2. Физические процессы в длинных линиях Сведения о линиях без потерь реактивной мощности и их особенностях

Длина волны в линии при частоте протекающего по ней тока f=50 Гц, с учётом скорости распространения света v=300000 км/с

λ = v/f = 300000/50=6000 км.

Волновая длина линии при l = λ/2=3000 км:

λ_л=2πl/λ=2π3000/6000=π рад = 180^º.

Линия с такими параметрами (половинной длиной волны) обладает удивительными свойствами. Подставив в (11) и (12) λ_л =180˚, получим:

U_1Ф=U_2Ф cos180˚+jI₂Z_c sin 180˚

I₁=j(U_2Ф/Z_c) sin 180˚ +I₂ cos180˚

U₁= - U₂; I₁= - I₂. (13)

То есть напряжения и токи в начале и конце линии по абсолютному значению равны. Углы между напряжением и током также не меняются, следовательно, и мощности (как активная, так и реактивная) равны между собой в начале и конце линии. Следовательно, потерь мощности в линии нет.

Таким образом, в идеальных линиях с половиной длиной волны (3000 км) станции работают как бы рядом. Напряжение, ток и мощность в начале линии равны напряжению, току и мощности в конце. Потерь нет (потерями активной мощности пренебрегаем). Система очень устойчива. Линии как бы вообще не существует. Однако при отклонении длины линии от 3000 км потери реактивной мощности снова появляются, линия как бы восстанавливается.

Несмотря на отсутствие потерь, линии с половиной длины волны распространения не получили из-за отсутствия возможности промежуточного отбора мощности. Однако возможно использование мер по искусственному удлинению существующих линий путём продольной индуктивной и поперечной емкостной комепнсации.

Раздел 4. Проектирование сетей

Тема 4.1. Технико-экономические расчёты в электрических сетях энергосистем

1. Задачи и методы проектирования энергосистем

и электрических сетей

[1, с. 196-200].

2. Технико-экономические показатели вариантов электрической сети

[1, с. 200-204].

3. Технико-экономическое сравнение вариантов сети

[1, с. 200-204].

4. Выбор варианта сети с учётом надёжности электроснабжения

[1, с. 197-199].

5. Выбор номинального напряжения сети

[1, с. 204-206].

При проектировании электрической сети одним из наиболее важных вопросов является выбор номинального напряжения. С одной стороны, чем выше напряжение передачи, тем меньше потери мощности и напряжения. С другой стороны, большая часть электроэнергии потребляется на напряжении 0,4 кВ, и увеличение напряжения передачи приводит к необходимости дополнительных трансформаций напряжения. Кроме того, чем выше напряжение оборудования, тем оно дороже и сложнее в эксплуатации. Таким образом, возникает задача поиска оптимального значения напряжения передачи.

Основными параметрами, определяющими целесообразное значение напряжения сети, являются дальность передачи и активная мощность, передаваемая по сети. Ориентировочные значения напряжений можно получить, используя эмпирические таблицы, графики или формулы. Ниже приведены наиболее часто используемые эмпирические формулы.

Формула Стилла дает приемлемые результаты при длинах линий не более 250 км и максимальной мощности 60 МВт:

(4.1)

Формула Илларионова применяется для большой дальности передачи и значительных мощностей:

(4.2)

В этих выражения l – длина линии (участка сети), км; P – мощность, передаваемая по линии (участку сети), МВт. В результате расчетов получим напряжение, измеряемое в кВ.

Для линии принимают номинальное напряжение, ближайшее к расчетному. ГОСТ 721-77 устанавливает следующий ряд номинальных напряжений электрических сетей общего назначения переменного напряжения частоты 50 Гц, кВ: (3); 6; 10; 20; 35; 110; (150); 220; 330; 500; 750; 1150. Напряжения, указанные в скоб­ках, не рекомендуются для вновь проектируемых сетей.

При выборе номинального напряжения сети необходимо так же учитывать следующие условия:

1. Для различных регионов России характерны свои системы напряжений. Для ОЭС Северо-запада характерна система 110 (150) – 330 – 750 кВ, для остальных ОЭС система 110 – 220 – 500 кВ.

2. Как правило, проектируемая сеть опирается на уже существующие центры питания, поэтому при выборе напряжения сети необходимо отталкиваться от тех значений напряжений, на которых сеть может получать электроэнергию.

Варианты проектируемой электрической сети или отдельные ее участки могут иметь разные номинальные напряжения. Однако, для простых замкнутых сетей нецелесообразным является введение дополнительной ступени трансформации, и определяющим является уровень напряжения на головных участках.