Современные средства обеспечения КЭ

По частоте	По отклонениюнапряжения	По колебаниям напряжения	По несинусоидальности напряжения kU, kU ( n )	По несимметрии напряжения	По провалам напряжения
Синхронные генераторы и их турбины (СГ)	Синхронные генераторы и их система возбуждения (СГ)	Статические тиристорные компенсато­ры (СТК)	Фильтрокомпенси-рующие устройства, резонансные фильтры LC (ФКУ)	Симметрирование нагрузки по фазам	Средства защиты и автоматики (АПВ, АВР)
Вставки и передачи постоянного тока (ВПТ и ППТ)	Статические тиристорные компенсато­ры (СТК)	Сдвоенные реакторы и трансформа­торы с рас­щеплённой обмоткой	Многофазные схемы преобразования в инверторах и выпрямителях	Симметрирую­щие устройства (СУ) на базе конденсаторов и реакторов	Источники беспере­бойного питания (ИБП)
Накопители индуктивные и емкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Синхронные компенсато­ры (СК)	Устройства продольной компенсации (ТУПК)	Активные фильтры (АФ)	Транспозиция линейных проводов ВЛ	Дизельгенера-торные уста­новки (ДГУ)
Источники беспере­бойного питания (ИБП)	Устройства продольной компенсации (ТУПК)	Накопители индуктивные и ёмкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Средства контроля качества электроэнергии (СИ ПКЭ)	Средства контроля качества электроэнергии (СИ ПКЭ)	Средства контроля качества электро­энергии (СИ ПКЭ)
Средства контроля качества электроэнер­гии (СИ ПКЭ)	Накопители индуктивные и ёмкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Средства контроля качества электроэнер­гии (СИ ПКЭ)	–	–	–
–	Управляемые подмагничи-ванием шунти­рующие реакторы (УШР)	–	–	–	–

45 Системные средства обеспечения КЭ

Таблица 5.4 Средства обеспечения качества электроэнергии

По частоте	По отклонениюнапряжения	По колебаниям напряжения	По несинусоидальности напряжения kU, kU ( n )	По несимметрии напряжения	По провалам напряжения
Синхронные генераторы и их турбины (СГ)	Синхронные генераторы и их система возбуждения (СГ)	Статические тиристорные компенсато­ры (СТК)	Фильтрокомпенси-рующие устройства, резонансные фильтры LC (ФКУ)	Симметрирование нагрузки по фазам	Средства защиты и автоматики (АПВ, АВР)
Вставки и передачи постоянного тока (ВПТ и ППТ)	Статические тиристорные компенсато­ры (СТК)	Сдвоенные реакторы и трансформа­торы с рас­щеплённой обмоткой	Многофазные схемы преобразования в инверторах и выпрямителях	Симметрирую­щие устройства (СУ) на базе конденсаторов и реакторов	Источники беспере­бойного питания (ИБП)
Накопители индуктивные и емкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Синхронные компенсато­ры (СК)	Устройства продольной компенсации (ТУПК)	Активные фильтры (АФ)	Транспозиция линейных проводов ВЛ	Дизельгенера-торные уста­новки (ДГУ)
Источники беспере­бойного питания (ИБП)	Устройства продольной компенсации (ТУПК)	Накопители индуктивные и ёмкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Средства контроля качества электроэнергии (СИ ПКЭ)	Средства контроля качества электроэнергии (СИ ПКЭ)	Средства контроля качества электро­энергии (СИ ПКЭ)
Средства контроля качества электроэнер­гии (СИ ПКЭ)	Накопители индуктивные и ёмкостные (СПИНЭ, СТАТКОМ)	Средства контроля качества электроэнер­гии (СИ ПКЭ)	–	–	–
–	Управляемые подмагничи-ванием шунти­рующие реакторы (УШР)	–	–	–	–

Примечание: ВПТ, ППТ – вставки и передачи постоянного тока; СПИНЭ – сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии; СТАТКОМ – статический компенсатор; ИБП – источник бесперебойного питания; СИ ПКЭ – средства измерения ПКЭ; АПВ – автоматика повторного включения; АВР – автоматика ввода резервного питания.

46 Расчёт режима линии электропередачи по мощности нагрузки

Основные соотношения

Задание данных в расчёте режима ЛЭП по мощности нагрузки также возможно в четырёх формах по числу сочетаний напряжений и мощностей из четырёх

Расчёт режима ЛЭП по мощности нагрузки ведется путём вычисления потоков мощности по элементам схемы замещения. Падение напряжения в сопротивлении ЛЭП вычисляется непосредственно через потоки мощности:

 

 

Рис. 6. Схема замещения ЛЭП с параметрами линии и потоками мощности по элементам

схемы

Если совместить U с действительной осью, то получим

Здесь P , Q и U берутся из одной точки сети (слева или справа от Z). Потери мощности в сопротивлении R и X:

Здесь P, Q и U также берутся из одной точки сети.

Реактивная мощность в одной из веточек проводимости ЛЭП (зарядная мощность):

где U – модуль напряжения в начале или конце ЛЭП; B – емкостная проводимость ЛЭП.

47 Алгоритм расчёта линии электропередачи

 

Алгоритм расчета ЛЭП по мощности нагрузки при заданном напряжении и мощности в конце линии такой же, как и по току нагрузки, но вместо токов вычисляются потоки мощности:

1) P ₂ + jQ ₂ – мощность в конце линии – равна мощности нагрузки;

2) Q _c2 – зарядная мощность в конце схемы замещения ЛЭП;

3) P_{z 2} + jQ_{z 2} – мощность в конце ветви сопротивления линии;

4) D U – падение напряжения в линии (сопротивлении ЛЭП);

5) U ₁ – напряжение в начале линии;

6) D P + j D Q – потери мощности в сопротивлении линии;

7) P_{z 1} + jQ_{z 1} – мощность в начале ветви сопротивления линии;

8) Q _c1– зарядная мощность в начале схемы замещения ЛЭП;

9) P ₁ + jQ ₁ – мощность в начале линии.

Алгоритм расчета ЛЭП по мощности нагрузки при заданном напряжении в начале и мощности в конце (данные в форме 2) состоит в последовательных приближениях к решению по пунктам приведенного ниже алгоритма до достижения желаемой точности, но, поскольку U ₂ неизвестно, вместо него берётся выбранное приближённое значение (как правило, берётся номинальное напряжение U _ном).

Этап 1. Расчёт потокораспределения.

1) P ₂ + jQ ₂ – мощность в конце линии равна мощности нагрузки;

2) Q _c2– зарядная мощность в конце схемы замещения ЛЭП;

3) P_{z 2} + jQ_{z 2} – мощность в конце ветви сопротивления линии;

4) D P + j D Q – потери мощности в сопротивлении линии;

5) P_{z 1} + jQ_{z 1} – мощность в начале ветви сопротивления линии;

6) Q _c1 – зарядная мощность в начале схемы замещения ЛЭП;

7) P ₁ + jQ ₁ – мощность в начале линии. Этап 2. Расчет режима напряжений.

 

1) D U – падение напряжения в линии (сопротивлении ЛЭП);

2) U ₂ – напряжение в конце линии.

48 Расчёты режимов разомкнутых и простейших замкнутых электрических сетей

Расчётная мощность простейших сетей (ПС) (рис. 1) представляет собой

мощность нагрузки с учётом потерь мощности в трансформаторах и зарядной мощности линий

Расчёты режимов разомкнутых сетей

«Расчёт по данным конца» имеет целью определение напряжения и потока

мощности в начале по заданным напряжению и нагрузке в конце (рис. 2).

Расчёт выполняется по участкам сети, начиная с последнего n-го. На этом участке определяются падение напряжения (2) а

также потери мощности

 

После этого определяется мощность в конце предыдущего (n -1)-го участка

(5)

и таким же образом находятся падение напряжения и потери мощности на (n -1)-м участке и т.д.

«Расчёт по данным начала» отличается от «расчёта по данным конца» тем, что в

первом случае задаётся напряжение не в конце линии, а в начале Этот расчёт

выполняется в два этапа. На первом этапе находят только потери мощности по тем же формулам, принимая, что во всех узлах нагрузки напряжение равно номинальному Uн.

Первый этап заканчивается определением мощности головного участка На

втором этапе по найденным на первом этапе значениям потоков мощности определяются падения напряжения по участкам, начиная с первого (см. рис. 2):

(6)

«Расчёт по данным начала» заканчивается определением напряжения Un.

В местных сетях потери мощности и поперечная составляющая падения напряжения не учитываются и потери напряжения определяются по номинальному напряжению. Суммарная потеря напряжения в местной сети с двумя участками в соответствии с обозначениями рис. 3.

(7)

Суммарная потеря напряжения в местной сети с n участками определяется выражением

 

 

 

49 Расчёты режимов замкнутых сетей

Кольцевая схема с одним питательным пунктом и тремя нагрузками, взятая в качестве примера (рис. 5, а), разрезается по шине А. Потокораспределение в такой схеме находится в два этапа.

На первом этапе расчёт проводится без учёта потерь мощности. Сначала определяются потоки мощности на головных участках по следующим формулам:

При одинаковых сечениях на всех участках вместо сопротивлений подставляются соответствующие длины.

На втором этапе приближённо учитываются потери мощности на участках сети. Расчёт начинается от точки потокораздела (рис. 5, б). При этом найденные на первом этапе значения S_A и S ₁₂ принимаются за исходные, а потери мощности определяются по номинальному напряжению сети.

 

 

 

Далее находят потери мощности на участке 2–3, мощность в начале участка А '–3 и т.д. Аналогично проводится расчёт для случая, когда точки потокораздела для активной и реактивной мощностей не совпадают (рис. 6, а). Для наглядности можно представить, что сеть распадается на два участка, питающихся от точек А к А ', ив конце участков включены

нагрузки (рис. 6, б):

 

Приближённые расчёты потокораспределения в замкнутых сетях могут производиться по методу «расщепления сети». Он заключается в том, что сеть разбивается на две самостоятельные: одна с реактивными сопротивлениями и активными нагрузками и вторая с активными сопротивлениями и реактивными нагрузками. По первой схеме – с реактивными сопротивлениями находится потокораспределение активной мощности, по второй – с активными сопротивлениями – потокораспределение реактивной мощности. Найденные потоки суммируют друг с другом, получая распределение полных мощностей. Погрешность метода «расщепления сети» тем меньшая, чем более однородной, т.е. имеющей одинаковое отношение r / х, является сеть. Для расчёта сети с двусторонним питанием при различающихся напряжениях на концах применяется принцип наложения (рис. 7). Потоки мощности на головных участках без учёта потерь составят:

(15)

Если представить нагрузки в сети с двусторонним питанием постоянными сопротивлениями, то потоки мощности по принципу наложения составят:

 

 

Здесь положительные направления потоков мощности отвечают указанным на рисунке 8 (y ₁₂, y ₂₂ – собственная и взаимная проводимость схемы замещения):

Собственные и взаимные проводимости могут определяться в общем случае методом единичных токов. При этом ветви всех источников, кроме одного, соединяются с обратным проводом, в одной из ветвей задаются единичным током и путем простейших расчётов находят получающиеся при этом напряжения в точках присоединения источников. Деля токи ветвей m и n на напряжение в узле m, получают значения искомых проводимостей:

Для сети с двусторонним питанием, показанной на рис. 9, расчёт выполняют в такой последовательности:

 

 

и т.д.

В конце расчёта

 

 

 

Для определения Y ₁₂ узел 1 соединяется с обратным проводом, в этой ветви задаются единичным током I ₁ = 1, и расчёт повторяется.

В результате находят

 

Равенство Y ₁₂ = Y ₂₁ может служить проверкой правильности проделанных расчётов.

Для сети с двусторонним питанием, сводящейся либо к Т-образной схеме замещения (рис. 10, а), либо к П-образной (рис. 10, б), значения собственных и взаимных проводимостей следующие:

для Т-образной схемы

для П-образной схемы

 

 

Выражения для Р и Q могут быть распространены на сети с любым числом источников питания. Для сети с n источниками питания активная и реактивная мощности, отдаваемые i -источником в сеть равны:

50 Упрощающие преобразования схем замещения

 

Применяются следующие преобразования схем замещения:

Замена нескольких источников ЭДС, присоединённых к одному узлу (рис. 11), одним:

 

 

 

 

 

51 Расчёт режимов сетей большой сложности

Прямой метод расчёта сети

В прямом методе расчёта используются уравнения состояния сети:

(34)

где М - первая матрица соединений, или матрица соединений в узлах. Строки этой матрицы соответствуют узлам схемы, кроме балансирующего, столбцы - ветвям схемы. Элементы матрицы представляют собой +1, если ток ветви выходит из данного узла и -1, если ток входит в данный узел. Если ветвь не связана с данным узлом, то соответствующий элемент матрицы М равен нулю; N - вторая матрица соединений, или матрица соединений в контурах. Строки этой матрицы соответствуют независимым контурам схемы, а столбцы, так же как и в матрице М, отвечают ветвям схемы. Если направление тока в ветви совпадает с направлением обхода контура, то соответствующий элемент матрицы равен +1, если направление тока противоположно направлению обхода, то соответствующий элемент равен -1. Если же ветвь не входит в рассматриваемый контур, то соответствующий элемент матрицы N равен нулю. До составления матриц М и N необходимо выбрать положительные направления токов в ветвях и обходов в независимых контурах; I - столбцовая матрица токов в т ветвях,

J - столбцовая матрица задающих токов в п - 1 узлах,

 

за положительное направление задающего тока принимается его направление к узлу;

- столбцовая матрица падений напряжений в сопротивлениях ветвей*,

(37)

- матрица контурных ЭДС.

Число независимых контуров к и число узлов у связаны с числом ветвей Ъ в схемах замещения соотношением (38)

 

 

Токи в ветвях находим с помощью уравнений состояния сети:

где

(40)

(41)

- квадратная матрица сопротивлений ветвей.

В том случае, когда сама схема не содержит магнитно-связанных ветвей, матрица Z _в имеет только диагональные элементы, равные сопротивлениям т ветвей. Если же в схеме имеются магнитно-связанные ветви, то соответствующие элементы матрицы, находящиеся на пересечении этих ветвей, должны содержать сопротивления взаимоиндукции этих ветвей.

 

 

 

52

56 Комплектные распределительные устройства (КРУ) напряжением до 1 кВ

 

Они состоят из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами.

К комплектным распределительным устройствам напряжением до 1 кВ относятся распределительные щиты, пульты управления, силовые пункты, щиты станций управления и т.п.

Распределительные щиты. Распределительные щиты предназначены для приёма и распределения электроэнергии переменного и постоянного тока напряжением до 1 кВ. Устанавливают их на трансформаторных и преобразовательных подстанциях, в машинных залах и на электростанциях. Щиты изготовляют в открытом и закрытом (шкафном) исполнении.

Пункты и шкафы силовые. Пункты силовые распределительные предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок постоянного тока напряжением до 220 В или переменного тока до 660 В при перегрузках и коротких замыканиях. Пункты (рис. 1) изготовляют в виде шкафов или устройств, собираемых из отдельных стандартных элементов: ящиков с соединительными шинами и ящиков с разными аппаратами. Преимущество этого устройства заключается в возможности получения разных схем из небольшого набора стандартных ящиков.

Щиты станций управления. Современные системы электропривода производственных машин и механизмов имеют сложные системы управления с большим числом контакторных аппаратов и регулирующих элементов.

Требования режимов пуска, разгона, регулирования частоты вращения, торможения электропривода, многообразие форм защиты и контроля за работой двигателя и установок определили довольно широкую номенклатуру станций управления электроприводами.

Щиты станций управления (ЩСУ) устанавливают на крупных трансформаторных подстанциях, в машинных залах промышленных предприятий. Щиты выполняют одно- и двухразрядными. ЩСУ комплектуют из блоков и панелей управления.

 

 

57 Конструктивное исполнение комплектных трансформаторных подстанций напряжением 6–10 кВ

 

В целях наибольшего приближения к потребителям рекомендуется применять внутренние, встроенные в здание или пристроенные к нему трансформаторные подстанции. Встроенные в здание или пристроенные трансформаторные подстанции имеют выход из камер с масляными трансформаторами и аппаратами высокого напряжения непосредственно наружу. Внутрицеховые подстанции могут размещаться на первом и втором этажах производственных зданий, которые согласно противопожарным требованиям отнесены к категории Г или Д первой или второй степени огнестойкости. Внутрицеховые подстанции размещаются как открыто, так и в отдельных помещениях.

Размещение внутрицеховых подстанций в помещениях пыльных и с химически активной средой допускается при условии принятия мер, обеспечивающих надёжную работу электрооборудования.

В производственных помещениях трансформаторы и РУ могут устанавливаться как открыто, так и в камерах и отдельных помещениях. На каждой открыто установленной цеховой подстанции и КТП могут быть применены масляные трансформаторы мощностью до 1600 кВА. Расстояние в свету между масляными трансформаторами должно быть не менее 10 м.

Для внутрицеховых подстанций и КТП с сухими трансформаторами или с негорючим диэлектриком их мощность и расстояние между ними не ограничиваются.

КРУ и КТП следует, как правило, размещать в пределах «мёртвой зоны» подъёмно-транспортных механизмов. В цехах с интенсивным движением внутризаводского транспорта КРУ и КТП следует ограждать. Ширина прохода (0,6–0,8 м) для управления и ремонта КРУ выкатного типа и КТП должна обеспечивать удобство обслуживания и ремонта.

Ввод от трансформатора на щит может быть выполнен двумя способами: кабелями снизу на вводных панелях, предназначенных для кабельных вводов; шинами сверху с помощью вводных панелей или же непосредственно к сборным шинам через разъединитель, установленный на стене.

На рис. 3 представлена схема комплектной двухтрансформаторной подстанции мощностью 630–1000 кВА для внутренней установки с однорядным расположением оборудования. Автоматические выключатели выдвижного исполнения служат защитно-коммутационной аппаратурой, каждый автомат закрыт дверью, управление производится рукоятками и ключами, расположенными на дверях шкафов, а для дистанционного управления концы проводов подведены к рейке с зажимами. Присоединение вводов высшего напряжение глухое.