Podstawowe elementy schematów cieplnych i procesów technologicznych elektrowni parowych:

-układ nawęglania -obszar cieplny który obejmuje kanał parowy układ przegrzewania pary układ kotła lub układ turbiny oraz elementów pośrednich np. spustów par

-układ elektryczny(wytwarzanie energii i wprowadzanie energii do sieci łącznie z blokiem potrzeb własnych -układ chłodzący zawiera skraplacz wody chłodzącej i chłodnie kominowe -obieg paliwowo-powietrzno-spalinowy -układ odpopielania

Wymiary podstawowych zespołów elektrowni -długość turbozespołów 50-60m

-wysokość kotłów dużych bloków o wydajności 600 do 1000 ton na godz. około 60m -kominy w elektrowniach 200-300m.

Istnieje ekonomiczność do budowy zespołów o dużych mocach bowiem maleje wtedy koszt jednostkowy. W Polsce najczęściej występują bloki 60MW,125MW, 200 i 360MW chociaż są jeszcze 500 i 1000MW. Sprawność elektrowni w blokach 360MW,temperatura To=813K,ciśnienie pary Po=18,3MPa

ηb (brutto)=0,35 do 0,38

ηn (netto)=0,33 do 0,36

Elektrociepłownie-jest to skojarzony układ cieplny do wytwarzania energii elektrycznej. Energię cieplną uzyskuje się z pary niskoprężnej lub z gorącej wody. Parę niskoprężną można uzyskać z turbiny parowej z jej stopnia pośredniego lub z pary wysokoprężnej dostarczanej do stacji. Ze względu na sposób poboru ciepła do części cieplnej i rodzaju turbin parowych dokonuje się podziału na elektrociepłownie:

- upustowo-kondensacyjne

- przeciwpręrzne

Cykl pracy Para wysokoprężna wytwarzana w kotle jest dostarczana do magistrali wysokoprężnej i jest rozdzielona między turbiną i stacją redukcyjną . W turbinie po rozprężeniu w członie wysokoprężnym turbiny powstaje upust pary która może być wprowadzona w ilości ciepła Qp. Jest wprowadzona do wymiennika ciepła i po jej skropleniu dostarczana do zbiornika skroplin, a następnie pompą do kotła. Pozostała część turbiny zasilana jest z wylotu przeciwpręrznego i wprowadzona do stopnia niskoprężnego turbiny i po rozprężeniu dostarczana do skraplacza i dalej w postaci skroplin do części wodnej obiegu. Elektrownie przeciwpręrzne nie posiadają gałęzi skraplacza a skroplenie następuje w wymienniku ciepła.

Elektrownie jądrowe Przemiany energetyczne występujące w elektrowni jądrowej obejmuje : - przemianę części energii wiązania jąder atomowych w energię cieplną uzyskiwaną przez sterowaną reakcję łańcuchową rozszczepiania uranu lub plutonu w reaktorze jądrowym ( nośnik ciepła przepływa przez rdzeń reaktorowy)

- przemiana energii cieplnej w energie mechaniczna w turbinie parowej ( lub gazowej) - przemianę energii mechanicznej w elektryczną w generatorze

Reaktory energetyczne klasyfikuje się w zależności :- energie elektronów powodujących rozszczepienie jąder atomowych, wyróżniamy reaktory prędkie i termiczne - ze względu na paliwo jądrowe: uran lub pluton - ze względu na moderator : do spowalniania neutronów (dot. termicznych) moderatorem może być lekka woda H2O ciężka woda D2O lub grafit

- w zależności od chłodziwa przejmującego energie cieplną wytwarzaną w rdzeniu reaktora ( chłodziwa ciepłe H2O D2O oraz sód N2 lub gazowe CO2 wodór hel 4-tlenek azotu N2O4)

Wyróżnia się kilka typów reaktorów do których zaliczamy: -reaktory lekko wodne LWR- moderatorem jest lekka woda H₂O

-reaktory ciężko wodne HWR moderatorem jest ciężka woda D₂O -reaktory gazowe GCR moderatorem jest grafit chłodziwem jest gaz np. CO₂ -reaktory wysokotemperaturowe HTR- chłodziwem jest wodór H₂

Schematy cieplne elektrowni jądrowych różnią się od klasycznych parowych częścią wytwarzającą energię cieplną

a) układ jednoobiegowy;

b) układ dwuobiegowy;

c) układ trójobiegowy

1 — reaktor, 2 — główna pompa cyrkulacyjna lub sprężarka, 3 — wymiennik sodowy, 4 ~ pompa sodowa

w pośrednim obiegu sodowym, 5 — wytwornica pary, 6 — pompa zasilająca lub sprężarka, 7 — turbina,

8 — generator, 9 — skraplacz

Ze względu na obiegi wtórne następuje ogólne obniżenie sprawności elektrowni, która wynosi od 28-35%. Charakteryzuje się następującymi zaletami:-istnieje duża swoboda w lokalizacji -możliwość stosowania dużych mocy w blokach

-mniejsze zapotrzebowanie na teren elektrowni-mniejszy ilościowo transport paliwa-brak oddziaływania na atmosferę w warunkach pracy

Do głównych wad zaliczamy: -duże koszty inwestycyjne-problemy ze składowaniem odpadów radioaktywnych-sprawności tych elektrowni są nieco niższe niż klasycznych

Elektrownie wodne- wykorzystuje się energie potencjalną cieków wodnych spiętrzonych do odpowiedniej wysokości aby wytworzyć różnice poziomów między zbiornikiem górnym a dolnym. Przepływ wody następuje przez turbiny wodne sprzężone z generatorem. Moc hydrauliczną wytworzoną w turbinie wodnej wyznacza się z zależności Ph=g*ς*Ht*Qt*η_h

g- przyśpieszenie ziemskie 9,81 ς- gęstość wody Ht- użyteczny spad wody Qt- natężenie przepływu wody przez turbinę

Pe=c*Ht*Qt c- stała

Podział elektrowni wodnych-ze względu na: 1.wysokość spadu wody: -niskospadowe Ht≤15 m -średniospadowe 15≤ Ht< 80 m

- wysokospadowe Ht≥80 m

2. czas napełniania zbiornika górnego:

-el. przepływowe ( brak możliwości magazynowania wody)

-el. z małym zbiornikiem- czas napełniania jest mniejszy od 150 h

-el. zbiornikowe- gdy napełnianie jest sezonowe lub dłuższe

3. ze względu na sposób uzyskiwania spadu:

• el. przyzaporowe - gdy el. Jest zbudowana przy zaporze zbiornika górnego

• el. derywacyjne- gdy el jest zbudowana znacznie niżej niż zapora , a woda doprowadzona jest rurociągami lub sztolniami do turbin wodnych

Schematy elektrowni wodnych:

Rys. Schemat prostego układu derywacyjnego elektrowni niskospadowej

/ — zbiornik, 2 — zapora, 3 — kanał derywacyjny, 4 — elektrownia, 5 — kanał odpływowy

Rys. Schemat prostego układu

derywacyjnego elektrowni wysokospadowej l — zbiornik, 2 — zapora, 3 — sztolnia ciśnieniowa, 4 — komora wyrównawcza (komora uderzeń), 5 — rurociąg turbinowy, 6 — elektrownia, 7 — odcinek rzeki ominięty derywacją, 8 — rzeka swobodnie piynąca poniżej elektrowni

Rys. Schemat złożonego układu derywacyjnego elektro

wysokospadowej

/ — zbiornik, 2 — zapora, 3 — kanał derywacyjny, 4 — sztolnia

ciśnieniowa, J — komora wyrównawcza, 6 — rurociąg turbinowy,

7 — szyb turbinowy, 8 — elektrownia podziemna, 9 — sztolnia

odpływowa, 10 — odcinek rzeki ominięty derywacją, / / — nckj

swobodnie płynąca poniżej elektrowni

Podział turbin :

-akcyjne- wykorzystuje się energie kinetyczna wody np. turbina Peltona o niskiej szybkobieżności przy wysokich spadach wody

-reakcyjne - w których wodę dostarcza się pod ciśnieniem wyższym niż atmosferyczne i wykorzystuje się energie potencjalną np. Francisa ,Caplanna

Rodzaje elektrowni: -podstawowe - pracują w sposób ciągły np. na rzekach

• podszczytowe- sezonowy czas napełnienia zbiornika( zbiornikowe)

• szczytowe- el. Pompowe

Linie ee - w ogólnym przypadku reprezentuje się czwórnikiem typu ∏

Admitancja wewnętrzna wynika z pojemności doziemnej oraz strat mocy czynnej związanych z ulotem. Wielkościami charakterystycznymi impedancji wzdłużnej Z_l są jednostkowe rezystancje lini oraz reaktancje zapisywane odpowiednio Rj[Ω/km], Xj[Ω/km]. Zatem Rl=Rj*l, Xl=Xj*l

l= długość linii Xl i Rl-reaktancja i rezystancja wzdłużna lini przypadająca na jedną fazę

jeżeli straty poprzeczne ograniczyć tylko do pojemności doziemnych to susceptancja lini BL=Bj*l

Rj=ς*1m/s ς=ς0(1+α*υ) ς0=reztstywność przewodu w temp. 0

α- temperaturowy współczynnik rezystancji s-przekrój przewodu

Rj=1m/γ*s γ=1/ς

Reaktancję jednostkową wyznacza się z zależności Xj=ω*L0 ω=2πf

Xj=0,37-0,42[Ω/km] - linie napowietrzne

Xj=0,1[Ω/km] - linie kablowe

Susceptancja pojemnościowa Bl Bl=ω*c0*l

C0-popojemność doziemna lini

C0=C₀₀+3*C₁₂

Dla lini napowietrznych jako wartości C₀ można przyjąć:

C₀=(8-10)[nano F/km] linie napowietrzne

C₀=200-800[n F/km] linie kablowe

W niektórych obliczeniach np. obliczenia zwarć trójfazowych i w zależności od wysokości napięcia schematy zastępcze lini można sprowadzić do dwójników Rl, Xl i tak:

a)W liniach niskiego napięcia

linie pierwszego rodzaju

b)Linie średniego napięcia

Zl=Rl+jXl linie drugiego rodzaju

c) linie wysokiego napięcia (powyżej 30kV) lecz krótsze od 400km

linie trzeciego rodzaju

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

Impedancja Z₁- uzwojeń strony pierwotnej

Z”₂-uzwojeń strony wtórnej przemnożony przez kwadrat przekładni znamionowej na stronę pierwotną. Z”₂=Z₂*υ² υ=U₁/U₂

Rμ- reprezentuje straty mocy czynnej w żelazie trans.

Xμ-reaktancja związana z obwodem magnesowania

R_t=R₁+R”₂ X_t=X₁+X”₂ typ Γ G_t=1/Rμ B_t=1/Xμ

Gt-konduktancja poprzeczna trans. Bt-susceptancja indukcyjna trans.

Schematy tego typu stosowane są w trans. WN i NN oraz dużych mocy.

R_t=ΔPcu%/100*(U² n/Sn) Rt-rezys. wzdłużna trans.

ΔPcu%=ΔPcu*100/Sn R_t=ΔPcu*(U²n/S²n)

Reaktancja transformatora X_t=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

ΔUz%=√3In*Zt*100/Um Z_t=ΔUz%*Um/Im*100*√3

Z_t=ΔUzt%*U²n/Sn*100

Dla dużych trans. Możemy przyjąć w przybliżeniu, że wartość ΔUz%=ΔUx%

Kondunktancje trans. Gt wyznacza się z zależności

G_t=. P_fe.*Sn/Kn²100 G_t=. P_fe/U² u

.P_fe%=.P_fe∙100/Sn B_t=Iμ%*Sn/U²n

Jeżeli Iμ~Iμx to w przybliżeniu prąd biegu jałowego Io~Iμ Iμr=1.5%Io

Transformator 3- uzowjeniowy

Z₁₂=.Uz₁₂%/100=U²u/Sn=. U₁₂%*U²u/Sn∙100

Z₂₃=. U₂₃%*U²n/Sn∙100

Z₃₁=. U₃₁%*U²n/Sn∙100

Jeśli trans. 3- uzowjeniowy zasilany jest z dwóch uzwojeń wtedy równania Δ impedancji zastąpimy równoważną impedancją gwiazdową

Z₁=0.5( Z₁₂+Z₁₃-Z₂₃)

Z₂=0.5(Z₁₂-Z₁₃+Z₂₃)

Z₃=0.5(Z₁₃+Z₂₃-Z₁₂)

Transf. 3- uzwojeniowe z zasady są badane w postaci jednostek o dużej mocy znamionowej i z tego powodu straty mocy czynnej na rezystancjach podłużnych schematu są możliwe do pominięcia Zt=Xt

Zt~Xt=ΔUz%*U²n/Sn∙100

Jeżeli transf. jest w postaci gwiazdy to Yt=Gt-jBt

Obliczanie odbywa się podobnie jak do transf. 2 -uzwojeniowego

Dławiki zwarciowe przedstawione są w postaci dwójników

Xdł=ΔUz%∙Un/√3∙In∙100

Un- nap. znamionowe izolacji dławika In- prąd znamionowy ciągły dławika

Dławiki nie posiadają rdzenia magnetycznego. Produkowane są na napięcie znamionowe Un= 6 - 104 V napięcia znamionowego sieci.Zadaniem dławika jest ograniczenie prądów zwarciowych.Rezystancie dławika są możliwe do pominięcia

Obliczanie strat i spadków napięcia w sieci

Wynikają jako skutek przepływu prądu w sieci danej gałęzi lub w systemie wybranych punktów sieciowych.

Strata napięcia- w gałęzi sieci jest to różnica geometryczna napięć w 2 punktach sieci np na początku i końcu lini.

Jeżeli prąd płynący w lini będzie = I to straty napięcia ΔU=√3IZc

I=Iczynne +j I bierne np dla obwodów indukcyjnych I= Iczynne - j I bierne np dla pojemnościowych I= Icz+ Ib

√3 - określa stratę napięcia odniesioną do napięcia międzyprzewodowego w układzie 3 -fazowym symetrycznym

ΔU=√3[( Icz + jIb)( R + jX)]

ΔU=√3[( Icz*R - Ib* X)+j( Icz*X+ Ib* R)]

Jest to ogólna forma straty napięcia między 2 punktami lini

Przy obciążeniu indukcyjnym

ΔU=√3[( Icz - jIb)( R + jX)]

ΔU=√3[( Icz*R + Ib* X)-j(Ib* R - Icz*X)]

I=S/√3*U ΔU=√3(S/!√3*U)*Zl= S*Zl/U

S=P+jQ ΔU=( P+jQ)*(R+jX)/U

ΔU=(P*R- Q*X)+j[( P*X+Q*R)/U]

ΔU=P*R-Q*X/U + j[(P*X+Q*R)/U] -Wyrażenie określające straty napięcia w odniesieniu wartości mocy transportowanej w układzie.

Spadek napięcia na odcinku lini jest to różnica algebraiczna napięć w węzłach sieci na początku i na końcu lini.W obliczeniach przyjmuje się że spadek napięcia jest równy podłużnej straty napięcia ΔU'

ΔU'=√3(Icz*R-Ib*X) - definicja spadku napięcia

ΔU'=(P*R-Q*X)/U - zapis ogólny

W obwodach 1 fazowych oblicza się straty i spadki napięcia uwzględniając gałęzie powrotne.

ΔU=Z[(P*R-Q*X)/U+ j(P*X + Q*R)/U]

Wartość spadku napięcia często określa się jako wartość względną odnosząc spadek napięci do napięcia znamionowego sieci

ΔU'%= ΔU'*100/Un Un- napięcie na początku lini

W sieciach rozdzielczych oblicza się najczęściej tylko spadki napięcia.

Układy jednostronnie zasilane

W sieciach rozdzielczych gdy linie zastępujemy schematem w postaci dwójnika straty lub spadki napięcia oblicza się przyjmując napięcie sieci w punkcie odbioru

Zasady obliczeń są zgodne ze wzorami z „Obliczanie strat i spadków napięcia w sieci ”

Stratę napięcia jako sumę geometryczną strat ΔU_R i ΔUx zapisując w postaci modułu ΔU=√ΔU_R² +ΔUx²

Spadek napięcia jako różnica algebraiczna między napięciem U1 i napięciem Uo ΔU'=U1-Uo

W sieciach wysokiego napięcia reprezentowanych schematem zastępczym typu II uwzględnia się gałęzie poprzeczne (prądy pojemnościowe doziemne i prądy upłynnościowe - uloty). Najczęściej jednak prądy ulotu mogą być pominięte z uwagi na ich małą wartość w stosunku do składowej pojemnościowej.

I₁₀= Iz + Ic'

I₀= I₁₀ + Ic''

U₀=√(U₁+∆U'₁₀)² + (∆U''₁₀)²

---