Масштабные признаки, размеры сети

• Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).

• Региональные сети: сети масштаба региона. Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).

• Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).

• Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве — в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).

• Электропроводка: сети самого нижнего уровня — отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).

1 Условие задачи

Определить распределение мощностей и уровни напряжения в узловых точках сети, изображенной на рисунке 1. Напряжение источников питания принять равными . Исходные данные приведены в таблице 1.

Рисунок 1 – Исходная схема

2 Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

3 Расчет

Используем для решения задачи метод преобразования, для этого заданную сложную сеть путем постепенных преобразований приводим к линии с двухсторонним питанием.

Рисунок 2 – Схема для разноса нагрузки S₃

Преобразование схемы начинаем с переноса нагрузки 3 в точки 2 и 4. Разнос нагрузки выполняем по правилу линии с двухсторонним питанием.

МВА

МВА

МВА

МВА

После того как мы разнесли нагрузку 3 из узла 3 в узел 2 и 4 получим 2 параллельные линии и найдем эквивалентную длину:

км

Определяем потоки мощности:

Найдем мощность, протекающую на участке A1:

Найдем мощность, протекающую на участке B4:

Найдем мощности на оставшихся участках цепи:

МВА

МВА

МВА

МВА

Вернемся к первоначальной схеме:

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

Проверка через баланс мощности:

Рассчитаем токи на всех участках цепи:

А

А

А

А

А

А

Выберем провода по значениям предельно допустимых токовых нагрузок:

А-1 АС-240/39 (I_nom= 610 А ) → r₀ = 0,111Ом; x₀ = 0,202 Ом

1-2 АС-70/11 (I_nom= 265 А) → r₀ = 0,428 Ом; x₀ = 0,444 Ом

4-2 АС-185/29 (I_nom= 410 А) → r₀ = 0,159 Ом; x₀ = 0,413 Ом

4-3 АС-70/11 (I_nom= 265 А) → r₀ = 0,428 Ом; x₀ = 0,444 Ом

2-3 АС-70/11 (I_nom= 265 А) → r₀ = 0,428 Ом; x₀ = 0,444 Ом

В-4 АС-400/27 (I_nom=730 А) → r₀ = 0,072 Ом; x₀=0,429 Ом

Рассчитаем сопротивления проводов на участках цепи:

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

Найдем потоки мощностей с учетом сопротивлений проводов:

Проведем преобразование схемы – перенесем нагрузку из точки 3 в точки 2 и 4:

МВА

МВА

МВА

МВА

Определим эквивалентное сопротивление:

Ом

Найдем мощность, протекающую на участке A1:

Найдем мощность, протекающую на участке B4:

Найдем мощности на оставшихся участках цепи:

МВА;

МВА;

МВА;

МВА.

Вернемся к первоначальной схеме:

МВА;

МВА;

Определим потоки активных и реактивных мощностей на участках:

МВт; МВар;

= 36.8МВт; МВар;

МВт; МВар;

МВт; МВар;

МВт; МВар;

МВт; МВар

Определим уровни напряжения в узлах:

4 Теоретическая часть

1. Источники реактивной мощности

Конденсаторы используются если реактивная мощность индуктивного характера.

Катушки индуктивности (реакторы), используются если реактивная мощность ёмкостного характера (используются для компенсации на ЛЭП);

Регулятор реактивной мощности — устройство, измеряющее и поддерживающее величину cosφ на заданном оптимальном уровне путём выдачи команд на исполнительные устройства без участия персонала. В составе регулятора имеется процессор контролирующий напряжение, уровень гармоник, температуру, состояние конденсаторов и обеспечивающий аварийное отключение в критических случаях; Коммутационные устройства, подключающие и отключающие источники реактивной мощности в необходимом количестве в зависимости от команд регулятора. В зависимости от технических требований, используются различные коммутационные устройства:

Конденсаторные электромагнитные контакторы- статическая компенсация.

Тирикон (комбинированный электронно механический контактор) — динамическая компенсация. Тиристорный контактор — динамическая компенсация. Антирезонансные дроссели — используются при повышенном уровне гармоник.

Переменный ток идет по проводу в обе стороны, в идеале нагрузка должна полностью усвоить и переработать полученную энергию. При рассогласованиях между генератором и потребителем происходит одновременное протекание токов от генератора к нагрузке и от нагрузки к генератору (нагрузка возвращает запасенную ранее энергию). Такие условия возможны только для переменного тока при наличии в цепи любого реактивного элемента, имеющего собственную индуктивность или ёмкость. Индуктивный реактивный элемент стремится сохранить неизменным протекающий через него ток, а ёмкостной — напряжение. Через идеальные резистивные и индуктивные элементы протекает максимальный ток при нулевом напряжении на элементе и, наоборот, максимальное напряжение оказывается приложенным к элементам, имеющим ёмкостной характер, при токе, протекающем через них, близком к нулю.

Значительную часть электрооборудования любого предприятия составляют устройства, обязательным условием нормальной работы которых является создание в них магнитных полей, а именно: трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи и прочие устройства, которые можно обобщенно охарактеризовать как «индуктивная нагрузка». Гораздо реже применяются устройства, запасающие энергию, которые можно обобщенно считать ёмкостной нагрузкой.

Поскольку одной из особенностей индуктивности является свойство сохранять неизменным ток, протекающий через неё, то при протекании тока нагрузки появляется фазовый сдвиг между током и напряжением (ток «отстает» от напряжения на фазовый угол). Разные знаки у тока и напряжения на период фазового сдвига, как следствие, приводят к снижению энергии электромагнитных полей индуктивностей, которая восполняется из сети. Для большинства промышленных потребителей это означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем, кроме совершающей полезную работу активной энергии, также протекает реактивная энергия, не совершающая полезной работы. Активная и реактивная энергии составляют полную энергию, при этом доля активной энергии по отношению к полной определяется косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением — cosφ. Однако, протекая по кабелям и обмоткам в обратную сторону, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекающего по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — активные потери. В случае, когда cosφ = 1, вся энергия дойдет до потребителя. В случае cosφ = 0 ток в проводе возрастет вдвое, поскольку одинаковый по величине ток будет протекать в обоих направлениях одновременно. В этом режиме активная мощность нагрузкой не потребляется, за исключением нагрева проводников.

2. Метод «деление сети».

Для ограничения токов КЗ на электростанциях и в сетях энергосистем используются схемные решения, стационарное или автоматическое деление сети, токоограничивающие устройства, оптимизация режима заземления нейтралей электрических сетей. Стационарное деление шин 110-220 кВ электростанций и подстанций ограничило токи КЗ в Московском регионе уровнем до 30-40 кА, а не 130-140 и 70-80 кА в сетях соответственно 110 и 220 кВ при отсутствии деления.

Автоматическое деление сети используется реже. Оно не уменьшает электродинамических воздействий на электрооборудование линейных присоединений и требует более высоких соотношений предельных сквозных токов выключателей и их токов отключения. В противном случае необходимо считаться с риском при работе оборудования в зоне ненормированных параметров. Среди специалистов бытует мнение, что деление высоковольтных электрических сетей - вынужденное решение, отрицательно сказывающееся на надежности электростанций и электрических сетей. Оно снижает не только токи КЗ, но и жесткость сети - увеличивает ее результирующее эквивалентное сопротивление. Это требует согласовывать изменения структуры сетей с проблемой устойчивости. Действительно, с точки зрения устойчивости работы электрических машин эквивалентное сопротивление генерирующих источников ограничено. Оно не должно превышать определенного значения, зависящего от параметров источников. Аргументация носит во многом качественный характер и не подтверждена количественными показателями. Деление сетей так же нарушает естественное по-токораспределение активной мощности, приводя к возрастанию потерь мощности и электроэнергии в энергосистеме.

Заключение

В результате выполненной расчетно-графической работы определил распределение мощностей и уровни напряжений в узловых точках сети. Использовал метод преобразования сети, сущность которого заключается в том, что заданную сложную сеть путем преобразований приводят к линии с двусторонним питанием. Аналогично предыдущей работе рассчитал уровни напряжений. Также с использованием необходимой литературой ответил на заданные теоретические вопросы.

Список литературы

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энероатомиздат, 1989.

2. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях: Учеб. пособие для электроэнергетич. спец./ Под ред. В.А. Строева.- М.: Высш. шк., 1999.

3. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети: Учебное пособие для студентов электроэнергетических спец. вузов. – СПб: Издательство Сизова М.П., 2001.

4. С. Е. Соколов, В. Н. Сажин, Н. А. Генбач Электрические станции,сети и системы. Мет. Указания и задания к выполнению РГР. Алматы, 2007

3