Elektros energetikos struktūra ir elementai

4623 0

Elektros energetikos struktūra ir elementai

Savarankiškas darbas

Turinys

Įvadas 2

Energetikos sistema 3

Elektrinės 5

Elektros sistemos sandara 8

Elektros tinklų elementai 12

Komutaciniai aparatai 12

Automatiniai išjungėjai 13

Saugikliai 14

Didelio alyvos tūrio jungtuvas 15

Mažo alyvos tūrio jungtuvai 15

Oriniai jungtuvai 16

Eledujiniai jungtuvai 17

Vakuuminiai jungtuvai 17

Jungtuvų pavaros 18

Skyrikliai 19

Galios transformatoriai 19

Literatūra 20

Įvadas

Energetikos sistema – tai gigantiška, labai sudėtinga žmonių sukurta mašina, skirta apsirūpinti elektra, kartais ir šiluma. Ją galima pavadinti sudėtingu dirbtiniu milžinišku organizmu, kuris kartais apima visą valstybę ar net kelias valstybes, o kurio veikimą apsprendžia ne tik fizikos dėsniai, bet irr ekonomika, politika bei teisinė sistema.

Energetikos sistemų formavimas prasidėjo dvidešimto amžiaus antrame dešimtmetyje, kai siekiant elektros tiekimo didesnio veiksmingumo ir patikimumo elektrinės pradėtos sujungti elektros tinklais. Energetikos sistemas sudaro elektrinės, kurios gamina elektrą, elektros perdavimo linijos, kuriomis elektra perduodama dideliais atstumais, elektros skirstymo linijos, kuriomis elektra iš perdavimo tinklų ir mažų elektrinių tiekiama vartotojams, pastotės, kurios sujungia elektros linijas, o dažnai ir pakeičia (transformuoja) įtampą, valdymo (dispečeriniai) centrai, kurie koordinuoja visų sistemos komponentų darbą ir informacinės sistemos, kurios aprūpina elektros siistemos valdymo centrus reikalinga informacija. Šiame darbe sieksiu plačiau panagrinėti elektros energetikos visumą ir su ja supažindinti savo kolegas.

Energetikos sistema

Energetikos sistema – tai elektrinių, elektros bei šilumos tinklų taip pat vartotojų visuma, surišta nepertraukiama elektros ir šilumos gamyba, paskirstymu ir sunaudojimu. Su

upaprastinta energetikos sistemos struktūrinė schema:

"C:\Users\Andrius\Desktop\AA\Svh.jpg

 

Elektros energetikos sistemą sudaro:

Elektrinės, kurios gamina elektrą.

Aukštos įtampos elektros perdavimo linijos ir įrenginiai, kuriomis elektra perduodama dideliais atstumais (perdavimo sistemos operatorius AB „Litgrid“).

Žemos ir vidutinės įtampos elektros paskirstymo tinklas, kuriuo elektra tiekiama galutiniam vartotojui (skirstomųjų tinkų operatorius AB „Lesto“).

Pav. Lietuvos energetikos sistema

"C:\Users\Andrius\Desktop\AA\i7qg10844.jpg

 

Elektrinės"C:\Users\Andrius\Desktop\AA\Map.jpg

 

Pav. Perdavimo tinklo schema

Lentelė Lietuvoje eksploatuojamų elektrinių įrengtoji galia

Elektrines pavadinimas Įrengta galia, MW
1998 2000 2005 2010
ELEKTRINIŲ ĮRENGTA GALIA -VISO 6102 6123 4923 4680
ATOMINĖS ELEKTRINĖS 2600 2600 1300 1300
Ignalinos Atominė Elektrinė – viso 2600 2600 1300 1300
Blokas Nr. 1 (RBMK-15000) 1300 1300
Blokas Nr. 2 (RBMK-15000) 1300 1300 1300 1300
KONDENSACINĖ – Lietuvos elektrinė – viso 1800 1800 1800 1700
Blokas Nr. 1 K-160-130 150 2 150 2 150 2 150 2
Blokas Nr. 2 K-160-130 150 2 150 2 150 2 150 2
Blokas Nr. 3 K-160-13 150 150 150
Blokas Nr. 4 K-160-130 150 150 150
Blokas Nr. 5 K-300-240 300 300 300 400
Blokas Nr. 6 K-160-1300 300 300 300 400
Blokas Nr. 7 K-160-130 300 300 300 300
Blokas Nr. 8 K-160-130 300 300 300 300
TERMOFIKACINĖS ELEKTRINĖS 732,8 732,8 732,8 690,0
Vilniaus elektrinė – viso 384 384 384 360
Blokas Nr. 1 T-180/120-130 180 180 180 180
Blokas Nr. 2 T-180/120-130 180 180 180 180
Turbina Nr.3 P-12 (antrojoje elektrinėje) 12 12 12
Turbina Nr.4 P-12 (antrojoje elektrinėje) 12 12 12
Kauno elektrinė – viso 178 178 178 170
Garo turbina Nr. 1 PT 60-130 60 60 60 60
Garo turbina Nr. 2 T 100/120-130 110 110 110 110
Garo turbina Nr. 1 (Petrašiūnų elektrinėje) 8 8 8
Mažeikių elektrinė 𔂿 viso 160 160 160 160
Garo turbina Nr. 1 PT 80/100-130/13 80 80 80 80
Garo turbina Nr. 2 PT 80/100-130/13 80 80 80 80
Garo turbina Nr. 3 PT 50-130/16 50 3 50 3 50 3 50 3
Klaipėdos elektrinė – viso 11 11 11
Garo turbina Nr. 3 PT 80/100-130/13 3,8 3,8 3,8
Garo turbina Nr. 4 PT 80/100-130/13 7,0 7,0 7,0
HIDRO IR HIDROAKUMULIACINĖS ELEKTRINĖS 909,5 909,5 1009,5 909,5
Kauno hidroelektrinė 100,8 100,8 100,8 100,8
Hidroturbina Nr.1 25,2 25,2 25,2 25,2
Hidroturbina Nr.2 25,2 25,2 25,2 25,2
Hidroturbina Nr.3 25,2 25,2 25,2 25,2
Hidroturbina Nr.4 25,2 25,2 25,2 25,2
Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė 800 800 900 800
Hidroturbina Nr.1 200 200 225 200
Hidroturbina Nr.2 200 200 225 200
Hidroturbina Nr.3 200 200 225 200
Hidroturbina Nr.4 200 200 225 200
Mažosios hidroelektrinės4 8,7 8,7 8,7 8,7
Blokinės pramonės įmonių elektrinės5 51 72 72 72

Taigi, elektros sistemų esminiai komponentai – elektrinės, sujungtos elektros perdavimo tinklais, iš kurių elektra skirstomaisiais elektros tinklais pasiekia vartotojų įrenginius, elektrą paverčiančius šviesa, šiluma, mechaninę energija ir t.t.

Elektrinėse organinio (iškastinio – anglies, naftos, dujų), branduolinio kuro, ar krintančio vandens energija elektros generatoriuose paver

rčiami elektra. Dabar vis plačiau elektrai gaminti pradedamas naudoti tiek netradicinis kuras, tiek netradicinės technologijos. Vis daugiau elektros gaminama vėjo, saulės elektrinėse, elektrinių kuru naudojama biomasė (mediena, šiaudai), įvairios atliekos. Platesnį pritaikymą randa kuro elementai, kuriuose kuro cheminė energija tiesiogiai paverčiama elektra.

Elektrinių generatoriai paprastai gamina 50 Hz (hercų) (kai kur 60 Hz) dažnio kintamą elektros srovę nuo 6 iki 30 kV (kilovoltų) įtampos. Elektros sistemoje visų dirbančių generatorių dažnis yra tiksliai sinchronizuotas. Generatoriai turi automatinius įtampos reguliatorius, kurie valdo įtampą, ir greičio reguliatorius, kurie priderina generatorių generuojamą galią prie besikeičiančių elektros sistemos sąlygų (apkrovos), ir taip palaiko visoje elektros sistemoje tą patį dažnį.

Kintamos elektros srovės tinkluose be aktyviosios galios (vatų), kuri virsta šviesa elektros lempose, ar suka elektros variklius, reikia kartu perduoti ir reaktyviąją galią (varus), kuri darbo neatlieka (anksčiau vadinta “bevate” galia), tačiau ji reikalinga reguliuoti, ar palaikyti reikiamą įtampą atskiruose elektros tinklų mazguose.

Elektros perdavimo linijos elektrą iš elektrinių perduoda į skirstomuosius elektros tinklus. Elektros perdavimo linijos dažniausiai būna oro, o siekiant jose sumažinti energijos nuostolius, jų įtampa būna aukšta (60 -230 kV), ar labai aukšta (nuo 330 kV iki 1150 kV). Lietuvoje elektros perdavimo tinklų įtampa 110 kV ir 330 kV. Elektros perdavimo linijos su pastotėmis (transformatoriais ir skirstyklomis), kuriose sujungiamos elektros linijos, sudaro perdavimo elektros tinklus.

Perdavimo tinklais elektra kiekv

vieną jų mazgą gali pasiekti keliais takais, t.y. elektros linijos sudaro uždarus kontūrus (kilpas). Generatorių įtampą transformatoriai pakelia iki perdavimo elektros tinklų įtampos lygio arba sumažina iki skirstomojo elektros tinklo įtampos, dažniausiai, mažesnės kaip 60 kV (Lietuvoje – 35 kV ir žemesnės). Skirstomųjų elektros tinklų elektros linijos būna tiek oro, tiek kabelių (dažniausiai požeminių). Skirstomaisiais elektros tinklais elektrai tėra tik vienas takas iki elektros imtuvo, t.y. jie kontūrų neturi, arba kitaip sakant, yra atviri – spinduliniai (radialiniai).

Elektros sistemos sandara

Paprasčiausia elektros sistema – dvi elektros tinklu sujungtos elektrinės (generatoriai) 3 pav. Elektros sistemų kūrimosi procesas pasaulyje, prasidėjo dvidešimto amžiaus pradžioje. Lietuvoje tik 1956 m.110 kV elektros linija per Panevėžį buvo sujungtos Petrašiūnų (61 MW) ir Rėkyvos (12,8 MW) elektrines. Tai – Lietuvos energetikos sistemos kūrimo pradžia.

 

Pav.

Daugiausia elektros gaminama naudojant iškastinį (organinį) ir branduolinį kurą bei krintančio vandens energiją. Deginamas iškastinis kuras ar branduolinis kuras gamina garą, o garas suka turbinas, sujungtas su generatoriais, kuriuose mechaninė energija paverčiama elektra. Tokios elektrinės vadinamos kondensacinėmis 4pav. arba termofikacinėmis 5pav. Hidroelektrinėse turbinas suka krintantis vanduo, o dujų turbinų elektrinėse turbinas suka sudegusio kuro dujos ir jų įkaitintas suspaustas oras. Tradiciniai elektros generatoriai gamina 50 Hz trifazę sinuso formos kintamą elektros srovę, kurios įtampa tarp fazių būna nuo 6 kV iki 30 kV. Daugumoje pasaulio šalių naudojama 50 Hz srovė.

. Tik Šiaurės Amerikoje, Australijoje, dalyje Japonijos ir kai kuriose kitose šalyse srovės dažnis yra 60 Hz.

Pav. kondensacinė elektrinė

Kondensacinės elektrinės (KE) naudoja iškastinį, dažniausiai kietą kurą aukšto slėgio garo gamybai. Gamybos proceso schema pavaizduota 2 pav. 400-650 0C temperatūros, 30-220 atm. slėgio garai tiekiami į turbiną, kuri suka generatorių. Turbinos  priklauso nuo slėgių skirtumo turbinoje, dėl to stengiamasi sumažinti išeinančių garų slėgį (0,04-0,03)atm. Tokių elektrinių  yra nedidelis, apie 25-40 %, todėl eksploatacija tikslinga kur yra vietinio kuro.

Kuras pristatomas į sandėlį iš kurio tiekiamas į bunkerį, o iš jo paduodamas į kūryklą. Sudegusio kuro dujos išeina per dūmtraukį, kuriame įrengiamas ventiliatorius garantuojantis dujų pašalinimą, kintant atmosferos slėgiui. Garai iš katilo paduodami į turbiną, o išėję iš jos aušinami kondensatoriuje, naudojant vandenį iš cirkuliacinio siurblio. Kondensatą siurblys paduoda į maitinimo baką iš kurio siurblys vėl jį tiekia į katilą. Turbina su generatoriumi sudaro bloką – įrenginį. Dažniausiai montuojami keli įrenginiai. Generatoriaus išėjime yra skirstomieji įrenginiai ir aukštinantysis transformatorius, kuris tiekia elektros energiją į elektros perdavimo linijas EPL. Vartotojai maitinami iš skirstomųjų įrenginių, o stambūs pramoniniai vartotojai gali turėti savus generavimo, perdavimo ir skirstomuosius įrenginius.

Termofikacinėse elektrinėse (TE) be elektros tiekiama ir šilumos energija. Tokios elektrinės schema pavaizduota 3 pav. Nuo 2 pav. ši schema skiriasi tuo, kad dalis išeinančio garo kaitina katilą, kuriame yra vamzdynas su cirkuliuojančiu karštu vandeniu. Šio vandens siurblys šį vandenį tiekia šiluminės energijos vartotojams. TE, palyginus su KE, sumažėja šilumos nuostoliai, kurie atsiranda aušinant cirkuliacinį vandenį, todėl TE ƞ siekia 60-70%.

 

Pav. Termofikacinė elektrinė

Atominėse elektrinėse (AE) naudojamas branduolinis kuras, kuris vykstant urano branduolių skilimo grandininiai reakcijai atominiuose reaktoriuose išskiria didelį šiluminės energijos kiekį.

 

Pav. Atominė elektrinė

AE skiriasi nuo ŠE tuo, kad vietoj katilinės yra atominis reaktorius. Jame išsiskirianti šiluminė energija įkaitina keraminiuose vamzdžiuose šilumos nešiklį. Tarp garo katilo ir reaktoriaus vamzdynais cirkuliuoja didelę šiluminę talpą turintys lengvieji metalai K, Na. Šį metalą varinėja uždaru kontūru siurblys veikiantis magneto-hidrodinaminio variklio principu. Tokio variklio trifazė apvija kuria slenkamąjį magnetinį lauką atitinkantį sukamąjį magnetinį lauką asinchroniniame variklyje. Šis laukas skystame metale indukuoja evj. sukuria sroves tekančias skystame metale, kurių sąveikoje su pirminiu slenkamuoju magnetiniu lauku sukuriamas slėgis varantis skystą metalą.

Hidroelektrinės (HE) galia priklauso nuo viršutinio ir žemutinio bjefo vandens lygių skirtumo ir debito, vandens kiekio pratekančio visomis turbinomis per laiko vienetą. Šiuolaikinių HE naudingumo koef. ƞ siekia 85%. HE privalumai lyginant su ŠE yra šie:

1. Paprastesnis elektros energijos gamybos procesas.

2. Didesnis ƞ .

3. Elektros energijos savikaina apie 5 kartus mažesnė.

Tačiau HE statybos kaina yra didelė ir ilgi statybos terminai. HE vandens srauto energiją keičia mechanine energija hidraulinė turbina, kuri suka hidrogeneratorių ir yra gaminama elektros energija. Vienos HE turi vagoje įrengtas turbinas, kitos užtvankines, kai slėgis sudaromas įrengiant užtvanką, pakeliant vandenį į viršutinio bjefo lygį. Kitoje užtvankos pusėje susidaro apatinis bjefas.

Vaginės elektrinės pastatas su jame įrengtais hidro įrenginiais yra užtvankos tąsa ir kartu su užtvanka pakelia vandenį. Užtvankinės elektrinės pastatas yra užtvankoje.

Hidro turbinoms skirtas vanduo praeina šiukšlių sulaikymo groteles, spiralinę kamerą, hidraulinę turbiną ir siurbimo vamzdį. Potvynių vanduo nuleidžiamas per specialius vandens nukreipimo vamzdžius, esančius tarp turbinų kamerų.

Derivacinėse elektrinėse slėgio aukštis sudaromas derivacija (vandens nukreipimas nuo pagrindinės vagos, tvenkinio ar kito vandens telkinio, kad HE padidėtų vandens slėgio aukštis arba siurblinėje sumažėtų kėlimo aukštis). Panaudotas vanduo leidžiamas į upę arba tolesnę derivacinę elektrinę. Derivacija apsimoka kai upės nuolydis didelis.

Hidroakumuliacinės elektrinės naudojamos staigiems elektros energijos poreikiams patenkinti, apkrovų pikams išlyginti. Sumažėjus sistemos apkrovai siurbliai pumpuoja vandenį į viršutinį baseiną, o didžiausios apkrovos valandomis sukauptas vanduo tiekiamas hidro įrenginiams, kurie gali dirbti ir kaip siurbliai.

Pav. vėjo elektrinė

Vėjo elektrinės yra nedidelės galios 1 iki 5 MW, todėl norint gauti daug elektros energijos reikia didelio montavimo aukščio ir vėjo generatorių skaičiaus. Lietuvoje yra atlikti vėjo stiprumo tyrimai iš kurių matome, kad tikslingiausia vėjo elektrines statyti pajūrio zonoje ir iš dalies Rytų Lietuvoje nuo Panevėžio iki Trakų. Kai kurios pajūrio šalys pvz. Danija, Vokietija yra pastačiusios daug vėjo elektrinių.

Dabar vis sparčiau plėtojama ir gausybė netradicinių elektros gamybos technologijų. Pirmiausia – tai termofikacinės elektrinės, kurios gamindamos elektrą, kartu tiekia šilumos vartotojams šilumą garu ar karštu vandeniu.

Kitose, dujų ir garo, vadinamomis kombinuoto ar binarinio ciklo, elektrinėse deginamo kuro dujos ir jų įkaitintas suspaustas oras suka dujų turbiną su elektros generatoriumi, o iš turbinos karštos dujos eina į katilą (garo generatorių), kurio pagamintas garas suka garo turbiną su kitu elektros generatoriumi. Tiek termofikacinėse, tiek dujų ir garo (kombinuoto ciklo) elektrinėse kuro energija yra geriau naudingai panaudojama nei tradicinėse (kondensacinėse) šiluminėse elektrinėse (didesnis NVK).

Pasaulyje vis daugiau elektrai gaminti naudojami atsinaujinantys energijos ištekliai: vėjo, saulės (saulės elementai elektros energijos gamybai gali panaudoti iki 57 % iš saulės spindulių bangų spektro), biomasės (šiaudai, medžio atliekos) ar komunalinių atliekų energija. Kartu tobulinami ir kuro elementai, kuriuose vandenilio ar daug jo turinčių dujų cheminė energija tiesiogiai verčiama į elektrą, aišku – nuolatinės srovės. Elektrai gaminti naudojama ir žemės šilumos (geoterminė) energija, potvynių-atoslūgių energija. Kol kas iš atsinaujinančių energijos išteklių (išskyrus vandenį) gaminama nedaug elektros, tačiau laukiama, kad po 30-40 metų netradiciniais būdais pagaminta elektra sudarys pastebimą dalį bendrame energijos balanse.

Elektros tinklų elementai

Komutaciniai aparatai

Sujungiant ir atjungiant kontaktus, dėl elektrinio lauko oro tarpe atsiranda elektros išlydis,

vadinamas lankiniu išlydžiu. Elektros lankas – tai plazmos stulpas tarp dviejų elektrodų, susidaręs dėl smūginės jonizacijos. Jo temperatūra siekia 6000 – 18000K, o elektrinis laidumas artimas metalų

elektriniam laidumui. Dėl aukštos temperatūros ir elektronų emisijos iš elektrodų lankas ardo elektrodų paviršių. Šis reiškinys naudojamas suvirinimo aparatuose, bet komutaciniuose prietaisuose jis žalingas, nes trukdo išjungti grandinę. Esant keleto kV įtampai lanko degimas pasidaro labai stabilus, jį galima ištempti iki metro ilgio, tad jam gesinti reikalingos įvairios specialios priemonės.

Priemonės lankui gesinti aparatuose iki 1kV:

Lanko ilginimas didinant atstumą tarp elektrodų;

Lanko dalijimas į daug mažesnio ilgio lankų;

Lanko gesinimas siaurame plyšyje.

Priemonės lankui gesinti aparatuose daugiau 1kV:

Lanko gesinimas alyvoje;

Lanko apipūtimas dujomis (oru);

Daugkartinis grandinės nutraukimas;

Lanko gesinimas vakuume;

Lanko gesinimas aukšto slėgio dujose (SF6).

Pagrindiniai komutacinį aparatą charakterizuojantys parametrai yra:

Vardinė srovė;

Vardinė įtampa;

. . .

Išsiskyrus kontaktams, lankas gęsta per patį pirmąjį srovės perėjimą per nulinę reikšmę. Kontaktų eiga yra labai nedidelė, iki centimetro, kai tuo metu mažo alyvos tūrio jungtuve yra artima metrui.

Jungtuvų pavaros

Jungtuvų valdymo operacijas atlieka jungtuvų pavaros. Pavara įjungia ir išjungia jungtuvą, ir yra tiesioginio ir netiesioginio veikimo. Tiesioginio veikimo pavaros energiją ima iš pašalinio šaltinio, netiesioginio veikimo pavaros energiją kaupia savyje (pvz. spyruokles energija). Pavaros yra rankinės, elektromagnetinės, spyruoklinės, pneumatinės, hidraulinės. Rankinės pavaros pastaruoju metu naudojamos tik skyrikliams valdyti. Elektromagnetinės pavaros naudojamos tiek vidaus, tiek išorės skirstyklose. Jos maitinamos iš galingo nuolatinės srovės šaltinio, varomasis elementas – elektromagnetas. Pavaros greitaeigės, tinka greitam pakartotiniam įjungimui, tinka dažnam įjungimui. Spyruoklinės pavaros naudoja spyruoklės įtempimo energiją, kuri kaupiama mažo galingumo varikliu. Pavaros lėtaeigės, sudėtingos konstrukcijos, pastaruoju metu mažai naudojamos. Pneumatinės pavaros dirba suslėgtu oru, jos susideda iš traukių ir pneumatinės sistemos. Pavaros paprastos, greitaeigės, ypač patogu naudoti ten, kur yra naudojami oriniai jungtuvai. Hidraulinės pavaros yra skirtos ypač galingų jungtuvų valdymui ir naudoja sulėgtą alyvą. Tokios pavaros yra galingos ir ypač greitaeigės. Pastaruoju metu praktikoje daugiausiai naudojamos elektromagnetinės pavaros

Skyrikliai

Skyriklis – tai kontaktinė sistema, skirta atjungti ir vizualiai išskirti kontaktams. Jie statomi abipus elektros aparato (jungtuvo, transformatoriaus) ir atjungiami remonto metu. Tačiau skyrikliai negali atjungti darbo srovės, nes neturi lanko gesinimo įrenginių, todėl schemos sudaromos taip, kad srovę grandinėje atjungia jungtuvas, o tik po to atjungiami skyrikliai, nuo priešingų veiksmų skyriklį saugo blokuotės. Skyrikliais galima įjungti ir išjungti transformatoriaus įmagnetinimo srovę, įjungti oro liniją tuščioje veikoje ir t.t. Skyriklių konstrukcija paprasta, nors jų gabaritai aukštai įtampai būna dideli.

Galios transformatoriai

Galios transformatoriai įrengiami elektrinėse ir pastotėse įtampai keisti. Labiausiausiai paplitę trifaziai transformatoriai, nes energijos nuostoliai juose 12 – 15 %, o medžiagų sąnaudos 20 – 25 % mažesnės negu grupės vienfazių tokios pat suminės galios transformatorių. Vienfaziai transformatoriai naudojami, jei negalima pagaminti ar transportuoti labai didelės galios trifazių transformatorių.

Trifaziai transformatoriai gali būti dviejų apvijų ir trijų apvijų. Aukštosios, vidutinės ir žemiausios įtampos apvijos žymimos atitinkamai AĮ, VĮ ir ŽĮ.

Literatūra

G.Svinkūnas, “Elektros energetikos pagrindai”, 2008m. ;

G.Svinkūnas, A.Navickas “Elektros energetikos pagrindai”, 2013m. ;

http://www.leka.lt

http://www.enmin.lt

http://www.litgrid.eu

Join the Conversation

×
×