 м, можуть короткочасно і тривало перевантажуватися (див. ПТЕ і ПУЕ). Для точнішого визначення здатності навантаження кабелю рекомендується вимірювати температуру металевих оболонок кабелів t_об, а потім визначати температуру жили кабелю Т_ж по формулі:

де ?T_каб — перепад температур від оболонки до жили кабелю;

t_об - температура оболонки, зміряна при досвіді°С.

Якщо в результаті вимірювань температура жили кабелю Т_ж виявиться нижчою за допустиму величину Т_{ж. д}, можна скоректувати навантаження кабелю, збільшивши її до значення, що визначається за формулою:

де I_оп і Т_ж - зміряне навантаження і температура жили кабелю.

3. Експлуатація трансформаторів

Задача 3.1.

1. Визначити число витків обмотки, що намагнічує, і струм в обмотці при індукційній сушці.

2. Визначити параметри сушки трансформаторів струмами нульової послідовності.

Вихідні дані: Трансформатор, неутеплений, ребристий,

Рішення:

Ізоляцію обмоток трансформаторів можна сушити різними методами: у сушильних печах, за допомогою ламп інфрачервоного світла, струмом короткого замикання, втратами у власному баку і струмами нульової послідовності. Проте в умовах експлуатації набули поширення найбільш економічні і зручні методи сушки втратами в власному баку і струмами нульової послідовності. І в тому і в іншому випадку сушку можна проводити на місці установки трансформаторів при будь-якій температурі навколишнього середовища, але із зливом масла з баків.

Сушка втратами у власному баку. Іноді цей метод називають індукційним. Нагрів відбувається втратами в баку, для чого на бак трансформатора намотують обмотку, що намагнічує (рис. 3.1). Щоб отримати більш рівномірний розподіл температури усередині бака, обмотку, що намагнічує, намотують на 40.60% висоти бака (знизу), причому на нижній частині бака витки мають в своєму розподілі густіше, щільніше, ніж на верхній. Дріт для обмотки може бути вибраний будь-якій.

Рис.3.1 Схема сушки трансформатора за допомогою обмотки, що намагнічує: а - однофазна обмотка, що намагнічує; б - що трифазна намагнічує обмотка; 1 - трансформатор, що нагрівається; 2 - обмотка, що намагнічує; 3 - джерело живлення.

1. Розрахунок обмотки.

Число витків:

де U - напруга джерела струму, В;

l - периметр бака, м.

Величину А визначають по табл.3.1 залежно від питомих втрат ?Р:

де k_т - коефіцієнт тепловіддачі, для не утепленого k_т = 12 кВт/ (м²· град);

F - поверхня бака трансформатора, м²;

F_o - поверхня бака, зайнята обмоткою, м²;

t_k - температура нагріву бака, зазвичай рівна 100 °C;

t_о - температура навколишнього середовища°С.

Струм в обмотці:

де cos = 0,3 — для трансформаторів з ребристими баками.

Чим товще за стінку бака, масивніше за деталь зовнішнього кріплення, тим вище значення з cos.

Температуру нагріву трансформатора можна регулювати зміною напруги, що підводиться, зміною числа витків обмотки, що намагнічує, періодичними відключеннями живлення обмотки, що намагнічує.

Таблиця 3.1

2. Сушка струмами нульової послідовності (СНП).

Цей спосіб відрізняється від попереднього тим, що обмоткою, що намагнічує, служить одна з обмоток трансформатора, сполучена по схемі нульової послідовності. Трансформатори мають 12 групу з'єднання обмоток. У цьому випадку дуже зручно використовувати як намагнічувальну обмотку нижчої напруги, яка має виведену нульову точку.

При сушці трансформатора струмами нульової послідовності (рис. 3.2.) нагрів відбувається за рахунок втрат в обмотці, що намагнічує, в сталі магнітопровода і його конструктивних деталей, в баку від дії потоків нульової послідовності.

Рис.3.2 Схема сушки трансформатора струмами нульової послідовності: 1 - потенціал-регулятор; 2 - обмотка НН; 3 - обмотка ВН.

Таким чином, при сушці трансформаторів струмами нульової послідовності є внутрішні і зовнішні джерела тепла. Ця сушка є як би поєднанням двох способів сушки: струмом короткого замикання і втратами в власному баку.

Параметри сушки трансформаторів струмами нульової послідовності можуть бути визначені таким чином. Потужність, споживана обмоткою, що намагнічує:

де p - питомі витрати потужності.

Для трансформаторів без теплової ізоляції бака, сушка яких протікає при температурі активної (виймальної) частини 100…110°С і навколишнього середовища 10…20°С, можна застосовувати p = 0,65.0,9 кВт/м². Менше значення питомої потужності приймають для трансформаторів меншої потужності.

Напруга, що підводиться, при з'єднанні обмотки, що намагнічує, в зірку де z₀ - повний опір нульової послідовності фази обмотки, воно може бути визначене досвідченим шляхом.

Чим більше потужність трансформатора, масивніше деталі його внутрішнього кріплення, товще стінки бака, менше відстань між магнітопроводом і баком, тим більше значення cos_о. Його значення також можна визначити досвідченим шляхом.

Фазовий струм сушки, необхідний для вибору вимірювальних приладів і перетину проводів, що підводять, для трансформаторів з трубчастими баками може бути визначений з виразу:

де S_н - номінальна потужність трансформатора, кВА.

При внутрішньому джерелі тепла сушка трансформаторів струмами нульової послідовності характеризується значно меншим споживанням потужності (до 40%) і часом сушки (теж до 40%) в порівнянні з сушкою трансформатора втратами у власному баку.

Недолік сушки трансформаторів струмами нульової послідовності полягає в тому, що напруга живлення нестандартна, тобто необхідне спеціальне джерело струму. Найчастіше таким джерелом струму може бути зварювальний трансформатор.

Тривалість перебування активної частини трансформатора на відкритому повітрі не повинна перевищувати 16 годин в суху погоду (відносна вологість повітря до 75%) і 12 годин у вологу (відносна вологість повітря понад 75%).

Всі трансформатори після заливки маслом до включення витримують 48 годин в теплому приміщенні і 120 годин в холодному.

Опори нульовій послідовності фаз обмоток приведені в табл.3.2.

Таблиця 3.2

4. Експлуатація електричних машин

Задача 4.1 Вибір асинхронного двигуна.

Визначити розрахункову потужність двигуна, вибрати по каталогу АД (табл.4.1.), призначене для приводу механізму з циклічним графіком навантаження в тривалому або повторно-короткочасному режимах роботи. Провести перевірку двигуна по перевантажувальній здатності.

Вихідні дані:

Рішення:

Еквівалентний момент на валу:

Тривалість включення:

Еквівалентна потужність:

Розрахункова потужність:

По розрахунковій потужності вибираємо двигун

.

Обираємо двигун: 4АС160S4У3 для 33,3% ПВ.

Максимальний момент двигуна:

де — кратність максимального моменту, для АД — 1,6 … 2,5.

Перевірка двигуна по перевантажувальній здатності.

Порівнюємо найбільший момент навантаження, визначуваний по графіку навантаження з максимальним моментом двигуна. Перевірка задовольняє вимогам.

Таблиця 4.1

Висновок

Промислове підприємство (цех), місто (мікрорайон), селище, що не мають своєї електростанції, потрібно приєднати до мереж енергосистеми з подальшим розподілом електроенергії. Електрична лінія, що виходить за межі електростанції або підстанції і призначена для передачі електричної енергії називається лінією електропередач. Електричні мережі можуть бути виконані повітряними і кабельними лініями, шинопроводами і струмопроводів.

Кабельна лінія електропередачі (КЛ) — лінія для передачі електроенергії, що складається з одного або декількох паралельних кабелів із з'єднувальними, стопорними та кінцевими муфтами (закладення) і кріпильними деталями.

Електричною повітряною лінією (ПЛ) називається пристрій, призначений для передавання й розподілення електричної енергії по проводах, розташованих на відкритому повітрі і прикріплених до різних опорних конструкцій. Повітряні лінії електропередачі поділяються на ПЛ напругою до 1000 В і понад 1000 В (3, 6, 10 кВ і вище за шкалою стандартних напруг).

В енергосистемах в більшості випадків застосовують трифазні трансформатори. Група з трьох однофазних трансформаторів коштує дорожче й вимагає приблизно на 20% більше міді і сталі, ніж один трифазний трансформатор тієї ж потужності. Тому однофазні трансформатори встановлюють лише в тих випадках, коли за умовами транспортування не можна застосовувати трифазні, а також при відсутності I трифазних трансформаторів необхідної потужності

В усіх галузях народного господарства України використовують електродвигуни, синхронні генератори, зварювальні генератори і перетворювачі, пускові і захисні апарати, а також інші типи електрообладнання. У зв’язку з неперервним зростанням кількості обладнання особливо важливого значення набувають питання розробки нових форм експлуатації, які забезпечують підвищення культури експлуатації і надійності роботи електрообладнання при одночасному зниженні трудових і грошових витрат.

Використана література

1. Андриевский В. Н., Голованов А. Т., Зеличенко А. С. Эксплуатация воздушных линий электропередачи. — М.: Энергия, 1975. — 615 с.

2. Ермолин Н. П., Жерехин И. П. Надежность электрических машин общепромышленного и бытового назначения. — Л.: Энергия, 1976. — 247 с.

3. Ермолаев С. А. и др. Защита трансформаторного масла от увлажнения // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1985, № 11. с.55−56

4. Курбатова Г. С. Электродвигатели для сельского хозяйства. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 54 с.

5. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 424 с.

6. Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоатомиздат. — 648 с.

7. Руководящие указания по плавке гололеда на ВЛ до 20 кВ в сельской местности. — М.: СЦНТИ Энергонот, 1974. — 43 с.

8. Эксплуатация и ремонт электрооборудования и средств автоматизации (АА. Пястолов, А. Л. Вахрамаев, С. А. Ермолаев и др.) — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 1993. — 50 с.