Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «АНГАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

 

И.Г. Голованов

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Методические указания для практических занятий и самостоятельной работы студентов

Для студентов всех форм обучения направления подготовки

 «Электроэнергетика и электротехника»

Ангарск  2017

Голованов И.Г. Электроэнергетические системы и сети. Методические указания для выполнения практических занятий и самостоятельной работы студентов по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети»: для студентов всех форм обучения по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника / И.Г. Голованов – г. Ангарск, 2017. – 33 с.

 

Методические указания содержат информацию выполнения практических занятий и самостоятельной работы студентов по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети».

 

 

Для студентов всех форм обучения, по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника»

 

Рецензенты: 

Благодарный Н.С., к.т.н., профессор, заведующий кафедрой АТП, Ангарский государственный технический университет

 

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом факультета технической кибернетики Ангарского государственного технического университета.

 

 

© Ангарский государственный технический университет, 2017 г.

© Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………4

Тема 1. Общие сведения об электрических сетях и системах……......5

Тема 2. Основные сведения об устройстве электрических сетей…….5

Тема 3. Параметры электрических сетей и элементы теории

передачи электроэнергии………………………………………………..6

Тема 4. Электрические расчеты разомкнутых и замкнутых сетей......8

Тема 5. Основы технико-экономических расчетов электрических

сетей………………………………………………………………………9

Тема 6. Выбор номинального напряжения, схем электрических

сетей, сечения проводов и кабелей при проектировании……………11

Тема 7. Характеристика энергетических систем. Регулирование

 частоты в энергосистеме…………………………………………….. 12

Тема 8. Регулирование напряжения и экономические показатели   

работы систем…………………………………………………………14

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………17

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1………………………………………18

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2………………………………………20

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Исходные данные для выполнения контрольного задания 1………………………………………………………………26

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Исходные данные для выполнения контрольного задания 2………………………………………………………………27

ПРИЛОЖЕНИЕ 3  Исходные  расчётные  схемы,   для  

контрольного  задания 2……………………………………………….29

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В курсе «Электроэнергетические системы и сети» изучаются методы расчета электрической части, экономических показателей и механических конструкций сетей и систем, рассматриваются основы их проектирования, построения, управления и эксплуатации.

Для изучения курса требуется глубокое знание физики, теоретических основ электротехники, электротехнических материалов. Поэтому, приступая к изучению курса, необходимо повторить основные положения этих дисциплин.

Учебный план по направлению 13.03.02 на изучение дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» включает лекционные занятия и практические занятия.

Кроме того, студенты выполняют контрольную работу параллельно с изучением соответствующих разделов курса. Решения задач и ответы на вопросы в контрольной работе необходимо иллюстрировать схемами, эскизами в соответствии с требованиями с ЕСКД.

 

ТЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Тема 1. Общие сведения об электрических сетях и системах [1]
     Методические указания

Необходимо уяснить развитие энергетики, ознакомиться с основными понятиями и определениями по курсу.

Необходимо знать номинальные напряжения электрических сетей, генераторов, потребителей, трансформаторов, а также классификацию электрических сетей и линий передачи по номинальном напряжении, исполнению и назначению.

Вопросы для самопроверки

1. Отличие энергетической системы от электрической.

2. Преимущества объединения изолированных энергосистем.

3. Что называется номинальным напряжением, максимальным рабочим напряжением?

4. Основные свойства электрической энергии и социально-экономические преимущества электрификации народного хозяйства.

5. Особенности применения сетей различных номинальных напряжений.

Тема 2. Основные сведения об устройстве электрических сетей [1]

Общая характеристика воздушных линий (ВЛ). Условия работы ВЛ, подвода и изоляции ВЛ, линейная арматура, опоры ВЛ.

Общие сведения о кабельных линиях. Конструкции кабелей и кабельной арматуры. Прокладка кабелей. Токопроводы промышленных предприятий. Устройство внутренних сетей.

Методические указания

Необходимо изучить основные конструктивные элементы воздушных и кабельных линий, области применения, особенности конструкций.

Проводов воздушных линий электрических сетей различного класса напряжений.

Вопросы для самопроверки

1. Как выполняются воздушные и кабельные линии?

2. Какие токопроводящие материалы используется в воздушных и кабельных линиях?

3. Как располагаются провода и защитные тросы на опоре?

4. Как прокрадываются кабельные линии?

5. Чем отличаются анкерные и промежуточные опоры?

6. Чем определяются основные конструктивные параметры ВЛ – высота опор, расстояние между фазами, количество изоляторов, расстояние между опорами?

Тема 3. Параметры электрических сетей и элементы теории передачи электроэнергии [1]

Сопротивления и проводимости сетей и трансформаторов. активные и индуктивные сопротивления. Транспозиция проводов. сопротивление стальных проводов. Расщепление проводов. Активная и емкостная проводимости. Потери мощности на корону. Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов.

Вопросы для самопроверки

1. Как и почему изменяются индуктивное сопротивление и емкостная проводимость с изменением сечения проводов и расстояния между ними?

2. Что больше влияет на снижение потерь мощности на Корону: увеличение сечения провода или расстояние между поводами, помечу?

3. Чем отличается потеря от падения напряжения?

4. Чем ограничивается мощность, передаваемая по линиям на переменном напряжении?

5. Что такое натуральная мощность?

6. Как с помощью круговой диаграммы определить оптимальный режим работы электропередачи?

Тема 4. Электрические расчеты разомкнутых и замкнутых сетей [1]

Требования потребителей к параметрам режима сети. Цели и задачи электрического расчета. Системообразующие, районные и местные электрические сети: их место и роль в электрических системах. Схемы замещения местных и районных электрических сетей. Приведение параметров схем замещения к одной ступени напряжения.

Расчет разомкнутой сети по мощности и токам нагрузки. Метод последовательных приближений. Критерий окончания итеративного процесса.

Частные случаи расчета местных электрических сетей. Выбор сечения проводов и жил кабелей по потере и отклонению напряжений.

Расчет линии с двусторонним питанием.

Упрощенные методы расчета: метод расщепления схем, метод пре­образования, метод коэффициентов распределения.

Методические указания

Необходимо уяснить задачи расчета режима электрической сети. (Какие допущения можно применять, что задано и что нужно определить). Прежде всего, составляется расчетная эквивалентная схема замещения, а затем в зависимости от целей расчета определяют распределение токов или мощностей, сечения проводов линий, параметры схемы замещения, распределение напряжения.

При расчетах в замкнутых сетях необходимо рассматривать нормальный и послеаварийный режимы работы.

Для разомкнутых сетей и линий с двухсторонним питанием необходимо знать основные этапы расчетов режима и уметь их выполнять.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается задача электрического расчета сети?

2. В каких случаях можно вести расчет сетей переменного тока только по активной составлявшей тока?

3. Как рассчитать режимы работы кольцевых линий, сетей с двусторонним питанием при одинаковых и различных напряжениях источников питания?

Тема 5. Основы технико-экономических расчетов электрических сетей [1]

Требования к качеству и надежности. Основные группы потребителей электроэнергии и их типовые суточные графики. Графики по продолжительности. Годовое использование максимальной мощности и максимальных потерь мощности. Стоимость передачи электроэнергии. Годовые эксплуатационные расходы. Срок окупаемости. Годовые приведенные затраты. Учет ущерба от недоотпуска электроэнергии. Экономическая плотность тока. Выбор сечений проводов и кабелей, исходя из экономической плотности тока при наличии одной и нескольких нагрузок вдоль линии. Экономические интервалы.

Методические указания

При проектировании электрической сети нужно выбрать ее параметры (напряжение, сечения проводов, конфигурации сети и др.), таким образом, чтобы она удовлетворяла определенным техническим требованиям – надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. В каждом конкретном  случае можно, как правило, наметить достаточно много вариантов сети, удовлетворяющих техническим требованиям. Поэтому основная цель технико-экономических расчетов - определение наилучшего по экономическим показателям варианта из множества технически осуществимых. Критерии выбора наивыгоднейшего варианта является минимум приведенных затрат.

При изучении темы нужно обратить внимание на. технические требования к схемам, элементам сетей и их режимам, приведенные затраты и их составляющие, ознакомиться с укрупненными показателями стоимости электрических сетей.

Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют категории потребителей и допустимые перерывы в электроснабжении?

2 Назначение графиков нагрузки. Как строится годовой график нагрузки по продолжительности?

3. Что характеризует время использования максимальной нагрузки, время максимальных потерь?

4. Что такое годовые эксплуатационные расходы, какой срок их окупаемости?

5. В чем сложность методики технико-экономических сравнений, вариантов построения сети?

6. Как определить сечение провода линии по экономической плотности тока?

7. Как определяется ущерб от перерывов электроснабжения?

8. Как определяется ущерб от снижения качества электроэнергии у потребителей?

9. В чем заключается цель технико-экономических расчетов?

Тема 6. Выбор номинального напряжения, схем электрических сетей, сечения проводов и кабелей при проектировании [1]

Выбор номинального напряжения сети. Принципы построения схем электрических сетей. Основные типы схем электрических сетей энергосистем.

Выбор материалов токопроводов. Условия выбора сечения проводов. Расчет сечения проводов по допустимой потере напряжения, экономической плотности тока, допустимому нагреву.

Особенности расчета сечения стальных проводов. Влияние потерь мощности на корону, на выбор сечения проводов высоковольтных линий.

Методические указания

Необходимо помнить, что выбор напряжения, особенно в высоковольтных сетях, представляет собой сложную технико-экономическую задачу. При этом необходимо учитывать перспективы развития, как сетей, так и потребителей.

Выбор схем построения электрических сетей определяется категорийностью потребителей, надежностью электроснабжения, экономическими показателями.

Основным условием, которому должны удовлетворять выбираемые провода и кабели, является их экономическая целесообразность, обеспечение необходимого качества электроэнергии у потребителей. Следует помнить, что низковольтные сети, как плавило, рассчитываются по допустимому нагреву с последующей проверкой по допустимой потере напряжения, а высоковольтные - по экономической плотности тока.

Вопросы для самопроверки

1. Какие известны вам основные схемы построения сетей для потребителей 1, 2, 3 категорий?

2. Как выбрать сечение провода или кабеля по допустимому нагреву в нормальном и послеаварийном режимах?

3. Почему выбранное сечение низковольтных сетей необходимо проверять по потере напряжения?

4. В каких сетях провода не выбираются по экономической плотности тока?

5. Как проверить сечение провода по потере мощности на корону? Как проверяются провода высоковольтных ЛЭП, выбранные по экономической плотности тока, по условиям механической прочности, коронированию, нагреву?

Тема 7. Характеристика энергетических систем. Регулирование частоты в энергосистеме [1]

Основные понятия и определения. Показатели работы энергосистем. Эксплуатационные свойства электрических станций. Графики активных и реактивных нагрузок системы. Баланс активной и реактивной мощности в системе. Компенсирующие устройства.

Регулирование частоты в энергосистеме. Статические характеристики нагрузок в функции частоты. Регуляторы скорости в турбине. Статические характеристики регуляторов скорости. Регулирующий эффект нагрузки. Первичное регулирование частоты. Недостатки первичного регулирования. Вторичное регулирование частоты. Статические и астатические характеристики регуляторов частоты. Регулирование частоты в аварийных режимах. Автоматическая частотная разгрузка (АЧР). Общие понятия об устойчивости параллельной работы электросистем и способы ее повышения.

Методические указания

Производство и потребление электрической энергии происходит одновременно. В системе всегда существует баланс генерируемой и, потребляемой мощности. Необходимо уяснить причины нарушения баланса активной мощности в системе и связь нарушения баланса активной мощности с изменением частоты. Помнить, что качество электроэнергии определяется также стабильностью частоты, знать допустимые отклонения частоты. Восстановление частоты в системе осуществляется за счет увеличения генерируемой мощности. Следует различать первичное, вторичное и системное регулирование частоты в системе, знать принципы их работы, разгрузку системы в аварийных режимах.

Для анализа устойчивости систем необходимо рассмотреть физическую сущность статической и динамической устойчивости параллельной' работы электростанции и методы ее повышения.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы основные показатели работы энергосистемы?

2. Почему в системах необходим резерв активной мощности?

3. Что такое регулирующий эффект нагрузки по частоте, лавина частоты?

4. Какие допускаются значения отклонений частоты в сети в нормальном и аварийном режимах?

5. Чем обусловлен ущерб при отклонениях частоты от номинального значения?

6. В чем заключается физическая сущность первичного, вторичного и системного регулирования частоты?

7. Как работает АЧР?

8. Что такое динамическая и статическая устойчивость параллельной работы электрических станций?

Тема 8. Регулирование напряжения и экономические показатели работы систем [1]

Общие сведения. Отклонения и колебания напряжения, причины их образования, возможные величины, влияние на работу электроприемников. Технико-экономические показатели работы потребителей электроэнергии при номинальном напряжении и отклонениях от него.

Допустимые отклонения и колебания по отклонениям напряжения. Контрольные точки в электрических системах по отклонениям напряжения. Основные сведения о вероятностной оценке качества напряжения, Интегральные вероятностные критерии качества напряжения.

Централизованное и местное регулирования напряжения. Условия существования диапазона централизованного регулирования напряжения. Его достоинства и недостатки. Необходимость местного регулирования напряжения. Виды регулирования напряжения на трансформаторах. Регулирование под нагрузкой (РПН). Регулирование переключение регулировочных ответвлений без возбуждения (ПБВ).

Средства регулирования напряжения. Трансформаторы и автотрансформаторы с регулированием коэффициента трансформации под нагрузкой, вольтодобавочные трансформаторы, линейные регуляторы и их применение для регулирования напряжения. Регулирование напряжения компенсацией реактивных параметров ЛЭП. Экономическое обоснование применяемых методов регулирования напряжения в электрических системах. Выбор мощности и размещение дополнительных компенсирующих устройств из условия минимума приведенных затрат. Экономическое распределение активной и реактивной мощности в сети и способы его достижения.

Методические указания

В электрической системе должен существовать баланс по реактивной мощности. Изменение потребления или генерации реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения, к отклонению напряжения потребителей Необходимо узнать допустимые пределы изменения напряжения. Вопросы регулирования напряжения в электрических сетях занимают важное место. Поэтому необходимо уяснить задачи регулирования, способы изменения и регулирования напряжения. Обратить внимание на методы местного и централизованного регулирования напряжения, на экономическую эффективность используемых средств регулирования.

Вопросы для самопроверки

1. Как можно увеличить коэффициент мощности в системе?

2. Какие допустимые значения отклонения и колебания напряжения?

3. Что такое централизованное и местное регулирование напряжения?

4. Назовите основные методы регулирования напряжения.

5. К чему может привести избыток и недостаток реактивной мощности в системе?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» является одной из основных  дисциплин при подготовке студентов всех уровней по направлению 13.03.02. Освоение основного теоретического материала и получение практических навыков расчёта и анализа электроэнергетических систем и сетей системы электроснабжения позволяют студенту успешно применить эти знания в последующих дисциплинах подготовки студентов по направлению 13.03.02., «Переходные процессы в электроэнергетических системах», «Релейная защита и автоматизация  систем электроснабжения»,  «Электроснабжение».

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2

Выполнение данного задания заключается в решении задачи по вариантам. Вариант задания и схема к ней  выбирается по последней цифре зачётной книжки, если в зачётной книжке номер заканчивается на «0», то выполняется вариант и схема № 10.  

Расчётная схема, вариант схемы выбирается из Приложения 3. Теоретический материал и справочные данные для выполнения контрольного задания представлены в [1, 2].

Исходные значения для выполнения расчёта берутся из таблицы 3 (Приложение 2). По данным из таблицы 2 и для одной из схем 1 – 10 выполнить следующие расчеты:

1. Определить удельные параметры ЛЭП и каталожные данные трансформаторов. Выполнить расчет параметров схемы замещения линии и трансформаторов. Определить приведенные к стороне ВН нагрузки трансформаторов (с учетом потерь в обмотках трансформаторов). Определить расчетные нагрузки узлов сети (с учетом потерь в ветви намагничивания трансформаторов и реактивной мощности, генерируемой линиями). Составить расчетную схему замещения сети.

2. Считая линию Л - 3 аварийно отключенной, выполнить расчет режима разомкнутой сети. Определить напряжения в узлах сети, потери напряжения и потери мощности в ветвях. Проверить допустимость режима по уровням напряжений и по нагреву проводов.

3. Выполнить расчет нормального режима замкнутой сети (все линии включены в работу). Определить напряжения в узлах сети, потери напряжения и потери мощности в сети. Выполнить анализ полученных результатов.

 

 

    Методические указания для выполнения задания № 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

(Справочное)

Исходные данные для выполнения контрольного задания 1

Таблица 2 – Исходные данные для выполнения контрольного задания 1

№ Вар.	Длина линии, м					Нагрузка, кВт				Uном, В	Tmax, тыс.час
	L1	L2	L3	L4	L5	P1	P2	P3	P4
1	30	40	80	90	100	1	4	5	3	380	1,1
2	32	42	78	88	98	1,2	4,1	4,9	3,1		1,2
3	34	44	76	86	96	1,3	4,2	4,8	3,2		1,3
4	36	46	74	84	94	1,4	4,3	4,7	3.3		1,4
5	38	48	72	82	92	1,5	4,4	4,6	3,4		1,5
6	40	50	70	80	90	1.6	4,5	4,5	3,5		1.6
7	42	52	68	78	88	1.7	4,6	4,4	3,6		1.7
8	46	54	66	76	86	1,8	4,7	4,3	3,7		1,8
9	48	56	64	74	84	1.9	4,8	4,2	3,8		1.9
10	50	60	62	72	82	2,0	4.9	4,1	3,9		2,0

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

(Справочное)

Исходные данные для выполнения контрольного задания 2

Таблица 3 – Исходные данные для выполнения контрольного задания 2

№ Задания	Марка провода и длина ВЛ, км				Мощности нагрузки, МВА
	L1	L2	L3	L4	S1	S2	S3	S4
1	AC240	АС240	АС150	АС95	60+j30	40+j20	15+j10	–
	40	30	20	40
2	AC185	AC240	AC150	AC95	30+j20	50+j20	10+j5	–
	30	45	30	15
3	AC185	AC240	AC120	–	70+j30	30+j15	20+j10	–
	45	30	30	–
4	AC150	AC300	AC150	AC70	40+j20	40+j20	15+j7,5	25 +j15
	30	40	40	15
5	AC185	AC185	AC150	AC95	60+j30	30+j20	20+j10	10+j5
	40	50	40	30
6	AC240	AC240	AC120	–	20+j10	100+j50	40+j20	–
	100	70	60	–
7	AC185	AC240	AC185	–	20+j10	100+j50	60+j30	10+j5
	50	70	50	–
8	AC150	AC185	AC150	AC120	40+j20	20+j10	8+j4	16+j8
	60	40	40	40
9	AC185	AC185	AC150	–	150+j75	40+j20	30+j20	–
	120	40	30	–
10	АС150	АС185	АС150	–	30+j15	100+j50	50+j20	–
	95	60	40	–

 

Марки трансформаторов  для вариантов контрольного задания 2.

Задание 1                                       Задание 2

     1. Т1, Т2 – ДТТГ 100-220/11       1. Т1,Т2 – ТДЦГ 250 

2. Т3, Т4 – ДТТГ 63-220/121/38,5. 2. Т3 – ТДЦГ 63                                         

3. Т5 – ТДГ 32-38,5/11                  3. Т4, Т5 – ТДГ 40

 

Задание 3                                         Задание 4

1. Т1 – ТДЦТ 250-242/121/38,5      1. Т1, Т2 – ТДГ 40-121/38,5

2. Т2 – ТДГ 40 38,5/11                     2. Т3, Т4 – ТДГ 63/38,5/11

3. Т3 – ТДЦТ 63-121/38,5/11          3. Т5, Т6 – ТДГ 32

Задание 5                                         Задание 6

1. Т1, Т2 – ТД 80                            1.Т1, Т2 – ТДГГ 100-242/121/38,5

2. Т3 – ТДГ 16                                2. Т3 – ТДЦГ 100-242/121

3. Т4 – ТДТГ 40                                3. Т4 – ТДГ 63-121/38,5

Задание 7                                          Задание 8

1. Т1 – ТДЦТ 250-242/121/38,5   1. Т1 – ТДЦ 90-121/38,5

2. Т2 – ТДЦТ 125-121/10,5          2. Т2, Т3 – ТДН 80-121/38,5

3. Т3, Т4 – ТДТГ 80-121/38,5/10,5 3. Т4 – ТДН 80-115/38,5/11

Задание 9                                          Задание 10

1. Т1, Т2 – ТДЦ 125-242/121           1. Т1,Т2 – ТДЦ 80-230/121/38,5

2. Т3 – ТДЦ 200-121/38,5             2. Т3, Т4 – ТДЦ 40-242/38,5

3. Т4 – ТД 80-121/38,5

4. Т5 – ТДЦ 125-220/110/35

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

(Справочное)

Исходные расчётные схемы для контрольного задания 2

Рисунок 1 – Исходная расчётная схема вариант 1

Рисунок 2 – Исходная расчётная схема вариант 2

 Рисунок 3 – Исходная расчётная схема вариант 3

 

 

 

Рисунок 4 – Исходная расчётная схема вариант 4

 

 Рисунок 5 – Исходная расчётная схема вариант 5

 

 

 Рисунок 6 – Исходная расчётная схема вариант 6

 

 

Рисунок 7 – Исходная расчётная схема вариант 7

 

Рисунок 8 – Исходная расчётная схема вариант 8

Рисунок 9 – Исходная расчётная схема вариант 9

 

Рисунок 10 – Исходная расчётная схема вариант 10

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «АНГАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

 

И.Г. Голованов