Электрические сети и их классификация

Электрические сети и их классификация

 

По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения – от 330 кВ и выше, высокого напряжения – от 6 до 220 кВ, низкого напряжения – до 1000 В.

По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые. К разомкнутым относят сети, электроприёмники которых могут получать электроэнергию только с одной стороны. Они бывают радиальными, магистральными и разветвленными. Замкнутой называют электрическую сеть, каждая линия электропередачи которой входит хотя бы в один замкнутый контур (рис. 2).

 

Рис. 2. Конфигурации электрической сети: а – радиальная; б – магистральная; в – разветвлённая; г – замкнутая

По выполняемым функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети напряжением 330–1150 кВ осуществляют функции формирования объединённых 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.

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110–220 кВ электростанций к центрам питания распределительных сетей – районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напряжение этих сетей ранее было 110—220 кВ.

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 _н >1кВ) и низкого (U _н <1кВ) напряжения. В свою очередь по характеру потребителя распределительные сети подразделяются на промышленные, городские и сельскохозяйственного назначения.

Иногда электрические сети подразделяются на местные и районные. При этом к местным относят сети напряжением 35 кВ и ниже, а к районным – напряжением выше 35 кВ.

В зависимости от режима работы нейтрали электрические сети делят на сети с изолированной нейтралью, с заземленной нейтралью, с эффективно заземленной нейтралью и с компенсированной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью нейтрали оборудования не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства с большим сопротивлением.

Электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого соединены с заземляющими устройствами непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности, относится к сети с заземленной нейтралью. В электрической сети с компенсированной нейтралью все или часть нейтралей оборудования заземлены через дугогасящие реакторы.

Фрагмент электрических сетей, иллюстрирующий взаимосвязь разных их видов, представлен на рис. 3. На мощных электростанциях (ЭС1 и ЭС2) электроэнергия генераторного напряжения трансформируется с повышением напряжения до 330 кВ на повышающих подстанциях (ПС1 и ПС2). Системообразующая сеть состоит из линий сверхвысокого напряжения Л1, Л2 и ЛЗ. На подстанции системообразующей сети ПСЗ электроэнергия трансформируется на напряжение 220 кВ и поступает в питающую сеть. Питающие сети, как правило, содержат замкнутые контуры, что повышает надёжность электроснабжения потребителей. Шины среднего и низшего напряжений районных подстанций (ПС4, ПС5, ПС6) являются центрами питания распределительных сетей, в которых электроэнергия либо подводится к распределительным пунктам (РП), либо поступает в трансформаторные подстанции (ТП1, ТП2).

Рис. 3. Схема электрических сетей: а – системообразующая; б – питающая;

в – распределительная

 

Воздушные линии

 

Воздушные линии (ВЛ) предназначены для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, опоры, изоляторы, линейная арматура и грозозащитные тросы. Провода служат для передачи электрической энергии. Опоры поддерживают провода на определённом расстоянии от уровня земли. Изоляторы обеспечивают изоляцию находящихся под напряжением проводов от опоры. Линейная арматура служит для крепления проводов к изоляторам, изоляторов к опорам, соединения проводов и для других целей. Грозозащитные тросы защищают провода от непосредственного попадания в них молнии.

В зависимости от отдельных конструктивных элементов и параметров ВЛ можно разделить на:

- традиционные с голыми проводами;

- с изолированными проводами;

- компактные со сближенными фазами;

- воздушные жесткие и гибкие токопроводы.

Наибольшее применение нашли одно- и двухцепные ВЛ с голыми проводами. Одноцепная линия имеет один комплект фазных проводов трёхфазной линии, а двухцепная – два комплекта.

Воздушные линии подвержены всем атмосферным воздействиям: изменению температуры, ветру, гололеду. При колебании температуры изменяются напряжение в материале провода и стрела провеса провода. Образование гололеда на проводах и ветер увеличивают механические нагрузки на провода и опоры линий. Кроме того, ветер вызывает вибрацию и «пляску» проводов. Поэтому все конструктивные элементы ВЛ должны быть рассчитаны на воздействие данных факторов.

Конструктивная часть ВЛ характеризуется длинами промежуточного (между соседними промежуточными опорами) и анкерного (между двумя анкерными опорами) пролетов, габаритными размерами. Расстояние по вертикали от низшей точки провода в пролёте до точки подвеса называется стрелой провеса провода. Наименьшее расстояние от низшей точки проводов до земли или каких-то пересекаемых линией сооружений называется габаритом и устанавливается нормами ПУЭ по условиям безопасного передвижения людей и транспорта под линиями.

 

 

4 Условия работы воздушных линий

Работа ВЛ осуществляется под постоянным воздействием изменяющихся климатических условий.

Изменения температуры воздуха приводят к удлинению или сокращению проводов, что вызывает изменение напряжения в материале провода и может привести либо к его обрыву, либо к недопустимо большой стреле провеса, а следовательно, к уменьшению габарита.

Провода ВЛ при некоторых атмосферных условиях покрываются гололёдом. Гололёд образуется во время дождя, мокрого снега, сырой погоды и туманов при температуре воздуха около –5°С. Переохлажденные и насыщенные влагой частицы, соприкасаясь с проводами, температура которых несколько ниже 0°С, намерзают вокруг них. Интенсивность образования гололёда зависит от влажности воздуха и скорости его перемещения, высоты опор, наличия вблизи линий больших водных поверхностей.

Гололёд, обладая большой массой, обрывает провода и ломает опоры. Для борьбы с образовавшимся гололедом применяют установки плавки его электрическим током. При проектировании ВЛ расчёт проводов и опор ведётся с учётом климатических районов по гололёду.

Ветер увеличивает механические нагрузки, действующие на провода и опоры ВЛ, что также учитывается при проектировании их конструктивной части. Вместе с тем, действие ветра приводит к возникновению вибрации проводов.

Вибрацией проводов называют вызываемые ветром периодические колебания натянутого в пролёте провода, происходящие в вертикальной плоскости с частотой 3...150 Гц и образующие по длине пролета ряд стоячих волн с относительно небольшими размерами колебаний.

Вибрация возникает под действием на ВЛ равномерного и постоянного поперечного ветра при скорости от 0,6 до 8 м/с. Она вызывает повреждение проводов, причиной чего является совместное действие статической нагрузки от натяжения поводов и динамических усилий, возникающих при вибрации и вызывающих в материале провода переменное, периодически изменяющееся с частотой вибрации механическое напряжение. Повреждения проводов от вибрации, как правило, появляются в поддерживающих зажимах, реже – в натяжных зажимах и в пролёте в местах выхода провода из соединителей большой длины. Для защиты проводов применяют различные гасители вибрации.

Ветер приводит к возникновению так называемой «пляски» проходов. Она появляется при значительных скоростях ветра (10...30 м/с) и в большинстве случаев при наличии на проводах гололёда. «Пляска» проводов характеризуется малой частотой и большой амплитудой колебаний, в результате чего создаются большие динамические нагрузки, которые могут привести к повреждению отдельных узлов крепления конструктивных элементов и схлёстыванию проводов.

Влага и химические элементы, входящие в составе воздуха, также воздействуют на конструктивные элементы ВЛ. Влага вызывает окисление проводов, арматуры, гниение деревянных опор. Химические элементы загрязняют поверхность изоляторов, вызывают коррозию проводов и других металлических элементов линий.

 

Опоры воздушных линий

Опоры поддерживают провода ВЛ на определённой высоте над землей, водой или каким-либо сооружением, обеспечивая требуемый габарит.

По числу цепей опоры, как правило, бывают одно- и двухцепные, иногда – многоцепные.

Конструкция опоры во многом определяется расположением на ней проводов.

На одноцепных линиях напряжением до 330 кВ, как правило, провода располагают треугольником (рис. 1, а). На одноцепных опорах напряжением 330 кВ и выше чаще применяют горизонтальное расположение проводов (рис. 1, б), что позволяет уменьшить высоту опоры и исключает схлестывание проводов при сбрасывании гололеда.

На двухцепных линиях иногда применяют расположение проводов «обратной ёлкой» (рис. 1, в), что удобно по условиям монтажа. Однако при этом увеличивается масса опор, так как требуется подвеска двух грозозащитных тросов. Чаще провода на них располагают шестиугольником (рис. 1, г).

Рис. 1. Расположение проводов на опорах: а – треугольном; б –горизонтальное; в – «обратной ёлкой»; г – шестиугольником

По назначению они делятся на анкерные, угловые, промежуточные и специальные.

Промежуточные опоры (рис. 2; 3, а; 4, а; 5, а, в, г) наиболее просты и служат для поддержания проводов на прямых участках ВЛ. В нормальном режиме они не испытывают усилий вдоль линии, и провода к ним крепятся через поддерживающие гирлянды изоляторов или в линиях 6–10 кВ – через штыревые изоляторы.

Анкерные опоры (рис. 4, в, г, д) предназначены для жёсткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ: на концах линий и прямых участков, на пересечении важных инженерных сооружений (железных дорог, автострад).

Угловые опоры устанавливают в точках, где линия делает поворот. Они могут быть анкерного (рис. 3, б, 4, б) и промежуточного (рис. 5, б) типов. При углах поворота до 20° на ВЛ применяются промежуточные опоры, а при больших углах – анкерные угловые. На угловые опоры действуют нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов, поэтому они сложнее промежуточных.

Специальные опоры бывают следующих типов: переходные (рис. 4, е) – для больших пролётов при пересечении рек, ущелий; транспозиционные (рис. 4, ж) – для изменения порядка расположения проводов на опоре; ответвительные – для выполнения ответвления от ВЛ.

В зависимости от материала опоры ВЛ делят на железобетонные, металлические и деревянные.

 

6 Провода воздушных линий

Провода ВЛ для обеспечения удобства монтажа и надёжной работы при эксплуатации должны обладать большой гибкостью, хорошей проводимостью, достаточной механической прочностью, коррозионной стойкостью и низкой стоимостью производства. Таким требованиям удовлетворяют провода из алюминия или сплава алюминия с легирующими примесями для повышения механической прочности, а также комбинированные сталеалюминиевые провода. На ВЛ в соответствии с ПУЭ могут использоваться также стальные провода.

По конструкции провода делятся на одно- и многопроволочные. На ВЛ практически применяются только многопроволочные провода, которые являются более гибкими.

Многопроволочные провода бывают монометаллические (алюминиевые) и комбинированные (сталеалюминиевые).

Алюминиевые провода марок А, Ап состоят из нескольких повивов проволок одного диаметра (рис. 7). В центре находится одна проволока, вокруг которой концентрически располагаются проволоки второго повива, затем третьего и т.д. При этом каждый следующий повив имеет противоположное на правление скрутки. Данные провода обладают невысокой механической прочностью и чаще применяются на ВЛ напряжением до 1 кВ.

Рис. 7. Конструкции алюминиевых проводов марок а – А70; б – А150; в – А300

Достаточно часто на ВЛ используются многопроволочные монометаллические провода марок АЖ и АН из алюминиевых сплавов повышенной прочности. Разрывное усилие проводов марок АЖ примерно на 80%, а проводов АН – на 30% превышает разрывное усилие алюминиевого провода того же сечения.

Стальные многопроволочные провода марки ПС иногда ещё используются на ВЛ сельскохозяйственного назначения.

К монометаллическим проводам относят полые провода (рис. 8), применяемые с целью снижения короны для ошиновки подстанций.

Рис. 8 Конструкция полого провода

Комбинированные сталеалюминиевые провода марок АС наиболее широко используются на ВЛ напряжением более 1 кВ. Они состоят из одно- или многопроволочного стального сердечника и внешних алюминиевых повивов (рис. 9). Токопроводящая способность провода обеспечивается наружными повивами проволок из алюминия, а механическая прочность – проволоками стального сердечника. Сталеалюминиевые провода вы пускаются с разными соотношениями сечений алюминиевой и стальной частей (А: С), которые характеризуют их электромеханические свойства. Область применения проводов марок АС с разным соотношением сечений А: С регламентируется ПУЭ.

 

Рис. 9. Конструкции сталеалюминиевых проводов марок: а – АС70/11; б – АС150/24; в – АС240/32; г – АС300/45;

При нечётном числе алюминиевых повивов (одно- и трёхповивные провода) увеличиваются потери мощности и электроэнергии в проводе на перемагничивание стального сердечника. ПУЭ рекомендуют при прочих равных условиях применять провода с чётным числом повивов алюминиевых проволок. Вместе тем, известны разработки конструкций сталеалюминиевых проводов, где для стального сердечника используется нержавеющая немагнитная сталь.

Для защиты алюминиевых проводов ВЛ от коррозии пространство между проволоками провода заполняется нейтральной антикоррозийной смазкой. Такие провода (марок АКП) могут применяться на суше и вблизи моря, где в атмосфере содержатся коррозийно-активные агенты.

С защитой от коррозии выпускаются сталеалюминиевые провода марок АСКС, АСК и АСКП. Максимальной коррозийной стойкостью обладают провода АСКП.

В качестве грозозащитных тросов ВЛ используются стальные канаты сечением 35...70 мм² или сталеалюминиевые провода марок АС35/35 и АС50/50.

 

 

 

7 Изоляция воздушных линий

В пролётах ВЛ основной изоляцией между проводами разных фаз является воздух.

Для изоляции и крепления проводов на опоре применяют линейные изоляторы, которые изготавливаются из фарфора или закалённого стекла. Они обладают высокой механической и электрической прочностью и долговечностью при работе на открытом воздухе. Существенным отличием стеклянных изоляторов является то, что при пробое закалённое стекло рассыпается и это облегчает поиск поврежденных изоляторов на линии.

По конструкции изоляторы разделяют на штыревые, подвесные и стержневые.

Штыревые изоляторы (рис. 10) применяются на ВЛ напряжением до 1 кВ, 6–20 кВ и реже – 35 кВ. Они крепятся к опорам на штырях или крюках (рис. 11) с помощью пластмассовых колпачков. Фарфоровые изоляторы на 35 кВ состоят из двух изолирующих элементов, армируемых цементной связкой.

 

Рис. 10. Штыревые изоляторы: а, б – фарфоровые на 0,38 и 10 кВ, в – стеклянный на 10 кВ; г – фарфоровый на 35 кВ

Подвесные изоляторы (рис. 12) применяются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части 7, шапки из ковкого чугуна 2, металлического стержня 3 и армирующей цементной связки 4. Подвесные изоляторы собираются в гирлянды, которые бывают поддерживающими (для промежуточных опор) и натяжными (для анкерных опор). Число изоляторов в гирлянде определяется напряжением линии: 35 кВ – 3...4 изолятора; 110 кВ – 6...8.

Рис. 12. Подвесной изолятор

Стержневые полимерные изоляторы (рис. 13) представляют собой несущий стержневой элемент из высокопрочных нитей стеклопластика. На него для увеличения поверхности изолятора армируются изоляционные тарелки. Такие изоляторы позволяют заменить целые гирлянды на ВЛ соответствующих классов напряжения. Масса полимерных изоляторов в несколько раз меньше массы гирлянд подвесных изоляторов.

Рис. 13. Стержневой изолятор

8 Компактные линии электропередачи

Компактными воздушными линиями электропередачи называют ВЛ, в которых провода фаз сближены до минимально допустимых расстояний с учётом технических ограничений. К таким ограничениям относятся: сближение проводов в пролете при возможных перемещениях, связанных с «пляской», сбрасыванием гололеда и несинхронными раскачиваниями; расстояния от проводов до заземленных частей опор; междуфазные расстояния с учётом возможных перенапряжений и условий ограничения коронного разряда.

Компактную ВЛ можно создать за счёт сближения проводов фаз в пролёте с помощью стяжек из электроизоляционных материалов (например, стержневых полимерных изоляторов), устанавливаемых в пролётах. При этом расстояния между фазами на опорах не изменяются.

Следующая группа компактных ВЛ связана с применением расщеплённых фаз нетрадиционной конфигурации (рис. 15). Они характеризуются тем, что расстояния между фазами уменьшены до предельно допустимых значений, а между проводами внутри фазы – увеличены, причём провода одной и той же фазы расположены определённым образом. Некоторые конструкции предполагают расщепление части фаз на две полуфазы (рис. 15, ж, з).

 

Рис. 14. Варианты опор «охватывающего» типа для компактных линий: а – с арочной траверсой для линии напряжением 500 кВ; б – с вантовой траверсой для линии напряжением 750 кВ

Рис. 15. Расположение проводов расщеплённых фаз компактных линий: а, б, в – плоское (б – плоскотреугольное); г – параболическое; д – эллиптическое; е – коаксиальное двухсегментное; ж – коаксиальное четырёхсегментное; з, и, к – коаксиальное

Компактная ВЛ характеризуется уменьшенной, по сравнению с традиционными конструкциями, индуктивностью, повышенной ёмкостью и, как следствие, сниженным волновым сопротивлением и повышенной натуральной мощностью.

 

9 Воздушные линии с изолированными проводами

В отличие от традиционных ВЛ здесь фазные провода не голые, а покрыты изоляцией. Толщина изоляции вполне обеспечивает необходимые изоляционные характеристики, позволяющие при напряжении 380 В представлять трёхфазную систему проводников в виде единого пучка (рис. 18).

Рис. 18. Конструкция самонесущего изолированного провода на напряжение 380 В:

1 – фазные провода; 2 – провод уличного освещения; 3 – несущий нулевой провод; 4 – изоляция

Самонесущие изолированные провода на 380 В состоят из трёхфазных изолированных проводов 1, изолированного провода уличного освещения 2, скрученных вокруг несущего нулевого неизолированного или изолированного провода 3. Проводники фазного и уличного освещения изготавливаются из обжатых многопроволочных алюминиевых проводов, покрытых светостойким термостабилизированным полиэтиленом 4. В качестве несущего нулевого проводника используется изолированный таким же полимерным покрытием или неизолированный обжатый многопроволочный проводник из упрочненного алюминиевого сплава или сталеалюминиевого провода. Несущий проводник закрепляется на опорах или фасадах зданий без изоляторов.

Для ВЛИ 0,38 кВ разработаны следующие типы опор: промежуточная, перекрестная промежуточная, угловая промежуточная, угловая промежуточная с оттяжкой, ответвительная, концевая, анкерная, ответвительная анкерная.

По сравнению с ВЛ традиционного типа ВЛИ имеют более высокую надёжность за счёт отсутствия стеклянных или фарфоровых изоляторов, исключения схлестывания проводов под действием ветра или качания веток деревьев, уменьшения обрывов благодаря применению несущего сталеалюминиевого провода, отсутствия отключений при попадании различных предметов на провода. Они более экономичны в процессе эксплуатации, затрудняют не учитываемый отбор мощности с линии за счёт невозможности несанкционированного присоединения нагрузки к ним.

 

Кабельные линии

Конструктивные отличия кабельной линии от воздушной (близость токопроводящих жил; наличие твердой электрической изоляции с относительной диэлектрической проницаемостью, значительно большей, чем у воздуха; наличие металлических экранов и оболочек, окружающих каждую или все жилы кабеля, и т.п.) определяют существенное различие погонных параметров воздушных и кабельных линий при одинаковых поминальном напряжении и сечении токоведущих элементов.

Погонное активное сопротивление. Допущения, принимаемые при определении погонного активного сопротивления воздушной линии, в случае кабельной линии неприемлемы. Во-первых, влияние поверхностного эффекта и эффекта близости, особенно в жилах крупных сечений, является весьма существенным и соответственно активное сопротивление значительно отличается от омического. Во-вторых, кабельные линии, как правило, работают при максимально допустимых или близких к ним температурах нагрева жил (до 85°С) и пренебрежение их отличием от 20°С вносит заметную погрешность.

Кабельные линии 6 - 35 кВ сооружаются преимущественно с использованием кабелей с бумажной, пропитанной вязким составом изоляцией, которые имеют как медные, так и алюминиевые токопроводящие жилы. Для кабелей 6 - 10 кВ применяются сечения жил от 10 до 240 мм². Диапазон сечений кабельных линий 35 кВ составляет 120 - 300 мм².

Погонные реактивные параметры. В силу отмеченных выше особенностей конструкции кабельных линий их погонное индуктивное сопротивление значительно меньше, а погонная ёмкостная проводимость больше, чем у воздушных линий. Погонное индуктивное сопротивление кабельных линий 6-220 кВ в 2-4 раза меньше, чем у воздушных линий тех же номинальных напряжений.

Погонная ёмкостная проводимость кабельных линий отличается от аналогичного параметра воздушных линий еще в большей степени. Помимо сближения фаз в общей оболочке или экранирования жил, приводящих к увеличению b₀ в той же степени, что к уменьшение x ₀ (в 2 - 4 раза), существенное влияние оказывает отличие относительной диэлектрической проницаемости от единицы.

Погонная активная проводимость. У кабельной линии активная проводимость определяется потерями активной мощности в изоляции кабеля (диэлектрическими потерями) и может быть выражена через емкостную проводимость и тангенс угла диэлектрических потерь tgd:

(4.81)

Значения tgd определяются типом изоляции жил кабеля. Практически с диэлектрическими потерями в кабельных линиях (в силу малости tgd) приходится считаться лишь при напряжениях 220 кВ и выше. Таким образом, при U_н =110кВ схема замещения кабельной линии не содержит ветвей с активной проводимостью.

Особенности схем замещения. В соответствии с привед ё нными выше диапазонами изменения погонной ёмкостной проводимости зарядная мощность 1 км кабельной линии 110 кВ превосходит аналогичный показатель для воздушной линии в 40-50 раз в случае маслонаполненных кабелей и в 15-40 раз в случае кабелей с полиэтиленовой изоляцией.

Вместе с тем кабельные линии, как правило, имеют значительно меньшую длину по сравнению с ВЛ того же номинального напряжения при примерно одинаковых или даже несколько больших передаваемых мощностях. Поэтому учёт в схеме замещения кабельной линии ветвей с ёмкостной проводимостью обычно необходим лишь при При меньших номинальных напряжениях кабельная линия с достаточной точностью представляется одной из схем замещения, показанных на рис. 4, которые отличаются по признаку наличия индуктивного сопротивления.

 

Необходимость учёта в схеме замещения кабельной линии её индуктивного сопротивления определяется его соотношением с величиной активного сопротивления.

Для кабельных линий 110–220 кВ вопроса о возможности отказа от учёта в схеме замещения индуктивного сопротивления не возникает.

Волновые параметры и натуральная мощность. В силу небольшой длины кабельных линий даже при напряжениях 110–220 кВ их волновые свойства не имеют практического значения при расчёте их установившихся режимов, поэтому их волновые параметры здесь подробно не рассматриваются.

Натуральная мощность кабельных линий 110–220 кВ в силу меньшего по сравнению с ВЛ тех же номинальных напряжений значения Z _в значительно выше. В среднем натуральная мощность кабельных линий 110–220 кВ примерно в 10 раз превышает аналогичную величину для соответствующих воздушных линий.

22 Трансформаторы

Двухобмоточные.

 

Рис. 3 Схема замещения двухобмоточного трансформатора

Трёхобмоточные.

 

Индуктивные сопротивления обмоток трансформатора с приведением к базовым условиям (в именованных единицах):

 

Активные сопротивления обмоток трансформатора с приведением к базовым условиям (в именованных единицах):

 

 

 

Рис. 4 Схема замещения трёхобмоточного трансформатора

Автотрансформаторы.

 

 

 

Напряжение короткого замыкания обмоток автотрансформатора:

Индуктивные сопротивления обмоток автотрансформатора:

 

23 Сдвоенные реакторы

Модель сдвоенного реактора

Возможны три режима работы сдвоенного реактора (СР) – сквозной, продольный и одноцепный.

I. Рассмотрим способ построения СР для сквозного режима. Используемые паспортные данные:

Индуктивное сопротивление в нормальном режиме (X_L), Ом; Коэффициент связи (k_{cв .} = 0,5 по умолчанию).

Схему замещения предлагается реализовать подсистемой (см. рис. 1), в состав которой входят два индуктивных сопротивления, величины которых и определяются по выражению:

 

Рис.1. Сдвоенный реактор при сквозном режиме работы. а) условное представление сдвоенного реактора; б) схема замещения.

II. СР в продольном режиме работы.

Рис. 2. Сдвоенный реактор при продольном режиме работы. а) условное представление сдвоенного реактора; б) схема замещения.

III. СР в одноцепном режиме работы.

Рис. 3. Сдвоенный реактор при одноцепном режиме работы. а) условное представление сдвоенного реактора; б) схема замещения.

Характеристики нагрузки

Асинхронные двигатели потребляют из сети активную и реактивную мощность. Энергия, соответствующая потребляемой активной мощности, преобразуется двигателем в механическую энергию, которая идет на приведение в движение машин-орудий и совершение ими полезной работы. Значение активной мощности, забираемой асинхронным двигателем из сети, определяется нагрузкой машины-орудия.

где P ₀, Q ₀, U ₀ – активная и реактивная мощности и напряжение узла нагрузки в исходном режиме; f _н – номинальное значение частоты. Индекс 0 отмечает параметры исходного установившегося режима.

Значения коэффициентов а, b, с и d в выражениях зависят от степени «пологости» СХН. Различают «пологие», «средние» и «крутые» характеристики.

Диапазоны изменения всех этих коэффициентов достаточно велики, поэтому в качестве иллюстрации приведём их значения для характеристик средней крутизны, которые соответствуют следующему составу нагрузки узла в процентах от суммарной активной мощности:

- крупные асинхронные двигатели - 15

- мелкие асинхронные двигатели - 35

- крупные синхронные двигатели - 9

- преобразователи и электропечи - 11

- освещение и бытовая нагрузка - 22

- потери в сетях - 8.

Для такого состава нагрузки средние значения коэффициентов для активной мощности нагрузки:

В этом случае зависимость (5.41) принимает вид

Из (5.41а) следует, что обобщенные статические характеристики активной нагрузки в окрестности точки, соответствующей номинальным значениям напряжения и частоты (U₀=U_н,f₀=f_н), являются линейными функциями соответствующих режимных параметров и характеризуются средними регулирующими эффектами

Регулирующие эффекты обобщенных статических характеристик реактивной нагрузки в соответствии с (5.42) равны

Значения b_U, вычисленные по средним значениям коэффициентов a_q и b_q для нагрузок, приведённых к шинам различных номинальных напряжений, составляют:

25 Статические нагрузки в расчётных схемах электрических сетей

f = const.

При необходимости учёта изменения мощности нагрузки в функции напряжения в ряде в случаев пользуются представлением нагрузки неизменным током (I _н = const). Активная и реактивная слагающие этого тока вычисляются по заданным значениям мощности нагрузки и напряжению в исходном режиме.

При расчётах режимов, для которых характерны значительные изменения напряжения в узлах сети, нагрузку удобно представить параллельно (рис. 5.19, а) или последовательно (рис. 5.19, б) соединёнными неизменными активным и реактивным сопротивлениями. Величины этих сопротивлений выбираются таким образом, чтобы определяемая ими мощность при напряжении нормального режима была равна заданной мощности нагрузки.

Тогда при параллельном соединении сопротивлений

(5.44)

а при последовательном соединении

(5.45)

где

 

Рис. 5.20 Обобщённые зависимости активной (1) и реактивной (2) мощности нагрузки и

частная зависимость (P _*н = Q _*н) при представлении нагрузки неизменными и равными по

величине активным и индуктивным сопротивлениями (3)

26 Подготовка расчётной схемы электроэнергетической системы. Приведение к базисным условиям

При решении целого ряда задач расчетная схема замещения электроэнергетической системы представляет собой электрическую цепь, в которую кроме активных и индуктивных сопротивлений и проводимостей входят идеальные трансформаторы (идеальный трансформатор характеризуется единственным параметром – коэффициентом трансформации k _т, в общем случае комлексным), связывающие между собой части системы различных номинальных напряжений. Такая схема широко используется при расчётах установившихся режимов, и при этом результатами расчёта являются действительные токи ветвей и напряжения узлов каждой из ступеней, что весьма удобно для последующей оценки допустимости режима, контроля тех или иных технических ограничений и т.п.

Для приведения к одной ступени напряжения сопротивлений и проводимостей схемы замещения используются следующие формулы:

где k _{т i} (i = 1, 2,..., n) - коэффициенты трансформации идеальных трансформаторов

на пути между рассматриваемым элементом и сетью той ступени напряжения, приведение к которой выполняется (обычно это ступень с наиболее высоким напряжением), при этом вводится допущение о том, что коэффициенты трансформации всех идеальных трансформаторов, связывающих две ступени напряжения, вещественны и одинаковы.

В ряде случаев, например в проектных расчётах, когда точные значения коэффициентов трансформации неизвестны, широко используется приближенное приведение по так называемым «средним» коэффициентам трансформации, равным отношению некоторых среднеэксплуатационных значений напряжения отдельных ступеней (515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3 и 3,15 кВ). В этом случае пересчёт сопротивлений и проводимостей ступени напряжения к k-й ступени производится по более простым выражениям:

В целом ряде задач, когда, с одной стороны, нет необходимости знать фактические значения параметров режимов (например, при исследовании устойчивости), а с другой стороны, желательна большая степень наглядности представления результа