ВВЕДЕНИЕ. Элементы триады железа

ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Колесник Ю.Н.

Оси ГЭН подписать

Индексы

Платиновые металлы

Элементы триады железа

D -металлы VIII группы

d -металлы VIII группы включают три триады. В четвертом периоде это триада железа, а триады пятого и шестого периодов объединяют под общим названием платиновые металлы.

В триаду железа входят: железо(Fе), кобальт (Со) и никель(Ni). Данные металлы являются основными конструкционными металлами.

Для железа наиболее устойчива при обычных условиях степень окисления +3, поэтому соединения железа +2 являются сильными восстановителями, а +6 – сильными окислителями.

В мелкораздробленном состоянии (диаметр частиц около 5 мкм) самовоспламеняются на воздухе, т.е. обладают пирофорными свойствами.

Железо при температуре красного каления (~500 ⁰С) окисляется водой

3Fe + 4Н₂О = Fe₂О₃ + H₂.

Соляная и разбавленная серная кислоты растворяют данные металлы с образованием двухвалентных солей

Fe + 2НCl = FeCl₂ + Н₂.

При растворении железа в азотной или концентрированной серной кислотах при обычных условиях или при нагревании образуются соли железа (III):

Fe + 4НNO_3(разб.) → Fe(NO₃)₃ + NO + 2Н₂О,

2 Fe + 6 H₂SО₄ = Fe₂(SО₄)₃ + 3 SО₂↑ + 6 H₂О.

Концентрированная азотная кислота, содержанная NO₂, и концентрированная (близкая к 100%) серная кислота пассивирует данные металлы, создавая на их поверхности оксидные пленки.

Ионы Fe³⁺ проявляют относительно сильные окислительные свойства φ°(Fe³⁺/ Fe²⁺) = +0,77 В. На практике это используется для «травления» печатных плат по реакции:

2 FeCl₃ + Сu = 2 FeCl₂ + CuCl₂.

К платиновым металлам относятся: рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Рd), осмий (Оs), иридий (Ir) и платина (Рt). Являются электронными аналогами cоответствующих элементов триады железа, но значительно уступают им в химической активности..

Платина, благодаря тугоплавкости и исключительной коррозионной стойкости, используется для изготовления химической аппаратуры. Хорошо растворяет водород, особенно в мелко раздробленном состоянии.

Палладий способен поглощать огромное количество водорода (до 900 объемов на 1 объем металла).

Иридий отличается от платины очень высокой температурой плавления (2450 ⁰С), большей химической стойкостью. Из сплава 90% платины и 10% иридия изготовлены международные эталоны метра и килограмма. Благодаря трудноокисляемости и тугоплавкости применяются в электрических контактах, термопарах. Высокая стоимость ограничивает применение этих металлов в технике.

Звездочки – умножение

Курс лекций для студентов заочного факультета

Электрическая энергия оказывает значительное влияние на все без исключения отрасли народного хозяйства, а также на уровень развития и технический прогресс любого государства. Поэтому электроэнергетика наиболее объективно определяет уровень экономического развития страны.

Огромное значение в развитии электроэнергетики республики связано с реализацией утвержденного 22 декабря 1920 г. Государственного плана электрификации России (ГОЭЛРО). В результате в 1930 г. состоялся пуск первой Белорусской ГРЭС, а уже в 1931 г. была создана Белорусская энергосистема. Электрификация послужила мощным толчком развития народного хозяйства, что отразилось на уровне потребления электроэнергии:

1940 г. – 508 млн кВт∙ч; 1970 г. – 14,78 млрд кВт∙ч; 2004 г. – 34,1 млрд кВт∙ч.

В настоящее время, годовой рост потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в мире составляет около 2%, а прирост ВВП порядка 3%.

Если рассмотреть структуру потребления ТЭР в Республике Беларусь, то можно отметить, что на долю электрической энергии приходится около 30 %, тепловой энергии более 40 %, топлива порядка 25-30 %. Однако, в отличие от тепловой энергии и топлива, электрическая энергия является универсальной и в основном расходуется на нужды технологических процессов потребителей.

Все потребители электрической энергии народного хозяйства представляются следующим видами:

1. Промышленные предприятия (45–60)%;

2. Жилые и общественные здания, коммунально-бытовые организации и учреждения (25–35)%;

3. Сельскохозяйственное производство (10–15)%;

4. Электрифицированный транспорт (2–5)%.

Таблица 1. Структура потребления электроэнергии РБ за 2004 г.
Отрасль	W, млрд кВт·ч	W, %
Промышленность	16,13
Коммунально-бытовые услуги	10,35
Прочие	7,62
Итого	34,1

Основными потребителями электроэнергии в Республике Беларусь являются промышленные предприятия и объекты коммунально-бытового сектора. При этом (10–12)% от всей электроэнергии расходуется на электрическое освещение, а (10–15)% теряется в электрических сетях и системах электроснабжения при ее транспортировке и трансформации.

Цель изучения дисциплины состоит в получении теоретических знаний и практических навыков по электрооборудованию, электропотреблению и режимам работы различных потребителей, а также по формированию и влиянию электрических нагрузок на элементы системы электроснабжения.

Задачами дисциплины являются: изучение классификации и характеристик электроприёмников и потребителей электроэнергии, характерных групп электроприёмников и особенностей их режимов работы, графиков электрических нагрузок и их показателей; освоение методов определения расчетных электрических нагрузок, расхода электроэнергии, потерь мощности и энергии потребителей; ознакомление с путями повышения эффективности электропотребления.

Материал данной дисциплины является одним из базисных разделов курса "Электроснабжение" и имеет основополагающее значение в процессе подготовки инженеров-электриков.

ТЕМА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПРИЁМНИКАХ И ПОТРЕБИТЕЛЯХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроприёмник – устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии для ее использования (осветительные лампы, двигатели).

Электроприёмник или группа электроприёмников связанных технологическим процессом и размещенных на определенной территории называется потребителем электрической энергии (станок, цех, завод).

Классификация электроприёмников:

Электроприёмники в практике электроснабжения удобно классифицировать по следующим признакам:

1. по степени надежности электроснабжения

электроприёмники разделяются на следующие три категории:

Электроприёмники I категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей (например, система вентиляции кислотного цеха, операционная, …) значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприёмников I категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Пример 0 группы: непрерывная работа насоса по циркуляции воды для охлаждения стенок печи; где работа с жидким металлом…

Электроприёмники II категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники III категории – все остальные электроприёмники, не подходящие под определения I и II категорий. Это приёмники вспомогательных цехов, несерийного производства продукции и т.п.

В зависимости от категории надежности, к которой относится тот или иной электроприёмник, устанавливаются требования к системам электроснабжения

2. по роду тока

1 группа – электроприёмники работающие от сети с частотой (50,60) Гц – большинство электроприёмников.

2 группа – электроприёмники работающие от сети повышенной (пониженной) частоты.

3 группа – электроприёмники работающие от сети постоянного тока.

Например: уставки повышенной частоты применяются для нагрева диэлектриков.

Принцип нагрева: камера для нагрева – конденсатор, который подключается к высокочастотному преобразователю. В электрическое поле конденсатора помещается диэлектрик. Нагрев осуществляется за счет токов смещения, протекающих по цепи. F=20-40 МГц.

Повышение частоты используется также в технологиях требующие высокие скорости вращения (n=20000 об/мин; f=133…400 МГц).

Пониженная частота используется в металлургии.

Постоянный ток используется в транспорте, для электролиза…

3. напряжение

до 1 кВ, и выше 1 кВ – переменный ток.

до 1,5 кВ, и выше 1,5 кВ – постоянный ток.

Мощные электрические двигатели используются для привода насосных, компрессорных агрегатов. При выборе типа электрического двигателя, часто руководствуются следующими соображениями:

· при напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт, чаще экономичнее использовать асинхронные двигатели.

· свыше 100 кВт – синхронные двигатели.

· при напряжении 6 кВ и мощности до 300 кВт – асинхронные двигатели.

· при напряжении 6 кВ и мощности больше 300 кВт – синхронные двигатели.

В настоящее время на практике чаще всего используются асинхронные электродвигатели.

4. режим работы ГОСТ 183-74

Для решения практических задач по определению электрических нагрузок, как правило, используют 3 характерных режима работы электроприемников.

Продолжительный режим работы электроприёмника соответствует номинальной неизменной нагрузке, продолжающейся столь долго, что температура t его частей достигает установившихся значений (рис. 1.1, 1). Установившейся температурой считается температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1°С.

Кратковременный режим работы электроприёмника (рис. 1.1, 2) характеризуется тем, что он работает при номинальной мощности в течение времени, за которое его температура не успевает достичь установившейся. При отключении электроприёмник длительно не работает и его температура снижается до температуры окружающей среды.

Повторно-кратковременный режим работы электроприёмника – это такой режим, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами (рис. 1.1, 3). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы перегревы отдельных частей электроприёмника при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений. При повторно-кратковременном режиме работы электроприёмник можно сильнее нагружать, чем при продолжительном номинальном режиме.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется продолжительностью включения (ПВ), равной отношению времени включения t_в к времени всего цикла t_ц:

, %, (1.1)

где t_о – продолжительность отключения (паузы).

Значение t_ц при ПКР не должно превышать 10 мин.

Электротехническая промышленность выпускает оборудование со стандартными значениями ПВ, равными 15, 25, 40 и 60 %.

Фактические значения ПВ в процессе работы изменяются в значительных пределах. Соотношение между мощностями P₁ и Р₂ электроустановки, работающей в повторно-кратковременном режиме при соответствующих ПB₁ и ПВ₂ имеет вид:

, (1.2)

где Р_прод – мощность, соответствующая продолжительному режиму работы (ПВ = 100 %).

Электроприёмники продолжительного режима характеризуются коэффициентом включения, о.е.:

(1.3)

Величина t_ц при продолжительном режиме должна быть более 10 мин.

Режим работы электроприёмников характеризуется временем включения, временем отключения, временем цикла определяющее нагрев отдельных частей электроприёмника, а также токоведущих частей системы электроснабжения.

Одной из характеристик, формально описывающих данный процесс является “постоянная времени нагрева (To,мин)” – время, в течении которого токоведущие части нагрелись бы до текущего значения, если бы отсутствовал теплообмен с окружающей средой.

В зависимости от To осуществляется выбор всех токоведущих частей элементов системы.

Классификация потребителей электрической энергии.

Потребители электрической энергии характеризуются по:

1. суммарной установленной мощности электроприёмников;

2. по принадлежности к отрасли промышленности (например сельское хозяйство);

3. по тарифной группе;

4. по категории энергетической службы.

Руст=∑Рнi

Если Руст менее 5 МВт, то это малый потребитель.

Если Руст от 5 до 75 МВт, то это средний потребитель.

Если Руст более 75 МВт, то это крупный потребитель электроэнергии.

Примерами крупных потребителей электроэнергии в РБ могут служить БМЗ, где Руст более 500 МВт, а также Белтрансгаз (Руст около 750 МВт). В России таким потребителем является Магнитогорский металлургический комбинат, где Руст достигает 5000 МВт.

По принадлежности к отрасли промышленности:

1. металлургическая;

2. химическая;

3. нефтехимическая;

4. легкая промышленность;

5. машиностроение;

6. горнорудная.

Существует 2 тарифных группы потребителей электроэнергии, отличающиеся условиями выбора компенсирующих устройств, а также условиями расчетов за электроэнергию:

1 тарифная группа – потребители, установленная мощность трансформаторов которых Sуст≥750 кВ∙А (присоединительная мощность). Выбор КУ этой группы осуществляется при проектировании (реконструкции) на ряду с выбором всех элементов системы электроснабжения. При этом потребители 1 тарифной группы рассчитываются за электроэнергию по двухставочному либо многоставочному тарифам.

Присоединительная мощность трансформаторов 2 тарифной группы Sтр≤750 кВ∙А. Мощность КУ таких потребителей устанавливается энергоснабжающей организацией. Оплата за электроэнергию, как правило, осуществляется по одноставочному тарифу:

П=b∙W.

О масштабах и сложностях энергетического хозяйства потребителей можно судить по суммарной годовой трудоемкости ремонтов и обслуживания электрооборудования. Чем выше эта трудоемкость ([Т]=чел∙час), тем сложнее энергетическое хозяйство. И в зависимости от этого показателя потребители электроэнергии классифицируются на 12 групп.

Характеристики электроприёмников.

Основными характеристиками электроприёмников являются:

1. номинальная мощность Рн (Sн, Qн);

2. номинальный коэффициент мощности cosφ;

3. номинальный КПД ηн;

4. номинальная продолжительность включения ПВн;

5. номинальное напряжение Uн;

6. номинальная частота fн;

7. номинальный ток iн.

При определении расчетных нагрузок величины относящиеся к электроприёмникам обозначаются сточными буквами, а к потребителям электрической энергии – прописными символами.

Номинальная мощность отдельных электроприёмников принимается равной:

1. для электродвигателей это механическая мощность на валу. При этом для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы (ПКР):

;

2. для силовых и электропечных трансформаторов:

Sном=Sпасп.

Данные электроприёмники работают, как правило, в длительном режиме.

3. для сварочных трансформаторов:

(как правило, работают в ПКР);

4. для источников света:

Pн=Pпасп;

Для газоразрядных ламп:

Рн=Кпра∙Рпасп;

Кпра=1,25 – для люминесцентных ламп;

Кпра=1,1 – для ДРЛ.

В электронном пускорегулирующем аппарате (пра) отсутствуют потери мощности и энергии:

Под номинальной реактивной мощностью одного электроприёмника, понимается реактивная мощность, потребляемая из сети или генерируемая в сеть при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для СД ток возбуждения должен быть равным номинальному.

Номинальный ток электроприёмников:

1. для электродвигателей:

;

2. для печей, трансформаторов, генераторов и др.:

; ;

где Рнэ – активная электрическая мощность,

Рн – механическая мощность.

cosφн – коэффициент активной мощности.

.

tgφн – коэффициент реактивной мощности:

iн, Рн, Sн определяют допустимый тепловой режим его токоведущих частей.

Как правило, номинальный режим отличается от оптимального.

Дата добавления: 2014-01-07