Автоматические системы регулирования электроснабжения

Главной задачей расчёта электрических цепей является определение токов отдельных элементов цепи (источников, приёмников, приборов). Определив значение тока легко найти напряжение, мощность. Значение этих величин необходимо для того, чтобы правильно выбрать или оценить условие работы элементов цепи (путём сравнения рабочих величин с номинальными) расчёты проводят по схемам электрических цепей.

Схема электрической цепи в качестве модели изучаемых и анализируемых электромагнитных процессов в технических системах, устройствах и приборов нашла наибольшее применение благодаря следующим достоинствам.

Во-первых, схема электрической цепи по наглядности и графическому изображению в большей степени соответствует исходной схеме системы или прибора. электроснабжение автоматический потребитель Во-вторых, схема электрической цепи позволяет математически описать процессы (составить их математическую модель) на основе математического аппарата законов, правил, математических соотношений, сформулированных для электрической цепи и её элементов.

В-третьих, схема цепи позволяет реализовать её физическую модель из ограниченного числа электротехнических приборов и деталей.

Основными элементами электрической цепи и их схем являются активные элементы (источники ЭДС и тока), пассивные элементы для постоянного тока, сопротивление R, а также так называемые геометрические элементы: ветвь, узел и контур.

Курсовой проект по ТОЭ предусматривает практическое применение изученных правил расчёта электрических цепей. Для расчёта тока применяется закон ОМА и правило Кирхгофа. Различные методы расчёта предусматривают широкий диапазон использования схем соединения резисторов, катушек и конденсаторов, как для цепей постоянного тока, так и для цепей переменного тока.

Правильность всех расчётов проверяется составлением баланса мощностей, что подтверждает положение о сохранении энергии.

Построение векторных и типографических диаграмм для цепей переменного тока даёт чёткое представление о синусоидально изменяющихся напряжениях и токах, характеризующихся не только амплитудной (действующими значениями), но и начальной фазой.

Кроме того, векторная диаграмма позволяет наглядно проверить правильность расчёта тока в цепи.

ЗАДАНИЕ 1

В цепи известны параметры источников и элементов.

Определить:

• а) комплексные амплитудные значения токов в ветвях;
• б) комплексные амплитудные значения напряжений на пассивных элементах, входящих в один произвольно выбранный замкнутый контур цепи;
• в) построить в масштабе векторную диаграмму токов для любого узла электрической цепи;
• г) построить в масштабе векторную диаграмму напряжений для выбранного в пункте б) контура;
• д) любое комплексное амплитудное значение тока, рассчитанное в пункте а), и напряжения, рассчитанное в пункте б), записать в виде мгновенных значений и представить графически эти две функции времени в подходящем масштабе.
• е) определить действующие значения тока и напряжения из пункта д);
• ж) рассчитать активную мощность Р, потребляемую любым резистивным элементом и реактивную мощность Q, запасаемую индуктивным или емкостным элементом.

Дано:

• ^ j₆= 0,2 sin (200t-10°)
• < е₃= 9 sin 200t
• v е₄= 9 sin (200t+50°)

R₁=5 Ом.

R₂=3 Ом С₂= 1250*10^-6 Ф С₃= 5000*10^-6 Ф.

R₄=4 Ом.

L₅= 5*10^-3 Гн Определить: I₁-? I₂-? I₃-? I₄-? I₅-? I₆-?

Решение

Формальная структура схемы цепи представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.

На рисунке представлена схема электрической цепи, в которой формальная структура цепи дополнена источниками и элементами в соответствии с вариантом.

Определяем значения реактивных сопротивлений цепи.

Х_С2== = 4 Ом;

Х_С3== = 1 Ом;

Х_L5 =2рf*L₅=200*5*10^-3= 1 Ом;

Рассчитаем комплексные полные сопротивления для каждой ветви цепи:

Z₁=R₁ =5 Ом;

Z₂=R₂ -jХ_С2=3- j4=5 е —^j90є Ом;

Z₃= - jХ_С3= - j1= 1 е —^j90є Ом;

Z₄=R₄= 4= 4 е^j0є Ом;

Z₅= jХ_L5= j1= 1е^j90є Ом;

В результате анализа электрической цепи отмечаем, что данная электрическая цепь содержит шесть ветвей (N_В=6), четыре узла (N_У=4), 1 источник тока N_j=1 и три независимых контура (N_К=3). Число составляемых уравнений равно: ^j90

Выбираем два независимых контура I и II и задаемся произвольно направлением контурных токов I_К1, I_К2 (рисунок2).

Направления контурных токов принимаем произвольно.

Отмечаем на схеме направления токов в ветвяхрисунок 2.

Определяем значения комплексных амплитуд токов в ветвях, используя для этого метод контурных токов. Для этого составляем систему уравнений по 2-у закону Кирхгофа:

I_K3=J₆=0,2 е —^j10° А.

I_K1 * (Z₁ + Z₄+ Z₃)+ I_K2Z₃ + I_K3 * Z₄= E_3 м+ E_4 м;

I_K2 *(Z₂ + Z₃+ Z₅)+ I_K1 * Z₃ — I_K3 * Z₅ = E_3 м ;

Подставляем данные в систему:

I_K1*(5+4-j1) + I_K2*(1е^-j90°)+0,2е —^j10° *4= 9е^j0° +9е^j90°;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *(3-j4-j1+j1)-0,2 е —^j10°*1е^j90° = 9;

I_K1*(9-j1) + I_K2 *1е —^j90° +0,8е^-j10° =9+5,8+j6,9;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *(3-j4)-0,2 е ^j80° = 9;

I_K1*(9-j1) + I_K2 *1е —^j90° =14,8+j6,9−0,8е ^-j90°;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *(3-j4)= 9+0,2 е ^j80°

I_K1*9,1е^-j6° + I_K2 *1е —^j90° =14,8+j6,9−0,79+j0,14;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *5е^-j53° = 9+0,035+j0,19;

I_K1*9,1е^-j6° + I_K2 *1е —^j90° =14,8+j7;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *5е^-j53° = 9,04+j0,19;

I_K1*9,1е^-j6° + I_K2 *1е —^j90° =15,7е ^j27°;

I_K1*1е^-j90° + I_K2 *5е^-j53° = 9,05 е^j1°;

Решаем полученную систему уравнений методом определителей:

Д= ==.

= 23,4-j39−1=22,4-j39= 44,9;

Д1= =78=.

=70,5 -j34,4−0,16+j9,1=70,34-j25,3= 74,8;

Д2= =82,4=.

=82,1-j7,2−7,1+j13,9=75+j21,1= 78;

Определяем значения контурных токов:

I_к1= = =1,7 А;

I_к2= = =1,74 А;

I_K3=J₆=0,2 е —^j10° = 0,19-j0,035 А Определяем комплексные амплитудные значения токов в ветвях;

I_1мах= I_к1=1,7 А;

I_2мах= I_к2=1,74 А;

23,4-j39−1=22,4-j39= 44,9;

Д1= =78=.

=70,5 -j34,4−0,16+j9,1=70,34-j25,3= 74,8;

Д2= =82,4=.

=82,1-j7,2−7,1+j13,9=75+j21,1= 78;

Определяем значения контурных токов:

I_к1= = =1,7 А;

I_к2= = =1,74 А;

I_K3=J₆=0,2 е —^j10° = 0,19-j0,035 А Определяем комплексные амплитудные значения токов в ветвях;

I_1мах= I_к1=1,7 А;

I_2мах= I_к2=1,74 А;

I_3мах= I_к1 + I_к2= +0,42+ j1,69=1,72 +j2,79=3,28 А;

I_4мах= I_к1+I_к3=1,3+0,19-j0,035=1,49+j1,065= 1,83 А;

I_5мах= I_к3 -I_к2=0,19- 0,42-j1,69=-0,23- j1,725=0,23+j1,725=1,74.

I_6мах= I_к3 = 0,2е ^-j10°= 0,19-j0,035 А;

Определяем комплексные амплитудные значения напряжений на пассивных элементах, входящих в контур АВСДрисунок 2.

U_С2мах= I_2мах Х_С2=1,74*4 =6,96 В;

U_R2мах= I_2мах R₂=1,74 *3=5,22 В;

U_С3мах= I_3мах Х_С3=3,28 *1=3,28 В;

U_L5мах= I_5мах Х_L5=1,74 *1=1,74 В;

Для построения в масштабе векторной диаграммы токов для узла В электрической цепи выбираем масштаб и выполняем построение векторной диаграммы токоврисунок 3.

Для построения в масштабе векторную диаграмму напряжений для выбранного контура АВСД также выбираем масштаб и строим векторную диаграмму напряженийрисунок 4.

В соответствии с условием задачи любое комплексное амплитудное значение тока, рассчитанное в пункте а), и напряжения, рассчитанное в пункте б), необходимо записать в виде мгновенных значений и представить графически эти две функции времени в подходящем масштабе.

i₂= I_2мах sin (200t+ш_i)=1,74 sin (200t+76°)А;

u_R2 = U_R2мах sin (200t+ш_u)=5,22 sin (200t-14°).

Таблица 1.

Графические зависимости тока и напряжения построены на рисунке 5.

Далее определяем действующие значения тока и напряжения из пункта д):

I₂= = =1,23 А;

U_R2= = = 3,7 В Рассчитываем активную мощность Р, потребляемую резистивным элементом R₂ и реактивную мощность Q, запасаемую емкостным элементом Х_С2:

Р_R2= I₂ ²R₂=1,23²*3= 4,54 Вт;

Q_С2= I₂²*(-Х_С2)= 1,23²*(-4)= -6,1 вар.

ЗАДАНИЕ 2

Исследование (8−15 страниц) на выбранную тему своего варианта.

Вариант 32. Автоматические системы регулирования электроснабжения.

Автоматические системы регулирования электроснабжения

Система электроснабжения — совокупность источников и систем преобразования, передачи и распределения электрической энергии.

Система электроснабжения не включает в себя потребителей (или приёмников электроэнергии).

К системам электроснабжения (СЭС) предъявляются следующие основные требования Надёжность системы и бесперебойность электроснабжения потребителей.

• 1. Качество электроэнергии на вводе к потребителю.
• 2. Безопасность обслуживания элементов СЭС.
• 3. Унификация (модульность, стандартизация).
• 4. Экономичность, включает в себя такие понятия, как энергоэффективность и энергосбережение.
• 5. Экологичность.
• 6. Эргономичность.

Конфигурация СЭС — схема расположения входящих в СЭС источников электроэнергии, устройств распределения, передачи, преобразования электроэнергии (электростанции, линии электропередачи, трансформаторные подстанции, распределительные устройства и т. д.).

Классификация СЭС:

• 1. По типу источников электроэнергии — электрохимические, дизель-электрические, атомные и т. д.
• 2. По конфигурации — централизованные, децентрализованные, комбинированные.
• 3. По роду и частоте тока — постоянного тока, переменного тока 50 Гц, переменного тока 400 Гц и др.
• 4. По числу фаз — одно-, двух-, трёх-, многофазные.
• 5. По режиму нейтрали — с изолированной нейтралью, глухо заземлённой нейтралью, компенсированной нейтралью и т. д.
• 6. По надёжности электроснабжения — обеспечение потребителей 1 (1А, 1Б, 1В), 2, 3 категорий надёжности, обеспечение смешанных потребителей.
• 7. По назначению — системы автономного, резервного, аварийного, дежурного электроснабжения.
• 8. По степени мобильности — стационарные, мобильные, возимые, носимые.
• 9. По принадлежности к основному потребителю — СЭС автомобиля, танка, вертолёта, спутника и т. д.

Система электроснабжения может включать в себя:

• 1. Источники электроэнергии, например: ГЭС, ТЭС, солнечная батарея, ветрогенератор;
• 2. Систему передачи электроэнергии, например: воздушная линия электропередачи, кабельная линия электропередачи, электропроводка;
• 3. Систему преобразования электроэнергии, например: трансформатор, автотрансформатор, выпрямитель, преобразователь частоты, конвертор;
• 4. Систему распределения электроэнергии, например: открытое распределительное устройство, закрытое распределительное устройство;
• 5. Систему релейной защиты и автоматики, например: защита от перенапряжения, грозозащита, защита от короткого замыкания, дуговая защита;
• 6. Систему управления и сигнализации, например: система диспетчерской связи, автоматизированная система контроля и управления энергией (АСКиУЭ), автоматизированная система коммерческого учёта энергии (АСКУЭ);
• 7. Систему эксплуатации, например: технологические карты, графики нагрузки, графики регламентного технологического обслуживания;
• 8. Систему собственных нужд, например: системы обогрева, освещения, вентиляции в зданиях и сооружениях, где размещены элементы СЭС;
• 9. Систему гарантированного электроснабжения наиболее ответственных потребителей, например: источник бесперебойного питания, система автономного электроснабжения (САЭ), система резервного электроснабжения (СРЭ), мобильная система аварийного электроснабжения (МСАЭ), автоматический ввод резерва.

Современные системы промышленного электроснабжения оборудуют комплексом автоматических устройств, предназначенных для управления нормальными режимами электроснабжения и для действия в аварийных режимах или сразу же после их ликвидации. К первой группе могут быть отнесены автоматические устройства пуска электродвигателей, регулирования напряжения и реактивной мощности, настройки дугогасящих реакторов.

Во вторую группу обычно включают устройства, осуществляющие автоматические переключения, направленные на предотвращение развития аварии, на восстановление питания электроприемников и нарушенных, в результате отключения устройствами релейной защиты, связей в системе электроснабжения: автоматическое включение резерва (АВР), автоматическое повторное включение (АПВ), автоматическую частотную разгрузку (АЧР), специальные средства противоаварийной автоматики (ПА).

Среди устройств этой группы только АВР и АПВ, решая задачи восстановления нарушенного электроснабжения, считаются устройствами сетевой автоматики и имеют локальное значение. Два других вида автоматических устройств: АЧР и ПА являются элементами системной противоаварийной автоматики, основной задачей которой является не допустить развития уже начавшейся системной аварии, связанной, как правило, с внезапным отключением больших генерирующих мощностей, мощных межсистемных связей или их участков.

К устройствам автоматики предъявляются требования чувствительности, селективности, быстродействия и надежности.

Требование чувствительности означает, что конкретное устройство автоматики должно эффективно, на возможно ранней стадии выявлять (как правило, с помощью фиксации отклонений электрических параметров режима работы системы электроснабжения от значений режима работы, не требующего вмешательства данного вида автоматики) наступление аварийного режима соответствующего назначению устройства.

Требование селективности означает, что не только автоматические устройства одного вида (например, АВР) должны действовать так, чтобы обойтись минимальным числом управляющих воздействий для восстановления нормального режима электроснабжения, но и устройства разных видов (АВР и АПВ; АВР и АЧР) должны осуществлять управляющие воздействия, наиболее соответствующие конкретному нарушению нормального режима. Так, например, устройства АВР на более высоких ступенях электроснабжения должны действовать раньше аналогичных устройств на низших ступенях электроснабжения, а устройства АВР и АЧР на подстанциях с синхронными электродвигателями должны определять причину, по которой происходит снижение частоты на секции распределительного устройства: из-за выбега синхронных электродвигателей, связанного с потерей питания, или из-за системной аварии, вызванной отключением генерирующих источников. Селективность устройств автоматики должна соблюдаться и по отношению к устройствам релейной защиты.

Требование быстродействия означает, что управляющие воздействия должны вырабатываться автоматическим устройством незамедлительно после достоверной фиксации наступления аварийного режима и осуществляться за время, в течение которого определяющие живучесть технологического процесса параметры не выйдут за допустимые пределы.

Требование быстродействия и селективности иногда оказываются противоречащими друг другу. В таком случае определяющим, как правило, является требование быстродействия.

Надежность — наиболее важное требование к устройствам автоматики включает в себя требования к их высокой аппаратной и эксплуатационной надежности.

Функционирование энергетического хозяйства промышленного предприятия, в настоящее время невозможно без автоматического управления, принципы которого базируются на повышении надежности и экономичности работы систем энергоснабжения. Структура комплексов автоматического управления становится многоуровневой и иерархической. На нижних иерархических уровнях используют локальные устройства, к которым относятся устройства промышленной автоматики (АВР, АПВ, АЧР и др.) и компьютерная техника. Алгоритм действия этих устройств ограничивается использованием информации, реализуемой на месте. На более высоких иерархических уровнях используют управляющую компьютерную технику, обладающую большими техническими возможностями. С помощью компьютеров осуществляется координация действия локальных устройств путем изменения их установок.

Управление отдельными процессами производится в порядке декомпозиции общей задачи управления. Теоретические аспекты автоматического управления системами энергоснабжения базируются в основном на теории автоматического регулирования, режимах систем энергоснабжения и т. д.

Ниже рассмотрена локальная автоматика, наиболее широко применяемая на промышленных предприятиях, в первую очередь в системах электроснабжения.

Применение средств автоматизации, телемеханизации и компьютерной техники с учетом конкретных технологических и других особенностей работы потребителей обеспечивает надежное, рациональное и экономичное энергоснабжение промышленных предприятий.

Для повышения надежности питания электроэнергией промышленного предприятия, его цехов и установок в теле механизируемой системе электроснабжения используют следующие виды автоматики:

• а) автоматическое повторное включение (АПВ), предназначенное для быстрого восстановления питания потребителей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройством релейной зашиты. АПВ предусматривают на воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях всех типов напряжением выше 1 кВ; на шинах электростанций и подстанций; на одиночных понижающих трансформаторах мощностью более 1 МВ-А, имеющих выключатель и максимальную токовую защиту с питающей стороны; на ответственных электродвигателях, отключаемых для обеспечения самозапуска других электродвигателей;
• б) автоматическое включение резервного питания и оборудования (АВР), предназначенное для восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания (ИП) при отключении рабочего ИП, приводящем к обесточению электроустановок потребителя. Устройства АВР предназначены также для автоматического включения резервного оборудования при отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормального технологического процесса. Устройства АВР предусматривают в тех случаях, если при их применении возможно упрощение релейной защиты, снижение токов КЗ и удешевление аппаратуры за счет замены кольцевых сетей радиально-секционированными и т. п. Устройства АВР устанавливают на трансформаторах, линиях, секционных и шиносоединительных выключателях, электродвигателях и т. п.;
• в) автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности, предназначенное для поддержания напряжения у приемников электроэнергии при нормальной работе энергосистемы, для распределения реактивной нагрузки между источниками реактивной мощности по заданному закону и повышения статической и динамической устойчивости электрических систем. Автоматическое регулирование возбуждения предусматривают на синхронных машинах (генераторах, компенсаторах, двигателях). Трансформаторы с регулированием под нагрузкой (РПН) и линейные регуляторы распределительных подстанций оснащают системой автоматического регулирования коэффициента трансформации. Конденсаторные установки оборудуют устройствами автоматического регулирования;
• г) автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АЧРМ), предназначенное для поддержания частоты в электрической системе в нормальном режиме, регулирования и распределения мощности на всех уровнях диспетчерского управления. Системы АРЧМ предусматривают в энергообъединениях, изолированных энергосистемах и на электростанциях;
• д) автоматическое ограничение снижения частоты, осуществляющее автоматический частотный ввод резерва, автоматическую частотную разгрузку (АЧР), включение питания отключенных потребителей при восстановлении частоты (ЧАПВ). Автоматический ввод резерва при снижении частоты используют, в первую очередь, для уменьшения объема отключений или длительности перерыва питания потребителей;
• е) автоматическое предотвращение перегрузки оборудования, предназначенное для ограничения длительности тока в линиях, трансформаторах, устройствах продольной компенсации, превышающего наибольший допустимый ток, длительность которого составляет более 10 — 20 мин. Устройства автоматического предотвращения перегрузки оборудования воздействуют на отключение потребителей (перегружающегося оборудования);
• ж) самозапуск электродвигателей. При наличии АПВ и АВР, когда питание электроэнергией прерывается кратковременно (на 1 — 2 с), т. е. на время работы устройств автоматики, необходимо, чтобы ответственные электродвигатели, если это допускается условиями технологического процесса и техники безопасности, не отключались от сети. Это достигается применением самозапуска этих двигателей. Остальные, менее ответственные потребители для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей отключаются защитой минимального напряжения.

Система электроснабжения потребителей содержит основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, канал электроснабжения постоянным напряжением. Каждый канал электроснабжения переменным напряжением содержит источник питания переменным напряжением, выключатель автоматический ввода, устройство контроля сопротивления изоляции, устройства коммутации, параллельно подключенные, устройства управления устройствами коммутации, соединенные с устройствами коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, соединенный с каждым из устройств коммутации данного канала. Система содержит устройство автоматического включения резерва, соединенное с каждым из устройств управления устройствами коммутации каждого канала. Система содержит субблок сигнализации, соединенный с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением и соединенный с устройством автоматического включения резерва. Субблок диагностики соединен с субблоком сигнализации. Система содержит электроприводы потребителей. Система спроектирована таким образом, чтобы в любых проектных режимах работы, а также в режимах проектных и вне проектных аварий, обеспечивалось бы надежное прекращение электроснабжения потребителей при одновременном получении инициативного сигнала по двум из двух имеющихся каналов ввода аварийного сигнала. Изобретение относится к области электроэнергетики и электротехники, а именно к системам электроснабжения постоянным и переменным напряжением потребителей.

Известны разные структурные схемы электроснабжения потребителей. Однако эти схемы выполняют либо обеспечивающие, либо управляющие функции и рассчитаны на режим нормальной эксплуатации. Для обеспечения управляющих и обеспечивающих функций в режиме нормальной эксплуатации и в режиме аварийной защиты предполагается участие дополнительного оборудования, а в отдельных случаях и дополнительных систем, которые выполняют предназначенные им действия (управление, обеспечение, защита).

Тогда как предлагаемая система электроснабжения потребителей обеспечивает выполнение обеспечивающих, управляющих и защитных функций одновременно как в режиме нормальной эксплуатации, так и в аварийном режиме.

Известна система комплексного электроснабжения линейных потребителей, патент РФ № 2 260 235, МПК H02J 9/04, содержащая канал электроснабжения постоянным напряжением, основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, устройство автоматического включения резерва, соединенное с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, устройство контроля напряжения, устройство управления устройством коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, трансформатор, электроприводы линейных потребителей. Каждый канал электроснабжения переменным напряжением содержит последовательно соединенные источник питания, автоматический выключатель входных цепей, устройство коммутации. Автоматический выключатель выходных цепей соединен с устройствами коммутации каждого из каналов электроснабжения переменным напряжением. Устройство контроля напряжения соединено с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением. Устройство управления устройством коммутации соединено с устройством коммутации каждого из каналов электроснабжения переменным напряжением.

К недостаткам известной системы относятся: низкая надежность каналов электроснабжения и системы в целом, низкая стойкость к наложению отказов, кроме того, система выполняет только функции обеспечения в режиме нормальной эксплуатации. В системе не обеспечивается необходимая надежность каналов электроснабжения, выход из строя одного из элементов канала приводит к выходу из строя всего канала электроснабжения, а значит, не обеспечивается надежность системы в целом. А при выходе из строя устройства коммутации в рабочем канале обесточивается вся цепь питания линейного потребителя, т.к. система не воспринимает данное событие как сигнал к срабатыванию устройства автоматического включения резерва. Используя в системе одно на два канала, устройство управления устройством коммутации и одно на два канала устройство контроля напряжения, выход из строя которых приводит к выходу из строя обоих каналов электроснабжения переменным напряжением, а значит и системы в целом, что не обеспечивает необходимой надежности каналов и системы. В системе отсутствует контроль сопротивления изоляции и питаемых ею исполнительных механизмов, что снижает эксплуатационную надежность системы, отсутствует вероятность обнаружения скрытых отказов электрооборудования, что снижает пожарную и электрическую безопасность. Несовершенна система сигнализации — при обнаружении неисправностей поступает обобщенный сигнал о событии без указания конкретного места возникновения неисправности, что не позволяет быстро реагировать на возникновение нештатных ситуаций. Отсутствие диагностики состояния технических средств системы делает невозможным фиксировать кратковременные отказы оборудования, что в свою очередь не дает возможности своевременно и в кратчайшие сроки устранить неполадки.

В основу изобретения поставлена задача обеспечение (создание) системы электроснабжения потребителей путем введения нового состава элементов, новой организации взаимосвязей между элементами системы, изменения структуры каналов электроснабжения и системы в целом, обеспечивая выполнение управляющих и обеспечивающих функций в режиме нормальной эксплуатации и режиме аварийной защиты, высокую стойкость к наложению отказов, высокую надежность электроснабжения потребителей за счет обнаружения «скрытых» отказов на уровне отдельных элементов системы и особенно наложение отказов в сопутствующих системах, обеспечение высокой надежности системы в целом.

Поставленная задача решается тем, что в системе электроснабжения потребителей, содержащей основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, устройство автоматического включения резерва (АВР), соединенное с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, канал электроснабжения постоянным напряжением, электроприводы потребителей, где каждый из каналов электроснабжения переменным напряжением содержит последовательно соединенные источник питания переменного напряжения, выключатель автоматический ввода, первое устройство коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, каждый канал электроснабжения переменным напряжением содержит устройство контроля сопротивления изоляции, устройство контроля напряжения, второе устройство коммутации, первое и второе устройство управления устройством коммутации, при этом вход устройства контроля сопротивления изоляции соединен с выключателем автоматическим ввода, а выход — с первым входом каждого из устройств коммутации, вход устройства контроля напряжения соединен с выключателем автоматическим ввода, первый выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом каждого из устройств управления устройством коммутации, второй выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом устройства автоматического включения резерва, первое и второе устройства коммутации подключены параллельно, второй вход первого устройства коммутации соединен с первым выходом первого устройства управления устройством коммутации, второй вход второго устройства коммутации соединен с первым выходом второго устройства управления устройством коммутации, второй вход каждого из устройств управления устройством коммутации соединен с первым выходом устройства автоматического включения резерва, выход каждого из устройств коммутации соединен с автоматическим выключателем выходных цепей, система содержит субблок сигнализации и субблок диагностики, при этом первый вход субблока сигнализации соединен с вторым выходом устройства автоматического включения резерва, второй вход субблока сигнализации соединен с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, выход субблока сигнализации соединен с входом субблока диагностики, выход которого соединен с пультом управления оператора.

Предлагаемая система электроснабжения потребителей отличается наличием нового состава элементов, т. е. новой совокупностью признаков, которые обеспечивают новые технические свойства системы. Технический результат — обеспечение стойкости системы к наложению отказов, беспрерывной диагностики оборудования и элементов системы, повышенная надежность системы, обеспечение объединения в одной системе функций управления, обеспечения и защиты, возможность использования при разработке новых систем и их модернизации в будущем, а также модернизации уже действующих систем.

Использование в системе устройства контроля изоляции позволяет выявить повреждение изоляции и снижение ее электрического сопротивления, тем самым достигается повышение эксплуатационной надежности системы, улучшение условий диагностирования «скрытых» отказов электрооборудования, повышение пожарной и электрической безопасности.

Наличие двух параллельно соединенных устройств коммутации в цепи как основного, так и резервного каналов электроснабжения при выходе из строя одного из устройств коммутации позволит обеспечить питанием потребителя цепью другого устройства коммутации. Об отключении одного из устройств коммутации система сигнализации и диагностики оповестит обслуживающий персонал.

Схемотехника канала электроснабжения построена таким образом, что сигналы аварийной защиты выдаются по одной из дублированных цепочек одного направления, т. е. выход из строя одного из устройств цепочки не выводит из строя весь канал и соответственно не приводит к отказу в выполнении функций аварийной защиты для части потребителей, тем самым позволяет выполнить свои функции в полном объеме.

Система сочетает функции элемента нормальной эксплуатации с функциями обеспечивающего и управляющего элемента безопасности.

Введение

в систему субблока сигнализации дает возможность получать сигнал с конкретным указанием места возникновения неисправности, что позволит уменьшить время обнаружения неисправности, быстро реагировать на возникновение нештатных ситуаций, увеличить уровень ремонтопригодности, повысить функциональные возможности и эксплуатационные качества.

Наличие субблока диагностики обеспечивает непрерывную диагностику оборудования и элементов системы с архивированием в РМО. Архивирование событий дает возможность зафиксировать кратковременные отказы оборудования, которые не представляется возможным установить обслуживающему персоналу, что в свою очередь дает возможность своевременно устранить неполадки.

Система рассчитана на режим круглосуточной беспрерывной работы с учетом проведения технического обслуживания и восстановления путем замены любой отказавшей сменной составной части на исправную.

Допускается режим оперативной замены составных частей без снятия напряжения.

Анализ построения структуры позволяет сделать выводы о том, что принцип независимости реализован на должном уровне — отказ или выход из строя любого изделия, соединенного с системой, или любой составной части системы не должны приводить к отказам, или либо как негативно влиять на работу других составных частей, которые могли бы нарушить способность системы к выполнению обеспечивающих и управляющих функций.

В качестве примера системы электроснабжения потребителей рассмотрим систему электроснабжения органов регулирования (ОР) системы управления и защит (СУЗ) энергоблока, где линейными потребителями являются органы регулирования системы управления и защит энергоблока.

Система электроснабжения потребителей выполняет функции обеспечения, управления и защит, а также информационные и диагностические функции. Система обеспечивает непрерывное силовое электроснабжение переменным и постоянным током органов регулирования СУЗ в проектных режимах энергоблока, прекращает электроснабжение ОР СУЗ по командам аварийной защиты (AЗ), обеспечивает автоматическое переключение с основного на резервный канал электроснабжения ОР СУЗ переменным током при нарушении параметров напряжения питания на входе основного канала.

Система обеспечивает распределение силового выходного напряжения на каждом из выходов каналов электроснабжения ОР СУЗ переменным и постоянным током.

К управляющим функциям относятся:

• — функция конечного устройства AЗ;
• — функция инициативного устройства AЗ;
• — функция автоматического включения резерва;
• — функция автоматического возврата на основной ввод при возобновлении на нем силового питания.

Система выполняет следующие информационные и диагностические функции:

• — отображение информации о состоянии системы путем световой индикации и параметров силового напряжения по каждому вводу-выводу;
• — диагностирование технических средств системы, формирование и выдача в систему контроля сигнала «неисправность».

Система электроснабжения потребителей, на примере органов регулирования системы управления и защит энергоблока АЭС, работает следующим образом.

В режиме нормальной эксплуатации.

Электропитание приводов ОР осуществляется от трех независимых источников.

При нормальной работе все ОР питаются от двух независимых источников переменного тока. Выходные напряжения через автоматические выключатели основного и резервного каналов подаются на первичные обмотки трехфазного трансформатора, с вторичных обмоток которого снимается напряжение силового электропитания переменным током группы органов регулирования СУЗ. При исчезновении напряжения на вводах основного канала электроснабжения ОР СУЗ переменным током (обрыв любой фазы трехфазной системы или уменьшение напряжения хотя бы одной фазы ниже 80% от номинального значения) автоматически происходит переход с основного канала на резервный с помощью блока управления. В случае одновременного исчезновения напряжения переменного тока на источниках переменного тока все приводы ОР подключаются к третьему источнику постоянного тока (аккумуляторной батареи) на время, регламентированное в соответствии с ТУ, после чего формируется сигнал аварийной защиты.

Работа системы в режиме АВР.

При исчезновении напряжения электропитания на основном вводе системы срабатывает устройство контроля напряжения, выключаются контакторы основного канала, при этом сигнал управления поступает в устройство управления резервного канала и осуществляется включение контакторов резервного канала. При восстановлении электропитания на основном канале выключаются контакторы резервного канала и включаются контакторы основного канала. Система обеспечивает автоматическое переключение трансформаторов с выходов одного (основного) канала электроснабжения ОР СУЗ на выходы другого (резервного) канала электроснабжения (АВР).

Выбор основного канала электроснабжения также может выполняться вручную с помощью выключателя.

АВР предусматривает:

• — контроль трехфазного напряжения от источника силового электропитания на вводах, составляющих первый и второй каналы электроснабжения ОР СУЗ переменным током, один из которых назначен основным;
• — формирование команды АВР в случае, если на одном или обоих вводах, назначенных основным каналом электроснабжения ОР СУЗ переменным током, обнаружены:
• — отклонение параметров электропитания;
• — обрыв любой фазы трехфазной системы или уменьшение напряжения хотя бы одной фазы, ниже установленного уровня, сохраняющегося в течение времени, превышающего 50 мс;
• — по команде АВР: в основном канале электроснабжения ОР СУЗ переменным током — автоматическое отключение выходных цепей от трехфазного напряжения на вводе, а в резервном канале — подключение выходных цепей к трехфазному напряжению на вводе. После восстановления трехфазного напряжения на вводах основного канала обратное переключение выходных цепей основного и резервного каналов электроснабжения ОР СУЗ переменным током.

В системе предусмотрена установка уровня снижения напряжения вручную, вызывающего формирование команды АВР, и возможность изменения установленного уровня при эксплуатации в пределах 73−85% от номинального значения напряжения.

При исчезновении электропитания на основном и резервном вводах срабатывает устройство контроля напряжения и формируется управляющий сигнал на устройство управления и инициативный сигнал по трем независимым кабелям от каждого канала системы для формирования сигнала AЗ (два из трех) по факту исчезновения электропитания.

Инициирование срабатывания AЗ по факту:

• 1. потери силового электропитания ОР СУЗ.
• 2. потери оперативного тока в любом из каналов.
• 3. исполнение команды AЗ.

Работа системы в режиме сигнала AЗ.

При поступлении сигнала AЗ от комплектов АЗ-ПЗ происходит отключение контакторов в каналах электроснабжения переменным и постоянным током, что приводит к обесточиванию силовых устройств ОР СУЗ.

Контроль срабатывания узлов системы осуществляется устройствами сигнализации. При наличии неисправностей элементов системы персонал оповещается путем световой и звуковой сигнализации, информация о наличии неисправностей от датчиков поступает в субблок сигнализации и по цифровому каналу связи передается на ПЭВМ рабочего места оператора.

Система спроектирована таким образом, чтобы во всем проектном диапазоне изменения параметров напряжения, которые питают систему и напряжения силового питания ОР СУЗ, обеспечивалось непрерывное снабжение ОР СУЗ электроэнергией.

Система спроектирована таким образом, чтобы в любых проектных режимах работы, а также в режимах проектных и вне проектных аварий обеспечивалось бы надежное прекращение электроснабжение ОР СУЗ при одновременном получении инициативного сигнала по двум из двух имеющихся каналов ввода аварийного сигнала.

Система электроснабжения потребителей, содержащая основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, устройство автоматического включения резерва, соединенное с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, канал электроснабжения постоянным напряжением, электроприводы потребителей, где каждый из каналов электроснабжения переменным напряжением содержит последовательно соединенные источник питания переменного напряжения, выключатель автоматический ввода, первое устройство коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, отличающаяся тем, что каждый канал электроснабжения переменным напряжением дополнительно содержит устройство контроля сопротивления изоляции, устройство контроля напряжения, второе устройство коммутации, первое и второе устройство управления устройством коммутации, при этом вход устройства контроля сопротивления изоляции соединен с выключателем автоматическим ввода, а выход — с первым входом каждого из устройств коммутации, вход устройства контроля напряжения соединен с выключателем автоматическим ввода, первый выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом каждого из устройств управления устройством коммутации, второй выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом устройства автоматического включения резерва, первое и второе устройства коммутации подключены параллельно, второй вход первого устройства коммутации соединен с первым выходом первого устройства управления устройством коммутации, второй вход второго устройства коммутации соединен с первым выходом второго устройства управления устройством коммутации, второй вход каждого из устройств управления устройством коммутации соединен с первым выходом устройства автоматического включения резерва, выход каждого из устройств коммутации соединен с автоматическим выключателем выходных цепей, кроме того, система содержит субблок сигнализации и субблок диагностики, при этом первый вход субблока сигнализации соединен с вторым выходом устройства автоматического включения резерва, второй вход субблока сигнализации соединен с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, выход субблока сигнализации соединен с входом субблока диагностики, выход которого соединен с пультом управления оператора.

Задание 3

Техника безопасности при работе с электроприборами.

Прежде чем приступить к обслуживанию, ремонту или монтажу электроустройств, необходимо познакомиться с элементарными приемами безопасности. Несоблюдение их может стать причиной пожара в доме, привести к травмам и даже гибели человека. Смертельным считается ток 100 мА и более Степень поражения током зависит и от других факторов: влажности кожи, площади соприкосновения с проводником, частоты тока, напряжения источника тока и т. д.

Поражение током может произойти при обслуживании электроприборов без изучения прилагаемых к ним инструкций по безопасности. Например, ряд приборов должен быть заземлен, что специально отворено инструкцией.

Опасно пользоваться бытовыми электроустройствами, если нарушена их изоляция или изоляция провода, а также при ремонте и монтаже электросети, при эксплуатации электрических приборов во влажных помещениях (ванной) и помещениях с мокрым полом. Находясь в ванной или под душем, не следует касаться руками светильников, проводки, переключателей, выключателей.

При устранении мелких неисправностей электрических устройств (включая светильники), нарушении изоляции, ремонте и монтаже электросети следует неукоснительно соблюдать главное правило безопасности — непременное отключение приборов от электрической сети при ремонте и монтаже самой электросети, внутренней проводки (до электросчетчика) необходимо вывинчивать предохранители. Все работы, начиная с подсоединения внутренней проводки к электросчетчику и на его выходе и подключении к внешней линии электросети, должен проводить представитель монтажной, наладочной или эксплуатирующей воздушные или кабельные электролинии организации.

Любые электрические работы следует выполнять только при отключенном питании (напряжении). Напряжение выше 24 В опасно. В число необходимых мер предосторожности входят и непременная изоляция инструмента, с которым работает домашний мастер: плоскогубцы, кусачки, круглогубцы, пассатижи комбинированные. Их ручки должны быть изолированы, например, обтянуты резиновой или хлорвиниловой трубкой. Отвертки должны иметь деревянные или пластмассовые ручки, без трещин, без каких-либо металлических включении, например винтов, соединяющих две щеки ручки отвертки. А само лезвие — стальная часть, кроме кромки острия, должно быть обтянуто трубкой и надежно утоплено в ручке.

Некоторые виты инструмента можно изолировать самому с помощью хлорвиниловой трубки Для этого трубки нужного размера, диаметр которых равен самому тонкому сечению изолируемого инструмента, опускают в дихлорэтан и выдерживают в нем около часа. В результате трубки размягчаются и становятся эластичными, их легко натянуть на ручки инструмента. Поверх изолированных таким способом ручек надевают хлорвиниловую трубку большего диаметра. Примерно через сутки трубки приобретают свою обычную твердость и плотно облегают ручки инструмента. Подобным образом, но уже для удобства, можно обтянуть трубкой ту часть шлямбура, которую во время работы держат в руке. Сухие помещения с деревянными полами также могут стать опасными, если не соблюдать следующие правила:

• 1. Все розетки, электроприборы и светильники должны быть удалены от заземленных труб отопления и водопровода, и других металлических коммуникаций таким образом, чтобы исключить одновременное прикосновение к коммуникациям и электрическому прибору, шнуру или розетке.
• 2 Опасно протирать от пыли мокрой ветошью осветительную арматуру и электролампы, когда они находятся под напряжением. Делать это следует при отключенном выключателе, сухой ветошью, стоя на непроводящем ток основании.

Наличие электропроводки и электроприемников с исправной изоляцией — залог безопасности. Поэтому следует тщательно оберегать электропроводку от повреждения: не подвешивать электро-провод на гвоздях, металлических и деревянных предметах, перекручивать или завязывать в узел провода, не закладывать провод и шнуры за газовые и водопроводные трубы, за батареи отопления; не вешать что-либо на провода; не вытягивать за шнур вилку из розетки; не защемлять электропроводку дверями и оконными форточками.

Закрашивание или побелка наружной электропроводки во время ремонта помещений может привести к разрушению изоляционного материала, электротравме, пожару.

• 3. Загоревшийся электропровод нельзя гасить водой. Необходимо сначала обесточить сеть, а затем приступить к тушению очага пожара.
• 4. В настоящее время в подавляющем большинстве квартир электропроводка выполнена скрытым способом (под штукатуркой) во время внутренней отделки помещения строительной организацией, производящей ремонт или монтаж электрооборудования Естественно, у квартиросъемщика нет схемы прохождения проводов по стенам квартиры Поэтому произвольное вбивание в стены гвоздей и костылей для подвески картин, гардин и других предметов домашнего обихода, а также пробивка отверстии и борозд до ознакомления со схемой внутренней (скрытой) электропроводки могут привести к ее повреждению и поражению человека электрическим током.
• 5. Очень опасно пользоваться переносными электроприборами: светильниками, электроинструментом вблизи батареи отопления, водопроводных труб и других заземленных металлических конструкций, так как при повреждении изоляции электрического прибора или светильника и прикосновения к металлическим конструкциям человек может оказаться в цепи прохождения электрического тока
• 6. Случается, что при прикосновении к корпусу электроприбора, водопроводной трубе, радиаторам и т. д. бьет током. Это — опасное явление! Значит, данное оборудование находится под напряжением в результате какого-то повреждения электрической сети. Необходимо немедленно отключить поврежденный прибор от сети, а при появлении напряжения на трубах, радиаторах и т. д. моментально отключить автоматические или вывернуть обыкновенные пробки, затем вызвать дежурного электрика для устранения повреждения
• 7. Порядок включения любого электрооборудования в сеть должен быть следующим. Сначала подключается шнур к прибору, а затем — к сети. Отключение прибора производится в обратном порядке. Нарушение этого правила может привести к электротравмам.
• 8 В ванных и душевых комнатах, в подсобных помещениях и гаражах, в садовых домиках и подвалах, в сырых помещениях, а также в помещениях с земляными, кирпичными и бетонными полами при пользовании электроэнергией надо соблюдать особую осторожность. Во-первых, в таких помещениях изоляция изнашивается быстрее. Во-вторых, сама агрессивная среда действует на изоляцию отрицательно. Поэтому необходимо применять здесь электроприборы и светильники специальной конструкции.

В помещениях с высокой концентрацией водяных паров (ванная) или же там, где отсутствует хорошая вентиляция, создаются условия для большей проводимости электрического тока. Действующие правила оборудования электроустановок запрещают устанавливать в таких помещениях штепсельные розетки и выключатели. Их следует выносить в коридор или же в помещение без повышенной влажности. Крайне опасно пользоваться в таких условиях включенными в сеть переносными электроприборами, светильниками, а также использовать стационарные светильники без предохранительной арматуры.

9. Нельзя прикасаться влажными руками к электроприборам, находящимся под напряжением. Особенно важно соблюдать меры безопасности при работе и ремонте стиральной машины. Во время работы машины не следует касаться влажными руками ее корпуса.

Главное правило по технике безопасности: никакие работы, связанные с ремонтом электросети и бытовых электроприборов, не следует проводить под напряжением. При пользовании электросетью и бытовыми электроприборами необходимы осторожность, осмотрительность, внимание.

Список рекомендуемой литературы

• 1. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. Т 1. Л.: Энергоиздат, 1981. — 536с.
• 2. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. Т 1. Л.: Энергоиздат, 1981. — 416 с.
• 3. Теоретические основы электротехники. Т. 1., Под ред. П. А. Ионкина. М. Высшая школа, 1976. — 544с.
• 4. Теоретические основы электротехники. Т. 2., Под ред. П. А. Ионкина. М. Высшая школа, 1976. — 383с.
• 5. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Ч.1.-М.: Высшая школа, 1978.-528с.
• 6. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические поле.-М.: Высшая школа, 1978.-528с.
• 7. Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат. 1989.-528с.
• 8. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Т. 3. М. Энергия, 1975.-352с.
• 9. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи.Ч.1.-М.: Энергия, 1978.-592с.

Теоретические основы электротехники. Нелинейные электрические цепи. Электромагнитное поле. Под ред. Г. И. Атабекова. Ч. 2,3.-М.: Энергия 1979.-432с.