В технической литературе эффективность – это вероятность выполнения поставленных перед системой задач или как отношение реального эффекта к максимально – возможному.
Экономическую эффективность определяют как отношение полученного результата (эффекта) к затраченным ресурсам (материальным, трудовым и финансовым).
Для определения эффективности системы управления необходимо знать:
а) эффект управления (Э), который складывается из трех составляющих
Э = ЭЭ + ЭСЭ + ЭС,
где ЭЭ – экономический эффект, имеющий непосредственно денежную (стоимостную) форму, то есть измеряющийся в денежных или натуральных выражениях;
ЭСЭ – социально-экономический эффект – имеет комплексную социальную и экономическую природу, например, снижение уровня травматизма, улучшение условий работы; социальный эффект можно пересчитать в экономический;
ЭС – социальный эффект – вид эффекта, который принципиально не может быть пересчитан в социально-экономический или экономический, например, снижение уровня смертности, предотвращение этнических конфликтов.
б) затраты материальных ЗМ, трудовых ЗТ и финансовых ресурсов ЗФ.
Из формулы видно, что эффективность можно повысить путем повышения эффекта или снижения затрат.
Электрические сети служат для передачи электрической энергии от места ее производства к месту потребления. Различают сети высокого напряжения свыше 1000 В и сети низкого напряжения до 1000 В, аналогичным образом различают и все электроустройства в этих сетях.
Для передачи электроэнергии применяют воздушные и кабельные линии. Воздушные линии выполняются голыми проводами (без изоляции), открыто проложенными на опорах по изоляторам. Согласно стандарту напряжение этих линий составляет 750, 500, 330, 220, 150, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ.
Кабельные линии, прокладываемые в земле и под водой, применяют в основном при напряжении 6 и 10 кВ.
Кабелем называют один или несколько изолированных проводников, заключенных в герметическую оболочку из свинца, алюминия, полиэтилена. Для защиты оболочек кабеля от механических повреждений на них накладывают защитные покровы из стальных лент или проволок, называемых броней.
По назначению отдельные участки электрических сетей можно разделить на линии внешнего и внутреннего электроснабжения.
Линии внешнего электроснабжения передают энергию высокого напряжения на далекие расстояния от электростанции или подстанции энергосистемы к трансформаторной подстанции предприятия. Для передачи энергии на большие расстояния целесообразно использовать воздушные линии, так как они требуют значительно меньших капитальных затрат на их оборудование, позволяют легко обнаруживать места повреждений и проводить ремонтные работы. Основным недостатком воздушных линий является подверженность опор, проводов и изоляторов, различным повреждениям вследствие атмосферных явлений (гололеда, бурь, ударов молний) и других причин.
Кабельные линии для передачи энергии высокого напряжения используют в тех случаях, когда линия проходит по густо заселенной, застроенной местности или когда требуется особая надежность в эксплуатации. Необходимо учитывать, что кабельные линии дороже воздушных, при напряжении 6-35 кВ — в 2-3 раза, при напряжении 110 кВ— в 5-8 раз. Кабели напряжением 35 кВбывают также газонаполненными с избыточным давлением инертного газа (обычно малоактивного азота). Кабели на напряжение 110 кВвыполняют маслонаполненными или газонаполненными.
Практически выбор того или иного способа распределения электрической энергии обусловливается главным образом величиной передаваемой мощности, величиной напряжения, протяженностью линии, характером местности, по которой проходит линия, необходимостью особой надежности и безопасности при ее эксплуатации.
Линии внутреннего электроснабжения служат для передачи электроэнергии от станции или подстанции предприятия к электроприемникам и для соединения подстанций предприятия. Связь между отдельными подстанциями предприятия и цеховыми трансформаторными подстанциями осуществляется кабельными линиями обычно при напряжении 6 кВ, проложенными в земле.
К линиям внутреннего электроснабжения относятся также все низковольтные линии напряжением до 500 В:
- линии, передающие энергию от распределительных щитов или подстанций к цеховым распределительным пунктам (РП);
- распределительные линии от РП к электроприемникам цехов;
- наружные проводки для питания различных временных и осветительных установок, расположенных на территории предприятия.
Распределительная сеть (внутренняя проводка) проходит внутри зданий и выполняется изолированным проводом. В особых случаях внутри зданий применяют кабели или провода, заключенные в газовые трубы. Так прокладываются провода в пожаро- и взрывоопасных цехах, например, в производственныхпомещениях элеваторов, мельниц, крупяных и комбикормовых заводов, во многих цехах химических, целлюлозно-бумажных заводов и текстильных фабрик. Силовая распределительная сеть, идущая от РП к отдельным двигателям трехфазного переменного тока, в основном к асинхронным, является трехпроводной трехфазной линией с линейным напряжением 380 В.
Групповая осветительная распределительная сеть может быть выполнена двухпроводной (фаза и нулевой провод), трехпроводной (две фазы и нулевой провод) и четырехпроводной (три фазы и нулевой провод). При напряжении распределительной сети 220 Ви протяженности ее до 100 м(не считая ответвлений к лампам) экономически более целесообразно применение двухпроводных линий с нагрузкой на каждую группу не свыше 10-15 Апри обслуживании ею до 20 светильников. При более длинных распределительных сетях применяют трех- и четырехпроводную линию с нагрузкой до 10-15 Ана фазу.
Определив по светотехническому расчету количество ламп и зная допускаемую нагрузку на одну фазу 10-15 А,определяют число групп и количество необходимых распределительных щитков. При распределении ламп по группам должна обеспечиваться равномерная нагрузка всех фаз трехфазной системы.
Любая электрическая сеть должна быть рассчитана так, чтобы обеспечивались следующие условия:
- нагрев током проводов и кабелей не должен достигать значений, опасных для целости их изоляции;
- потери напряжения и мощности в сети не должны превышать пределов, при которых нарушается нормальная работа потребителей и эксплуатация становится экономически невыгодной;
- провода сети должны обладать механической прочностью (для воздушных линий электропередач);
- должна обеспечиваться безопасность для обслуживающего персонала.
В практических расчетах при выборе проводов, исходя из условий нагрева, пользуются
готовыми таблицами допустимыхтоковых нагрузок, составленными на основании теоретических расчетов и результатов испытаний проводов на нагревание.
Величина напряжения на зажимах электроприемника определяет качество его работы. Для наилучшей работы электроприемника напряжение на его зажимах должно быть номинальным. Однако наличие электрической сети, связывающей источник электрической энергии с электроприемником, приводит к уменьшению напряжения на потребителях. Эти отклонения от номинального напряжения не должны превышать определенных величин, установленных правилами устройства электрических установок. Так, например, отклонение (уменьшение) напряжения в осветительной сети у наиболее отдаленной лампы не должно превышать 2,5 % Unom.Для силовой сети, питающей электроэнергией двигатели, эта величина составляет 5 % Unom.
Для того чтобы представить, какое значение имеет колебание напряжения на зажимах электроприемника, следует помнить, что снижение светового потока у лампы накаливания пропорционально квадрату снижения напряжения, для двигателя постоянного тока момент на валу пропорционален напряжению, для трехфазного асинхронного двигателя M
Из вышеизложенного следует, что расчет сети на потерю напряжения сводится к определению потери напряжения в линии, сечение проводов которой выбирается по условиям нагрева, и сравнению полученной величины с величиной напряжения, допускаемой нормами.
Под потерей напряжения в электрической линии постоянного тока понимают разность между напряжением U в начале и напряжением Uнагрв конце линии (рис. 1). Длина линии — l, нагрузка на конце линии — Р.
Потеря напряжения в линии определяется выражением:
∆U = U − Uнагр.
Рис. 1. Схема электрической линии постоянного тока
Ток в линии
Сопротивление каждого провода линии
где – удельная проводимость материала линии;
S – сечение проводника линии.
Потеря напряжения в линии
Полученная формула позволяет определить потерю напряжения в линии, выраженную в вольтах, что неудобно при практических расчетах, поскольку потеря напряжения нормируется в процентах. Учитывая это, можно получить следующую расчетную формулу:
где – номинальное напряжение потребителя электрической энергии.
Если нагрузка на конце линии задана в виде мощности, удобно пользоваться следующей формулой:
Для облегчения усвоения материала рассмотрим пример расчета электрической линии постоянного тока по условиям нагрева и по потере напряжения.
Пример.Рассчитать электрическую линию постоянного тока, питающую осветительную нагрузку, сосредоточенную на ее конце, мощностью Р = 35 кВти номинальным напряжением Uном = 110 В. Протяженность линии 50 м.Проводка прокладывается в стальных трубах двумя одножильными алюминиевыми проводами в полихлорвиниловой изоляции.
– удельная проводимость материала линии;
– номинальное напряжение потребителя электрической энергии.