Сполучення джерел живлення

Джерела живлення (або акумулятори) для збільшення потужності при маленькому значенні напруги з’єднують у батареї. З’єднання дозволяється лише для однорідних елементів, які мають однакові ЕРС та внутрішні опори.

Існує три засоби сполучення елементів у батарею:

· Послідовне (рис.9.4).

Використовується, коли струм споживача не перевіщує номінального струму елемента, а напруга споживача (U) більше ЕРС одного елемента (Е₀). Кількість елементів у батареї знаходиться як:

У всіх елементів ЕРС повинні мати однаковий напрямок (для чого негативний затискач першого елемента з’єднується з позитивним затискачем другого елемента й так далі). Ємність батареї в цьому випадку дорівнює ємності одного елемента, а ЕРС батареї буде:

Внутрішній опір батареї буде:

Рисунок 9.4 - Послідовне сполучення джерел живлення

· Паралельне (рис.9.5).

Використовується, коли струм споживача (І) перевіщує розрядний струм елемента (І_р), а напруга споживача (U) дорівнює ЕРС одного елемента (Е₀). Кількість елементів у батареї знаходиться як:

При цьому сполученні позитивні затискачі з’єднуються в один вузол, а негативні - в другий. ЕРС батареї дорівнює ЕРС одного елемента:

Внутрішній опір батареї буде:

Ємність батареї дорівнює сумі ємностей паралельно з’єднаних елементів.

Рисунок 9.5 - Паралельне сполучення джерел живлення

· Змішане сполучення - це комбінація послідовного та паралельного з’єднання елементів. Використовується, коли номінальні напруга та струм споживача більше за ЕРС та розрядний струм одного елемента.

9.3 Розрахунок електричних кіл методом перетворення схеми

(метод «згортання»)

Для полегшення розрахунків електричних кіл використовують рівнозначні (або еквівалентні) перетворення з метою спрощення схеми кола. Це перетворення зірки в трикутник чи навпаки, згортання схеми з кінця, використовуючи формули послідовного чи паралельного сполучення опорів. Суть метода «згортання» привести електричне коло до найпростішого кола. Тобто знайти еквівалентний опір всього кола та використовуючи закон Ома знайти струми чи напруги. Цей метод використовується для розрахунку простих кіл (кола з одним джерелом живлення), коли відомі ЕРС генераторів

(або напруги) та опори ділянок кола.

10 Поняття про втрату напруги у проводах ліній електропередач

10.1 Втрата напруги у проводах ліній електропередач

Передача електроенергії на відстані виконується за допомогою лінії електропередач (ЛЕП), які діляться на повітряні та кабельні. При передачі енергії частина її розходується на нагрів проводів, створення електромагнітних полів. Ці втрати електроенергії потрібно тлумачити як технологічні втрати електроенергії на її передачу, а не як у інших галузях - втрати від браку, коли порушується технологічний процес. В основному електроенергію до одного споживача передають по двом однаковим за параметрами ЛЕП для забезпечення надійності мереж. Тобто, коли аварійно відключиться одна з ЛЕП друга залишиться живити споживач.

ЛЕП складаються з проводів, які у свою чергу виготовляються з провідників, в основному з міді чи алюмінію. Всі матеріали, навіть провідники, мають опір. При передачі електроенергії по проводам довжиною більше за 10 м опором проводу нехтувати не можливо, так як струм в них викликає помітне падіння напруги згідно закону Ома:

Різність напруг на початку та у кінці лінії називається втратою напруги:

де S - площина поперечного перерізу проводу, мм²

l - довжина провідника, м

- питомий опір провідника,

- струм, який протікає по проводу, А

З метою економії енергії та для забезпечення незначного коливання напруги на затискачах приймача при зміні опору чи струму приймача втрата напруги повинна бути невелика при зрівнянні з номінальною напругою приймача. Струм споживача (чи навантаження) при різних опорах приймача змінюється від нуля до найбільшого свого значення. Втрата напруги при цьому теж коливається від нуля до свого максимального значення. При постійній напрузі на початку ЛЕП напруга на кінці лінії змінюється від при І =0 та до . Тому допустима втрата напруги у мережі дорівнює допустимому коливанню напруги на затискачах приймача.

Так як при передачі енергії по проводам частина напруги «втрачається», то також втрачається й потужність:

Тоді ККД мережі буде:

Звичайно передача енергії відбувається при ККД 0,95÷0,98 й напруга на зажимах приймача відрізняється від напруги на початку лінії на 2÷5 %.

Різність між номінальною напругою мережі й дійсною напругою мережі називається відхиленням напруги. Позначається - , В або .

або

В електричних мережах напругою до 20 кВ відхилення напруги на зажимах споживачів у нормальному режимі не повинні перевищувати ± 5 %, а в аварійному - ± 10 %.

Відхилення напруги небажані як у бік збільшення так й у бік зменшення по відношенню до номінальної напруги. При великих відхиленнях напруги спостерігається збільшення втрат потужності та енергії, змінюються навантаження споживачів, погіршується якість продукції, можливе бракування продукції, скорочення строку роботи елементів мережі й обладнання, порушення нормальної діяльності пристроїв автоматики і релейного захисту, що може привести до аварій та відключень споживачів. Наприклад, для ламп розжарювання при освітленність зростає на 40%, а строк роботи зменшується у 3 рази; при освітленність зменшується на 30%, а строк роботи збільшується у 2 рази, але зменшується продуктивність праці й погіршується стан та здоров’я людини.

У випадку коли мережа має декілька приймачів, приєднаних до різних міст лінії, втрату напруги у всій мережі визначають як суму втрат напруги на окремих її ділянках:

Під найбільшою втратою напруги розуміють втрату напруги на шляху від джерела живлення до найбільш віддаленого споживача електроенергії мережі одного класу напруги. Причому визначають найбільшу втрату напруги як у нормальному режимі роботи електромережі, так й в аварійному (наприклад, при відключенні однієї ЛЕП з двох паралельних). Розрахункові найбільші втрати напруг повинні бути менші за найбільш допустимі, як у нормальному, так й в аварійному режимі:

· При номінальній напрузі ≥110 кВ:

· При номінальній напрузі =35 кВ:

.

10.2 Вибір перерізу проводів за допустимою втратою напруг

Струмоведучі частини електрообладнання апаратів, розподільчих устроїв промислових підприємств повинні тривало видержувати робочі струми без черезмірного підвищення температури, протистояти короткочасній дії струмів короткого замикання, задовольняти вимогам економічної роботи електрообладнання. Кількість тепла, яка виділяється у проводах при протіканні струму, у першому приближенні пропорційна квадрату цього струму (за законом Джоуля-Ленца Q = I²Rt). В свою чергу величина струму залежить від розрахункових навантажень електрообладнання.

При визначені розрахункових навантажень на промислових підприємствах користуються значеннями розрахункової потужності - Р_Р. В залежності від режиму роботи розрахункову потужність визначають за різними формулами. Наприклад, для двигунів тривалого режиму роботи та освітлення приміщень: Р_Р = Р_НОМ (Р_НОМ - номінальна потужність споживача, Вт).

Для групи споживачів розрахункову потужність знаходять за формулою:

де - коефіцієнт попиту у відносних одиницях, приймається за довідником

(≤ 1)

Тоді визначають розрахунковий струм, який протікає по проводу:

Таким чином, переріз проводів та кабелів напругою обирають за умови його допустимого нагріву при протіканні по ньому струму: І_ДОП ≥ І_Р,

де І_ДОП - допустимий струм проводів та кабелів в залежності від перерізу проводу засобів прокладки, марки та класу напруги. Приймається за довідником.

Після чого обраний переріз проводу чи кабелю перевіряють на втрату напруги від джерела живлення до всіх споживачів, яка не повинна перевищувати допустимої втрати напруги: ± 5% для силової мережі та +5% чи -2,5% для освітлювальної мережі:

,

де ρ - питомий опір матеріалу провода,

l - довжина лінії, м

S - обраний переріз провода, мм²

У випадку перевищення розрахункової втрати напруги допустимої потрібно обрати більший ближчий стандартний переріз та знову перевірити його на втрату напруги. Розрахунок триває доки розрахункова втрата напруги не буде нижче допустимої.

Також переріз проводів та кабелів перевіряють не механічну міцність - обраний переріз проводів не повинен бути менше ніж мінімально допустимий:

• для силових кіл - 16 мм²,
• для кіл керування - 4 мм²,
• для кіл зв’язку, телекерування - 2,5 мм²

Для електричних мереж напругою до 1000 В переріз проводів повинен бути пов’язаний з вибором захисного пристрою (запобіжником, автоматичним вимикачем…). Для покращення режиму напруги у розподільчих мережах напругою до 35 кВ включно переріз проводів рекомендується визначати за допустимою втратою напруги. Алгоритм:

1 приймають допустиму втрату напруги у мережі. 5% для силової мережі та 2,5% для освітлювальної мережі.

2 визначають розрахунковий переріз проводу - , мм²:

3 обирають стандартний переріз проводу за умовою:

4 обраний переріз проводу перевіряють на допустимий нагрів проводу при протіканні по ньому струму за умовою: І_ДОП ≥ І (де І_ДОП - допустимий струм проводів та кабелів в залежності від перерізу проводу, засобів прокладки, марки та класу напруги. Приймається за довідником). У випадку перевищення струму приймача допустимого потрібно обрати більший ближчий стандартний переріз та знову перевірити його. Розрахунок триває доки струму приймача не буде нижче допустимого.

10.3 Вибір раціональних напруг

Як видно з формули відносно малий переріз для передачі великих потужностей на великі відстані буде, коли використати для мережі високі напруги. Таким чином, одним з засобів зниження втрат напруги та електроенергії на її передачу є перевод мережі на більш великий клас напруги. Наприклад, замість 6 кВ використати 10 кВ. Причому чим більше відстань між джерелом живлення й споживачами, тим використовують вищий клас напруги: 220, 330, 500, 750 кВ. При використанні великих напруг також зменшуються витрати на матеріал проводів, так як їх переріз менший. Але з другого боку збільшуються витрати на капітальні вкладення: встановлення додаткового обладнання на підстанціях для зменшення класу напруги споживаємої енергії та на електростанціях для збільшення класу напруги виробляємої електроенергії. У зв’язку з цим вибір класу напруги на кожній ступені електропостачання повинно виконуватись на основі техніко-економічних розрахунків.

11 Нерозгалужене коло із змінним опором

11.1 Коло зі змінним опором

Розглянемо нерозгалужене електричне коло з двома послідовно ввімкненими опорами (рис.11.1): постійним опором R₁ та змінним опором R₂, який будемо змінювати від ∞ до 0, при постійній напрузі на затискач кола.

Рисунок 11.1 - Нерозгалужене електричне коло з двома послідовно ввімкненими опорами, один з яких змінний

· При струм у колі буде:

Падіння напруги на R₁:

Падіння напруги на R₂:

Повна потужність кола:

Потужності, які споживають приймачі:

Чим більше , тим менший струм у колі й тим більш ККД.

· При R₂=∞ режим кола називається холостим ходом, (не робочий хід).

При цьому режимі струм у колі відсутній:

Падіння напруги на R₁ відсутнє:

Падіння напруги на R₂ дорівнює напрузі прикладеній до кола:

Повна потужність кола:

приймачі не споживають потужність:

· При R₂=0 режим кола називається режимом короткого замкнення.

При цьому режимі струм у колі найбільш можливий:

Падіння напруги на R₁ дорівнює напрузі прикладеній до кола:

Падіння напруги на R₂ відсутнє:

Повна потужність кола максимальна:

Другий приймач не споживає потужність:

А перший споживає усю потужність від джерела живлення:

ККД прагне до мінімуму.

· При R₁= R₂ режим кола називається узгодженим режимом за потужністю.

,

Другий приймач споживає найбільш можливу потужність у цьому колі:

ККД дорівнює 50%, тобто половина енергії перетворюється у тепло (втрачається). Такий низький ККД не придатний для енергетичного устаткування. Але в пристроях автоматики, телемеханіки та електрозв’язку потужності малі й звичайно важливим є не ККД, а передача більшої потужності від джерел до виконавчих механізмів, тому у цих пристроях віддають перевагу згідному режиму.

Дата добавления: 2013-12-13