Opracowane pytania na zaliczenie z

Podstaw Elektroenergetyki

1. Elektrownia kondensacyjna

Podstawą działania elektrowni jest sprawność cieplna obiegu, która jest wyrażona zależnością

η_c = 1-

Td- temperatura obiegu dolnego (kondensacyjnego)

Tg- temperatura obiegu górnego (wejściowego) od elektrowni wymaga się aby Tg było jak największe

Praca elektrowni ηc = 0,35÷0,38

Klasyczną elektrownią kondensacyjną nazywamy elektrownię cieplną, parową w której energia elektryczna wytwarzana jest w generatorach z turbiną parową, gdzie obieg cieplny jest obiegiem termodynamicznym zamkniętym a w cyklu pracy następuje kondensacja pary wytworzonej w kotle parowym. Praca wykonywana jest przez silnik cieplny. Podstawowymi zespołami elektrowni kondensacyjnych są :

- kocioł parowy - pierwszy przemiennik energii w którym występuje wytwarzanie pary z paliwa energetycznego, na wyjściu osiągana jest temperatura Tg. W obszarze kotła zamontowany jest przegrzewacz pary w którym następuje podwyższenie temperatury pary do To i sprężenie ciśnienia do ciśnienia Po. Para transportowana jest rurociągami wysokociśnieniowymi do turbiny parowej wielostopniowej. Po wyjściu z turbiny para jest rozprężana do ciśnienia PS o znacznie niższej temperaturze od To i wprowadzona do skraplacza, gdzie po skropleniu jest transportowana przez pompę z powrotem do kotła. Skraplacz jako wymiennik ciepła wymaga odrębnego obiegu wodnego zamkniętego lub otwartego. Chłodzenie wody chłodzącej odbywa się w chłodni kominowej.

2. Elektrociepłownia Upustowo-Kondensacyjna:

Elektrociepłownie upustowo-kondensacyjne mogą pracować w systemie :

- wyłącznie w produkcji energii elektrycznej wyłącznie gdy człon upustowy jest wyłączony z eksploatacji.

-wytwarzania wyłącznie energii cieplnej poprzez stację redukcyjną

praca turbinowa z wytwarzaniem energii elektrycznej i cieplnej z pary niskoprężnej dostarczanej do wymiennika ciepła

W elektrociepłowni upustowo-kondensacyjnej musi być zainstalowana turbina upustowo-przeciwprężna tj. ze stopnia pośredniego para jest wyprowadzana albo do wymiennika ciepła albo do stopnia niskoprężnego (2 część turbiny) i następnie skraplana w skraplaczu pary. [mały brak tekstu] zainstalowana jest stacja redukcyjna zezwalająca na zwiększenie mocy cieplnej wytwarzanej w wymienniku ciepła. Podstawowy obieg para-skroplony jest obiegiem zamkniętym, natomiast gorąca woda (lub para) uzyskana w wymienniku ciepła jest wprowadzana do obiegu zewnętrznego ciepłociągami i też jest obiegiem zamkniętym. W układzie grzewczym występują kolejne lokalne wymienniki ciepła w których występuje obieg otwarty bądź zamknięty.

3. Elektrownie przeciwprężne :

W obiegach przeciwprężnych stosowane są turbiny przeciwprężne (inna konstrukcja łopatek) i praca wprowadzana jest ze stopnia upustowego turbiny do wymiennika ciepła . W schemacie tym nie występuje skraplacz. Elektrownie przeciwprężne nie posiadają gałęzi skraplacza a skroplenie następuje w wymienniku ciepła.

W układzie elektrowni przeciwprężnej para wysokoprężna wytwarzana jest za przegrzewaczem pary, o entalpii i_o [brak części tekstu] zasilany generator, natomiast ze stopnia niskoprężnego w ilości ciepła Qp dostarczana jest do wymiennika ciepła i tam następuje jej skroplenie. Skropliny o entalpii i_g są transportowane do zbiornika skroplin (wody zasilającej kocioł) i pompami transportowana spowrotem do kotła. Ilość produkowanego ciepła w wymienniku nie może być większa od ilości ciepła Qp wyprowadzonego z turbiny. Ponieważ w układzie cieplnym ilość ciepła zapotrzebowanego jest zmienna (zmienność dobowa, sezonowa) to w celu wytworzenia mocy cieplnej szczytowej zainstalowana jest stacja redukcyjna w której następuje redukcja ciśnienia pary wysokoprężnej w parę niskoprężną o ilości ciepła Qr wprowadzoną do wymiennika ciepła. W układzie tym następuje swobodna regulacja ilości ciepła wytwarzanego w zależności od zapotrzebowania przy niezmiennej mocy wytwarzanej w turbinie i generatorze.

4. Charakterystyki Linii Energetycznych:

Linie te budowane są jako linie napowietrzne lub kablowe tworzące połączenia sieci między źródłami energii a odbiorcami. Punktami węzłowymi lub rozgałęźnymi są stacje elektroenergetyczne. Wybór rodzaju linii zależy od:

- wysokości napięcia znamionowego

- odległości

- warunków terenowych

- środowiska

Linie te w ogólnym przypadku charakteryzuje się czwórnikiem typu Pi. Admitancja wewnętrzna wynika z pojemności doziemnej oraz strat mocy czynnej związanych z ulotem. Wielkościami charakterystycznymi impedancji wzdłużnej Zf są jednostkowe rezystancje linii oraz reaktancje zapisywane odpowiednio Rj i Xj.

5. Linie dwustronnie zasilane:

Obliczanie ograniczamy do przypadku linii NN oraz SN z wieloma odbiornikami przy założeniu, że znane są wartości prądów odbioru I₁......I_n-1 i wartość napięć w punktach zasilania a również znane są parametry impedancyjne linii w poszczególnych odcinkach.

W celu wyznaczania rozpływów prądów należy wyznaczyć prądy w punktach zasilania

W celu wyznaczenia prądów zasilania wykorzystuje się metodę momentów spadków napięć względem wybranych punktów zasilania.

Prądy Io i Im składają się z dwóch składowych: Pierwszej składowej wynikającej z I obciążenia danych punktów odbioru pomnożonych przez impedancję odcinków Z_km i odniesionych do impedancji całej linii oraz składowej różnicowej wynikającej z różnicy napięć w punktach zasilania. Drugi człon nazywany jest prądem różnicowym.

6. Straty i spadek napięcia w linii jednostronnie zasilanej (wektor spadku napięcia)

Strata napięcia w gałęzi sieci : jest to różnica geometryczna napięć w dwóch punktach sieciowych np. (na początku i na końcu linii)

Spadek napięcia na odcinku linii jest to różnica algebraiczna napięć w węzłach sieci na początku i na końcu linii.

7. TR-2 Uzwojeniowy:

Transformator dwuuzwojeniowy odwzorowuje się w schemacie jako czwórnik typu T lub jako Γ-gama

Impedancja Z1- uzwojeń strony pierwotnej

Impedancja Z2' - uzwojeń strony wtórnej przemnożony przez kwadrat przekładni znamionowej na stronę pierwotną.

Rμ- reprezentuje straty mocy czynnej w żelazie transformatora.

Xμ - reaktancja związana z obwodem magnesowania.

Gt - konduktancja poprzeczna transformatora

Bt - susceptancja indukcyjna transformatora.

Rt=R1+R”2 Xt=X1+X”2 typ Γ Gt=1/Rμ Bt=1/Xμ

Rt=ΔPcu%/100*(U² n/Sn) Rt - rezystancja. wzdłużna transformatora

ΔPcu%=ΔPcu*100/Sn Rt=ΔPcu*(U²n/S²n)

Reaktancja transformatora Xt=ΔUx%*U²n/Sn*100 ............................

ΔUx%=√ΔU²t%-ΔU²_R% ΔU_R%=ΔPcu% ΔUx%=√ΔU²z%-ΔP²cu%

Napięcie zwarcia na kondensatorze

Uz=√3*In*Zt ΔUz%=ΔUz*100/Un ΔUz=Uz

8. Obciążenie dorywcze i przerywane :

• obciążenie dorywcze, podczas którego przewód nagrzewany jest prądem I_dor o wartości przekraczającej obciążalność długotrwałą przewodu I_Z, przez czas niewystarczający do ustalenia się temperatury, po czym prąd jest wyłączany i przewód stygnie do temperatury otoczenia. Czas t_dor, po którym temperatura przewodu osiągnie temperaturę dopuszczalną długotrwale ϑ_dd jest maksymalnym czasem trwania obciążenia dorywczego co wyraża zależność:

.

• obciążenie przerywane, charakteryzujące się stałymi, cyklicznie powtarzanymi okresami nagrzewania t_p i stygnięcia t₀ przewodu, przy czym czas stygnięcia jest niewystarczający do osiągnięcia przez przewód temperatury otoczenia (rys. 1.3a). Prąd obciążenia przerywanego I_prz przekracza wartość obciążenia długotrwałego przewodów I_Z.(rys. 1.3b). Jeśli nagrzewanie takie trwa dostatecznie długo, dochodzi do ustalenia się zakresu zmienności przyrostów temperatury przewodu od τ_min w końcu kolejnego okresu stygnięcia t₀ do τ_max w końcu kolejnego okresu nagrzewania t_p (rys.1.3). Relacja pomiędzy czasami t_p i t₀ powinna być taka, aby τ_max ≤ τ_dd, a dla przypadku granicznego, gdy τ_max = τ_dd (rys. 1.3) otrzymuje się zależność:

.

9) Prąd Zwarcia , gdzie

a) Psi=0 ; fi=Pi/2

b) Psi=Pi/2 , fi=Pi

Do obliczeń prądów zwarciowych przy zwarciach symetrycznych można przyjąć schemat jednej fazy wliczając w to rezystancje i reaktancje generatora oraz parametry linii, parametry wzdłużne R_L i X_L i założymy że w chwili t=0 zastaje zamknięty wyłącznik trójbiegunowy tworzący zwarcie trójfazowe tzn. zwarta będzie impedancja odbiornika.

R_x = R_g + R_l , X = X_g + X_l

Ψ- kąt przesunięcia fazowego SEM generatora w chwili t=0

e(t)= E_msin(ωt + Ψ) ; e(t)= i(t)*R+L di\dt ; L*R+L di\dt-E_msin(ωt+Ψ)=0; - ogólne równanie różniczkowe obwodu zwarciowego.

Rozwiązaniem tego równania jest ogólna postać:

i(t) = I_m*sin(ωt+Ψ-Φ)+i_o-I_msin(Ψ-Φ)e^-R\L*t , I_m- amplituda prądu zwarciowego składowej symetrycznej.

I_m = E_m\√R²+X² = E_m\√R²+(ωl)² ; Φ = arctg L\R

I_okresowe=I_msin(ωt+Ψ-Φ) ; I_nieokresowe=I_msin(Ψ-Φ)e^-R\L*t

Przebieg prądu zwarciowego będzie zależał od kąta Φ i Ψ ogólnie można przyjąć dwa przypadki:

a) Ψ₁=Π\2 , Ψ₂=0; b) Φ =Π\2 , ωl>>R

Obliczanie prądu zwarciowego:

Przypadek 1; Ψ₁=Π\2 , Φ=Π\2

e(t) = e(0)=E_msin(ω₀+Π\2)=E_m , i(t)=I_msin(ωt+Π\2-Π\2)-I_msin(Π\2- Π\2)e^-R\L*t , i(t)= I_msinωt

Przypadek 2: Ψ₂=0 , Φ=Π\2

e(t)=e(0)=E_msin(ω₀+0)=0 , i(t)=I_msin(ωt+0-Π\2)-I_msin(0-Π\2)e^-R\L*t

i(t)=-I_mcosωt+I_me^-R\L*t

Ogólna postać prądu zwarciowego gdy Ψ=0 i mamy obciążenie indukcyjne.

Okres jest określony przebiegiem składowej zmiennej.

---