Електричні апарати Курс лекцій – 38 годин Лабораторні роботи – 38 годин Курсовий проект – 228 годин Залік – 14 годин Лектор – Мрачковський Анатолій Миколайович, кандидат технічних наук, доцент кафедри електричних машин та експлуатації електрообладнання, кімн. 1, корп. 8, тел. 209 -86 -80
Лекція 1 1. Виробництво, передача та розподіл електричної енергії 2. Показники якості електричної енергії 3. Міжнародна система одиниць СІ 4. Електричне коло і його складові елементи 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Виробництво, передача та розподіл електричної енергії 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Динаміка виробітку електроенергії в Україні 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Динаміка споживання електроенергії (%) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Структура виробітку електроенергії в Україні Зліва направо АЕС; ТЕЦ; ГЕС Рік Атомні електростанції (АЕС) Теплові електростанції (ТЕС) Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) Гідроелектростанції (ГЕС) 1990 26% 67% 3% 4% 2000 45% 3% 7% 2013 45% 5% 5% 2014 50, 1% 37, 4% 6% 5, 5%
Динаміка зміни середніх цін на продаж електроенергії в Україні коп/к. Вт *год АЕС; ТЕЦ; ГЕС; ТЕС ВЕС Рік (зліва направо) Атомні електростанції (АЕС) Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) Гідроелектр останції (ГЕС) Теплові електростанції (ТЕС) Вітроелектр останції (ВЕС) 2000 7, 5 11, 28 3, 53 11, 15 2001 8, 24 11, 25 3, 05 11, 96 17, 7 2002 7, 07 12, 58 3, 02 12, 45 17, 26 2013 16, 48 22. 85 12, 54 18, 94 29, 74
Енергоємність ВВП країн світу кг у. п. /$ США (ПКС) Україна у 2030 році 2, 6 рази 0, 36 (*Key World Energy Statistics, 2008, 2013) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Показники якості електричної енергії за ГОСТ 13109 -97 Промислова частота Номінальна частота напруги 50 Гц. Нормально допустиме відхилення частоти ± 0, 2 %. Гранично допустиме відхилення частоти ± 0, 4 %. Відхилення напруги Нормально допустиме відхилення напруги ± 5 %. Гранично допустиме відхилення напруги ± 10 %. Доза флікера Гранично допустиме значення для короткочасної та тривалої дози флікера при коливанні напруги с формой, що відрізняється від меандра дорівнює відповідно 1, 38 на протязі 10 хв. та 1, 0 на протязі 2 годин. (міра сприйняття людиною впливу коливань світлового потоку, викликаних коливаннями напруги в мережі живлення, за встановлений проміжок часу) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Дорівнює 0, 9 Uном. тривалістю 30 с. Провали напруги Характеризується коефіцієнтом несиметрії напруги по: Несиметрія напруги - зворотній послідовності: нормально допустиме 2, 0% та гранично допустиме 4, 0%; - нульовій послідовності: нормально допустиме 2, 0% та гранично допустиме 4, 0% Характеризується: Несинусоїдальність напруги - коефіцієнтом спотворення синусоїдальної кривої напруги; - коефіцієнтом n-ї гармонійної складової Тимчасова перенапруга 14. 02. 2018 Дорівнює 1, 1 Uном. тривалістю 10 с. А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
№ 1 Параметр Частота 2 3 Амплітуда Амплітуди напруги 4 Просадки-провали напруги 5 Короткі перерви в подачі напруги Довготривалі перерви Більше 3 хв. Менше 10 -50 раз на рік в подачі напруги 6 7 8 Підвищення напруги промислової частоти Динамічне перевантаження 9 Дисбаланс напруги живлення 10 Напруга гармонік 1114. 02. 2018 між Напруга гармоніками Характеристики напруги живлення по EN 50 160 Середнє значення, виміряне в інтервалі 10 с +/-1%(49, 5 -50, 5 Гц) протягом 99, 5% тижня -6%/+4% (47 -52 Гц ) протягом 100% тижня +/-10% протягом 95% тижня (середньоквадратичне значення 10 хв. вимірів) 5% нормально, 10% рідко для ліній низької напруги Довготривала доза флік ера <1 протягом 95% тижня 4% нормально, 6% рідко для ліній низької напруги Довготривала доза флік ера <1 протягом 95% тижня Більшість: тривалість <1 с, глибина <60%. Місцеві просадки через переключення навантаження для ліній низької напруги 10 -50%, для ліній середньої напруги 1015% Менше 3 хв. Десятки-сотні разів на рік. Тривалість 70% з них – менше 1 с Для мереж низької напруги менше 1, 5 к. В. Для мереж середньої напруги: 1, 7 номіналу для ліній з заземленою нейтраллю, або 2 номінали для незаземлених мереж або мереж з нейтраллю, заземленою через дугогасну камеру Для мереж низької напруги: в загальному менше 6 к. В, інколи вище. Тривалість імпульсу мілісекунди - мікросекунди Для мереж низької та середньої напруги: до 2 % протягом 95% тижня (середньоквадратичне значення 10 хв. вимірів) Для мереж середньої та низької напруги А. Мрачковський, кафедра електричних Не визначено машин НУБіП України
Розподіл відмов за кваліфікаційними ознаками в електроенергетиці України у 2014 р. 1 - помилкові дії оперативного персоналу; 2 - помилкові дії керівного, ремонтного персоналу, персоналу служб і лабораторій; 3 - незадовільна організація технічного обслуговування; 4 - дефекти проекту і конструкції; 5 - дефекти виготовлення; 6 - дефекти ремонту; 7 - дефекти монтажу, будівництва; 8 - стихійні явища. 9 - дія сторонніх осіб і організацій. Більше двох третин відмов обумовлені помилками персоналу А. Мрачковський, кафедра електричних 14. 02. 2018 та незадовільним технічним обслуговуванням і ремонтом машин НУБіП України
Відмови обумовлені: - моральною і фізичною застарілістю устаткування (опори, ізоляція, грозозахисна система, силові трансформатори і їх прохідні ізолятори, ТН, ТС, вимикачі, роз’єднувачі, опорні ізолятори); -використанням застарілих пристроїв телемеханіки, релейного захисту, обладнання зв’язку; - порушеннями ПТЕ та пожежної безпеки; - незадовільне резервування та велика протяжність електромереж напругою 35 -10 – 0. 38 к. В; - кількість відмов внаслідок стихійних явищ складає лише 8, 8% від загальної кількості. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Вплив якості електроенергії на асинхронні двигуни • Зниження напруги: зменшується момент і частота обертання. При зниженні напруги на 15% зменшується обертальний момент на 25%, можливе “перекидання “ або зупинка двигуна, перегрів і вихід з ладу. Зниження напруги на 10% знижує строк служби електродвигунів у 2 рази. • Підвищення напруги: зростають: струм електродвигуна, споживання реактивної потужності (підвищенню на 1% відповідає зростання на 3%), температура двигуна, старіння і знос ізоляції, що призводить до зниження надійності і скорочення терміну експлуатації • При несиметрії 2% зростають: струм в обмотках - на 7%, струм зворотної послідовності - на 15%, втрати в двигуні – на 8%, додаткове нагрівання – на 5 о. С, допустиме навантаження зменшується на 2%, строк служби двигуна - на 10, 8%. • При несиметрії 5% зростають: струм в обмотках - на 16%, струм зворотної послідовності - на 38%, втрати в двигуні – до 50%, додаткове нагрівання – до 30 о. С, допустиме навантаження зменшується на 13%, строк служби скорочується більше ніж у 2 рази. А. Мрачковський, кафедра електричних 14. 02. 2018 машин НУБіП України
Вплив якості електроенергії на освітлювальні установки Параметр Підвищення напруги, % 0 1 2 3 5 7 Відносний строк служби ламп, %: розжарювання газорозрядних 100 87, 1 95 75, 8 93 66, 2 90 50, 5 85 38, 7 80 Кількість ламп, необхідних для експлуатації, %: розжарювання газорозрядних 100 114 105 132 108 151 111 148 118 258 125 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Утримання племінної птиці м’ясної породи При відхиленні температури 2 ⁰С прибуток зменшується на 40, 8 грн: (26, 4 грн – втрата продуктивності птиці; 14, 4 грн – енергетичні витрати) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Відгодівля телят і поросят Зниження температури на 5 ⁰С призводить до зменшення приросту: телят на 0, 4 кг за добу; поросят на 0, 2 кг за добу 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Прилад для вимірювання параметрів якості електроенергії MEMOBOX 300 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Міжнародна система одиниць СІ Одиниця СІ скорочене Величина та її позначення найменування або розмірність 1 2 3 Основні одиниці 1. Довжина l (L) метр М 2. Маса G, g кілограм кг 3. Час t секунда с 4. Електричний струм (сила ампер А електричного струму) I, i 5. Термодинамічна температура Т кельвін К 6. Кількість речовини N моль 7. Сила світла j кандела кд 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Похідні одиниці 1. Ємність електрична С фарад 2. Індукція магнітна В тесла 3. Індукція власна L, взаємна М генрі 4. Потужність: - активна Р ват - повна S вольт-ампер - реактивна Q вольт-ампер реак 5. Напруга електрична U вольт 6. Різниця електричних потенціалів U вольт 7. Потік магнітний Ф вебер 8. Потокозчеплення ψ вебер 9. Робота, енергія (електромагнітна), джоуль кількість теплоти W вольт 10. Сила: - електрорушійна Е ампер - магніторушійна F, Fm ом 11. Опір електричний (постійного струму R, r; активний ом-метр R, r; реактивний Х, х; повний Z) сіменс 12. Питомий опір ρ сіменс на метр 13. Провідність електрична G, g; повна Y; активна G, g; вольт на метр реактивна В, в ампер на метр А. Мрачковський, кафедра електричних кулон 14. Провідність питома γ 14. 02. 2018 машин НУБіП України Ф (Кл/В) Тл (Вб/м 2) Гн (Вб/А) Вт (Дж/с) В·А ВАР В В Вб (В·с) Дж (Н·м; Вт·с) В А Ом (В/А) Ом·м См (1/Ом) См/м (1/Ом·м) В/м (Н/Кл) А/м Кл (А·с)
Похідні одиниці 15. Напруженість: - електричного поля Е - магнітного поля Н 16. Кількість електрики, заряд Q 17. Потенціал електричний U, φ 18. Частота коливань електричної або магнітної величини f, γ 19. Момент сили М 20. Момент інерції J 21. Період коливання електричної та магнітної величини Т 22. . Швидкість поширення електромагнітних хвиль c 23. Швидкість кутова ω 24. Частота обертання n 25. Проникність (абсолютна): - діелектрична εa, ε - магнітна μa, μ 14. 02. 2018 Вольт ампер на метр кулон Вольт герц ньютон-метр кілограм-метр секунда метр за секунду В А/м Кл (А·с) В Гц (1/с) Н·м кг·м 2 с м/с радіан за секунду рад/с секунда в “”першій степені с-1 фарад на метр генрі на метр Ф/м Гн/м А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
4. Електричне коло і його складові елементи. Вихідними поняттями електротехніки є електричний заряд та електромагнітне поле. Електричний заряд можуть мати елементарні частинки (електрони і протони) та мікроскопічні тіла, в яких більше електронів чи протонів. Електричним зарядом елементарної частинки називається її фізична властивість, яка характеризує наявність у частинки власного електромагнітного поля та його силову взаємодію із зовнішнім електромагнітним полем. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Електромагнітне поле є особливим видом матерії, яка оточує заряджені частинки та передає силові взаємодії між ними. Елементарні частинки завжди знаходяться у стані руху, а мікроскопічні тіла можуть рухатися або знаходитися в стані спокою. Електромагнітне поле нерухомого зарядженого тіла позбавляється магнітної складової і називається електростатичним. Для кількісної оцінки наявності електричного заряду в тілі введено фізичну величину — кількість електричного заряду, яка позначається літерою Q і виміряється в кулонах Кл. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Електричні заряди можуть відрізнятися за знаком (+) або (-). Встановлено, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. В 1785 році французький фізик Ш. О. Кулон встановив кількісний закон взаємодії точкових зарядів: F = Q₁ Q₂ / 4πR² ε Згідно з законом Кулона сила взаємодії F двох точкових зарядів прямо пропорційна добутку їх величин Q₁ і Q₂, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними R і залежить від властивостей середовища, в якому вони знаходяться. Коефіцієнт пропорційності ε в формулі називається абсолютною діелектричною проникністю середовища і він характеризує вплив середовища на електричне поле і має одиницю вимірювання Ф/м. За наявністю вільних носіїв електричного заряду речовини поділяються на три класи: провідники, напівпровідники та діелектрики. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Поняття електричного кола є одним з основних понять електротехніки. Електричним колом називається сукупність пристроїв та об'єктів, які утворюють шлях для електричного струму і призначені для генерування, передавання, перетворення і споживання електроенергії, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою таких понять як струм, електрорушійна сила (е. р. с. ), напруга тощо. Особливістю електроенергії є те, що вона не накопичується у вигляді готової продукції, її виробництво електричними генераторами, передача за допомогою електричних ліній і споживання струмоприймачами здійснюється окремо, (по-різному), але одночасно це нерозривний і неперервний процес перетворення одних видів енергії в інші. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Основними елементами електричного кола є джерела, струмоприймачі, перетворювачі, з'єднувальні провідники, а також допоміжні пристрої. В джерелах в електроенергію перетворюються різні види енергії: наприклад, механічна енергія первинних двигунів на електростанціях (двигунів внутрішнього згоряння , парових і гідравлічних турбін); хімічна - в гальванічних і паливних елементах, а також в акумуляторах , теплова в термоелементах, сонячна - в кремнієвих фотоелементах, атомна - в реакторах, тощо. Отже, джерелами живлення можуть бути: -електромашинні (генератори постійного та змінного струму), -електростатичні (хімічні, теплові, сонячні, атомні та інші) А. Мрачковський, кафедра електричних 14. 02. 2018 машин НУБіП України
В струмоприймачах , навпаки, електроенергія перетворюється в інші види енергії: в механічну - в електродвигунах; в хімічну - в аккумуляторах (при зарядці) і електролізерах (в процесі електролізу); в теплову — в електронагрівних приладах; в світлову - в освітлювальних приладах. До допоміжних пристроїв кола відносяться: апаратура керування (вимикачі, перемикачі); апаратура захисту кола (запобіжники, автоматичні вимикачі, різні реле); апаратура регулювання (реостати, резистори, елементи із змінною індуктивністю, ємністю); контрольно-вимірювальна апаратура (вольтметри, амперметри, тощо) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
До величин електричного кола належать: - електричний струм; - напруга на елементах; - електрорушійна сила. Якщо на кінцях провідника накопичені заряди різних знаків, то в ньому виникає однорідне електричне поле, а на вільні заряди провідника діятимуть кулонові сили, спричинюючи упорядкований рух зарядів. Упорядкований рух вільних зарядів у провіднику під дією електричного поля називають електричним струмом провідності. (слайд 1). За напрям струму приймають напрям руху позитивних зарядів, тобто від + до -. Струм, який тривалий час не змінюється за величиною і напрямом називають постійним. Струм, що періодично змінюється за величиною і напрямом, називають змінним. Кількісною характеристикою електричного струму є фізична величина - сила струму. Сила струму дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу. Одиницею вимірювання сили струму є ампер 1 А=Кл/с 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
СТРУМ Електричний струм – направлений потік заряджених частин
СИЛА СТРУМУ Q I= t 1 А= 1 Кл 1 с
Напруга - це величина, яка дорівнює різниці потенціалів двох точок або енергії, яку витрачає поле на переміщення одиночного точкового позитивного заряду з однієї точки в іншу: U = φ₁ – φ₂ = W / q Якщо одиночний заряд переміщується в однорідному полі, напругу як енергію (еквівалент роботи) можна визначити добутком сили (напруженості) на шлях (відстань між точками): U=El Одиницею вимірювання напруги є вольт (В). Прийняті позначення: U- постійна напруга. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Напруга U= 1 В= A Q 1 ДЖ 1 Кл
Умовою виникнення струму в електричному колі є наявність різниці потенціалів на його затискачах. Це здійснює джерело електричної енергії за допомогою сторонніх сил неелектричного походження. Характеризує цей процес фізична величина електрорушійна сила (ЕРС). Електрорушійною силою називається фізична величина, яка дорівнює відношенню енергії, затраченої сторонніми силами на перенесення заряду з одного затискача джерела на інший, до величини цього заряду: E = Wcт / q = Eст l де: Eст - напруженість поля сторонніх сил; l - відстань між затискачами. Е - постійна ЕРС; 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Параметри електричного кола До параметрів електричного кола належать: Опір (R) - характеризує властивість елементу незворотньо перетворювати електроенергію джерела в інші види енергії, наприклад в теплову в нагрівальних приладах. Значення цього параметру визначається законом Ома (він дорівнює відношенню постійної напруги на ділянці пасивного електричного кола до постійного струму в ньому (R = U /I ) 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Ємність (С) характеризує спроможність елемента накопичувати електричні заряди (тобто збуджувати електричне поле). Цей параметр є коефіцієнтом пропорційності між напругою U і зарядом Q елементу електричного кола: Q=CU Ємність елементу кола впливає на її стан тільки при напрузі, що змінюється. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Індуктивність (L) характеризує спроможність елемента збуджувати магнітне поле (перетворювати електричну енергію на магнітне поле), наприклад, індуктивної котушки, під дією струму в ній створювати власне магнітне поле. Значення індуктивності дорівнює відношенню потокозчеплення самоіндукції елемента електричного кола до струму в ньому. Енергія, що створюється в магнітному полі, дорівнює W = L I² / 2 і залишається незмінною при постійному струмі. Тому енергія джерела перетворюється в енергію магнітного поля (і навпаки) лише при зміні струму. Отже, при постійному струмі індуктивність елементу кола не впливає на її стан. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
Закон Ома І= 1 A= U R 1 В 1 Ом Опір – перешкода протікання струму зі сторони матеріалу провідника
Висновки: 1. Зменшення вкладень коштів у електроенергетичну галузь України за останні 1520 років призвело до зменшення обсягу капітальних ремонтів, реконструкцій та замін устаткування. Значна частина мереж та підстанційного устаткування знаходиться в експлуатації понад 25 років, фізично і морально застаріла і потребує заміни. 2. Експлуатація зношених мереж та підстанційного устаткування, пристроїв телемеханіки, захисту, зв’язку, неякісне технічне обслуговування, порушення ПТЕ та пожежної безпеки призводить до значної кількості відмов та недовідпуску електроенергії. 3. У 2012 р. в електричних мережах сталося 445, а у 2013 р. - 362 технологічних порушення. Аварійний недовідпуск електричної енергії у 2012 р. склав 12, 9, а у 2013 р. – 17, 6 млн. к. Вт год. , що на 36, 2% більше. 4. Відхилення показників якості призводить до збільшення споживання і зростання втрат електричної енергії, зниження надійності і скорочення строку служби майже всіх типів електроспоживачів (електродвигунів, трансформаторів, конденсаторних батарей, теплових електроустановок, освітлювальної апаратури, вентильних перетворювачів, кабельних ліній, електропобутових приладів, офісної техніки А. Мрачковський, кафедра електричних тощо) 14. 02. 2018 машин НУБіП України
5. Відхилення показників якості електроенергії зумовлюють порушення технологічних процесів у рослинництві, тваринництві, птахівництві, переробки та зберігання с-г продукції, які призводять до погіршення якості і випуску продукції, зниження продуктивності рослин, тварин, птиці, псування с-г продукції і загибелі тварин і птиці. 6. Погіршення ПЯЕ та перерви в електропостачанні можуть бути причиною виходу з ладу електрообладнання, виникнення аварійних ситуацій, небезпечних для життя людей, пожеж у виробничих та побутових приміщеннях. 7. Ряд електроспоживачів, насамперед, електроустановки з однофазними і трифазними випрямлячами, частотними, тиристорними і семісторними регуляторами, зварювальні апарати, освітлювальні установки з газорозрядними лампами, обчислювальна і офісна техніка, погіршують показники якості електричної енергії. 8. Загальні економічні втрати в Україні від недовідпуску і постачання неякісної електроенергії сягають до 1 млрд. грн. щорічно. 14. 02. 2018 А. Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ +38067 209 86 80 amrachkovskyi@mail. ru
Скачать презентацию Електричні апарати Курс лекцій 38 годин Лабораторні
Lektsiya_1Vir-vo_el_energiyipptx (1).pptx