Лекции по "Экономике"

Номинальная полная мощность синхронного компенсатора соответствует его работе с перевозбуждением.

Наибольшие значения тока и мощности в недовозбужденном режиме получаются при работе в реактивном режиме.

В большинстве случаев  в недовозбужденном режиме требуются меньшие мощности, чем в перевозбужденном, но в некоторых случаях необходима большая мощность. Этого можно достигнуть увеличением зазора, однако это приводит к удорожанию машины, и поэтому в последнее время ставится вопрос об использовании режима с отрицательным током возбуждения. Поскольку синхронный компенсатор по активной мощности загружен только потерями, то, согласно он может работать устойчиво также с небольшим отрицательным возбуждением.

5. Виды электрических станций.

Тепловые электростанции – вырабатывают до 70% электрической энергии. 
Подразделяются на: - конденсационные (КЭС); 
- теплофикационные (ТЭЦ);

КЭС (конденсационные  электростанции) предназначены для выработки электрической энергии, работают в свободном режиме.  
На теплоэлектростанциях (ТЭС) энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат. На ТЭС топливом служат уголь, торф, мазут и газ.  
Условием строительства КЭС, является наличие источника водоснабжения. КПД КЭС не превышает 40%. Наибольшие энергетические потери имеют место в конденсаторе, где отработавший пар содержит некоторое количество тепла, при t= 60-70°С, которое нигде не используется. КЭС ещё называют также государственной районной станцией – ГРЭС (Кармановская ГРЭС). КЭС (ГРЭС) недостаточно маневренны, их подготовка к пуску и набор нагрузки занимает от 3 до 6 часов. 
ТЭЦ (теплоэлектроцентрали), предназначены для снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. Они более экономичные. 
Специфика электрической части ТЭЦ определяется расположением электростанции вблизи центра электрических нагрузок. 
КПД ТЭЦ около 60% за счёт более эффективного использования тепловой энергии.

Атомная электростанция (АЭС). В АЭС используется энергия ядерных реакций. В качестве горючего используют изотоп урана-235. Изотоп - разновидность одного и того же элемента отличающегося массой атомов. Тепловая энергия, выделяющаяся при реакции деления, отводится с помощью теплоносителя. 
Технологическая схема АЭС зависит от типа теплореактора, вида теплоносителя и замедлителя и может быть одно, двух и трёх контурной.   
Замедлители, в качестве которых могут использоваться графит, замедляют быстрые нейтроны, образующиеся при делении ядер урана до медленных (тепловых) нейтронов. 
Одноконтурная схема АЭС усложняет биологическую защиту, так как радиоактивность распространяется на все элементы блока.  

Гидроэлекростнция (ГЭС) Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Мощность гидрогенератора пропорционально набору воды и её расходу. 
Водное пространство перед плотиной называют верхним бьефом, ниже плотины – это нижний бьеф. Из-за меньших эксплутационных расходов,  себестоимость электрической энергии на ГЭС меньше, чем на ТЭС. 
Кпд ГЭС η =90% 

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) Имеет 2 водных бассейна верхний, нижний. На ГАЭС устанавливаются обратимые гидроагрегаты. В часы минимума нагрузки энергосистемы, генераторы станции переводят в двигательный режим, а турбины в насосный режим и происходит перекачка воды из нижнего бассейна в верхний. В период максимума нагрузки при дефиците электрической мощности, генераторы вырабатывают электрическую энергию. 
Агрегаты станции высокоманевренные, в некоторых случаях они могут использоваться в качестве синхронных компенсаторов. Кпд ГАЭС η =70%

Нетрадиционные типы электростанций

К ним относятся станции  с магнитогидродинамическими генераторами (МГД - генераторы). Эти генераторы могут  использоваться в качестве надстройки на конденсационных электростанциях. Принцип действия МГД основан  на законе электромагнитной индукции. Проводником в генераторе является поток ионизированного газа (плазма), магнитное поле создаётся мощными  электромагнитами.  
 
Энергию солнца можно использовать либо путём прямого получения электрической энергии через фотоэлементы, либо путём использования теплового излучения солнца сфокусированного зеркалами на парогенераторе.  

Геотермальные электростанциииспользуют энергию подземных термальных вод (напр. для районов Камчатки, где температура пород на глубине 4 км достигает 600°С). С помощью буровых скважин, в расположенные недра, может быть направлена вода, которая превратится в пар, и будет вращать турбины, вырабатывающие электрическую энергию.

Ветряная электростанция основана на использовании энергии ветра. Существует тенденция использования малых ГЭС («Башкирэнерго»)

6. Технологический процесс производства  электроэнергии на конденсационной  электростанции.

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный  бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Способ преобразования тепловой энергии в механическую в паровой турбине. 
Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

Сооружать КЭС выгодно  в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители  электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая линия), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

7. Виды изоляции электрических  установок и условия ее работы

Изоляция электрических  установок разделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей электроустановок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов.

К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, конденсаторов, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии, т.е. изоляция герметически изолированная от воздействия окружающей среды корпусом, оболочкой, баком и т.д. Внутренняя изоляция как правило представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидких и твердых, газообразных и твердых).

Важной особенностью внешней изоляции является ее способность восстанавливать  свою электрическую прочность после  устранения причины пробоя. Однако электрическая прочность внешней изоляции зависит от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки влияют также загрязнения их поверхности и атмосферные осадки.

Особенностью внутренней изоляции электрооборудования является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик  в процессе эксплуатации. Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. Может произойти чрезмерный нагрев изоляции, который приведет к ее тепловому пробою. Под действием частичных разрядов, возникающих в газовых включениях, изоляция разрушается и загрязняется продуктами разложения.

Пробой твердой и комбинированной  изоляции - явление необратимое, приводящее к выходу из строя электрооборудования. Жидкая и внутренняя газовая изоляция самовосстанавливается, но ее характеристики ухудшаются. Необходимо постоянно контролировать состояние внутренней изоляции в процессе ее эксплуатации, чтобы выявить развивающийся в ней дефекты и предотвратить аварийный отказ электрооборудования.

Внешняя изоляция электроустановок

При нормальных атмосферных  условиях электрическая прочность  воздушных промежутков относительно невелика (в однородном поле при  межэлектродных расстояниях около 1 см ≤ 30 кВ/см). В большинстве изоляционных конструкций при приложении высокого напряжения создается резконеоднородное электрическое поле. Электрическая прочность в таких полях при расстоянии между электродами 1-2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при расстояниях 10-20 м снижается до 2,5-1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных ЛЭП и РУ при увеличении номинального напряжения быстро возрастают.

Целесообразность использования  диэлектрических свойств воздуха  в энергетических установках разных классов напряжения объясняется  меньшей стоимостью и сравнительной  простотой создания изоляции, а также  способностью воздушной изоляции полностью  восстанавливать электрическую  прочность после устранения причины  пробоя разрядного промежутка.

Для внешней изоляции характерна зависимость электрической прочности  от метеорологических условий (давления p, температуры Т , абсолютной влажности Н воздуха, вида и интенсивности атмосферных осадков), а также от состояния поверхностей изоляторов, т.е. количества и свойства загрязнений на них. В связи с этим воздушные изоляционные промежутки выбирают так, чтобы они имели требуемую электрическую прочность при неблагоприятных сочетаниях давления, температуры и влажности воздуха.

Электрическую прочность  вдоль изоляторов наружной установки  измеряют в условиях, соответствующих  разным механизмам разрядных процессов, а именно, когда поверхности изоляторов чистые и сухие, чистые и смачиваются дождем, загрязнены и увлажнены. Разрядные напряжения, измеренные при указанных состояниях, называю соответственно сухоразрядными, мокроразрядными и грязе- или влагоразрядными.

Основной диэлектрик внешней изоляции - атмосферный воздух - не подвержен старению, т.е. независимо от воздействующих на изоляцию напряжений и режимов работы оборудования его средние характеристики остаются неизменными во времени.

Регулирование электрических полей  во внешней изоляции

При резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд у электродов с малым радиусом кривизны. Появление короны вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи. В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить возможность возникновения короны, а также несколько увеличить разрядные напряжения внешней изоляции.

Регулирование электрических  полей во внешней изоляции осуществляется с помощью экранов на арматуре изоляторов, которые увеличивают  радиус кривизны электродов, что и  повышает разрядные напряжения воздушных  промежутков. На воздушных ЛЭП высоких классов напряжений используются расщепленные провода.

Внутренняя изоляция электроустановок

Внутренней изоляцией  называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным  воздухом.

Целесообразность или  необходимость применения внутренней изоляции, а не окружающего нас  воздуха обусловлена рядом причин. Во-первых, материалы для внутренней изоляции обладают значительно более  высокой электрической прочностью (в 5-10 раз и более), что позволяет  резко сократить изоляционные расстояния между проводниками и уменьшить  габариты оборудования. Это важно  с экономической точки зрения. Во-вторых, отдельные элементы внутренней изоляции выполняют функцию механического  крепления проводников, жидкие диэлектрики  в ряде случает значительно улучшают условия охлаждения всей конструкции.

Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в  процессе эксплуатации подвергаются сильным  электрическим, тепловым и механическим воздействиям. Под влиянием этих воздействий  диэлектрические свойства изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и  утрачивает свою электрическую прочность.

Механические нагрузки опасны для внутренней изоляции тем, что  в твердых диэлектриках, входящих в ее состав, могут появиться микротрещины, в которых затем под действие сильного электрического поля возникнут  частичные разряды и ускорится  старение изоляции.

Особая форма внешнего воздействия на внутреннюю изоляцию обусловлена контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения  и увлажнения изоляции при нарушении  герметичности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту  диэлектрических потерь.

внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической  прочности, чем внешняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробой полностью исключаются в течение всего срока службы.

Необратимость повреждения  внутренней изоляции сильно осложняет  накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых  крупных изоляционных конструкций  оборудования высокого и сверхвысокого  напряжения. Ведь каждый экземпляр  крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.