Лекции эл. сети для спец. ЭС Вихарев
.doc
Временем использования наибольшей нагрузки называется время, в течение которого потребитель, работая с наибольшей мощностью, возьмет из сети такое же количество электроэнергии как и при работе по реальному графику (см. рис.); определяется из условия равенства площадей ступенчатой фигуры (Wгод) и прямоугольника 01230.
Время наибольших потерь – время, в течение которого потребитель, работая с наибольшими потерями активной мощности, вызывает такие же потери электроэнергии, как и при работе по реальному графику.
– время наибольших потерь
Определяется из условия равенства
площади ступенчатой фигуры и площади
прямоугольника 01230. Для расчета
за
год используется эмпирическая формула:
– за год, T = 8760
Еще
можно
определить по графикам
Порядок расчета данным методом:
1). Время наибольшей нагрузки Тнб – дано в справочниках для разных потребителей
2). Время наибольших потерь
определяется по формуле или графикам
3). Потери мощности в элементе ЭЭС
4). Потери энергии:
Преимущества:
1). Простота
Недостатки:
1). Низкая точность
Формулы для расчета потерь электроэнергии в нескольких параллельно работающих трансформаторах методом графика нагрузки:
k – число параллельно работающих тр-ров
Методом времени наибольших потерь:
T – число часов в году
Расчет параметров установившихся режимов в ЛЭП
Задача расчета режима в электрической сети.
Токи и напряжения – параметры режима
Токи в ветвях, напряжения в узлах, потоки мощности. Определение этих параметров и составляет задачу расчета режима.
Исходные данные для расчета являются:
1). Схема электрических соединений сети
2). Сопротивления и проводимости элементов сети
3). Мощности потребителей (нагрузок)
4). Напряжения в отдельных узлах
Расчет параметров режима представляет собой сложную задачу, т.к. реальные сети имеют очень большое число ветвей и узлов.
На практике применяют два метода расчета:
1). Метод систематизированного подбора
2). Метод последовательных приближений
Расчет режима ЛЭП при заданном токе и напряжении на нагрузке
Известны:
– напряжение на нагрузке;
– ток нагрузки
Сопротивления линий
,
,
проводимость
Необходимо определить
– напряжение на источнике,
– ток источника,
– ток в линии, потери в линии.
Будем использовать фазные напряжения и фазные токи. Применяются законы Ома и Кирхгофа. Расчет производится от конца линии к источнику.
Зарядный ток в конце
1).
2). Первый закон Кирхгофа:
3).
4).
5).
6).
Для лучшего понимания – векторная диаграмма.
Векторная диаграмма строится на комплексной плоскости по записанным формулам.
Отложим заданные величины:
Построим
Построим
Затем
Из диаграммы видно, что для линии под нагрузкой напряжение в конце линии меньше, чем напряжение в конце.
Рассмотрим векторную диаграмму линии при холостом ходе (IН = 0)
Из диаграммы видно, что для линии при ХХ напряжение в конце линии больше, чем в начале.
Расчет режима ЛЭП при заданной мощности нагрузки
Рассмотрим два случая
I). Известны мощность
нагрузки
и напряжение нагрузки
,
а также сопротивления линии. Необходимо
определить
,
,
,
,
потери мощности. Используем линейные
напряжения и фазные токи. Расчет ведется
от конца линии к началу на основании
законов Кирхгофа и Ома.
1).
2).
3).
4).
5).
6).
7).
II). Задана мощность
потребителя или нагрузки
и напряжение на источнике
.
Известны сопротивление и проводимость.
Нужно определить напряжение
,
мощность
,
,
,
потери мощности.
Будем использовать линейное напряжение и фазный ток.
Решать задачу как в предыдущем случае
невозможно, т.к. неизвестно
.
Метод последовательных приближений (метод итерации)
Каждое приближение состоит из двух этапов. На первом этапе принимается, что напряжение в конце (узел 2) равно номинальному и выполняется расчет потоков мощности от конца линии к началу.
На втором этапе – расчет уточненного
значения
по заданному напряжению
,
и потоку мощности, рассчитанному на
первом этапе.
I этап
1).
;
2).
3).
4).
5).
6).
II этап
Так как потоки мощности на первом этапе
рассчитаны приближенно, то и
рассчитано с некоторой погрешностью.
Но эта погрешность не велика, т.к. в
питающих сетях напряжение поддерживается
с помощью устройств регулирования.
При ручном расчете выполняется одна итерация, при расчете на компьютере – пять-шесть итераций.
Падение и потеря напряжения в ЛЭП
Среди параметров, которые характеризуют режимы ЛЭП имеются такие из них, как падение и потеря напряжения.
Падением напряжения в ЛЭП называется векторная (геометрическая) разность между напряжениями начала и конца линии.
Это падение напряжения, комплексное число, имеет действительную и мнимую части.
BC – действительная часть
падения напряжения (продольная
составляющая падения напряжения),
.
AC – мнимая часть падения
напряжения (поперечная составляющая
падения напряжения),
.
Потерей напряжения называется алгебраическая разность напряжений в начале и конце линии.
BD – разность векторов
(если
повернуть на угол
).
Проанализируем как будут меняться падения и потери напряжения в зависимости от параметров линии (сопротивлений).
Зависимость погонных сопротивлений от сечения провода
Для распределительных сетей, где где
используются малые сечения проводов,
угол
,
поперечная составляющая падения
напряжения мала, а потеря напряжения
практически равна продольной составляющей
падения напряжения.
Таким образом, в распределительных сетях и питающих сетях напряжением до 110 кВ включительно при расчетах режимов можно пренебречь поперечной составляющей падения напряжения, а продольную составляющую считать равной потере напряжения и расчет выполнять по потере напряжения.
Для питающих сетей угол
значительный, поперечной составляющей
пренебрегать нельзя, поэтому в расчетах
питающих сетей напряжением 220 кВ и выше
необходимо учитывать как продольную,
так и поперечную составляющую и расчет
вести по падению напряжения.
Если будут известны данные в начале линии (P, Q, U), то в формулах изменяются только индексы
Метод систематизированного подбора при расчете режима ЛЭП
В том случае, когда потребитель задается статическими характеристиками по напряжению в случае ручного расчета целесообразно использовать метод систематизированного подбора.
Известно напряжение источника питания
,
сопротивление линии r, x, проводимость
линии b. Определить потоки мощности в
начале и конце
,
,
потери мощности в линии.
Для решения задачи методом
систематизированного подбора для начала
задаемся начальным значением напряжения
:
в разных пределах. Например, 0,9 от
1).
2). По статическим характеристикам
определяем
и
3).
4).
5).
6).
7).
8).
9).
Если бы в результате первого этапа
напряжение
совпало бы с заданным напряжением
,
то расчет можно было прекратить, а все
параметры соответствовали бы искомым
параметрам режима. Но вероятность такого
«попадания» очень мала, поэтому расчеты
повторяются еще два раза для
и
.
Затем по результатам этих расчетов
строятся зависимости (графики).
По графику находим
и по
вычисляем остальные параметры.
Расчет установившегося режима разомкнутых электрических сетей
Разомкнутой электрической сетью называют такую сеть, в которой все потребители питаются с одной стороны по одной ветви.
Два характерных случая
Расчет сети при заданных мощностях потребителей и напряжениях в конечной точке.
Задано:
мощности потребителей, напряжение в
точке n, сопротивления всех линий и
проводимости. Необходимо определить
напряжения во всех узлах, потоки мощности
в ветвях, мощность, поступающую в сеть.
Расчет n линий сводится к n раз повторяющимся расчетам одной линии. А расчет ЛЭП при заданной мощности и напряжению в конце описан в предыдущей теме.
Расчет с конца сети от узла n к источнику питания (узел 1). Пользуемся законом Ома и первым законом Кирхгофа.
Определяются
;
;
;
;
;
;
Аналогично выполняются расчеты остальных линий. В результате за один проход определяются все исходные величины.
Расчет разомкнутой сети при заданных мощностях нагрузок и напряжений источников питания.
Такой
случай является более частым. На источнике
питания задается модуль и фаза напряжения.
Переменными являются активная и
реактивная мощность. Такой узел
называется базисным (балансирующим)
узлом.
Известные величины: мощности всех потребителей, напряжение на источнике питания, сопротивления всех линий, проводимости линий. Требуется определить: напряжения во всех узлах, потоки мощности в линиях, потери мощности в линиях и мощность, поступающую в сеть.
Так как в этом случае напряжение
неизвестно, то расчет выполняем методом
последовательных приближений (итераций).
Каждое приближений состоит из двух этапов. На первом этапе принимается допущение, что напряжения во всех узлах, кроме первого, равны номинальному. Затем производится потоков мощности и потерь мощности от конечной точки сети к источнику питания.
I этап первой итерации
1).
2).
3).
4).
5).
6).
Аналогично расчет остальных линий:
…
…
…
На втором этапе определяются действительные
напряжения в узлах по заданному напряжению
на источнике питания
и рассчитанным потокам мощностей в
линиях.
II этап
…
…
…
Снова повторяется I этап, но во всех узлах, кроме 1, вместо номинального напряжения подставляются напряжение, рассчитанное на II этапе, и так далее до достижения заданной точности.
При ручном расчете ограничиваются одним приближением, если расчет на компьютере – 5-10 итераций.
Но даже одно приближение дает довольно точный результат, т.к. в питающих сетях с помощью средств регулирования напряжение поддерживается близким к номинальному.
Расчет сети с различными номинальными напряжениями
Расчет сети с различными номинальными напряжениями можно выполнять двумя способами.
Первый способ – приведение сети к общему базисному напряжению (обычно к высшему, либо к тому, на котором работают наибольшее число потребителей сети). При этом составляется схема замещения сети, в которой электромагнитные связи в трансформаторах заменяются электрическими.
Данная
схема приведена к одному напряжению.
Сопротивления элементов, которые не работают на базовом напряжении, необходимо привести.
nтр – коэффициент трансформации
Затем выполняется расчет сети на одном номинальном напряжении.
Недостаток метода: в результате расчета получаем получаем напряжения во всех узлах, приведенные к базисному.
Этот метод рекомендуется использовать при расчете переходных процессов.
Второй метод: метод с учетом идеальных трансформаторов (с учетом коэффициентов трансформации).
В этом метода тоже составляется схема замещения, но в ней указываются идеальные трансформаторы.
Расчет ведется в два этапа. На первом этапе определяются потоки мощностей как в сетях с одним номинальным напряжением. При этом расчет потерь мощности ведется по номинальным напряжениям.
На втором этапе определяются напряжения в узлах по мощностям, рассчитанных на первом этапе и напряжению источника питания с учетом коэффициентов трансформации.
Такой метод рекомендуется применять для расчета установившихся режимов электрических сетей. Во всех узлах будут действительные напряжения.
Допущения при расчетах разомкнутых сетей напряжением 35 кВ и ниже
1). Не учитывается зарядная мощность ВЛ, так как она мала
,
как правило
2). Для КЛ не учитываются реактивные сопротивления
3). При расчетах установившихся режимов не учитываются потери ХХ трансформаторов
4). При расчетах установившихся режимов не учитываются потери мощности в линиях и обмотках трансформаторов и расчет ведется только по мощностям потребителей.
5). Не учитывается сдвиг по фазе между напряжениями в начале и конце линии. Следовательно, не учитывается поперечная составляющая падения напряжения, а расчет ведется по потере напряжения.
6). Расчет установившихся режимов ведется по номинальным напряжениям
Расчетные нагрузки подстанций
Даже для такой простой сети схема замещения получилась относительно сложной. Поэтому для упрощения вводится понятие расчетная нагрузка подстанции. Она включает в себя: мощность потребителя этой подстанции, потери мощности в обмотках трансформаторов, потери холостого хода трансформаторов, а также зарядные мощности линий, подходящих и отходящих от шин подстанции.
Введение расчетных нагрузок приводит к определенной погрешности расчета, т.к. они вычисляются до того, как рассчитаны действительные напряжения, т.е. по номинальным напряжениям.
Расчет установившихся режимов замкнутых электрических сетей
Классификация и преимущества замкнутых электрических сетей
Замкнутые сети делятся на простые замкнутые и сложные замкнутые.
Простой замкнутой сетью называется такая сеть, в которой каждый потребитель получает питание только с одной стороны, т.е. по одной ветви.
Сложная замкнутая сеть – это такая сеть, в которой имеется хотя бы один потребитель, получающий электроснабжение по трем ветвям.
Простую замкнутую сеть можно заменить сетью с двухсторонним питанием, при условии, что напряжения источников питания будут одинаковые.
Преимущества:
1). Высокая надежность
2). Гибкость – возможность реализации различным режимов работы
3). Вследствие естественного перераспределения потоков мощности в замкнутой сети потери мощности получаются меньше
4). Возможность развития сети без коренной реконструкции
Недостатки:
1). Более сложная эксплуатация
2). Более дорогая за счет дополнительных линий
3). Сложнее расчеты
Расчет сети с двусторонним питанием
Расчет сети с двусторонним питанием является общим случаем расчета простой замкнутой сети.
Схема замещения сети с двусторонним питанием
,
,
– расчетные нагрузки подстанций.
Расчет осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе определяются мощности на головных участках сети.
Головными участками называется такие линии, которые отходят непосредственно от источников питания.
На первом этапе делаются следующие допущения:
1). Напряжения во всех узлах кроме A и B принимаются одинаковыми и равными номинальному.
2). Потери мощности в линиях не учитываются.
Известно: напряжение источников питания
,
;
расчетные мощности потребителей;
сопротивления линий; проводимости
линий.
Расчет потоков мощности на головных участках выполняется по «уравнениям моментов»:
;
n – количество подстанций
На втором этапе расчета определяем потоки мощности на оставшихся участках. Задаемся условно положительными направлениями потоков мощности.
По первому закону Кирхгофа для потоков мощности, для узла 2, 3
Затем определяется точка потокораздела сети. Точкой потокораздела называется такой узел сети, к которому мощности подтекают с двух сторон.
На следующем этапе расчета сеть с двусторонним питанием «разрезается» по точке потокораздела и представляется в виде двух сетей с односторонним питанием.
Важно разделить потоки мощности
и
так чтобы потоки мощности в обеих частях
сети не изменится по сравнению с
первоначальными:
