трансформаторы применяют для подстанций, имеющих шины не менее трех разных напряжений.

а

б

Рис. 3.10. Векторные диаграммы напряжений автотрансформатора с заземленной нейтралью (а) и без заземленной нейтрали (б)

Для интересующихся можно рекомендовать книги, в которых хорошо изложены расчет и работа трансформаторов и автотрансформаторов: Залышкин М Д. Выбор трансформаторов в энергетических системах. М.: ГЭИ, 1960. 95 с.; Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов.

М.: Энергия, 1970. 432 с.

Контрольные вопросы

1.Какие существуют габариты трансформаторов? Для какой цели выпускают однофазные трансформаторы?

2.Что такое трехфазная группа трансформаторов?

3.Какие бывают схемы и группы соединений силовых трансформаторов?

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

5.Как проводятся опыты х.х. и к.з. двухобмоточного трансформатора?

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

7.Изобразить схемы замещения трехобмоточных трансформатора и автотрансформатора.

8.Какие типы трехобмоточных трансформаторов, различающиеся соотношением номинальных мощностей обмоток, выпускаются промышленностью?

9.Что такое проходная мощность автотрансформатора?

10.Как называются обмотки автотрансформаторов?

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

12.Почему автотрансформаторы выполняют с тремя номинальными напряжениями?

13.В сетях каких напряжений применяются автотрансформаторы? Почему?

4.ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

4.1. Основные понятия о графиках нагрузок

Особенностью продукции электростанций — электрической и тепловой энергии — является практическая невозможность ее складирования. Потребление и производство одновременны, т. е. в каждый момент времени мощность всех источников равна мощности всех нагрузок плюс потери в сетях. Потребление энергии отдельным потребителем в каждый момент времени — величина случайная, однако в целом по предприятию, району, энергосистеме оно подчиняется определенным статистическим закономерностям и поэтому может быть предсказано с некоторой степенью достоверности. Знание этих закономерностей необходимо для планирования энергетического производства: определе-

26

ния резерва, проектирования энергообъектов и сетей, определения потребной мощности, экономичного и надежного электроснабжения [1, 3, 4]. Основной такой закономерностью, определяющей в каждый момент времени величину потребления электроэнергии, является график нагрузки, т.е. функция мощности от времени , который представляется в виде формулы, таблицы, чертежа. Наиболее распространен графический способ представления (рис. 4.1). Обычно непрерывный график при его практическом использовании заменяется ступен-

чатым; на достаточно малом отрезке времени	считается, что		.
Как правило, интересуются графиками активной∆мощности. При этом		полагают
		const

известным и неизменным во времени коэффициент мощности cosφ.

max

2

1

max

min

Рис. 4.1. Непрерывный (1) и ступенчатый (2) графики нагрузки

Функционально различают графики эксплуатационные и проектные. Эксплуатационные графики строятся в ходе эксплуатации по фактическим показаниям приборов через определенные промежутки времени. Так на электростанциях ежесуточно составляется фактический график, графики всех электростанций суммируются для получения обобщенного графика энергосистемы. Изменение нагрузки, как энергосистем, так и отдельных потребителей, происходит циклически, в соответствии с циклическим характером производства, жизни людей и космических процессов. Поэтому целесообразно выделять графики, соответствующие периодам этих процессов, а именно суточные, недельные, по месяцам, сезонам и годам. Анализ этих графиков позволяет изучить динамику развития и прогнозировать нагрузку. Такие же графики строятся и для потребителей: промышленных предприятий, транспорта, быта, сельскохозяйственных нагрузок. Это дает возможность получить типовые нормативные графики для разного рода потребителей (рис. 4.2). Типовые графики позволяют создать методики проектирования и расчета по ним нагрузок [5]. Проектные графики строятся при планировании развития энергосистем и их районов, подстанций и т.д., часто с использованием типовых (нормативных) графиков, отражающих реальные эксплуатационные графики.

27

, %					а						, %				б							, %							в
100											100											100
75											75											75
50											50											50
25											25											25
											, ч											, ч												, ч
6				12		18			24		6				12		18			24		6							12	18			24

Рис. 4.2. Типовые графики нагрузок односменного (а) и двухсменного (б) предприятий, коммунальной нагрузки (в)

4.2. Суточный график и его характеристики

Суточный график нагрузки (выработки) показан на рис. 4.3. Площадь, ограниченная ступенчатой кривой , соответствует суточной выработке электроэнергии (электростанций) или суточному потреблению (нагрузка) Эсут. Так

как суточный график является лишь частным случаем циклического графика с периодом = 24 ч, то его основные показатели определяются так же, как для других графиков. Ниже записаны соответствующие формулы для общего случая графика с периодом .

, % 100

80

60

40

20

max

дн	max	сут
min		ср

н

min

0		4	8	12	16	20	24	, ч
			Рис. 4.3. Суточныйmaxграфик нагрузки
			Э			∆	,	(4.1)
где — число ступеней графика.
Если энергию	Э	равномерно распределить по часам,						то можно найти
среднюю мощность
					28

ср

Э

.

(4.2)

Если считать, что эту же энергию нужно выработать (потребить) с макси-

мальной мощностью

max

, то произойдет это за

max

часов.

max

1

Э

,

(4.3)

max

или при ступенчатом графике

∑

∆

max

max

max

,

(4.4)

где max — число часов использования максимума нагрузки. max обычно меньше и указывает на недоиспользованные возможности. Отношение max к называется коэффициентом заполнения графика з,

max	ср	.	(4.5)
з	max

Суточные графики нагрузок для каждого из дней года отличаются друг от друга вследствие колебаний нагрузки, вызванных отличием дней недели, недель и месяцев года. Поэтому для года можно построить 365 различных суточных графиков. Однако зачастую при решении инженерных задач бывает достаточно четырех графиков: для зимы, лета, осени и весны. В некоторых случаях ограничиваются даже двумя графиками: для зимы и лета (для средней полосы России продолжительность лета 152, зимы 213 суток).

Наибольшая нагрузка в течение суток называется суточным максимумом max, наибольшая в году — годовым максимумом. Не следует путать max с уст

— установленной мощностью оборудования на станциях, выбираемой с учетом резервной мощности. Величине уст соответствует уст — коэффициент исполь-

зования установленной мощности,

уст	Э	.	(4.6)
	уст	max

Отношение min к max за сутки определяет коэффициент неравномерности графика α,

α

min⁄ max 1.

(4.7)

Коэффициент α показывает использование мощности max, т. е. сбросы и пики нагрузки в течение суток, и является важной характеристикой графика.

На основе суточных графиков отдельных цехов, предприятий, узлов, районов строятся совмещенные графики нагрузки энергосистем и их объединений.

4.3. Годовые графики и их характеристики

Кроме суточных графиков нагрузки строятся, исследуются и обобщаются графики по неделям, месяцам, сезонам и годам. Так как суточные графики в

29

этих циклах во многом похожи, то представляет интерес построить график, где по ординатам откладываются суточные максимумы.

В практике чаще всего используются годовые графики месячных максимумов и годовые по продолжительности. На рис. 4.4 показан график месячных максимумов за год. Из графика видно, что максимальная мощность за 31 декабря ( max ) может быть больше максимальной мощности за 1 января того же года

( max ), это объясняется приростом мощности п потребителей и электростан-

ций за год. График месячных максимумов позволяет определить потребность в оборудовании на электростанциях и подстанциях в различные периоды года, т. е. планировать ремонты оборудования энергосистем.

max

п

max

Плановые

ремонты

оборудования

, месяц

я ф м а м и и а с о н д Рис. 4.4. Годовой график месячных максимумов нагрузок

Кроме годового графика месячных максимумов строятся годовые графики по продолжительности, которые показывают продолжительность работы установки в течение года с различными нагрузками. Для построения годового графика по продолжительности необходимо иметь суточные графики нагрузки для всех характерных периодов года. Суточные графики нагрузки для зимы (а) и лета (б) показаны на рис. 4.5. Промежуточные расчеты графика по продолжительности сведены в табл. 2, а результаты построения изображены на рис. 4.6.

Таблица 2

Построение годового графика по продолжительности

Уровень		Продолжительность нагрузки, ч
		Зимой		Летом
нагрузки,
					Всего за год
МВт	в течение	всего	в течение	всего
	суток		суток
	8	8·213 = 1704	0	0	1704
	0	0	8	8·152 = 1216	1216
	4	4·213 = 852	0	0	852
	12	12·213 = 2556	16	16·152 =2432	2556 + 2432 = 4988
	0	0	0	0	0
				Итого:
					8760 ч
			30

а б

P1

P1

P2

P2

P3

P3

P4

P4

P5

P5

4

8 12 16 20

, ч

4

8 12 16 20

Рис. 4.5. Суточные графики зимней (а) и летней (б) нагрузки

, МВт

1216	852		4988
			, ч
1704	2920	3772	8760

Рис. 4.6. Годовой график по продолжительности

Построение графика (см. рис. 4.6) начинается с определения продолжительности максимальной мощности нагрузки в течение года. Для этого определяется ее продолжительность в течение суток зимой (8 часов) и летом (0 часов) и умножается на число суток зимой и летом соответственно.

		8	213 0 152	1704 ч.
	Таким образом, нагрузка		продолжается в течение года 1704 ч. Процеду-
ра повторяется для всех значений нагрузки ,				, , . Для годового графика
по продолжительности, так же как и для суточного, определяются					Эгод	,	год,
год	, .						max
	з
ср

График по продолжительности может быть использован при техникоэкономических расчетах, например при определении суммарных потерь энергии за год в сети, определении суммарной выработки и потребления электроэнергии за год для планирования требуемых объемов топлива и т. д.

31