Основи електроенергетики і електропостачання

Фахівці, які працюють у галузях автономної та загальнопромислової електромеханіки, повинні володіти достатнім рівнем знань з сучасної електроенергетики. Дисципліна "Основи електроенергетики і електропостачання" передбачена освітньо-професійною програмою бакалаврату за напрямком "Електромеханіка" і передбачає засвоєння студентами засобів підвищення надійності електропостачання, якості і ефективності використання електроенергії.

Дисципліна “Основи електроенергетики і електропостачання” вивчається після таких дисциплін, як теоретичні основи електротехніки, електричні машини, електричні апарати, теорія автоматичного управління.

Із дисципліни “Теоретичні основи електротехніки” використовуються:

методи розрахунку електричних кіл;
методи розрахунку магнітних кіл.

Із дисципліни “Електричні машини” використовуються:

теорія синхронних машин;
теорія асинхронних машин
теорія трансформаторів.

Із дисципліни “Електричні апарати” використовуються:

основні відомості по конструкції, принципи роботи та особливості застосування комутаційних апаратів;
теорія електромагнітних процесів електричних апаратів.

Із дисципліни “Теорія автоматичного управління” використовуються:

поняття управління по відхиленню, збуренню та комбіноване управління;
статична та динамічна стійкість системи.

Мета вивчення дисципліни вміння правильно обрати загальну схему та елементи системи електроенергопостачання промислового об'єкта.

Завдання дисципліни отримання студентами відомостей щодо виготовлення, перетворення, транспортування, розподілення електроенергії та захисту елементів систем енергопостачання.

Після вивчення дисципліни студент повинен:

знати: конструкцію та принцип дії основних джерел електроенергії; засоби та технічні рішення регулювання напруги і частоти електроенергетичних систем; питання зниження активних і реактивних навантажень споживачів електроенергії; питання експлуатації ліній електропостачання, підстанцій та розподільного обладнання; засоби сигналізації, контролю, захисту та автоматизації систем електропостачання;

вміти: розраховувати електричні мережі зовнішнього та внутрішнього електропостачання; обґрунтувати вибір напруг та схем внутрішнього електропостачання; визначати типи підстанцій, кількість та потужність трансформаторів; розраховувати струми короткого замикання, визначати засоби та елементи захисту електричних мереж та обладнання.

мати уявлення: про новітні та альтернативні джерела електроенергії і схемотехнічні рішення захисту систем енергопостачання.

ПРОГРАМА КУРСУ

Модуль 1. Джерела живлення, регулювання параметрів та якість генеруємої та споживаємої електроенергії.

Тема 1. Особливості виробництва електроенергії. Типи електростанцій. Графіки електричних навантажень.

Лекція 1 Загальні відомості по нетрадиційним джерелам електроенергії. Принципові схеми генераторних агрегатів, особливості розташування та експлуатації теплових конденсаційних, теплофікаційних, атомних, гідравлічних та гідроакумуляційних електростанцій.

Лекція 2 Загальні відомості по проблемах транспортування електроенергії від джерела до споживача. Поняття добових та річних графіків навантаження. Побудова графіків навантаження та їх використання в процесі вибору елементів системи електропостачання. Коефіцієнти, що характеризують роботу споживачів електроенергії. Загальні відомості по методах визначення середніх та максимальних електричних навантажень.

Тема 2. Засоби та системи автоматичного регулювання збудження та частоти синхронного генератора. Розподіл реактивної та активної потужностей між генераторами.

Лекція 3 Загальні вимоги до систем збудження синхронних генераторів. Електромашинні системи збудження. Напівпровідникові високочастотні системи збудження. Тиристорні системи збудження. Безщіткові системи збудження. Принципові схеми та загальні характеристики.

Лекція 4 Засоби автоматичного регулювання збудження. Струмове компаундування. Коректор напруги. Кероване фазове компаундування. Силове фазове компаундування. Автоматичне регулювання збудження сильної дії. Принципові схеми та загальні характеристики.

Лекція 5 Загальні відомості по гасінню поля збудження синхронних генераторів. Гасіння поля замиканням обмотки збудження на активний опір. Гасіння поля замиканням обмотки збудження накоротко. Гасіння поля включенням у коло обмотки збудження додаткового опору. Гасіння поля за допомогою дугогасної решітки. Необхідність регулювання розподілу реактивного навантаження між паралельно працюючими генераторами. Схема струмової стабілізації.

Лекція 6 Необхідність автоматичного регулювання частоти та активної потужності. Рівняння балансу потужності генераторного агрегату. Коефіцієнт статизму характеристики регулювання частоти. Методи статичних характеристик, ведучого генератора та мнімостатичних характеристик для автоматичного розподілу активної потужності. Необхідність синхронізації при включенні синхронних машин на паралельну роботу. Точна синхронізація. Груба синхронізація. Самосинхронізація. Автоматичне вмикання синхронних двигунів і компенсаторів.

Тема 3. Якість споживаємої електроенергії. Статична та динамічна стікість енергосистеми.

Лекція 7 Відхилення та коливання напруги в системах електропостачання. Розрахунок відхилення напруги на затискачах електроприймачів. Припустимі відхилення напруги за правилами устрою електроустаткування. Пристрої для регулювання напруги в системах електропостачання. Керовані батареї конденсаторів. Подовжня та поперечна компенсація конденсаторами.

Лекція 8 Трансформатори з регулюванням напруги під навантаженням. Вольтододаткові трансформатори та автотрансформатори для подовжнього та поперечного регулювання напруги. Синхронні компенсатори. Необхідність компенсації реактивної потужності в системах електропостачання. Пристрої компенсації реактивної потужності. Питомі втрати активної потужності на компенсацію. Поточне, середньозважене та нормативне значення коефіцієнта потужності.

Лекція 9 Шкала знижок та надбавок до тарифу на електроенергію в залежності від середньозваженого коефіцієнта потужності. Розрахунок потужності компенсуючих пристроїв. Заходи по підвищенню коефіцієнта потужності електроустановок. Особливості використання синхронних двигунів, синхронних компенсаторів та статичних конденсаторів в якості компенсуючих пристроїв. Статичні тиристорні компенсатори.

Лекція 10 Поняття статичної та динамічної стійкості роботи системи. Оцінка статичної стійкості системи електропостачання за кутовою характеристикою генератора. Максимальна та синхронізуюча потужність. Оцінка динамічної стійкості системи електропостачання по кутовим характеристикам за методом площ. Заходи щодо підвищення динамічної стійкості системи. Самозапуск двигунів, як засіб підвищення стійкості та надійності електропостачання. Розрахунок рівнів залишкових напруг і потужності пуску двигунів.

Модуль 2. Енергосистема. Транспортування, перетворення та розподіл електроенергії.

Тема 4. Схеми електропостачання підприємств. Основи розрахунку зовнішніх та внутрішніх мереж.

Лекція 11 Схеми передачі та розподілу електроенергії. Поняття підстанція, центр живлення, розподільчий пристрій, незалежне джерело. Класифікація споживачів за надійністю електропостачання. Електропостачання від власної електростанції. Електропостачання від енергетичної системи. Принципи будови схем внутрішнього електропостачання від головної понижувальної підстанції до цехової підстанції. Магістральна та радіальна схеми електропостачання. Схеми цехових силових та освітлювальних мереж.

Лекція 12 Розрахунок електричних мереж за втратою напруги. Розрахунок подовжньої та поперечної складових падіння напруги. Відмінності розрахунку мереж на напруги до 35 кВ та більше 35 кВ. Вибір електричної мережі за економічною щільністю струму.

Лекція 13 Електричний розрахунок повітряних та кабельних ліній електропостачання. Вибір варіанта електропостачання за техніко-економічними показниками. Розрахунок та складові частини щорічних експлуатаційних витрат.

Тема 5. Класифікація, схеми та вибір елементів трансформаторних підстанцій.

Лекція 14 . Класифікація трансформаторних підстанцій. Особливості виконання схем електричних з'єднань головних понижуючих підстанцій. Особливості виконання схем електричних з'єднань трансформаторних підстанцій на 6..10 кВ. Схеми підстанцій із вторинною напругою 6 - 10 - 20 кВ. Схеми підстанцій із вторинною напругою до 1000 В.

Лекція 15 . Класифікація розподільчих пристроїв підстанцій. Особливості розподільчих пристроїв напругою 110 - 6 кВ та комплектних розподільчих пристроїв. Комплектні розподільчі пристрої внутрішньої та зовнішньої установки. Особливості компонування та використання комплектних трансформаторних підстанцій.

Лекція 16 . Вибір місцезнаходження та кількості підстанцій. Вибір кількості трансформаторів, типу і схеми живлення підстанцій. Вибір потужності трансформаторів з врахуванням резервування, перевантаження, наявності споживачів першої та другої категорії, графіку навантажень споживачів.

Модуль 3. Захист і автоматизація систем електропостачання.

Тема 6. Розрахунок струмів короткого замикання. Вибір апаратів та струмоведучих частин.

Лекція 17 Класифікація та причини виникнення струмів короткого замикання. Загальний характер та особливості протікання та зміни у часі струмів короткого замикання в системі необмеженої потужності. Періодична та аперіодична складові струму короткого замикання. Ударний коефіцієнт. Визначення параметрів ланцюга короткого замикання. Особливості розрахунку струмів короткого замикання у відносних одиницях..

Лекція 18 Особливості розрахунку струмів короткого замикання в іменованих одиницях. Розрахунок струмів короткого замикання від джерела необмеженої потужності. Розрахунок струмів короткого замикання по розрахунковим кривим. Особливості розрахунку електродинамічної дії струмів короткого замикання.

Лекція 19 Особливості розрахунку термічної дії струмів короткого замикання на струмоведучі частини та апаратуру. Засоби обмеження струмів короткого замикання. Вибір шин, ізоляторів, кабелів, реакторів, високовольтних вимикачів, високовольтних запобіжників, вимірювальних трансформаторів струму та напруги.

Тема 7. Релейний захист систем електропостачання.

Лекція 20 Вимоги до релейного захисту. Класифікація та загальні характеристики і конструктивні особливості основних типів реле. Максимально-струмовий захист. Схемне виконання максимально-стумового захисту на постійному та змінному струмах. Вимоги до максимально-струмового захисту. Вибір струму спрацювання та витримки часу.

Лекція 21 Поняття струмової відсічки та її використання в системі захисту. Вибір струму спрацювання струмової відсічки. Види захисту, що встановлюються на силових трансформаторах головних понижуючих підстанцій та цехових підстанцій. Принцип дії, схемна реалізація та вимоги до диференційного подовжнього захисту. Захист трансформаторів від внутрішніх пошкоджень. Пристрій газового захисту. Захист від перевантаження.

Лекція 22 Схеми захисту цехових трансформаторів. Особливості побудови захисту повітряних та кабельних ліній. Максимально-направлений захист. Поперечний диференційний захист. Захист кабельних ліній від замикань на землю. Захист електродвигунів. Захист мінімальної напруги.

Тема 8. Системи контролю та автоматизації електроенергетичних систем.

Лекція 23 Вимірювання та облік реактивної та активної електроенергії в енергомережах. Схеми включення лічильників електроенергії. Автоматизоване вмикання резерву. Загальні вимоги та принципи використання автоматичного вмикання резерву.

Лекція 24 Загальні відомості та вимоги до пристроїв автоматичного повторного вмикання. Загальні відомості, основні вимоги та принципи розрахунку і організації автоматичного частотного розвантаження. Автоматичні компенсаційні пристрої.

Тема 9. Захист від перенапруг, заземляючи пристрої та електрокорозія.

Лекція 25 Особливості виміру діелектричних втрат в ізоляції високовольтного устаткування. Випробування ізоляторів. Випробування високовольтних ліній електропостачання. Визначення місць пошкодження кабельних ліній.

Лекція 26 Перенапруга та захист від перенапруг. Внутрішні та атмосферні перенапруги. Блискавковідвід, розрядники та захисні троси. Особливості грозозахисту елементів системи електропостачання. Грозозахист будівель та споруд .

Лекція 27 Загальні відомості та вимоги до захисного заземлення електроустановок. Штучні та природні заземлюючи пристрої. Розрахунок пристроїв заземлення. Захист від електрокорозії та блукаючих струмів.