1.3. Вольтамперные характеристики и векторные диаграммы сети и нагрузки
Статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) сети (источника питания) называется зависимость падения напряжения на зажимах сети (на выходных зажимах в месте подключения ЭП) или на выходе источника питания от тока нагрузки. Характеристика строится по уравнению, составленному согласно второму закону Кирхгофа:
|
(1.4) |
,где
–
комплексная величина напряжения в
начале сети, где условно находится
идеальный источник ЭДС, В. (В
общем случае U1
–
это переменная величина, зависящая не
только от напряжения холостого хода
трансформатора, но если за начало сети
будет условно принята точка ответвления
от магистральной или распределительной
электрической сети, то и от величины
сопротивления элементов сети до начала
ответвления, а также от величины тока
нагрузки и соответственно падений
напряжения на всех элементах сети);
– ток,
протекающий по сети и потребляемый ЭП,
А;
– сопротивление всех параметров сети, Ом.
– напряжение
в точке подключения ЭП, В.
Статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) нагрузки (электроприемника) называется зависимость падения напряжения на зажимах электроприемника (на входных зажимах в месте подключения) от тока нагрузки. Характеристика строится по уравнению, составленному согласно частному случаю второго закона Кирхгофа - закону Ома для участка электрической цепи:
|
(1.5) |
Рассмотрим вопросы согласования представленной формулой (1.5) вольт–амперной характеристики (ВАХ) ЭП с ВАХ электрической сети. Для каждого ЭП, подключенного к электрической сети, источник электродвижущей силы (ЭДС) (например, обмотка силового трансформатора) с сопротивлением всех элементов сети до точки подключения ЭП будет представлять уникальный источник питания. Например, для ЭП, подключенного к шинам силового пункта в конце линии электрической сети, напряжение U2 определяется по уравнению (1.6) согласно второму закону Кирхгофа (1.4), составленному на основе схемы замещения сети, изображенной на рис. 1.16,а:
|
(1.6) |
,По сути, напряжение U2 является одной и той же величиной, поэтому геометрическое решений уравнений (1.5) и (1.6) будет точка пересечения кривых, построенных поэтим уравнениям
Векторные диаграммы, реализованные по формулам (1.5),(1.6), приведены, на рис. 1.17.
Вольт-амперная
характеристика такого источника питания
(далее ВАХ сети) представляет собой
пологопадающую линию, идущую от оси
ординат из точки U1
(см. рис. 1.9, б).
Положение ВАХ сети над осью абсцисс и
угол её наклона будут изменяться в
зависимости от величин, входящих в
формулу (1.8). При централизованном
регулировании напряжения и снижении
(увеличении) напряжения холостого хода
трансформатора, ВАХ сети пойдет ниже
(выше) (см. рис. 1.9, в).
Крутизна ВАХ сети будет определяться
величиной сопротивления участка сети
.
Например, при снижении сечения проводника,
идущего к ЭП, ВАХ сети пойдет с большим
наклоном к оси тока (см. рис. 1.9, г),
такой же характер наклона будет иметь
ВАХ сети для электрически более удаленного
ЭП. Геометрически это объясняется тем,
что увеличивается коэффициент при
аргументе в уравнении.
Электрическая схема замещения традиционных ЭП может быть представлена в виде постоянной величины электрического сопротивления Вольт-амперная характеристика (ВАХ) таких ЭП для каждой фазы сети будет представлять прямую линию с углом наклона относительно оси абсцисс (оси тока). Чем больше мощность ЭП, тем меньше будет его сопротивление и тем положе пойдет ВАХ (см. рис. 1.9, б) и, наоборот, ВАХ ЭП малой мощности пойдет с большим углом наклона относительно оси тока. Площадь прямоугольника под точкой пересечения ВАХ сети и ВАХ ЭП будет представлять полную мощность ЭП S (произведение тока на напряжение). Необходимо таким образом выбрать конфигурацию сети и сечение проводников, чтобы при согласовании ВАХ сети с ВАХ каждого ЭП (находящейся в произвольной точке сети) отклонение напряжения не превышало допустимых по ГОСТ Р 54149 - 2010_ (см. рис. 1.9, в, г). Только в этом случае характеристики ЭП будут находиться в допустимых пределах.
Маломощные ЭП особо чувствительны к колебаниям напряжения в питающей сети, так как величина напряжения на зажимах электроприемников будет колебаться под действием больших падений напряжения в подводящей сети за счет протекания тока более мощных электроприемников. Электрическая мощность ЭП, и соответственно технологические характеристики будут зависеть от фактической величины напряжения на зажимах ЭП.
|
Рис. 1.16. Согласование вольт-амперных характеристик электрической сети и электроприемников: а – электрическая схема замещения; б – ВАХ ЭП различной мощности (S1 больше S2); в, г – потребляемая мощность ЭП снижается (S2 меньше S1): в – при снижении напряжения в центре питания; г – при удалении от центра питания |
|
Рис. 1.10. Векторная диаграмма линии электрической сети с нагрузкой на конце: а – преобладает индуктивное сопротивление сети; б – преобладает активное сопротивление Примечание: для наглядности векторной диаграммы принято, что активное сопротивление подводящей сети составляет половину сопротивления нагрузки, а индуктивное сопротивление подводящей сети больше индуктивного сопротивления нагрузки в два раза для а,) и меньше индуктивного сопротивления нагрузки в 4 раза для б). |
Сравнение векторов напряжений U1 и U2 на рис. 1.10 показывает, что для поддержания заданного напряжения на ЭП U2 (например, на уровне номинальной величины) при меньшем индуктивном сопротивлении сети требуется меньшее значение напряжения источника питания U1 (рис. 1.10, б).
Задания по теме 1
От шин центра питания (трансформаторной подстанции) напряжением 0,4кВ отходит кабельная линия к силовому пункту (СП). К СП подключены электроприемники, с различными схемами включения.
Необходимо определить токи и потери напряжения в кабельной линии при поочередном подключении электроприемников. Параметры электрической нагрузки и кабельной линии заданы вариантом и приведены в таблице 1.2 и 1.3.
Таблица 1.2