Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей

Задание: Построить гистограмму с указанием абсолютных значений мощностей и интегральную кривую распределения. Установить закон, по которому подчиняется данное распределение значение нагрузок варианта задания.

Исходные данные:

Потребители: телятник, баня

Значения дневной нагрузки по интервалам, кВт:

435,425,436,446,442,437,445,421,403,431,432,434.

Значения вечерней нагрузки по интервалам, кВт:

286,285,288,300,295,298,297,299,296,280,285,288.

Длина линии,  м:

Телятник      320 м

Кормоцех    =170 м

Номинальные мощности трансформаторов, кВА :

=160 кВА

=250 кВА

Коэффициенты активной мощности

Телятник:          =0,75 =0,85

Кормоцех:        =0,75 =0,78

Принимаем коэффициент активной мощности для смешанных потребителей:         =0,70 =0,75

Решение:

Определяем математическое ожидание:

где n-число реализации графика мощности

-вероятность i-ой реализации нагрузки

= = =432 кВт

= = =291 кВт

Найдем дисперсию мощности нагрузки:

D ( ) =

D ( ) =

=

= = =139 кВт

D (  =

+ =і

= = =46 кВт

Определяем средне - квадратичное отклонение (от средней величины)

( =D (

(і)=( =11,8

(ј)=( =6,8

Определяем коэффициент корреляции между мощностями нагруженных интервалов времени

)=

)=

 = = =0,075

Определение расчетных нагрузок электрических цепей с помощью коэффициента одновременности:( )

= ×

= ×

=0,70×160=112

=0,70×250=175

=0,75×160=120

=0,75×250=187,5

×( + )=0,85×(112+175)=243,95

= ( =0,85×(120+187,5)=279,4

=0,75×243,95=183

=0,75×243,95=183

=0,85×279,4=237.5

=0,73 279,4=204

=0,85×(183+183)=311,1

=0,85×(273,5+204)=405,9

В результате делаем вывод, что потребляемая мощность больше чем теоретически необходимая, чтобы избежать перегрузку системы электроснабжения необходимо установить дополнительный трансформатор, также это будет полезно в перспективе развития предприятия и развития производства.

Перенапряжение защитных установок от прямых ударов молнии

Электрооборудование в силовых установках нормально работает под номинальным напряжением, на которое оно рассчитано. Однако под воздействием различных факторов напряжение может превысить в несколько раз номинальное значение, что может привести к повреждению изоляции оборудования. Такие напряжения, которые имеют опасную для нормальной изоляции оборудования величину, называются перенапряжениями.Перенапряжения, наблюдаемые в электрических силовых установках, по причинам их возникновения можно разделить на две группы: внутренние и атмосферные (грозовые).

Внутренние перенапряжения возникают при оперативных переключениях в установках и при аварийных отключениях отдельных элементов: линий (ЛЭП), трансформаторов, генераторов, двигателей, батарей конденсаторов и т. п., при дуговых замыканиях на землю, при резонансных явлениях в длинных линиях электропередачи и при несимметричных режимах работы. Уровень внутренних перенапряжений обычно находится в пределах 2,5—3,5-кратной величины номинального фазного напряжения и только в редких случаях при наложении перенапряжений различного вида превышает ее. Особенностью внутренних перенапряжений является значительная их длительность, достигающая 0,05—0,1 сек и более. Источником атмосферных перенапряжений в электрических установках являются электрические разряды (молнии) с грозовых облаков в элементы установки или вблизи нее. Атмосферные перенапряжения отличаются от внутренних значительно большими величинами — достигают нескольких миллионов вольг, — но имеют меньшую длительность — порядка десятков микросекунд.
Величина внутренних перенапряжений обусловлена номинальным напряжением установки, режимом работы ее нейтралей, характеристиками оборудования и протяженностью линий электропередачи, в то время как величина атмосферных перенапряжений почти не связана с указанными факторами. Величина атмосферных •перенапряжений определяется сочетанием ряда природных условий в процессе развития молнии.

2. ОБРАЗОВАНИЕ ГРОЗОВЫХ ОБЛАКОВ
По характеру происхождения грозы разделяются на тепловые и фронтальные. Развитие тепловой грозы показано на рис. I. В результате нагрева солнцем земной поверхности разогреваются нижние слои воздуха. Теплые массы воздуха расширяются и стремятся подняться вверх. На высоте 2 км и более они попадают в область отрицательных температур. Влага, уносимая этими потоками воздуха, конденсируется и образует грозовые облака, которые состоят из мельчайших водяных электрически заряженных капель.

рис. 1. Развитие тепловой грозы

Такие облака образуются в жаркое летнее время и преимущественно во второй половине дня.

Фронтальные грозы образуются в тех случаях, когда два потока воздуха с разной температурой движугся навстречу друг другу и соприкасаются своими фронтовыми частями. При этом поток воздуха, имеющий более низкую температуру, стремится опуститься вниз и занимает пространство в непосредственной близости от поверхности земли, а теплые массы воздуха устремляются вверх (рис. 2) и образуют завихрения. Достигнув высоты с более низкими температурами, унесенная с поверхности земли влага конденсируется и образует грозовые облака.

Рис. 2. Развитие грозы холодного фронта.

Фронтальные грозы охватывают широкие площади земной поверхности и движутся со скоростью от 5—6 до 100—150 км/ч и более. Такие грозы могут возникать в любое время суток. Облака вначале состоят из мелких капель воды, которые удерживаются на высоте потоками воздуха, перемещающегося снизу вверх. Затем капли увеличиваются в размерах, и растет их вес. Крупные капли не могут удерживаться потоками воздуха и выпадают в виде дождя или ливня. Грозовые облака являются носителями электрических зарядов и источниками грозовых разрядов — молний.

3. ОБРАЗОВАНИЕ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ
Грозовые разряды — молнии — вызываются электрическими зарядами, которые в больших количествах накапливаются в облаках. Механизм разделения положительных и отрицательных зарядов и их накопления в основном объясняется наличием в грозовых облаках восходящих потоков воздуха. Более 200 лет тому назад (в 1753 г.) на это указал великий русский ученый М.. В. Ломоносов, в настоящее же время существует много теорий, которые по-разному в деталях освещают электризацию облаков, но такой теории, которая удовлетворительно объясняла бы все процессы, наблюдаемые в природе, пока нет.
Одно из распространенных предположений образования электрических зарядов на облаках исходит из того, что этот физический процесс происходит в постоянном электрическом поле земли, которое обнаружил еще М. В. Ломоносов при проводимых им опытах. Наша планета всегда имеет отрицательный заряд. Напряженность электрического поля вблизи поверхности земли составляет в среднем 100 в/ж (поле «ясной погоды»). Она мало зависит от времени года и суток и почти одинакова для любой точки земной поверхности. Воздух, окружающий землю, имеет свободные заряды, которые движутся по направлению электрического поля земли. Каждый кубический сантиметр воздуха вблизи земной поверхности содержит около 600 пар положительно и отрицательно заряженных частиц. С удалением от земной поверхности плотность заряженных часгиц в воздухе растет. У земли проводимость воздуха мала, но на высоте 80 км она увеличивается в 3 млрд. раз и достигает проводимости пресной воды. 6
Таким образом землю с окружающей атмосферой по электрическим сзойствам можно представить как шаровой конденсатор колоссальных (размеров, обкладками которого являются земля и 'проводящий слой воздуха, находящийся на расстоянии 80 км от поверхности земли. Изолирующей прослойкой между этими обкладками служит мало проводящий электричество слой воздуха толщиной 80 км. Между обкладками такого конденсатора напряжение составляет около 200 000 в, а ток, проходящий пэд воздействием этого напряжения, равняется 1 400 а. Мощность конденсатора составляет около 300 Мет, т. е. равна мощности современной электростанции средних размеров. В электрическом поле этого конденсатора, в интервале от 1 до 8 км от поверхности земли, и совершаются грозовые явления. Сконденсировавшаяся влага на этих высотах образует капли разных размеров. Находясь в электрическом поле конденсатора, они поляризуются , нижние части их имеют положительный заряд, а верхние — отрицательный. Мелкие капли восходящими потоками воздуха уносятся вверх, а крупные, более тяжелые капли падают вниз. При движении вверх поляризованные капли верхним отрицательно заряженным концом встречают на своем пути отрицательные и положительные свободные заряды; первые из них отталкиваются, как имеющие одноименный заряд, а вторые — притягиваются, и капли постепенно становятся положительно заряженными. Те капли, которые движутся вниз, наоборот, притягивают отрицательные заряды и становятся отрицательно заряженными.Таким образом происходит разделение зарядов в об лаке: в верхних слоях его располагаются положительные заряды, а в нижних — отрицательные. Так как облако является изолятором, то заряды остаются на своих местах и не нейтрализуются. Электрическое после облака как более сильное при наложении на поле «ясной погоды> изменяет, направление последнего в районе своего расположения (рис. 3).

Заряды в облаке распределяются неравномерно: в некоторых точках их плотность достигает большой величины, в других, наоборот, она незначительна. Там, где создалось скопление зарядов и образовалось интенсивное электрическое поле, порядка 30 кв/см, начинается разряд. Он распространяется по направлению к земле. При достижении земной поверхности разряд образует светящуюся линию.

На рис. 4 представлена наиболее часто встречающаяся в природа линейная молния. Глазу она представляется в виде сплошной непрерывной линии — узкой яркой -полосы или нескольких полос 'белого, светло-голубого или ярко-розового цвета. Молния может иметь длину от нескольких сотен метров до нескольких километров.

Рис. 4. Линейная молния.

Грозовые разряды происходят как между тучей и землей, так и между тучами. Разряды, происходящие между тучами, не представляют опасности для наземных сооружений. Разряды, ударяющие в землю, опасны для людей, животных и построек.
Молния оказывает тепловые, механические и электромагнитные воздействия на пораженные предметы и сооружения. Ток молнии, протекая по проводникам, выделяет количество тепла, которое способно расплавить проводники небольших сечений (телеграфные провода, плавкие предохранители). При соприкосновении канала молнии с металлом он может выплавляться на глубину в несколько миллиметров. Наблюдающиеся случаи обрывов отдельных проволок у грозозащитных тросов на линиях электропередачи могут происходить от пережога их токами молнии в месте соприкосновения канала молнии с тросом. При соприкосновении канала молнии с деревом, соломой, газообразной или жидкой горючей средой они могут воспламеняться и вызывать пожары.
Расщепление деревянных опор линий электропередачи происходит вследствие того, что ток молнии, проходя по волокнам древесины, вызывает в ней интенсивное паро- и газовыделение, которое создает высокое давление внутри древесины и разрывает ее. При дожде расщепление древесины слабее, а без дождя сильнее. Это объясняется тем, что смоченная поверхность древесины имеет большую проводимость и ток молнии протекает преимущественно по поверхности и меньше повреждает древесину.
Расщепление древесины часто ограничивается вырыванием лент глубиной 2—3 см и шириной до 5 см, а иногда раскалывает стойки и траверсы опор пополам, при этом болты и крючья выскакивают и провода линий электропередачи падают на землю. Известен такой случай, когда молния, ударившая в старый тополь высотой в 30 м и обхватом в 3 м, разбила его на мелкие куски. При протекании через щели и узкие отверстия токи молнии также создают значительные разрывающие усилия. Примером этому могут служить разрушенные молнией трубчатые разрядники.
Под воздействием электромагнитного влияния тока молнии , и в результате непосредственного их протекания через пораженные элементы электротехнических установок в последних возникают напряжения, достигающие сотен и даже тысяч киловольт.

В электротехнических установках имеют место два вида грозовых перенапряжений:
а) перенапряжения, возникающие при прямом ударе молнии в установку;
б) перенапряжения наведенные (индуктированные) при грозовом разряде в землю вблизи установки.

Величина перенапряжений зависит главным образом от силы тока молнии (главного разряда) и от скорости его роста (крутизны фронта).
При прямом ударе молнии в элементы установки по ним протекает большой ток главною разряда и создает напряжение, равное силе тока, умноженной на сопротивление, которое он встречает на своем пути.
Предположим, что в металлическую опору линии электропередачи произошел прямой удар молнии с силой тока I_о, равной 100 ка.
Протекая по опоре в землю, этот ток встретит на своем пути сопротивление тела опоры и сопротивление заземления опоры R₃. Сопротивление тела опоры во много раз меньше сопротивления ее заземления, поэтому им можно пренебречь. Если предположить, что сопротивление заземления равно 20 ом, то потенциал вершины опоры U_оп будет U_оп=I_о*R₃=100*20 =2 000 кв. Под таким же напряжением окажется изоляция проводов линии электропередачи. Оно более чем в 40 раз выше рабочего напряжения линии электропередачи 110 кв по отношению к земле, которое равно 91 кв.
Столь же высокие напряжения возникают и в том случае, если грозовой разряд поражает не опору, а провод линии электропередачи.
Перенапряжения в электротехнических установках могут появиться и при грозовых разрядах в землю вблизи установок. Механизм образования таких перенапряжений можно проследить на рис. 11.
Предположим, что над линией электропередачи расположено грозовое облако, имеющее в основании отрицательный заряд. Заряд такого же знака несет и развивающийся с этого облака лидер. Заряды лидера и облака связывают на проводе положительные заряды (рис. 11,а). Отрицательные заряды провода, наоборот, стекают в землю. Ведь провода линий электропередачи ,соединены с землей через заземленные нейтрали трансформаторов и через проводимость линейной изоляции.
Во время главного разряда отрицательные заряды лидера и облака нейтрализуются, и поэтому положительные заряды, связанные до этого на проводе, освобождаются и, растекаясь в обе стороны по проводу, создают в нем волны перенапряжений .