Энергии и уровня напряжения

Цель функционирования системы электроснабжения - обеспечение энергией электрического подвижного состава и нетяговых потребителей.

Цель достигается выполнением задач:

· преобразования электрической энергии;

· передачи электроэнергии потребителю;

· защиты от аварийных режимов;

· поддержания параметров в заданных пределах.

При функционировании системы электроснабжения достигаются определенные цели. Количественная мера, измеряющая степень соответствия результатов функционирования целям, называется показателем эффективностифункционирования системы электроснабжения. Он должен:

- объективно характеризовать систему;

- иметь прямую связь с целевым назначением системы;

- быть чувствительным к изменению основных параметров системы;

- должен быть достаточно простым и удобным для его вычисления, измерения и изображения.

Система электроснабжения работает в условиях действий случайных факторов, поэтому значения показателей эффективности являются случайными величинами, или случайными функциями.

Для системы электроснабжения показателем эффективности является количество переработанной электроэнергиив единицу времени у потребителя:

,

где A_i – количество электроэнергии, получаемой i-тым потребителем; N – число потреблений.

Этот показатель определяет нагрузку на элементы системы электроснабжения а, следовательно, и скорости протекания процессов деградации. Можно рекомендовать и другие показатели.

Коэффициент полезного действияопределяется состоянием элементов системы, экономичностью преобразования и распределения электрической энергии:

,

где - количество электроэнергии, потребляемое системой электроснабжения на ее входе.

Показатели качества электрической энергии для сетей постоянного тока:

Отклонения напряжения

,

где U- действительное значение напряжения; U_H - номинальное напряжение.

Колебания напряжения

_,

где U_MAX и U_MIN соответственно максимальное и минимальное значения напряжений.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Для однофазного переменного тока к этим показателям добавляются:

· отклонения частоты;

· несинусоидальность формы кривой напряжения.

Для системы трехфазного тока дополнительно введены:

· несимметрия напряжения;

· отклонение нейтрали.

Для контактной сети применяют следующие показатели качества токосъема:

· коэффициент относительного изменения контактного нажатия;

· максимальная переменная составляющая контактного нажатия;

· коэффициент отрыва токоприемника, равный отношению

продолжительности отрывов ко времени наблюдения;

· среднее квадратическое отклонение контактного нажатия;

· максимальный размах вертикальных перемещений контактного

провода;

· отжатие контактного провода.

Наличие нескольких показателей эффективности функционирования системы представляет собой одну из трудностей ее анализа. Другая трудность заключается в необходимости выражения показателя эффективности функционирования системы через характеристики функционирования элементов. Эти характеристики являются частными показателями. Они свидетельствуют, насколько хорошо функционирует элемент, но не дают представления о вкладе, который данный элемент вносит в достижение целей, стоящих перед системой в целом. Например, трудно судить по количеству переработанной электроэнергии о вкладе дистанции электроснабжения в провозную способность отделения дороги. По показателям качества токосъема трудно судить о количестве переработанной электроэнергии. Поэтому при оценке функционирования k-ro элемента (или подсистемы) часто в качестве основных показателей используют приращение показателя эффективности системы, получаемое за счет функционирования этого элемента:

,

где - l -й показатель эффективности системы; - l -й показатель эффективности системы при условии, что k-й элементне участвует в достижении l-й цели системы, но все ресурсы системы распределены между остальными подсистемами оптимальным образом.

В качестве интегрального показателя эффективности функционирования систем электроснабжения предлагается использовать стоимость переработки одного киловатт-часа C (раздельно для тяговых и нетяговых потребителей), получаемого делением расходов предприятия на количество электроэнергии, полученной потребителями:

.

Предложенный показатель полностью отвечает требованиям, приведенным выше. Для его определения могут быть использованы частные показатели эффективности.

Важной является задача нормирования показателей эффективности. В рассматриваемом случае в качестве нормативного показателя можно использовать тариф на переработку одного киловатт-часа Т_П. Величина тарифа должна стимулировать использование научно-технических достижений, повышение производительности труда, рациональное использование сырья, материалов и энергетических ресурсов, повышение качества электроэнергии и надежности электроснабжения.

Рентабельность переработки электроэнергии Р определяется отношением чистого дохода к расходам на переработку :

.

В расходах должны учитываться стоимость потерь электроэнергии в устройствах электроснабжения, стоимость электроэнергии на собственные нужды, фонд оплаты труда с начислениями, налоги, амортизационные отчисления, прочие эксплуатационные расходы и т.д.

В настоящее время систематических исследований по оценке эффективности функционирования системы электроснабжения практически не имеется.

Средства измерения переменного тока. Токоизмерительные клещи типа Ц90 (рис. 96) предназначены для измерения переменного тока частотой 50Гц без разрыва цепи в высоковольтных сетях (до 10кВ).

Принцип действия состоит в том, что измерение тока производится с помощью трансформатора тока, вторичная обмотка которого замыкается на измерительную схему. Причем роль первичной обмотки трансформатора играет шина или провод с измеряемым током. Измеряемый переменный ток, проходя по шине, охваченной разъемным магнитопроводом, создает в последнем переменный магнитный поток, который индуктирует ЭДС во вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе. Вторичная обмотка замыкается на сопротивление, играющее роль шунта, падение напряжения на котором измеряется детекторным милливольтметром. Количество шунтируемых сопротивлений равно числу пределов измерения. Переключение пределов измерения производится с помощью рычажного переключателя.

Магнитопровод трансформатора тока состоит из двух половинок. Материал магнитопровода - листовая электротехническая сталь марки Э4А, подвергнутая после сборки в пакет и склепки специальному отжигу для получения необходимых магнитных свойств. Обе половинки магнитопровода в местах стыка точно пришлифованы друг к другу.

Левая половинка магнитопровода укреплена в литой силуминовой вилке неподвижно, правая половинка качается вокруг неподвижной оси на небольшой угол. Вилки сочленяются шарниром. Посредством сильной спиральной пружины, укрепленной своими концами на обеих вилках, обе половинки магнитопровода плотно смыкаются, оставляя в стыке пакетов железа магнитопровода минимальный зазор. На левой половинке магнитопровода размещен каркас из пластмассы с намотанной на нем вторичной обмоткой. На каркас одевается чехол из пластмассы, предохраняющий от повреждения обмотки.

Рис. 96. Токоизмерительные клещи.

На левой вилке укреплена коробка из пластмассы, на основании которой размещены подгоночные сопротивления (реохорды) и шунты.

Внутри коробки размещен также пятипредельный переключатель рычажного типа, ось которого выведена на лицевую часть коробки. На оси переключателя закреплена пластмассовая ручка, указатель которой фиксирует выгравированные на крышке надписи: “15”; “30”; “75”; “300”; “600”, дающие возможность судить о включенном в данный момент пределе измерения прибора. Надписи залиты белой краской. В нижней части коробки расположены специальные штепсельные гнезда для штырей измерительного прибора.

Измерительный прибор имеет круглую форму. Материал корпуса - пластмасса. Снаружи на заднюю часть корпуса прибора надет цилиндрический кожух из тонколистового железа для экранировки измерительного механизма. В качестве измерительного механизма использован механизм прибора М24

Шкала имеет одну дугу, отградуированную от нуля до 15А. При измерении на каждом из пределов отсчет производится с помощью умножения показания прибора на соответствующий множитель.

Элементы мостовой схемы прибора размещены на основании корпуса.

В качестве выпрямителей применены германиевые диоды типа Д2В.

На основании корпуса прибора расположены контактные штыри, посредством которых прибор соединяется с клещами при работе и отсоединяется от клещей при транспортировке и хранении.

На вилках клещей укреплены две съемные рукоятки из бакелитовых трубок, которые делятся ограничительными резиновыми кольцами на изолирующую часть и захват-ручку.

Перед началом работы необходимо осмотреть бакелитовые ручки клещей. При наличии трещин, забоин и других повреждений поверхности трубок пользоваться клещами нельзя. Если порядок величины измеряемого тока известен, то переключатель ставится в положение» соответствующее этой величине, после чего провод с измеряемым током охватывается клещами. В том случае, когда порядок величины измеряемого тока неизвестен, измерение следует начинать с высшего предела 600А. В момент измерения нельзя нажимать на рукоятки, осуществляющие разъем клещей, так как при этом между половинками железного пакета образуется зазор и снижается точность измерения. При измерении отсчет производится на каждом из пределов с помощью умножения показания прибора на соответствующий множитель. Переключение пределов измерения при одетых на токопровод клещах категорически запрещается. Переключение пределов следует производить только после снятия клещей с токопровода. Переключение пределов при одетых на токопровод клещах опасно для жизни.

Бесконтактный сигнализатор напряжения (СН) "ИВА-Н" (рис. 97) предназначен для работы в электроустановках частотой 50 Гц. Прибор на расстоянии предупреждает работающего световой и звуковой сигнализацией о наличии напряжения на токоведущих частях.

СН "ИВА-Н" позволяет с земли или с опоры определять наличие напряжения в воздушных линиях электропередачи 6 кВ и выше. С помощью СН "ИВА-Н" можно также контролировать исправность защитного заземления у включенного электрооборудования, устанавливать расположение скрытой проводки, находящейся под напряжением 220 В, проверять правильность монтажа выключателей электроосвещения и др. СН "ИВА-Н" имеет следующие характеристики:

Габаритные размеры, мм 130x52x22;

Масса, не более, г 120;

Продолжительность работы (дежурный режим), не менее, ч 100;

Температурный диапазон, °С -20 ...+40;

Питание СН – автономное от двух элементов R6 - AA-UM3 (А316), В 3.

Прибор "ИВА-Н" оснащен системами световой и звуковой сигнализации, а также устройством контроля работоспособности.

Рис. 97. Бесконтактный сигнализатор напряжения (СН) "ИВА-Н"

Световая сигнализация осуществляется с помощью пяти светодиодов, четыре из которых расположены на лицевой панели в линию и один на нижнем торце. Число горящих светодиодов пропорционально напряженности электрического поля. В дежурном режиме горит нижний светодиод на лицевой панели, и генерируются редкие звуковые сигналы. При определении с земли наличия напряжения на проводах воздушной линии с помощью СН "ИВА-Н" следует располагаться на участках, где расстояние от проводов до земли близки к наименьшим допускаемым. Прибор должен находиться в руке выше головы. При работе вне помещения в солнечную погоду наличие напряжения контролируется по звуковой сигнализации и светодиоду в нижнем торце корпуса СН. Так как вблизи заземленных опор ВЛ, заземленных конструкций, экранов напряженность электрического поля близка к нулю. В этом случае использовать СН "ИВА-Н" следует от них на расстоянии не менее 10 метров.

Зависимость показаний СН от положения его по отношению к источнику электрического поля позволяет по максимальному числу горящих светодиодов определять расположение находящегося под напряжением провода, в том числе и скрытой проводки 220 В.

При приближении к незаземленному корпусу включенной электроустановки, СН "ИВА-Н" срабатывает на расстоянии большем, чем при приближении к отдельному проводу. Если же заземление исправно, то сигнализатор на расстоянии 10-15 мм от корпуса будет оставаться в дежурном режиме.

Указатель напряжения двухполюсный универсальный УНН "Комби" (рис. 98) со звуковой и световой индикацией предназначен для контроля напряжения в цепях постоянного тока до 500В и переменного тока частотой 50 Гц до 380В при работе в электроустановках. УНН "Комби" может быть использован в качестве однополюсного для определения фазных проводов в сетях 380/220В и 220/127В, а также для проверки целостности электрической цепи, определения рода тока и полярности постоянного напряжения.

Указатель напряжения универсальный УНН "Комби" позволяет проводить следующие операции:

· определение фазного и нулевого проводов;

· оценку уровня переменного напряжения (12, 220, 380 В);

· определение наличия и полярности постоянного напряжения;

· проверку целостности ("прозвонку") электрической цепи, проверку диодов.

Указатель напряжения УНН "Комби" имеет следующие технические характеристики:

· напряжение индикации более, В

- однополюсный – 90,

- двухполюсный -12;

· питание указателя, один элемент R6-UM-3АА, В - 1,5;

· масса указателя не более, кг - 0.2;

· длина соединительного провода, не менее, м – 1.0;

· индикация режимов работы - световая, звуковая;

· диапазон рабочих температур, °С - (0 – 40).

УНН «Комби» не имеет переключателей режимов работы, оснащён устройством самоконтроля работоспособности. При отсутствии элемента питания УНН «Комби» сохраняет функции проверки наличия напряжения, определения рода тока, нахождения фазного провода.

Наличие и уровень напряжения или его отсутствие с помощью УНН «Комби» определяется по свечению индикаторов уровня напряжения "~12В", "~120В", "~380В" и звуковой сигнализации. При отсутствии напряжения ни один из индикаторов уровня не горит.

Индикаторы, обозначенные знаками "+" и "-", позволяют определить род тока и полярность постоянного напряжения. Одновременное свечение обоих индикаторов указывает на наличие переменного напряжения.

Рис. 98. Указатель напряжения универсальный (УНН) «Комби»

При использовании указателя УНН "Комби" в качестве однополюсного для определения фазных и нулевого проводов в цепи переменного тока, контактный наконечник указателя должен касаться контролируемого провода. Свечение соответствующих индикаторов и звуковая сигнализация указывают на наличие потенциала более чем на 90В отличающегося от потенциала "земли".

При "прозвонке" электрической цепи в случае наличия гальванической связи (целостности) срабатывают световой и звуковой индикаторы.

Анализатор параметров качества электроэнергии (рис. 99) предназначен для измерения и регистрации показателей качества электроэнергии по стандартам ГОСТ 13109-97, EN 50160. Применяется для измерения и регистрации основных показателей энергопотребления в однофазных и трехфазных сетях. Позволяет измерять действующие значения напряжений и токов при синусоидальной и искаженной формах кривых, активной, реактивной и полной электрической мощности и энергии. Область применения:

· обследование потребителей электроэнергии (энергоаудит);

· технологический контроль и анализ качества электроэнергии на узлах учета;

· комплектация систем управления энергопотреблением и качеством

электроэнергии;

· поиск источников возмущений в сетях.

Рис. 99. Анализатор параметров качества электроэнергии.

Рекомендованная литература:[4,6,7]

ЛЕКЦИЯ 15