Внутрішні силові та освітлювальні мережі

 

Живлення електроенергією устаткування виробничих цехів здійснюється за радіальними або магістральними схемами (див. рис. 1.2). Способи розподілу електроенергії можуть бути різними, але зазвичай залежать від прийнятої схеми.

При радіальних схемах, коли електроприймачі отримують живлення від щитів або шинних збірок, застосовують звичайно один з таких способів прокладання силових мереж:

- відкрите прокладання ізольованих проводів на ізоляторах по стінах виробничих приміщень;

- прокладання ізольованих проводів у газових трубах;

- прокладання кабелів у земляних траншеях або каналах попід підлогою виробничого приміщення.

У цехах з їдкою парою (акумуляторні, електролізні цехи), що роз’їдає ізоляцію, застосовують неізольовані мідні проводи.

У випадку магістральної схеми електроприймачі отримують живлення безпосередньо від живлячої магістралі. В цьому випадку використовують так звані шинопроводи. Зручно виконувати цехові мережі за універсальною схемою (рис. 2.9).

 

Рисунок 2.9. Схема універсальної цехової мережі з шинопроводами

 

Магістральні шинопроводи МШ1 та МШ2 цехової мережі напругою 0,4 кВ, до яких електроенергія підводиться від трансформаторів Т1 і Т2, кріпляться до ферм перекриття цеху. Від цих шинопроводів через топкі запобіжники Зп подають живлення на розподільні шинопроводи РШ1 та РШ2. Спуски до електроприймачів виконують шланговими проводами, підвішеними на тросах або прокладеними в трубах.

Для внутрішніх електричних силових та освітлювальних мереж у більшості випадків застосовують ізольовані проводи різних марок. В житлових приміщеннях іноді прокладають проводи на роликах. Але більш надійним та гігієнічним є прокладання в стінах (під штукатуркою) проводів у поліхлорвініловій ізоляції або в таких же трубках.

 

 

Питання для самоперевірки

 

1. Які проводи мають переваги застосування на повітряних лініях електропередачі?

2. З яких матеріалів виготовляють опори повітряних ЛЕП?

3. Наведіть класифікацію опор ЛЕП за призначенням.

4. Як розташовуються проводи ЛЕП на опорах?

5. Яким чином виконується захист повітряних ЛЕП від прямих попадань блискавки у проводи?

6. Для чого виконується транспозиція проводів ЛЕП?

7. Назвіть типи ізоляторів, що застосовуються на повітряних лініях, та кількість їх у гірляндах високовольтних ліній.

8. Що таке лінія поздовжнього електропостачання?

9. Назвіть основні типи кабелів.

10. Які переваги та недоліки мають кабельні лінії порівняно з повітряними?

11. Як влаштовуються внутрішні силові та освітлювальні мережі?

ПАРАМЕТРИ ЛІНІЙ ПЕРЕДАЧІ ТА ТРАНСФОРМАТОРІВ

В усталеному режимі лінії протяжністю до 300 км зображують у вигляді схем із зосередженими параметрами – при цьому помилка при виконанні розрахунків не перевищує 2 %.

 

 

Рисунок 3.1. Параметри ЛЕП:

R – активний опір; L – індуктивність; G – провідність струмів витоку та втрат на «корону»; C – ємність між проводами лінії та землею

 

 

Активний опір повітряних і кабельних ліній

Опір постійному струмові («омічний») менший, ніж активний опір змінному струмові. Через поверхневий ефект густина струму біля осі проводу менша, ніж біля поверхні. Це призводить до збільшення теплових втрат. Активний опір визначається дослідним шляхом . Він більший, ніж при рівномірному розподілі струму по перерізу провідника.

При f = 50 Гц розходження між омічним та активним опорами не перевищує 0,5 %.

Активний опір проводів та кабелів визначається за формулою:

,

де – довжина проводу;

– площа поперечного перерізу.

Враховують збільшення опору на 2 – 3 % через скрутку, на 1 – 2 % через прогин проводів у прогонах, а також те, що фактично площа перерізу складає для багатодротових проводів 98 % від номінальної площі.

Опір проводів залежить від температури

,

де .

 

 

Опір фази трифазної лінії

Індуктивність без урахування поверхневого ефекту

,

де Гн/км – магнітна стала;

D – відстань між проводами;

– радіус проводу;

– відносна магнітна проникність матеріалу проводу.

Індуктивний опір одного проводу двопровідної лінії

, Ом/км.

Комплексний опір:

.

Для однопровідної лінії, еквівалентної двопровідній, . Якщо немає даних, приймають D _е= 1000 м.

Індуктивний опір в системі «провід – однорідна земля» при частоті 50 Гц

, Ом/км.

При протіканні струму в земліспостерігаються втрати активної потужності. У випадку малої провідності ґрунту струм протікає в землю глибше, що призводить до зменшення густини струму. При більшій провідності ґрунту зменшується глибина протікання струму, а густина його, відповідно, збільшується. Тому втрати в землі приблизно однакові і можуть бути враховані як збільшення активного опору проводу на 0,05 Ом/км. Отже комплексний опір однопровідної системи «провід – однорідна земля»

.

Опір взаємоіндукції двох систем «провід – земля»

.

 

Рисунок 3.2. Розташування проводів трифазної лінії в горизонтальній площині

 

З урахуванням транспозиції повний опір взаємоіндукції

 

.

Тому .

Середня геометрична відстань між проводами при розташуванні їх трикутником

 

.

 

Про розташуванні проводів горизонтально

 

.

 

Складові індуктивного опору:

– зовнішня складова індуктивного опору фази лінії;

– внутрішня складова індуктивного опору фази лінії.

 

Ємнісна провідність лінії

Відповідно до методу дзеркального зображення заряди, що з’являються на поверхні землі під зарядженим проводом, можна врахувати, розглядаючи протилежно заряджений провід, що розташований від поверхні землі на глибині, яка дорівнює висоті його підвішування.

 

 

Рисунок 3.3. Розподіл заряду по поверхні землі в системі «провід – земля»

 

Ємність однієї фази трифазної лінії без урахування впливу землі

, Ф/км.

Ємнісна реактивна провідність фази повітряної трифазної лінії частотою f =50Гц

, См/км.

Зарядна потужність трифазної повітряної лінії (на одиницю довжини)

, квар/км.

Двообмоткові трансформатори

Передають електроенергію на великі відстані підвищеною напругою, а на місці споживання знижують її до напруги приймача енергії.

Для передачі електричної енергії переважно використовуються трифазні трансформатори. При великій потужності застосовують і однофазні трансформатори, з’єднані в трифазні групи. Обмотки вищої напруги ВН двообмоткових трансформаторів з’єднуються Y, а нижчої напруги НН при напрузі 0,23 та 0,4 кВ – Y_н (з виведеною нейтральною точкою), тобто мають групу з’єднання Y/Y_н – 0 (рис. 3.4,а). При більш високій вихідній напрузі обмотку НН з’єднують , що відповідає групі з’єднання (рис. 3.4,б).

Рисунок 3.4. Схеми з'єднання обмоток трансформаторів: зірка – зірка (а), зірка – трикутник (б) та відповідні векторні діаграми

 

Розглянемо випадок рівномірного навантаження фаз. Обмотки трансформатора мають різну напругу. Для приведення до однієї напруги опір заступних схем слід перерахувати пропорційно квадратам відношень напруг (коефіцієнтам трансформації).

Т-подібна схема громіздка для розрахунків, тому частіше користуються Г-подібною схемою заміщення (рис.3.5).

 

 

Рисунок 3.5. Г-подібна схема заміщення двообмоткового трансформатора

 

Поздовжній елемент Г-подібної схеми складається із сумарних активних і реактивних опорів обох обмоток трансформатора, приведених до однієї напруги. Якщо схема приведена до ВН, опір обмоток трансформатора ,

де – опір вторинної обмотки трансформатора, приведений до первинної напруги.

Якщо схема приводиться до НН, то

 

.

 

Для визначення параметрів R _тр, X _тр, G _тр, B _тр необхідно скористатись дослідами неробочого (холостого) ходу (х.х.) та короткого замикання (к.з.). Через малі значення струмів холостого ходу втратами в первинній обмотці нехтують (їх включають до втрат у сталі). Таким чином, втрати в сталі прирівнюються до узагальнених втрат неробочого ходу: .

Оскільки .

Струм неробочого ходу І _х складає від 0,7 до 3% номінального значення. Активна складова в 4...6 разів менша від реактивної, тому приймають

.

Реактивна провідність визначається з рівняння

.

Звідси реактивна провідність вітки намагнічування трансформатора

 

.

 

В досліді к.з. активна потужність визначає втрати в обмотках, бо підведена напруга при цьому складає лише 4,5...10,5% номінального значення, і магнітний потік в осерді невеликий. Тому прирівнюється до номінальних втрат в міді обмоток трансформатора .

Отже,

.

 

Знаючи u _к у %, можна визначити повний опір обмоток трансформатора

.

 

Для двообмоткового трансформатора

.

Реактивний опір обмоток

.

Для потужних трансформаторів можна вважати , тому

.

У випадку трьох однофазних трансформаторів, з’єднаних в трифазну групу

.

 

Триобмоткові трансформатори

Триобмоткові трансформатори мають обмотки вищої напруги ВН, середньої напруги СН, з’єднані зіркою, та обмотку нижчої напруги НН, з’єднану трикутником. Відповідна група з’єднання . Якщо тягова підстанція змінного струму напругою 25 кВ живиться від мережі 110 або 220 кВ, то вторинні обмотки призначені: одна для живлення контактної мережі, інша – для нетягових споживачів трифазного навантаження. Обмотки тягової напруги 27,5 кВ з’єднані : одну фазу заземлюють, а дві інші – з’єднують з суміжними ділянками контактної мережі. Якщо нетягові споживачі живляться напругою 11 (6,6) кВ, то обмотки НН з’єднують ; якщо напруга рівна 38,5 кВ, то відповідно обмотка з’єднується Y_н. Тобто триобмоткові трансформатори мають групу з’єднання

Триобмоткові трансформатори (рис. 3.6) мають, як правило, три обмотки рівної потужності (100%).

 

Рисунок 3.6. Параметри схеми заміщення триобмоткового трансформатора

 

Кожна обмотка представлена своїми приведеними опорами. Параметри вітки намагнічення G _тр, B _тр можна визначити, користуючись дослідами неробочого ходу, як і для двообмоткового трансформатора.

Досліди короткого замикання виконуються тричі.

За дослідами к.з.: .

Результати дослідів дозволяють визначити індуктивний опір пари обмоток (рис. 3.7)

 

Рисунок 3.7. Схеми трьох дослідів к.з. триобмоткового трансформатора

 

Приклад 3.1. Визначити параметри схеми заміщення триобмоткового трансформатора напругою 115/38,5/27,5 кВ потужністю S _ном=25 МВА, що призначений для установки на тягових підстанціях. Всі обмотки мають потужність 100%. Струм х.х. І ₀=0,9%; втрати х.х. Δ P _ст=45 кВт; втрати к.з. Δ Р _к=140 кВт. Напруга к.з. між обмотками вищої і середньої напруги u ₁₂=10,5%; вищої й нижчої u ₁₃=17%; середньої й нижчої u ₂₃=6%. Всі параметри відносяться до напруги 115 кВ.

Активна провідність вітки намагнічування трансформатора

См.

Реактивна провідність тієї ж вітки

См.

Активний опір обмотки трансформатора

Ом.

Індуктивний опір обмоток трансформатора

Ом;

Ом;

Ом.

 

 

Автотрансформатори

Для зв’язку мереж, напруги котрих відрізняються одна від одної мало (наприклад, 220 і 110 кВ), економічно доцільно застосовувати автотрансформатори (рис. 3.8).

 

Рисунок 3.8. Схеми вмикання:

а) підвищувального автотрансформатора; б) знижувального автотрансформатора

 

У триобмотковому автотрансформаторі (АТ) вторинна обмотка СН суміщена з частиною первинної обмотки ВН. В загальній частині обмоток протікає різниця струмів мереж двох напруг. Тому вона може мати меншу площу перерізу, ніж обмотки звичайного двообмоткового трансформатора. Меншу площу перерізу має і магнітопровід АТ. Частина обмотки ВН, суміщена з обмоткою СН автотрансформатора, називається спільною частиною обмотки. Інша частина обмотки називається послідовною частиною обмотки.

Обмотка НН з’єднана в і не має електричного зв’язку з попередніми обмотками. Вона сприяє подавленню (загасанню) третьої гармоніки фазних ЕРС. Потужність її складає 50% потужності основної обмотки АТ і призначена для живлення навантажень, розташованих в районі розглядуваної підстанції. Напруга третьої обмотки може бути 38,5; 11 або 6,6 кВ. АТ застосовуються лише в мережах із заземленою нейтраллю.

Потужність послідовної частини обмотки ВН

– номінальна (прохідна) потужність знижувального автотрансформатора,

K = U ₁/ U ₂ – коефіцієнт трансформації.

Потужність спільної частини обмотки

.

Потужність послідовної частини обмотки ВН дорівнює потужності спільної частини обмотки і називається типовою потужністю трансформатора

.

Типова потужність менша за номінальну:

 

.

 

Розрахункова схема заміщення АТ аналогічна схемі заміщення триобмоткового трансформатора. Щоб визначити опір, еквівалентний трипроменевій зірці, необхідно скористуватись результатами трьох дослідів к.з. (активні втрати відносяться до номінальної потужності АТ)

 

.

 

Активні опори заступної схеми АТ:

 

 

 

Індуктивні опори – як для триобмоткового трансформатора.

Параметри намагнічувальної вітки визначаються, як для двообмоткового трансформатора.

 

Питання для самоперевірки

 

1. Які заступні схеми застосовуються для моделювання лінії електропередачі?

2. У яких випадках можливе використання спрощених заступних схем ЛЕП?

3. Назвіть основні параметри повітряних та кабельних ліній.

4. Від чого залежить індуктивність ЛЕП? Що таке внутрішній та зовнішній індуктивний опір?

5. Для чого виконують розщеплення проводів високовольтних ліній?

6. Як визначається та яку роль відіграє ємність високовольтних ЛЕП?

7. Наведіть заступну схему для моделювання двообмоткового трансформатора.

8. Які дані необхідні для обчислення активного опору заступної схеми трансформатора?

9. Від чого залежать втрати неробочого (холостого) ходу трансформатора?

10. Як визначаються напруги короткого замикання кожної обмотки для заступної схеми триобмоточного трансформатора?

11. Якого припущення дотримуються при виводі формули реактивного опору заступної схеми трансформатора?

12. В чому полягає принципова різниця між автотрансформатором та звичайним трансформатором?

13. Що таке типова потужність автотрансформатора?

14. На яку потужність розраховується обмотка нижчої напруги автотрансформатора?