РАЗДЕЛ 4. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ
§ 1. Классификация электроустановок
Таблица 5
Номинальные напряжения электроустановок трехфазного тока 50 гц
К электроустановкам относятся все устройства, которые вырабатывают электрическую энергию, преобразовывают ее, передают и потребляют.
По напряжению электрические установки в общем виде подразделяются на установки до 1000 в и выше. В каждом конкретном случае указывается напряжение, при котором работает та или иная установка, и другие более высокие напряжения. Все электрооборудование в нашей стране работает при определенных стандартных величинах напряжения (табл. 5). В то же время применяются более низкие величины напряжений: 12; 24; 36; 65 и 127 в.
* Напряжения относятся к трансформаторам, присоединенным к сборным шинам генераторов.
** Напряжения относятся к трансформаторам с повышенным напряжением короткого замыкания (7,5% и более).
Рис. 33. Схема передачи электроэнергии от генератора к потребителям:
1 —генератор (электростанция); 2 — повышающая трансформаторная подстанция (повышающий трансформатор); 3 — линия электропередачи; 4 — понижающая трансформаторная подстанция; 5 — линия низкого напряжения.
Действующими называются электрические установки, которые частично или полностью находятся под напряжением, и те, которые могут в любой момент быть включены. Установки с отсоединенными и изолированными концами проводов и кабелей со всех сторон, откуда может быть подано напряжение, являются недействующими.
Электроустановки, смонтированные под открытым небом, навесом или огражденные забором, называются открытыми, а установленные в помещении — закрытыми.
§ 2. Основные схемы электроснабжения
Энергия от электростанций к потребителям подается по электролиниям высокого и низкого напряжений, через повышающие и понижающие напряжение трансформаторы, а также по внутренним проводкам в производственных помещениях и жилых домах (рис. 33).
Вариантов передачи электроэнергии может быть много. Например, в связи с ростом нагрузок находят применение схемы так называемого "глубокого ввода" — 110/10/0,4 или 110/35/0,4 кВ, т. е. в привычном порядке чередования стандартных шкал напряжений наблюдаются пробелы. При этом происходит сокращение одной из принятых величин напряжений.
Скажем, в схеме 110/10/0,4 кВ нет напряжения 35 кВ, т. е. непосредственно из 110 кВ оно преобразовывается в 10 кВ. В схеме 110/35/0,4 кВ есть 35 кВ, но нет 10 кВ. В данном варианте напряжение с 35 кВ непосредственно преобразуется в 0,4 кВ.
В зависимости от напряжения линии условно подразделяются на три класса: 1-й класс — 35 кВ и выше; 2-й — от 1 до 20 кВ, 3-й — ниже 1 кВ.
Линии электропередачи служат не только для передачи энергии от электростанций к потребителям, но и для соединения электростанций между собой. Такая связь источников электроэнергии с потребителями называется энергетической системой. Создаются энергетические системы для надежного и качественного обеспечения электроэнергией. Кроме того, они создают возможности для более интенсивного использования самих станций, особенно, когда объединяются между собой тепловые и гидроэлектростанции. Потребность в электроэнергии в течение суток, недели, месяца не одинакова. Соответственно колеблется и нагрузка энергосистемы. Вот и создается возможность в периоды, когда нагрузка уменьшается, переводить тепловые электростанции на пониженный режим работы и за этот счет экономить топливо. Если же для выработки необходимого количества электроэнергии на ГЭС не хватает воды, то недостаток электроэнергии на гидроэлектростанции компенсируется выработкой ее на тепловой электростанции.
Электрическая система включает в себя генераторы, распределительные устройства, трансформаторные подстанции, электрические линии и электроприемники.
§ 3. Приемники электрической энергии
К приемникам электрической энергии относятся все устройства, потребляющие электричество и преобразующие его в другие виды энергии — тепловую, механическую, световую. К ним относятся: электродвигатели, нагревательные устройства, лампы, приборы и т. д.
Все эти устройства в электрической цепи работают при определенных условиях, основным из которых является напряжение. Конструкция отдельных приемников позволяет использовать их при различном напряжении сети. Прибор, аппарат, машина, оборудованные переключателем на 220 и 127 в, можно включать в линии с напряжением как 220 в, так и 127 в. Кроме того, электроприемники характеризуются и индивидуальными параметрами, такими, как мощность, которая зависит от потребляемого тем или иным устройством тока.
Не все потребители нуждаются в бесперебойном электроснабжении. И это учитывается при выборе схемы электроснабжения. Принимается во внимание, что повышение надежности требует дополнительных затрат средств и материалов. Удорожается соответственно и эксплуатация энергохозяйства. В зависимости от условий бесперебойного электроснабжения, все потребители подразделяются на три категории.
К первой категории относятся потребители, в электроснабжении которых перебои не допускаются. Это предприятия, учреждения, в которых внезапное отключение электроэнергии может вызвать опасность травматизма людей, привести к массовому браку продукции, повреждению оборудования и нанести ущерб народному хозяйству. Такие потребители должны получать электроэнергию не менее чем от двух независимых источников. При этом, если один из них резервный, то в случае прекращения подачи энергии от основного, он должен немедленно автоматически включаться в действие.
Ко второй категории относятся те потребители, для которых перерыв в подаче электроэнергии вызовет большой срыв в производстве продукции. Перерыв в подаче электроэнергии допускается на короткое время, необходимое для включения резервного источника электроэнергии.
К третьей категории относятся потребители электроэнергии, которым допускается перерыв, но не более чем на одни сутки.
К третьей категории ранее относились все сельскохозяйственные потребители электроэнергии. Теперь, когда электричество все глубже проникает в сельскохозяйственное производство, особенно в такие отрасли, как механическое доение коров, инкубация и т. п., колхозы, совхозы и другие сельскохозяйственные предприятия относят к потребителям второй категории. Когда нет полной уверенности в бесперебойности подачи энергии централизованным электроснабжением, колхозы и совхозы, имеющие ответственных потребителей, должны в нужный момент получать электроэнергию от резервных источников.
§ 4. Графики нагрузок
Работа одного или группы электроприемников (потребителей электроэнергии) отражается графиком.
Рис. 34. График нагрузки зерноочистительной машины.
Как отмечалось выше, электроприемники работают в течение определенного отрезка времени (дня, суток, месяца, года) неравномерно. При этом многие электродвигатели, установленные на машинах, в силу характера действия этих машин, работают с неодинаковой нагрузкой по времени. К примеру, на рис. 34 показан график работы зерноочистительной машины.
Суммирование графиков нагрузки всех работающих токоприемников позволяет получить общий график нагрузки за определенный отрезок времени.
Потребление электроэнергии сельскохозяйственными потребителями по часам суток в разные времена года видно из характерных суточных графиков нагрузки сельской трансформаторной подстанции (рис. 35). Из графиков видно, что нагрузка в течение суток имеет как бы «двугорбый» вид, т. е. два максимума — утренний и вечерний, при этом вечерний максимум намного больше утреннего. Характерно и то, что основное потребление электроэнергии приходится на зимний период.
Совокупность графиков отдельных трансформаторных потребительских подстанций определенного района позволяет получить график нагрузки всего района (районной подстанции). Совокупность районных графиков нагрузки характеризуется графиком нагрузки питающей подстанции и определяет собой работу электростанции.
Рис. 35. Суточные графики нагрузки трансформаторной подстанции: а) зима; б) весна; в) лето; г) осень.
Помимо нагрузки потребителей, на суммарный график электростанции влияют также потери в сетях и расход электроэнергии на собственные нужды станции (освещение, привод в действие необходимых для работы станции машин и механизмов).
Совокупность графиков электростанций характеризуется графиком нагрузки энергосистемы, объединяющей эти станции.
Характерной особенностью производства и потребления электроэнергии является то, что выработанную на станции электроэнергию нельзя, в отличие от другой какой-либо продукции, где-то хранить, складировать. Электроэнергия, производимая на электростанции, буквально в то же мгновение должна быть использована потребителями.
Сельскохозяйственные потребители, в отличие от промышленных, характеризуются крайне неравномерным графиком нагрузки. Происходит это из-за того, что, в силу особенности сельского хозяйства, многие электрические машины работают сезонно. А машины, которые используются ежедневно или почти ежедневно, включаются в работу относительно ненадолго. При этом некоторые из них не всегда в одно и то же время. Бытовая нагрузка является более постоянной.
В ночные часы в графиках сельских потребителей наблюдаются явно выраженные провалы нагрузки — до нуля или близко к нулю.
Неравномерность загрузки по часам — явление нежелательное. Например, на тепловых электростанциях при этом приходится временно останавливать агрегаты, что приводит к перерасходу топлива и к дополнительной потере энергии.
В целях выравнивания графика нагрузки в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях ночью можно шире использовать электроэнергию на автоматизированных процессах, например, для нагрева воды и других производственных потребностей.
§ 5. Качество электрической энергии
Важнейшей обязанностью поставщиков энергии является подача потребителям напряжения необходимой величины. Об этом же должны заботиться колхозные и совхозные электрики. Важно не допускать ухудшения качества электроэнергии за счет повышенной мощности токоприемников и других причин, вызывающих понижение напряжения.
На качество напряжения весьма существенно влияет распределение нагрузки по фазам. При неравномерной нагрузке одни фазы перегружаются, а другие недогружаются. В результате токоприемники, присоединенные к первым фазам, будут работать с пониженным напряжением, а другие, наоборот, с повышенным. И то и другое ухудшает работу токоприемников.
Качество электроэнергии зависит и от сечения проводов. При прохождении тока они не должны перегружаться. Если сечение проводника будет недостаточное, то от нагревания может оплавиться и даже воспламениться изоляция проводок, произойдет короткое замыкание со всеми вытекающими последствиями. Чрезмерный нагрев наружных проводов, хотя и представляет меньшую опасность, тоже нежелателен. Под действием повышенных температур провода в местах соединений окисляются, что, в свою очередь, увеличивает сопротивление, а стало быть и нагрев. В конечном итоге это ведет к полному разрушению провода.
Учитывая названные выше обстоятельства, установлены пределы отклонения напряжения
±7,5%. Напряжение будет выше у тех потребителей, которые расположены ближе к трансформаторной подстанции.
Отклонение напряжения оказывает сильное влияние на работу электроприемников. В сельском хозяйстве применяются в основном асинхронные электродвигатели. При отклонении напряжения на 10—15% от номинальной и нагрузке, не превышающей 70 % номинальной, они могут работать вполне удовлетворительно. Когда же загрузка возрастает и приближается к номинальной или даже превышает ее, снижение напряжения вызывает уменьшение скорости вращения двигателя, что в ряде случаев приводит к нарушению технологического процесса. Значительное снижение напряжения может привести к остановке электродвигателя.
Снижение напряжения в цепях, где установлены осветительные электроприемники, вызывает резкое снижение излучаемого ими светового потока. В результате уменьшается производительность труда и ухудшается состояние здоровья (зрения) людей.
Наряду с обычными лампами накаливания все большее применение находят люминесцентные и другие специальные лампы, работающие на газоразрядном принципе. Если напряжение в сети понизится на 20% от номинального значения, такие лампы не смогут быть включены в работу. В свою очередь чрезмерное повышение напряжения сокращает срок службы ламп.
