Тема 8. Проектирование развития электрической сети

Задача 1. Схемы электрических сетей должны обеспечить необходимую надежность электроснабжения, требуемое качество электроэнергии на шинах потребителей, удобство и безопасность эксплуатации сети, возможность дальнейшего развития сети и подключения новых потребителей. В проектной практике для построения рациональной конфигурации сети используют повариантный метод.При этом для заданных расположения и мощностей потребителей намечаются несколько вариантов развития сети и из них, на основе технико-экономического сравнения, выбирается лучший. Этот вариант должен обладать необходимой надежностью, экономичностью и гибкостью. Намечаемые варианты конфигурации сети не должны быть случайными. Каждый вариант должен иметь ведущую идею построения схемы – накаждом последующем участке поток электроэнергии должен быть направлен от источника к потребителю.

В соответствии с ПУЭ нагрузки, относящиеся к I категории по надежности должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания (допускается от двух секций шин районных подстанций).

В большинстве случаев двухцепнаялиния электропередачи не удовлетворяет требованиям надежности электроснабжения потребителей I и II категорий, так как при повреждении опор возможен перерыв питания. Для таких потребителей следует предусматривать электроснабжение не менее чем по двумодноцепным линиям. Для электроприемников III категории допустимо питание по одной линии при технико-экономическом обосновании такого варианта, то есть при учете ущерба от недоотпуска электроэнергии при перерыве питания.

На основании приведенных выше соображений в проекте решается вопрос о необходимом количестве питающих линий электропередачи для каждого потребителя. При этом замкнутая схема сети приравнивается по надежности к системе электроснабжения по двум одноцепным линиям. Количество присоединяемых к линии электропередачи потребителей не ограничивается.

Выбранная схема сети (радиальная, магистральная, замкнутая, смешанная) в значительной степени влияет на схемы подстанций. Поэтому при выборе наиболее целесообразного варианта электроснабжения необходимо учитывать стоимость оборудования распределительных устройств подстанций того же класса напряжения, на котором проектируется электрическая сеть.

При составлении схемы подстанций руководствуются следующими соображениями. На подстанциях, питающих потребителей I и II категорий по надежности, устанавливаются по два понижающих трансформатора. Для каждого варианта схемы сети нужно наметить схемы распределительных устройств высшего напряжения подключенных к сети подстанций. Схемы распределительных устройств низшего напряжения подстанции обычно не зависят от схемы сети высшего напряжения и поэтому не учитываются при технико-экономическом сопоставлении вариантов развития электрической сети.

Ниже рассмотрен пример разработки вариантов электроснабжения потребителей, выполненный в соответствии с вариантом исходной сети, представленным на рисунке 18.На рисунках19, а – 19, дпоказаны пять вариантов конфигурации электрической сети, при их разработке учтены следующие обстоятельства.

Наличие двух существующих линий 110 кВ сечением АС-240 между питающей подстанцией 1 и узлом 2 с включенной в нем нагрузкой мощностью 40 МВт однозначно определяет питание нагрузки узла 3 через узел 2 во всех вариантах разомкнутых сетей (варианты 1, 2 и 3). При этом суммарный поток активной мощности по линии 1-2 составляетс учетом потерь мощности в сети около 70 МВт, что соответствует нормальной загрузке двух линий 110 кВ(от 15 до 45 МВт на одну цепь при длине электропередачи от 80 до 25 км).

Потребитель узла 3 относится к III категории по надежности, поэтому на участке 2-3 может рассматриваться сооружение одной или двух линий электропередачи. При строительстве одной линии следует учесть ущерб от недоотпуска электроэнергии при перерыве питания, вызванного аварийным отключением линии. Решение вопроса о числе линий на участке 2-3 принимается отдельно при подробном технико-экономическом сопоставлении, принятое решение распространяется на варианты 1, 2 и 3.

Присоединение потребителей узлов 5 и 6 может быть выполнено различными способами через узел 4. Может быть рассмотрен вариант использования разомкнутой (вариант 1) и кольцевой (вариант 2)схем электроснабжения потребителей узлов 5 и 6. В обоих случаях трассы линий являются вынужденными из-за ограничений по использованию пахотных земель. Сооружение линии 4-5 по прямой от узла 4 до узла 5 сокращает трассу линии на 6 км, но не использует уже созданный коридор линии на участке 4-6.

Вариант 3 предусматривает питание нагрузок узлов 5 и 6 по кратчайшему электрическому пути, но дает проигрыш в длине линий по сравнению с вариантом 1 на 4 км.

Во всех разомкнутых вариантах для обеспечения надежного электроснабжения потребителей, в связи с заданной категорийностью потребителей по надежности, требуется сооружение на всех участках не менее двух параллельных одноцепных линий. Рассмотрение кольцевых сетей позволяет наметить сооружение по одной линии на большинстве трасс. Следует сразу оговорить, что это решение не окончательное и должно быть проверено по условиям послеаварийных режимов –возможныхотключений линий.

Таким образом, каждый из предложенных вариантов конфигурации развития электрической сети имеет как достоинства, так и недостатки и, следовательно, все пять вариантов необходимо рассмотреть более подробно и выполнить их технико-экономическое сопоставление.

Рисунок19, а –Вариант1 развитиясети

Рисунок 18 – Исходная схема района развития сети

Рисунок19, в –Вариант3 развитиясети

115 кВ

Рисунок19, б –Вариант 2 развитиясети

Рисунок19, д –Вариант 5 развитиясети

Рисунок19, г –Вариант4 развитиясети

115 кВ

Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент мощности?

2. Поясните цель компенсации реактивной мощности в электроустановках.

3. Какие способы компенсации реактивной мощности вы знаете? Перечислите достоинства и недостатки каждой.

4. Что такое резонанс токов?

5. Назовите оптимальный режим работы двигателей.

6. Влияет ли режим работы двигателей на потребление реактивной энергии?

7. Как влияет коэффициент мощности на потери электроэнергии в линии электропередачи?

8. Что такое среднегодовой коэффициент мощности?

9. Что такое баланс активной мощности и баланс реактивной мощности? На какие показатели качества электроэнергии они влияют? Назовите преимущество реактивной мощности.

10. В чем преимущество соединения «треугольником» конденсаторных батарей?

11. Возможно ли принципиально появление напряжения выше номинального на выводах нагрузки в нормальном режиме и почему?

12. Как изменится напряжение на выводах питающего трансформатора (или нагрузки) при увеличении потребляемой мощности выше номинальной мощности трансформатора?

6.9. Вопросы для подготовки к зачету

1. Какие устройства называются электроустановками (ЭУ)?

2. Как подразделяются ЭУ по назначению, по исполнению, по напряжению?

3. Что понимается под номинальным напряжением, мощностью, током?

4. Что понимается под установленной мощностью?

5. Какие существуют категории ЭУ по надежности?

6. Какие электростанции называются базисными, какие пиковыми?

7. Что называется электрической сетью?

8. Как подразделяются электрические сети?

9. Дать определение энергетической системы, электрической системы и их элементов.

10. Назвать основные типы электростанций. Что является наиболее характер­ным для них?

11. Каковы основные технологические особенности энергосистем?

12. В чем преимущества объединения электростанций в энергосистему?

13. Назвать шкалу номинальных напряжений электроприемников и ЛЭП.

14. Как классифицируются схемы электрических сетей по функциональному значению и конфигурации?

15. Перечислить основные типы проводов ВЛ и конструктивные особенности проводов АС.

16. Перечислите типы опор и укажите их значение.

17. Каковы основные типы изоляторов ВЛ, области их применения?

18. Охарактеризуйте линейную арматуру ВЛ и ее назначение.

19. Какова конструкция кабелей напряжением до 35 кВ?

20. Каковы способы их прокладки?

21. В чем состоят особенности конструкции кабелей напряжением более 35 кВ?

22. Что такое схема замещения элемента электрической системы?

23. Расшифровать следующие обозначения проводов ВЛ: АС-120/11, АС-500/64.

24. Для чего применяется расщепление проводов ВЛ?

25. Как зависит число расщеплений фазы от поминального напряжения ВЛ?

26. Почему П-образная схема замещения ЛЭП обычно предпочтительней Т-образной?

27. От чего зависит величина потерь мощности (энергии) на корону?

28. Какие существуют габариты трансформаторов?

29. Какие бывают схемы и группы соединений силовых трансформаторов?

30. Изобразить схему замещения двухобмоточного трансформатора. Чему соответствуют сопротивления и проводимости схемы замещения?

31. Какие принимаются допущения при расчете параметров схемы замещения трансформатора?

32. Изобразить схемы замещения трехобмоточных трансформатора и автотрансформатора.

33. Что такое проходная мощность автотрансформатора?

34. Каковы особенности представления паспортных данных автотрансформаторов? К каким особенностям в расчете параметров схемы замещения они приводят?

35. В сетях каких напряжений применяются автотрансформаторы? Почему?

36. Каковы способы представления нагрузки как динамической характеристики?

37. Что такое типовые графики нагрузки? Какие графики используются в качестве типовых?

38. Каковы основные показатели графиков нагрузки? Разъяснить их смысл.

39. Как строится график нагрузки по продолжительности?

40. Назовите характерные показатели графиков нагрузок.

41. Как определяются показатели нагрузки узла сети по данным отдельных потребителей?

42. Какие характерные зоны выделяют в графиках нагрузки?

43. По каким приближенным формулам удобно определять потери активной мощности в трансформаторах?

44. Какова цель расчета установившегося режима?

45. Какие параметры режима определяются в конце его расчета?

46. Изобразить векторную диаграмму напряжений участка сети без учета шунтов.

47. Каковы условия повышения напряжения в конце электропередачи?

48. Что такое продольная и поперечная составляющая падения напряжения?

49. Что такое потеря напряжения и чем она отличается от падения напряжения?

50.Какое напряжение рекомендуется выбирать в качестве начального для итерационного метода?

6.10. Вопросы для подготовки к экзамену

1. Электроэнергетические системы и электрические сети(определения и классификация).

2. Экология и электроэнергетика.

3. Воздушные линии электропередачи (конструкция и марки проводов).

4. Воздушные линии электропередач (конструкция и назначение опор).

5. Изоляторы ВЛЭП.

6. Кабельные линии (конструкция и назначение).

7. Газовые и криогенные линии.

8. Выбор сечения проводов методом экономических интервалов.

9. Выбор конфигурации эл.сетей и номинального напряжения.

10. Схемы замещения линий электропередачи.

11. Выбор сечений проводов по экономической плотности тока.

12. Схемы замещения двухобмоточных трансформаторов.

13. Схемы замещения трехобмоточных трансформаторов.

14. Схемы замещения автотрансформаторов.

15. Потеря и падение напряжения.

16. Типы схем электрических сетей.

17. Векторная диаграмма напряжений.

18. Потери мощности и электроэнергии в линиях электропередач.

19. Потери мощности и электроэнергии в трансформаторах.

20. Расчет и построение графиков нагрузки.

21. Типы схем подстанций.

22. Методы расчета установившихся режимов разомкнутых сетей.

23. Замкнутые электрические сети. Основные понятия и определения.

24. Расчет простой замкнутой сети без учета потерь мощности при разных напряжениях.

25. Расчет сети с двухсторонним питанием.

26. Итерационные методы решения уравнений установившегося режима.

27. Расчет однородных сетей.

28. Компенсация реактивной мощности.

29. Выбор мощности и мест размещения компенсирующих устройств.

30. Компенсирующие устройства (конструкция, назначение).

31. Продольная компенсация реактивной мощности.

32. Баланс активной и реактивной мощности.

33. Качество электроэнергии.

34. Качество электроэнергии.

35. Напряжение, регулирование напряжения.

36. Частота. Регулирование частоты вращения турбин.

37. Расчет воздушных ЛЭП на механическую прочность.

38. Расчетные климатические условия.

39. Ветровые и гололедные нагрузки. Влияние температуры.

40. Вибрация и пляска проводов. Кривая провисания провода и определение стрел провеса.

41. Тяжение в точках подвеса. Длина провода в пролете.

42. Уравнение состояния провода. Критические пролеты.

43. Критическая температура. Расчет сталеалюминевых проводов.

44. Выбор типов изоляторов и арматуры.

45. Расчет тяжения провода при обрыве в одном из пролетов.

46. Зависимость тяжения провода от горизонтального перемещения одной из его точек подвеса.

47. Расстановка опор по профилю трассы. Продольный профиль.

48. Расстановка опор по профилю с помощью шаблона.

49. Грозозащита. Общие сведения о грозозащите. Типы и виды молниеотводов.

50. Заземление. Типы и конструкция заземляющих устройств для деревянных, металлических и железобетонных опор.

51. Экология и энергетика. Влияние ЛЭП СВН на окружающую среду.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

 

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: учебник для вузов. М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2009. 592с.

2. Короткевич М.А. Проектирование линий электропередачи. Механическая часть: учеб.пособие для студ. вузов по электроэнергетическим спец. Мн.: Высшая школа, 2010. 576 с.

3. Кудрин Б.И. Системы электроснабжения: учеб.пособие для вузов. М.: Академия, 2011. 351 с.

4. СибикинЮ.Д., СибикинМ.Ю. Электроснабжение. М.: РадиоСофт, 2009.328 с.

5. Фадеева Г.А. Проектирование распределительных электрических сетей: учеб.пособие для студ. вузов по энергетич. спец. / Г.А. Фадеева, В.Т. Федин; под общ. ред. В.Т. Федина. Мн.: Высшая школа, 2009.368 с.

Дополнительная литература

1. Аметистов Е. В. Основы современной энергетики. Т2. Современная электроэнергетика / Под.ред. Е. В. Аметистова. М.: Изд-во Дом МЭИ, 2010. 632с.

2.Кужеков С. Л. Практическое пособие по электрическим сетям и электрооборудованию/ С. Л. Кужеков, С. В. Гончаров. 3-е изд. Ростов н/Д: Феникс, 2009. 493с.

3. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. 2013. URL: http://zametkielectrika.ru/pue-7-izdanie.

4. СибикинЮ.Д., СибикинМ.Ю. Электроснабжение. М.: РадиоСофт, 2009. 328 с.

5. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2009. 392 с.

 

 

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для проведения дисциплины необходимо следующее материально-техническое обеспечение:

· учебные аудитории;

· компьютерный класс;

· мультимедийные средства – электронные презентации;

· учебные лаборатории, необходимые для проведения лабораторных работ.

 

 

Учебно-методический комплекс дисциплины

«Электрические сети и системы»

 

 

Подписано в печать _________. Формат 60´84/16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл. печ. л. ___. Уч.-изд. л.____. Тираж ____ экз. Заказ № ____.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.