Электроэнергетические системы и сети промышленного электроснабжения

1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.

Лекции
16 часов
Практические занятия
34 часа
Лабораторные работы
16 часов
Контрольные работы
3

3.

1.Веников А.В., Строев В.А. Электрические системы,
электрические сети. М.: Высшая школа. 1998.
2. Электрическая часть станций и подстанций/ А.А.
Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова и др. – М.:
Энергоатомиздат, 1990.
3.
Буре
И.Г.
Электрические
сети
систем
электроснабжения. Сборник задач. Методическое пособие
по курсу «Электрические станции и сети систем
электроснабжения». М.: Изд-во МЭИ. 2001.
4. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. Учебник
для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 592 с.

4. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

5. Источники электрической энергии

• Тепловые (ТЭС) – КЭС (ГРЭС) и ТЭЦ
• Гидравлические, гидроаккумулирующие
(ГЭС, ГАЭС)
• Атомные (АЭС)
• ЭС на ВВИЭ -солнечные, геотермальные,
приливные и ветроэлектростанции и пр.
• Другие - дизельные

6. Электрическая часть электростанций

• Основное:
синхронные генераторы (турбо- и гидрогенераторы)
сборные шины
коммутационные аппараты:
выключатели
разъединители
электроприемники собственных нужд (СН)
насосы
вентиляторы
мельницы, аварийное освещение и др.

7.

• Вспомогательное
аппараты измерения, сигнализации, защиты и
автоматики

8. Энергетическая система (энергосистема)

состоит
из
электрических
станций,
электрических сетей
и потребителей
электроэнергии, соединенных между собой и
связанных
общностью
режима
в
непрерывном
процессе
производства,
распределения и потребления электрической
и тепловой энергии, при общем управлении
этим режимом.

9. Электроэнергетическая (электрическая) система

Совокупность
электрических
частей
элекростанций, электрических сетей и потребителей
электроэнергии, связанных общностью режима и
непрерывностью
процесса
производства,
распределения и потребления электроэнергии.
Электрическая система–это часть энергосистемы, за
исключением тепловых сетей и тепловых потребителей.

10.

• Электрическая сеть – это совокупность
электроустановок
для
распределения
электрической энергии,
состоящая из
подстанций,
распределительных
устройств,
воздушных и кабельных линий электропередачи.
По
электрической
сети
осуществляется
распределение электроэнергии от электростанций
к потребителям.
• Линия
электропередачи
(воздушная
или
кабельная)–электроустановка,
предназначенная
для передачи электроэнергии.

11.

Трансформаторы и
автотрансформаторы
с РПН
рабочее
электро-
Трансформаторы и
автотрансформаторы без
РПН
Первичные
обмотки
Вторичные
обмотки
Первичные
обмотки
Вторичные
обмотки
Наибольшее
напряжение
оборудования
Генераторы и синхронные компенсаторы
Сети и приемники
электроэнергии
. Номинальные междуфазные напряжения, кВ, для напряжений выше 1 кВ
(3)
(3,15)
(3)/(3,15)
(3,15) и (3.3)
-
(3,15)
(3,6)
6
6,3
6/6,3
6,3 и 6,6
6/6,3
6,3 и 6,6
7,2
10
10,5
10/10,5
10,5 и 11
10/10,5
10,5 и 11
12
20
21
20
22
20/21
22
24
35
-
35
38,5
35 и 36,75
38,5
40,5
110
-
-
121
110 и 115 115 и 121
(150)
-
-
(165)
220
-
-
242
330
-
330
347
330
330
363
500
-
500
525
500
-
525
750
-
750
787
750
-
787
1150
-
-
-
1150
-
1200
(158)
(158)
220 и 230 230 и 242
126
(172)
252
Примечания: 1. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не
рекомендуются.
2. В знаменателе приведены напряжения для трансформаторов и автотрансформаторов,
присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электрических станций или к
выводам генераторов

12.

13. Электрические подстанции

применяются для преобразования электроэнергии одного
напряжения в электроэнергию другого напряжения.
Электрическая
подстанция–это
электроустановка,
предназначенная для преобразования и распределения
электрической энергии.
Подстанции состоят из трансформаторов, сборных шин и
коммутационных аппаратов, а также вспомогательного
оборудования: устройств релейной защиты и автоматики,
измерительных приборов. Подстанции предназначены для
связи генераторов и потребителей с линиями электропередачи, а также для связи отдельных частей электрической
системы.

14. Режимы работы электрических систем

При анализе работы электрической системы различают параметры
элементов сети и параметры ее режимов.
Параметрами
элементов
электрической
системы
являются
сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К
параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок.
К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях,
напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной
мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие
несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и
несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода
основной частоты.
Под режимом электрической системы понимается ее электрическое
состояние.

15. Нормальный режим

При работе в нормальном установившемся режиме значения основных
параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в
пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают
допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются
медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования
работы электростанций и сетей и удержание основных параметров в
пределах допустимых норм. Нормальным считается режим и при
включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также
для резкопеременных (ударных) нагрузок. В этих случаях после
завершения переходного процесса, который продолжается доли секунды,
вновь наступает установившийся нормальный режим, когда значения
параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых
пределах.

16. Переходный неустановившийся режим

В переходном неустановившемся режиме система переходит
из установившегося нормального состояния в другое
установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот
режим считается аварийным и наступает при внезапных
изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и
потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при
авариях на станциях или сетях, например при коротких
замыканиях и последующем отключении поврежденных
элементов сети, резком падении давления пара или напоров
воды и т.д. Во время аварийного переходного режима
параметры режима системы в некоторых ее контрольных
точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

17. Послеаварийный установившийся режим

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации
аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так
как в результате аварии один или несколько элементов системы
(генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При
послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит
мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части
системы меньше мощности потребителей.
Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или
иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих
параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми,
то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход
аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает
немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного
режима в соответствие с допустимыми.

18. Графики нагрузки

Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так,
например,
электрическая
нагрузка
от
коммунально-бытовых
потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой отличается
большой неравномерностью в различное время суток. Днем нагрузка
небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко
падает и к утру вновь возрастает. Электрическая нагрузка
промышленных предприятий более равномерна в течение дня и зависит
от вида производства, режима рабочего дня и числа смен.

19.

Максимум суммарной нагрузки системы меньше, чем сумма максимумов
нагрузок отдельных потребителей. Это объясняется несовпадением
отдельных максимумов из-за различных условий работы потребителей.
Объединение нескольких электростанций разных видов позволяет
повысить экономичность выработки электроэнергии.
Энергетические системы дают возможность согласованно работать
тепловым и гидроэлектростанциям. В самом деле, в период недостатка
воды на ГЭС (зимой) выработка электроэнергии на них снижается, и
потребители обеспечиваются электроэнергией в большей мере от
ТЭС. Наоборот, летом при большом притоке воды ГЭС работают на
полную мощность, а выработка электроэнергии ТЭС снижается. Это
обеспечивает экономию топлива и, следовательно, уменьшает
себестоимость электроэнергии.

20.

Из суточного графика энергосистемы
видно, что в основном нагрузки
покрывают тепловые конденсационные
электростанции
государственные
районные электростанции (ГРЭС).
Доля ТЭЦ в покрытии нагрузок
энергосистемы
определяется
их
тепловыми графиками. Нагрузка ГЭС
определяется
стоком
реки.
Электростанции,
подключаемые
к
системе в часы наибольших (пиковых)
нагрузок, называют пиковыми. В
большинстве
случаев
пиковыми
станциями являются гидростанции
(ГЭС и ГАЭС - гидроаккумулирующие
электростанции),
не обеспеченные
водой для длительной работы не в
полную
мощность
в
некоторые
периоды, и станции, оборудованные
газовыми турбинами.

21. Классификация электрических сетей

1. по роду тока
2. по номинальному напряжению
3. по выполняемым функциям
4. по характеру потребителя
5. по конфигурации схемы сети
6. по величине тока однофазного замыкания
7. по режиму заземления нейтрали и т.д.

22.

По роду тока различаются
сети переменного и постоянного тока;
по напряжению:
сверхвысокого напряжения – U ном ≥ 330 кВ,
высокого напряжения –
U ном = 3 - 220 кВ,
низкого напряжения– U ном <1 кВ.
По конфигурации схемы сети делятся на
замкнутые и разомкнутые.

23. По выполняемым функциям

системообразующие, питающие и распределительные сети
Системообразующие сети напряжением 330–1150 кВ
осуществляют функции формирования объединенных
энергосистем, объединяя мощные электростанции и
обеспечивая их функционирование как единого объекта
управления, и одновременно обеспечивают передачу
электроэнергии
от
мощных
электростанций.
Системообразующие сети осуществляют системные связи,
т. е. связи очень большой длины между энергосистемами.

24. Питающие сети

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично
от шин 110–220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП)
распределительных сетей – районным подстанциям.
Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напряжение этих сетей ранее было 110–220 кВ. По мере роста
плотности нагрузок, мощности электростанций и протяженности электрических сетей увеличивается напряжение распределительных сетей.

25. Распределительные сети

Распределительная сеть предназначена для передачи
электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего
напряжения районных подстанций к промышленным,
городским,
сельским
потребителям.
Такие
распределительные сети обычно разомкнутые или работают
в разомкнутом режиме. Различают распределительные сети
высокого
(U ном>1 кВ) и
низкого (U ном<1 кВ) напряжения.

26. по характеру потребителя

по характеру потребителя распределительные
подразделяются на
промышленные,
городские и
сельскохозяйственного назначения.
сети

27.

Для
электроснабжения
больших
промышленных
предприятий и крупных городов осуществляется глубокий
ввод высокого напряжения, т. е. сооружение подстанций с
первичным напряжением 110–500 кВ вблизи центров
нагрузок.
Сети внутреннего электроснабжения крупных городов – это
сети 110 кВ, а в отдельных случаях к ним
относятся глубокие вводы 220/10 кВ.
Сети сельскохозяйственного назначения в настоящее время
выполняют на напряжение 0,4–110 кВ, а также на 220 кВ при
большой протяженности сельских линий в районах Сибири
или Дальнего Востока.

28.

Схема соединения электрической сети: а — разомкнутая сеть;
б — замкнутая сеть

29.

Электротехнические установки напряжением выше 1 кВ согласно
Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) разделяются на
установки с большими токами замыкания на землю (сила тока
однофазного замыкания на землю превышает 500 А)
установки с малыми токами замыкания на землю (сила тока
однофазного замыкания на землю меньше или равна 500 А).

30. Режим нейтрали сетей напряжением выше 1 кВ

В установках с большими токами замыкания на землю
нейтрали присоединены к заземляющим устройствам
непосредственно или через малые сопротивления. Такие
установки называются установками с заземленной
нейтралью. Работа электрических сетей напряжением 110 кВ
может предусматриваться как с глухозаземленной, так с
эффективно заземленной нейтралью.
Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны
работать только с глухозаземленной нейтралью.
В установках с заземленной нейтралью всякое замыкание на
землю является коротким замыканием и сопровождается
большим током.

31.

В установках, имеющих малые токи замыкания на
землю, нейтрали присоединены к заземляющим
устройствам
через
элементы
с
большими
сопротивлениями. Такие установки называются
установками с изолированной нейтралью.
В установках с изолированной нейтралью
замыкание одной из фаз на землю не является
коротким замыканием (КЗ). Прохождение тока через
место замыкания обусловлено проводимостями (в
основном, емкостными) фаз относительно земли.

32.

1.2.16. Работа электрических сетей напряжением 2-35 кВ может
предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью,
заземленной через дугогасящий реактор или резистор.
Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться
при значениях этого тока в нормальных режимах:
в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и
металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех
сетях напряжением 35 кВ - более 10 А;
в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на
воздушных линиях электропередачи:
более 30 А при напряжении 3-6 кВ;
более 20 А при напряжении 10 кВ;
более 15 А при напряжении 15-20 кВ;
в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератортрансформатор - более 5 А.
При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не
менее двух заземляющих реакторов.

33.

34. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначены для
передачи электроэнергии на расстояние по проводам.
Основными конструктивными элементами ВЛ являются
провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура.
Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней
части опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых
перенапряжений монтируют грозозащитные тросы.
Опоры поддерживают провода и тросы на определенной
высоте над уровнем земли или воды.
Изоляторы изолируют провода от опоры.
С помощью линейной арматуры провода закрепляются на
изоляторах, а изоляторы на опорах

35.

36.

37.

1
2
3
3
1
2
2
3
1
1
2
3

38.

39.

40. ИЗОЛЯТОРЫ И ЛИНЕЙНАЯ АРМАТУРА

41.

41

42.

изоляторы подвесные полимерные
42

43.

44.

45.

46.

47. КОНСТРУКЦИЯ КАБЕЛЕЙ И КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Силовые кабели состоят из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли
изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от влаги, кислот и механических повреждений накладывают защитную оболочку ,и стальную ленточную броню с защитными покровами. Токопроводящие жилы, как правило, изготовляются из алюминия как однопроволочными (сечением до 16
мм2),
так
и
многопроволочными.
Применение
кабелей с медными жилами предусмотрено только в специальных случаях, например во взрывоопасных помещениях,
в шахтах, опасных по газу и пыли. На переменном токе до
1 кВ применяют четырехжильные кабели, сечение четвертой, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях
переменного тока до 35 кВ – трехжильные, кабели 110 кВ
и выше–одножильные. На постоянном токе применяют
одножильные и двухжильные кабели.

48.

а – четырехжильный до 1 кВ; б– с
бумажной пропитанной изоляцией 1–10
кВ;
в, г – электрическое поле в кабеле с
поясной изоляцией и экранированными
или освинцованными жилами; д–на
напряжение
20–35
кВ;
е–
маслонаполненный низкого давления
110–220 кВ; ж–маслонаполненный
высокого давления 220 кВ

49.

а–свинцовая соединительная
муфта для кабелей 6–110 кВ;
б–концевая
заделка
типа
КВЭ
с
пластмассовыми трубками на
жилах,
в–трехфазная
концевая муфта наружной
установки типа КНЧ для
кабелей 6–10 кВ; г –
прокладка
кабелей в земляных траншеях; д–
проходной
кабельный
туннель; е–кабельный блок

50.

51.

52.

53.

СИП представляет собой жгут скрученный из изолированных фазных
жил, сделанных из алюминия и нулевой несущей жилы. Фазные жилы
оснащены изоляцией, сделанной из светостабилизированного полиэтилена
повышенного давления окрашенного в черный цвет, который обладает
устойчивостью к ультрафиолетовым излучениям. В центре нулевой жилы
находится стальной сердечник, скрученный вокруг алюминиевыми
проволоками.
В зависимости от того, какую конструкцию имеет самонесущий
изолированный провод и, какие применяются материалы для несущей
части, его можно разделить на следующие виды:
1. Провода с обозначением СИП-1 и СИП-1А. Состоят из
алюминиевых
токопроводящих
фазных
жил,
покрытых
термопластичной
полиэтиленовой
изоляцией,
устойчивой
к
воздействию ультрафиолета. Также конструкция включает в себя
несущую нулевую жилу, которая может быть как голой, так и
изолированной, в зависимости от марки. Буква «А» в конце
маркировки указывает на то, что нулевая жила изолированная.

54.

55.

2. Провода с маркировкой
СИП-2 и СИП-2А имеют
аналогичную
с
предыдущими марками
конструкцию,
за
исключением изоляции,
которая
состоит
из
«сшитого» полиэтилена.
Подобные
марки
получили применение в
монтаже
линий
электропередач
напряжением до 1000 В,
которые
подвержены
воздействиям
атмосферных факторов.

56.

Марка СИП-3 состоит из одной жилы
со стальным сердечником, обвитым
проволоками из алюминиевого сплава
марки AlMgSi. Изоляция этого провода
представляет
собой
«сшитый
полиэтилен», обладающий хорошей
устойчивостью
к
воздействию
ультрафиолетовых излучений.
Самонесущий изолированный провод
такой конструкции используется при
строительстве
воздушных
линий
передач
электрической
энергии
напряжением
около
20
кВ
в
местностях,
где
преобладает
умеренный, холодный и тропический
климат.
Рабочая температура проводов данной
марки составляет около 70 °С,
длительно допустимая - находится
пределах от минус 20 °С до плюс 90
°С.

57.

Следующие марки проводов
СИП-4 и СИП-4н состоят из
парных токопроводящих жил,
при этом несущая нулевая жила
у них отсутствует. Буквенное
обозначение «н» в конце
маркировки указывает на то,
что для изготовления провода
использовался
алюминиевый
сплав, если буквы нет –
алюминий. Изоляция сделана из
устойчивого
к
ультрафиолетовым излучениям
термопластичного ПВХ.

58.

Провода с маркировкой
СИП-5, СИП-5н имеют
аналогичную
конструкцию,
единственное отличие –
это изоляция из сшитого
полиэтилена. Это дает
возможность
на
30
процентов
повысить
длительно допустимую
температуру
эксплуатации.

59.

Токопроводы промышленных предприятий и
внутренние электрические сети: а –
токопровод в закрытой галерее; б – гибкий
открытый токопровод с расщепленными фазами
па 10 кВ; в–токопровод с изоляторами; г–
шинная
сборка
до
1 кВ с болтовым присоединением ответвлений;
д – токопровод внутри промышленного здания;
е – изолированные провода в петлях на стенках;
ж–-кабель на стене здания; з–кабели в канале в
полу

60.

Внутренние электрические сети расположены внутри
зданий и выполняются изолированными проводами и шнурами,
кабелями
и
токопроводами.
Провода
с
резиновой
и пластмассовой изоляцией служат для распределения
энергии силовых и осветительных установок при неподвижной
прокладке на открытом воздухе и внутри помещений,
а
провода некоторых марок–при
открытой
проводке
в трубах или под штукатуркой, а также для питания
электродвигателей
и
подключения
промышленных
и
лабораторных переносных аппаратуры и приборов.
Соединительные шнуры предназначены для присоединения
различных
бытовых
электрических
машин,
приборов,
радиоаппаратуры, телевизоров и других подвижных и
неподвижных установок к электрическим сетям переменного тока
напряжениемдо 0,66 кВ.

61.

Проводки внутренних сетей делятся на открытые и скрытые.
Открытые
проводки
выполняются
по
поверхностям
стен, потолков, по фермам и т. д. К ним относятся изолированные
провода, закрепленные на изоляторах или проложенные в стальных
лотках,
прикрепленных
к
стенам
(рис.
е),
а
также
кабели
на
скобах
(рис.
ж)
и токопроводы.
Скрытые
проводки
прокладывают
внутри
стен,
полов,
перекрытий.
Сменяемые
скрытые
проводки–это
провода
и кабели в различных трубах, каналах (рис. з), которые
при
повреждении
можно
заменить
без
разрушения
строительной
конструкции.
Несменяемые
скрытые
проводки наглухо заделывают в теле строительной конструкции,
например под слоем штукатурки. При их повреждении надо
разрушать
строительную
конструкцию
или
заменять
скрытую проводку на открытую.

62. Трансформаторы

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

Условное обозначение вида охлаждения
ГОСТ
СЭВ и МЭК
Вид системы охлаждения
трансформатора
Сухие трансформаторы
С
AN
СЗ
ANAN
Естественное воздушное
при открытом исполнении
Естественное воздушное
при защищенном
исполнении
СГ
Естественное воздушное
при герметичном
исполнении
СД
Воздушное с
принудительной
циркуляцией воздуха
ANAF

72.

Масляные трансформаторы
М
ONAN
Естественная циркуляция воздуха и масла
Д
ONAF
Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция
масла
МЦ
OFAN
Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция
масла с ненаправленным потоком масла
НМЦ ODAN
Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция
масла с направленным потоком масла
ДЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным
потоком масла
OFAF
НДЦ ODAF
Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным
потоком масла
Ц
OFWF
Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным
потоком масла
НЦ
ODWF
Принудительная циркуляция воды и масла с направленным
потоком масла

73.

Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком
Н
НД
ННД
LNAF
Естественное охлаждение негорючим
жидким диэлектриком
LNAF
Охлаждение негорючим жидким
диэлектриком с принудительной
циркуляцией воздуха
LDAF
Охлаждение негорючим жидким
диэлектриком с принудительной
циркуляцией воздуха и с направленным
потоком жидкого диэлектрика

74.

Основным источником электроэнергии в мире
являются различного рода электростанции – тепловые
электростанции,
гидроэлектростанции
и
электростанции атомные.
Источники электроэнергии (генераторы) вводятся
в расчет постоянными значениями активной
мощности (РГ = const) и модуля напряжения на
зажимах (Ur = const), что определяется действием
систем автоматического регулирования частоты и
возбуждения. Кроме того, для одного из источников,
называемого балансирующим, задается напряжение
на шинах постоянное по модулю и фазе (Ur = const,
8Г = const).

75. Темы для самостоятельного изучения

• Высоковольтные баковые и маломасляные выключатели.
• Высоковольтные
вакуумные
и
электромагнитные
выключатели.
• Высоковольтные элегазовые и воздушные выключатели.
• Измерительные трансформаторы тока и напряжения

76. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
В большинстве случаев можно полагать, что параметры
линии
электропередачи
(активное
и
реактивное
сопротивления, активная и емкостная проводимости)
равномерно распределены по ее длине. Для линии
сравнительно
небольшой
длины
распределенность
параметров можно не учитывать и использовать
сосредоточенные параметры: активное и реактивное
rл
сопротивления
линии
и хл ,
активную и емкостную проводимости линии g л и b л.

77. Воздушные линии электропередачи

напряжением 110 кВ и выше длиной до 300- 400 км
обычно представляются П-образной схемой замещения
rл r0l
х х0l
х0 0,144 lg( Dср / rпр ) 0,0157

78.

Dср 3 Dab Dbc Dca

79.

В линиях электропередачи при U ном 330 кВ
провод каждой фазы расщепляется на несколько проводов. Это соответствует
увеличению эквивалентного радиуса
rэк
nф
nф 1
rпр aср
rэк
эквивалентный радиус провода, см
aср
средне-геометрическое расстояние между
проводами одной фазы, см;
nф
0,0157 / nф
число проводов в одной фазе.
r0 r0пр / nф

80.

Активная проводимость линии соответствует двум видам
потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы
и на корону.
Токи утечки через изоляторы малы, и потерями мощности
в изоляторах можно пренебречь.
В воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше при
определенных условиях напряженность электрического поля
на поверхности провода возрастает и становится больше
критической.
Воздух
вокруг
провода
интенсивно
ионизируется, образуя свечение - корону. Короне
соответствуют потери активной мощности. Наиболее
радикальным
средством
снижения
потерь
мощности на корону является увеличение диаметра провода.
В связи этим задаются наименьшие допустимые сечения по
2
короне: на 110 кВ-70, на 150 кВ -120, на 220кВ – 240 мм

81.

Емкостная проводимость линии bл
обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью
провод земля и определяется следующим образом:
bл b0l
b0
удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть
определена по справочным таблицам или по следующей формуле:
7.58
b0
10 6
Dср
lg
rпр

82.

а ,б-воздушная линия 110-330 кВ с емкостной проводимостью и с реактивной
мощностью, генерируемой емкостью линий; в-воздушная линия U ном 35 кВ
г-кабельная линия U ном 10 кВ
Половина емкостной мощности линии, Мвар, равна
1
1
Qс 3I сU ф 3U ф2 b0l U 2bл
2
2
I c U фbл / 2

83.

Кабельные
линии
электропередачи
представляют
такой
же П-образной схемой замещения, что и воздушные линии. Удельные
активные и реактивные сопротивления r0 , х0 определяют по справочным
таблицам, так же, как и для воздушных линий.
Из
приведенных
ранее
уравнений
видно,
что х0
b0
уменьшается, а
растет при сближении фазных проводов. Для
кабельных
линий
расстояния
между
проводами
значительно меньше, чем для воздушных, и
очень мало.
При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением
10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление.
Емкостный ток и Q c в кабельных линиях больше, чем в воздушных. В
кабельных линиях высокого напряжения
ее учитывают, причем
удельную емкостную мощность Qc 0 , квар/км, можно определить
по
таблицам,
приведенным
в
справочниках.
Активную
проводимость учитывают для кабелей 110 кВ и выше.

84. СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Двухобмоточный трансформатор

85.

Продольная
часть
схемы
замещения
содержит
rТ и
хТ
-активное и реактивное сопротивления
трансформатора. Эти сопротивления равны сумме
соответственно активных и реактивных сопротивлений
первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой
схеме замещения отсутствует трансформация, т. е.
отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление
вторичной обмотки приводится к первичной. При этом
приведении сопротивление вторичной обмотки умножается
на квадрат коэффициента трансформации.

86.

87.

S х Pх j Qх
gТ
bТ
2
Px / U ном
I x 00 Sном
bТ
2
100U ном
2
Qx / U ном
I I x I x
Q x 3I x U ном.ф 3I xU ном.ф
I x 00 I ном
3
U ном.ф
100
I x 00 S ном
.
100

88.

2
S
2
Pк 3I номrТ ном
rТ ,
2
U ном
uk 00 U ном
uk
3I ном хТ .
100
rТ
2
PкU ном
2
Sном
.
0
2
0 U ном
uk
хТ
.
100 S ном

89.

2
S
PТ 3I 22 rТ 22 rТ .
U2
Pk S22
PТ 2
Sном
2
0 S2
S
u
QТ 3I 22 хТ 22 хТ k 0 2
100 Sном
U2
Pk S22
P Px PТ Px 2
Sном
I x 0 0 Sном uk 0 0 S22
Q Qx QТ
100
100 Sном

90.

91.

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

92.

2
2
rТ .В rТ .Н Pк( в .н )U ном
/ Sном
2
2
rТ .В rТ .С Pк( в .с )Uном
/ Sном
2
2
rТ .С rТ .Н Pк( с .н )Uном
Sном
rТ .В
2
Pк .вU ном
2
Sном
rТ .С
rТ .Н
2
Pк .нU ном
2
Sном
2
Pк .сU ном
2
Sном

93.

Pк .в 0,5( Pк( в .н ) Pк( в .с ) Pк( с .н ) )
Pк .с 0,5( Pк( в .с ) Pк( с .н ) Pк( в .н ) )
Pк .н 0,5( Pк( в .н ) Pк( с .н ) Pк( в .с ) )
uк .в % 0,5[ uк( в .н ) % uк( в .с ) % uк( с .н ) %],
uк .с % 0,5[ uк( в .с ) % uк( с .н ) % uк( в .н ) %],
uк .н % 0,5[ uк( в .н ) % uк( с .н ) % uк( в .с ) %].

94.

Если дано одно значение потерь активной мощности короткого
замыкания, активные сопротивления обмоток определяются по формуле
Rв =Rс =Rн = ΔPк/2 (U2 /S2).
Если в трёхобмоточном трансформаторе одна из обмоток имеет
мощность меньше номинальной (соотношение Sвн/Scн/Sнн = 100/100/66,7
% или 100/66,7/100 %), то активные сопротивления лучей схемы
замещения для обмоток с номинальной мощностью 100 % определяются
аналогично предыдущему случаю:
R100 =ΔPк/2 (U2 /S2).
Величину активного сопротивления обмотки с меньшей мощностью
(66,7 %), приведённую к номинальной мощности трансформатора,
находят, учитывая обратную пропорциональность сопротивлений и
мощностей обмоток:
R66,7 = 1,50 ⋅R100

95.

Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность,
которую автотрансформатор может принять из сети высшего
напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:
Sном 3U в .номI в .ном
Эта
мощность
также
называется
проходной.
Она равна
предельной
мощности,
которую
автотрансформатор
может
передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и
наоборот
при
отсутствии
нагрузки
на
обмотке
низшего напряжения.

96.

Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки
же последовательная и общая (П и О) непосредственно электрически
соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь.
По последовательной обмотке течет ток
а по общей
Iв
Iв Iс
Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность
S тип 3( U в .ном U c .ном )I в .ном
U с .ном
3U в .ном I в .ном ( 1
) S ном .
U в .ном
1 U с .ном / U в .ном
коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз Sтип
меньше
Sном

97.

Напряжение общей обмотки меньше
поэтому ее мощность меньше
U в .ном
I в .ном I с .ном
Sном
мощность общей обмотки равна типовой
Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на
Sтип
или на мощность меньше Sтип
Sн .ном н .н Sном ,
Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать
мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки.

98.

Pк( в .н )
Pк( с .н )
Pкн( в .н )
2
н .н
Pкн( с .н )
2н .н
,
.

99. ЗАДАНИЕ НАГРУЗОК ПРИ РАСЧЕТАХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ

100.

Нагрузка задается постоянным по модулю и фазе током
I н I н jI н const .
Такая
форма
представления
нагрузки
принимается
при
всех расчетах распределительных сетей низкого напряжения U 1 кВ.
Как правило, так же задается нагрузка в городских, сельских и
промышленных сетях с напряжением U 35 кВ.
При
задании
нагрузки
в
виде
постоянного тока установившийся режим описывается системой
линейных алгебраических уравнений, подробно рассматриваемой в
теоретических основах электротехники. Особенность этих уравнений в
том, что, как правило, отсутствуют ЭДС в ветвях, а в нагрузочных узлах
заданы источники тока.

101.

Нагрузка задается постоянной по величине мощностью
S н Pн jQн const
при расчетах установившихся режимов
распределительных сетей высокого напряжения
В питающих сетях S н const
питающих
и
иногда
задается при неизвестном
напряжении в узле. Это значит, что в узле задан нелинейный источник
тока, мощность которого зависит от напряжения узла:
Sн
Pн jQн
Iн
var .
*
*
3U
3U
*
Этот
способ
задания
нагрузки
является
достаточно
точным для электрических систем, полностью обеспеченных устройствами
регулирования напряжения.

102. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, РАЗОМКНУТЫХ И ПРОСТЫХ ЗАМКНУТЫХ СЕТЕЙ

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ,
ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ
УРАВНЕНИЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ
РЕЖИМА

103.

Схемой
замещения
(или
просто
схемой)
электрической
цепи
называют
графическое
изображение
электрической
цепи,
показывающее
последовательность
соединения
ее
участков и отображающее свойства рассматриваемой электрической
цепи.
Электрическая
цепь
и
соответственно
ее
схема содержат ветви, узлы и в общем случае контуры.
Ветвью называют участок электрической цепи, состоящий из
последовательно
соединенных
элементов
(с
одним
и тем же током).
Узлом
называют
место
соединения
двух
или
большего
числа ветвей. Одной ветвью может быть источник тока.
Контур — это любой замкнутый путь, проходящий по нескольким
ветвям.
Если
схема
электрической
цепи
не
содержит
контуров,
то она называется разомкнутой
В разомкнутых сетях питание каждой нагрузки можно осуществлять
только с одной стороны. Каждый узел получает питание не более чем по
одной ветви. В случае отключения любой ветви прекращается питание
всех нагрузок, мощность которых течет по этой ветви.

104.

Схема соединения электрической сети: а — разомкнутая сеть;
б — замкнутая сеть

105.

Схема, содержащая хотя бы один контур, называется замкнутой. В
замкнутой сети есть хотя бы один узел, получающий питание по двум или
более ветвям. Отключение какой-либо ветви не приводит к прекращению
питания.
Элементы
электрических
схем
делятся
на
активные
и пассивные.
Пассивные элементы схем замещения (сопротивления и проводимости)
создают пути для прохождения электрических токов.
Пассивные элементы (ветви) электрических систем обычно разделяют на
продольные и поперечные.
Поперечные пассивные элементы — это ветви, включенные между узлами
схемы и нейтралью, т. е. узлом, имеющим напряжение, равное нулю.
Поперечные пассивные элементы соответствуют проводимостям линий
электропередачи
на
землю,
реакторам
и
конденсаторам,
включенным на землю. В некоторых случаях потери в стали
трансформаторов
представляются
в
схеме
замещения
как
поперечные проводимости.

106.

Продольные элементы — это ветви, соединяющие все узлы, кроме
узла с напряжением, равным нулю, т. е. продольные ветви
не соединены с нейтралью. Продольные ветви включают активные и
индуктивные сопротивления линий электропередачи и обмоток
трансформаторов, емкостные сопротивления устройств продольной
компенсации
Активные элементы схем замещения — источники ЭДС и тока. Для них
наиболее характерным является то, что они определяют напряжение или токи
в точках присоединения этих элементов в соответствующей цепи независимо
от ее остальных параметров. Источники ЭДС в расчетах электрических
систем используются редко. Поэтому ниже в основном речь будет идти об
источниках тока.
Источники тока в расчетах электрических систем соответствуют нагрузкам
потребителей и генераторов электрических станций. Именно в этих
активных элементах потребляется и генерируется мощность.

107.

Уравнения
установившегося
режима.
Установившиеся
режимы
цепей,
содержащих
только
линейные
пассивные
элементы и постоянные не изменяющиеся по модулю и фазе источники
тока, описываются линейными алгебраическими уравнениями —
линейными уравнениями установившегося режима. Такие цепи
называются линейными электрическими цепями.
Этот
случай
соответствует расчету установившихся режимов электрических систем
при задании постоянных по модулю и фазе токов нагрузки потребителей и
генераторов во всех узлах электрической системы, кроме одного.
В расчетах установившихся режимов электрических систем
нелинейность
пассивных
элементов,
как
правило,
не
учитывается. В этом смысле продольная часть схемы замещения всегда
линейна. В то же время при расчетах установившихся режимов
электрических систем учитываются нелинейные характеристики
источников тока. Нелинейность источников тока соответствует заданию
в узлах нагрузки потребителей или генераторов с постоянной
мощностью либо заданию нагрузки ее статическими характеристиками,
определяющими
зависимость
мощности
от
напряжения.
Установившиеся режимы электрических систем с нелинейными
источниками тока описываются нелинейными алгебраическими
уравнениями — нелинейными уравнениями установившегося режима.

108.

СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ
а, б – трехфазная и однофазная схемы замещения, в, г – векторные
диаграммы токов, мощностей и напряжений активно-индуктивного и
активно емкостного элементов сети

109.

U
=
U jU
I
=
I jI