Електричні апарати Курс лекцій – 38 годин Лабораторні роботи – 38

годин
Курсовий проект – 228 годин
Залік – 14 годин

Лектор – Мрачковський Анатолій Миколайович, кандидат технічних наук, доцент кафедри електричних машин та експлуатації електрообладнання, кімн.1, корп.8, тел.209-86-80

система одиниць СІ
Електричне коло і його складові елементи
А.Мрачковський, кафедра

електричних машин НУБіП України

України

України

в Україні

ТЕЦ; ГЕС;

ТЕС ВЕС

Динаміка зміни середніх цін на продаж електроенергії в Україні коп/кВт *год

Statistics, 2008,2013)
Україна
у 2030 році
0,36
2,6 рази
А.Мрачковський, кафедра електричних машин

НУБіП України

НУБіП України

1 - помилкові дії оперативного персоналу; 2 - помилкові дії

керівного, ремонтного персоналу, персоналу служб і лабораторій; 3 - незадовільна організація технічного обслуговування; 4 - дефекти проекту і конструкції; 5 - дефекти виготовлення; 6 - дефекти ремонту; 7 - дефекти монтажу, будівництва; 8 - стихійні явища. 9 - дія сторонніх осіб і організацій.

Більше двох третин відмов обумовлені помилками персоналу та незадовільним технічним обслуговуванням і ремонтом

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

трансформатори і їх прохідні ізолятори, ТН, ТС, вимикачі, роз’єднувачі, опорні

ізолятори);

використанням застарілих пристроїв телемеханіки, релейного захисту, обладнання зв’язку;

порушеннями ПТЕ та пожежної безпеки;

незадовільне резервування та велика протяжність електромереж напругою 35-10 – 0.38 кВ;

- кількість відмов внаслідок стихійних явищ складає лише 8,8% від загальної кількості.

Відмови обумовлені:

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

на 15% зменшується обертальний момент на 25%, можливе “перекидання “

або зупинка двигуна, перегрів і вихід з ладу. Зниження напруги на 10% знижує строк служби електродвигунів у 2 рази.

Підвищення напруги: зростають: струм електродвигуна, споживання реактивної потужності (підвищенню на 1% відповідає зростання на 3%), температура двигуна, старіння і знос ізоляції, що призводить до зниження надійності і скорочення терміну експлуатації

При несиметрії 2% зростають: струм в обмотках - на 7%, струм зворотної послідовності - на 15%, втрати в двигуні – на 8%, додаткове нагрівання – на 5оС, допустиме навантаження зменшується на 2%, строк служби двигуна - на 10,8%.

При несиметрії 5% зростають: струм в обмотках - на 16%,
струм зворотної послідовності - на 38%, втрати в двигуні –
до 50%, додаткове нагрівання – до 30оС, допустиме
навантаження зменшується на 13%, строк служби
скорочується більше ніж у 2 рази.

Вплив якості електроенергії на асинхронні двигуни

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

України

прибуток зменшується на 40,8 грн: (26,4 грн – втрата продуктивності птиці;

14,4 грн – енергетичні витрати)

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

5 ⁰С
призводить до зменшення приросту:

телят на 0,4 кг за

добу;

поросят на 0,2 кг за добу

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

НУБіП України

є електричний заряд та електромагнітне поле. Електричний заряд можуть мати

елементарні частинки (електрони і протони) та мікроскопічні тіла, в яких більше електронів чи протонів.

Електричним зарядом елементарної частинки називається її фізична властивість, яка характеризує наявність у частинки власного електромагнітного поля та його силову взаємодію із зовнішнім електромагнітним полем.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

та передає силові взаємодії між ними.
Елементарні частинки завжди знаходяться

у стані руху, а мікроскопічні тіла можуть рухатися або знаходитися в стані спокою. Електромагнітне поле нерухомого зарядженого тіла позбавляється магнітної складової і називається електростатичним.

Для кількісної оцінки наявності електричного заряду в тілі введено фізичну величину — кількість електричного заряду, яка позначається літерою Q і виміряється в кулонах Кл.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються.
В 1785 році французький

фізик Ш.О.Кулон встановив кількісний закон взаємодії точкових зарядів:
F = Q₁ Q₂ / 4πR² ε
Згідно з законом Кулона сила взаємодії F двох точкових зарядів прямо пропорційна добутку їх величин Q₁ і Q₂, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними R і залежить від властивостей середовища, в якому вони знаходяться.

Коефіцієнт пропорційності ε в формулі називається абсолютною діелектричною проникністю середовища і він характеризує вплив середовища на електричне поле і має одиницю вимірювання Ф/м.

За наявністю вільних носіїв електричного заряду речовини поділяються на три класи: провідники, напівпровідники та діелектрики.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

колом називається сукупність пристроїв та об'єктів, які утворюють шлях для

електричного струму і призначені для генерування, передавання, перетворення і споживання електроенергії, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою таких понять як струм, електрорушійна сила (е.р.с.), напруга тощо.

Особливістю електроенергії є те, що вона не накопичується у вигляді готової продукції, її виробництво електричними генераторами, передача за допомогою електричних ліній і споживання струмоприймачами здійснюється окремо, (по-різному), але одночасно це нерозривний і неперервний процес перетворення одних видів енергії в інші.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

а також допоміжні пристрої.
В джерелах в електроенергію перетворюються різні види

енергії: наприклад, механічна енергія первинних двигунів на електростанціях (двигунів внутрішнього згоряння , парових і гідравлічних турбін); хімічна - в гальванічних і паливних елементах, а також в акумуляторах , теплова в термоелементах, сонячна - в кремнієвих фотоелементах, атомна - в реакторах, тощо.
Отже, джерелами живлення можуть бути:
-електромашинні (генератори постійного та змінного струму),
-електростатичні (хімічні, теплові, сонячні, атомні та інші)

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

в механічну - в електродвигунах; в хімічну - в аккумуляторах

(при зарядці) і електролізерах (в процесі електролізу); в теплову — в електронагрівних приладах; в світлову - в освітлювальних приладах.

До допоміжних пристроїв кола відносяться:
апаратура керування (вимикачі, перемикачі);
апаратура захисту кола (запобіжники, автоматичні вимикачі, різні реле);
апаратура регулювання (реостати, резистори, елементи із змінною індуктивністю,ємністю);
контрольно-вимірювальна апаратура (вольтметри, амперметри, тощо)

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

електрорушійна сила.

Якщо на кінцях провідника накопичені заряди різних знаків, то

в ньому виникає однорідне електричне поле, а на вільні заряди провідника діятимуть кулонові сили, спричинюючи упорядкований рух зарядів.
Упорядкований рух вільних зарядів у провіднику під дією електричного поля називають електричним струмом провідності.(слайд 1). За напрям струму приймають напрям руху позитивних зарядів, тобто від + до -. Струм, який тривалий час не змінюється за величиною і напрямом називають постійним. Струм, що періодично змінюється за величиною і напрямом, називають змінним.
Кількісною характеристикою електричного струму є фізична величина - сила струму. Сила струму дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.
Одиницею вимірювання сили струму є ампер 1А=Кл/с

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

або енергії, яку витрачає поле на переміщення одиночного точкового позитивного

заряду з однієї точки в іншу:
U = φ₁ – φ₂ = W / q

Якщо одиночний заряд переміщується в однорідному полі, напругу як енергію (еквівалент роботи) можна визначити добутком сили (напруженості) на шлях (відстань між точками):
U = E l

Одиницею вимірювання напруги є вольт (В). Прийняті позначення: U- постійна напруга.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

на його затискачах. Це здійснює джерело електричної енергії за допомогою

сторонніх сил неелектричного походження. Характеризує цей процес фізична величина - електрорушійна сила (ЕРС).

Електрорушійною силою називається фізична величина, яка дорівнює відношенню енергії, затраченої сторонніми силами на перенесення заряду з одного затискача джерела на інший, до величини цього заряду:
E = Wcт / q = Eст l
де: Eст - напруженість поля сторонніх сил;
l - відстань між затискачами.
Е - постійна ЕРС;

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

характеризує властивість елементу незворотньо перетворювати електроенергію джерела в інші види

енергії, наприклад в теплову в нагрівальних приладах. Значення цього параметру визначається законом Ома (він дорівнює відношенню постійної напруги на ділянці пасивного електричного кола до постійного струму в ньому
(R = U /I )

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

електричне поле). Цей параметр є коефіцієнтом пропорційності між напругою U

і зарядом Q елементу електричного кола:

Q = C U

Ємність елементу кола впливає на її стан тільки при напрузі, що змінюється.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

енергію на магнітне поле), наприклад, індуктивної котушки, під дією струму

в ній створювати власне магнітне поле.

Значення індуктивності дорівнює відношенню потокозчеплення самоіндукції елемента електричного кола до струму в ньому. Енергія, що створюється в магнітному полі, дорівнює
W = L I² / 2
і залишається незмінною при постійному струмі.

Тому енергія джерела перетворюється в енергію магнітного поля (і навпаки) лише при зміні струму. Отже, при постійному струмі індуктивність елементу кола не впливає на її стан.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

– перешкода протікання струму зі сторони матеріалу провідника

років призвело до зменшення обсягу капітальних ремонтів, реконструкцій та замін

устаткування. Значна частина мереж та підстанційного устаткування знаходиться в експлуатації понад 25 років, фізично і морально застаріла і потребує заміни.

2. Експлуатація зношених мереж та підстанційного устаткування, пристроїв телемеханіки, захисту, зв’язку, неякісне технічне обслуговування, порушення ПТЕ та пожежної безпеки призводить до значної кількості відмов та недовідпуску електроенергії.

3. У 2012 р. в електричних мережах сталося 445, а у 2013 р. - 362 технологічних порушення. Аварійний недовідпуск електричної енергії у 2012 р. склав 12,9, а у 2013 р. – 17,6 млн.кВтгод., що на 36,2% більше.

4. Відхилення показників якості призводить до збільшення споживання і зростання втрат електричної енергії, зниження надійності і скорочення строку служби майже всіх типів електроспоживачів (електродвигунів, трансформаторів, конденсаторних батарей, теплових електроустановок, освітлювальної апаратури, вентильних перетворювачів, кабельних ліній, електропобутових приладів, офісної техніки тощо)

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України

процесів у рослинництві, тваринництві, птахівництві, переробки та зберігання с-г продукції,

які призводять до погіршення якості і випуску продукції, зниження продуктивності рослин, тварин, птиці, псування с-г продукції і загибелі тварин і птиці.

6. Погіршення ПЯЕ та перерви в електропостачанні можуть бути причиною виходу з ладу електрообладнання, виникнення аварійних ситуацій, небезпечних для життя людей, пожеж у виробничих та побутових приміщеннях.

Ряд електроспоживачів, насамперед, електроустановки з однофазними і трифазними випрямлячами, частотними, тиристорними і семісторними регуляторами, зварювальні апарати, освітлювальні установки з газорозрядними лампами, обчислювальна і офісна техніка, погіршують показники якості електричної енергії.

8. Загальні економічні втрати в Україні від недовідпуску і постачання неякісної електроенергії сягають до 1 млрд. грн. щорічно.

А.Мрачковський, кафедра електричних машин НУБіП України