Білет №1

№1. Усталений режим роботи електричних мереж. Основні поняття та характеристики

Основною метою розрахунку режиму електричної мережі є визначення параметрів режиму: напруг у вузлах, струмів, потужностей на всіх ділянках мережі. Параметрі режиму мережі в процесі її експлуатації непреривно змінюються, тому що мають місце неперервні зміни навантаження. Може змінюватися і сама схема мережі внаслідок вимкнення окремих елементів. Вихідними даними для розрахунку служать схема електричних сполучень мережі, параметри її елементів, навантаження споживачів, значення напруг джерел живлення. Виділяють такі основні експлуатаційні режими: режим максимального навантаження, режим мінімального навантаження і режим максимального навантаження для післяаварійного стану мережі. При симетричних синусоїдальних режимах роботи трифазних електричних мереж мають місце однакові значення параметрів режиму окремих фаз і синусоїдальна форма кривої струмів і напруг. В цих умовах значення повної потужності для трифазної мережі визначається за формулою . Якщо задана потужність навантаження для якогось вузла і мережі, то струм навантаження Струм може бути розрахований тоді, коли відома напруга на затискачах навантаження. Ця обставина не дозволяє безпосередньо використовувати закони Кірхгофа для однозначного рішення задачі розрахунку режиму мережі. Тому практичне застосування одержав метод послідовних наближень (ітераційний метод послідовних наближень (ітераційний спосіб рішення задачі). Цей метод передбачає розв`язання задачі до тих пір, поки результати наступних наближень не будуть з заданою точністю відрізнятися від результатів попередніх. При розрахунках симетричних режимів трифазних мереж можна розглянути тільки одну фазу і будувати векторні діаграми струмів і фазних напруг, а потім переходити до міжфазних напруг.

№2 Розрахунок лінії з двостороннім живленням

В порівнянні з розімкненими, замкнуті мережі наділенні наступними перевагами:

1. Надійність електропостачання (що важко для відповідальних споживачів, які не терплять довгострокових перерв електропостачання);

2. Велика економічність завдяки можливостям мінімалізації затрат потужності і електроенергії.

У результаті накладання потужностей, визначених, для відповідних ділянок, отримаємо потокорозподіл у вихідній розрахунковій схемі Потужність на ділянці 1 - 2 визначимо з рівняння балансу потужностей. На цьому закінчується перший етап розрахунку. Далі розрахунок мережі з двобічним живленням виконують так само, як для кільцевої мережі. Для мережі з однаковим перерізом проводів ліній вирази набувають вигляду Метод накладання можна застосувати для розрахунку режиму мережі з двобічним живленням також у звичайній формі. Розглянемо цей метод на прикладі схеми мережі з одним проміжним навантаженням 5„ (рис. 4.16, а). Оскільки метод накладання у загальному випадку застосовують для лінійних кіл, то навантаження задають сталим опором £н=соп8І;. Розрахункова схема мережі, яка відповідає заданій однолінійній схемі, зображена на рис. 4.16, б. За принципом накладання струми в цій схемі можна визначити, додавши струми двох незалежних режимів, один з яких зумовлений дією фазної напруги Г71ф при й2ф = 0 (рис. 4.16, в), а другий - дією фазної напруги й2Ф при й1ф = 0 (рис. 4.16, г):

Рис. 4.16. Застосування принципу накладання для розрахунку режиму мережі з двобічним живленням: а - однолінійна схема мережі; б, в, г - розрахункові схеми Вирази є узагальненими й можуть бути використані для розрахунку мереж із двобічним живленням з будь-якою кількістю проміжних навантажень з урахуванням їх сталими опорами. При цьому змінюються тільки значення власних та взаємних провідностей. Окремим випадком, для якого можна використати узагальнені вирази (4.95), є розрахунок режимів між системних ліній електропередавання без проміжних відборів потужності (рис. 4.17, а). Для заданого на схемі напряму транзиту потужності від системи С-1 до системи С-2 у для визначення Р2, <32 потрібно змінити знаки на протилежні. Узагальнені вирази можуть бути використані також при визначенні потужності генераторів електричної станції, з'єднаної лінією електропередавання з шинами приймальної системи С (рис. 4.17, б). Знехтувавши активними опорами схеми, отримаємо :

Рис. 4.17. Схеми електричних мереж з двобічним живленням: а – між системна лінія електропередавання; б - передавання електричної енергії від генераторів електростанції в систему С

Білет №2

№1 Інженерна точність розрахунків режимів електричних систем

№2 Перетворення трикутнику опорів в еквівалентну зірку

 Перетворення з’єднання «трикутник» в еквівалентне з’єднання «зірка» і  навпаки.  З’єднання трьох опорів, які створюють сторони трикутника - з’єднання  «трикутник»  (Рис.29,а), а з’єднання трьох опорів, що має вигляд три-променевої зірки називають з’єднання «зірка»(Рис.29,б).

 

  У вузлах 1, 2, 3  трикутник з опорами   і зірка  - з’єд-нуються з рештою частини кола, яка  на рисунку не показана. В літературі на основі першого закону Кірхгофа та закону Ома виводяться розрахункові формули для переходу від трикутника до зірки і навпаки. За відомими опорами трикутника   розраховуються опори зірки  :

              

 

За відомими опорами зірки  розраховуються опори трикутника 

           

Білет №3

№1 Моделювання компенсуючи пристроїв

Першим очевидним способом зниження витрат на електроенергію є встановлення пристроїв компенсації реактивної потужності. Такі заходи знижають втрати реактивної потужності та знижують навантаження на мережу.

Основними компенсуючими пристроями є конденсаторні батареї, синхронні машини та синхронні компенсатори [2].

Конденсаторні батареї – це спеціалізовані ємнісні компенсуючі пристрої, що призначені для вироблення реактивної потужності. К перевагам конденсаторних батарей відноситься їх дешевизна та простота в експлуатації та обслуговуванні. Але при зниженні напруги в мережі видача реактивної потужності пропорційна квадрату зниження напруги. Регулювання потужності батарей здійснюється тільки ступенями, а не плавно і потребує встановлення дорогої комутаційної апаратури.

Синхронні машини можуть генерувати і споживати реактивну потужність, тобто впливати на мережу як ємнісне та індуктивне навантаження. При перезбудженні синхронної машини генерується реактивна складова струму статора, значення якої зростає при збільшенні струму збудження. Регулювання реактивної потужності за допомогою синхронних машин носить плавний і автоматичний характер.

Синхронні компенсатори являють собою синхронні електричні машини, що працюють в режимі двигуна без навантаження на валу. Вони передбачені спеціально для генерації реактивної потужності. Синхронні компенсатори рекомендовано застосовувати при великому дефіциті реактивної потужності, а також при наявності різко змінного реактивного навантаження. До недоліків синхронних компенсаторів відносяться підвищенні втрати активної потужності, більша маса і вібрації при роботі, необхідність водневого чи повітряного охолодження, неможливість, на відміну від конденсаторних батарей, нарощування потужності в процесі росту потужностей [2].

Існує декілька схем компенсації, які відрізняються місцем розташування компенсуючих пристроїв.

1. Загальна схема компенсації. Компенсуючі пристрої підключаються на вводі в корпус або шинах ТП. Таку схему компенсації рекомендується використовувати при великій кількості дрібних (малопотужних) споживачів.

2. Індивідуальна схема компенсації. Компенсуючі пристрої встановлюються біля кожного або невеликої кількості електроприймачів. Завдяки компенсації реактивної енергії безпосередньо біля її споживачів, зникають перетоки реактивної потужності, знижується струм та втрати електроенергії в складній мережі корпусу.

3. Змішана схема компенсації. Частина компенсуючих пристроїв підключається до найбільш потужних споживачів реактивної енергії, а інша частина підключається на вводі в корпус, для компенсації залишку реактивної потужності.

№2 Еквівалентна заміна перетинів ліній електричної мережі

Для упрощения расчетов сечения всех проводов сети приводятся с одному общему сечению. В качестве приведенной (эвивалентной) площади сечения принимается площадь сечения проводов, кторые наиболее часто встречаются в заданной сети. После приведения площадей сечений всех участков к эквива-лентной расчет преобразованной сети ведется не по сопротивлениям участков сети, а по их длинам. Это упрощает расчет.

В основу приема положено условие, что электрическое состояние сети до и после преобразования не изменяется. Это значит, что распеределение мощности и потеря напряжения одинаковы до и после преобразования.

Условие соблюдается, если активные сопротивления участков до и после преобразования не изменятся.

Предположим, что участок длиной l1 выполнен сечением F1. Сечение участка нужно заменить сечением F. Математически условие преобразования записывается следующим образом:

  или    .

Для выполнения условия должна измениться длина участка сети. Ее величина определяется из приведенного выражения:

 

Білет №4

№1 Обумовленість вибору початкових наближень параметрів для розрахунків усталених режимів електричних мереж.

При розрахунку складових схем заміщення ЛЕП використовують питомі (погонні) параметри: опори та провідності .

1. Активний опір.

Омічний опір (при постійному струмі)

; , де F– переріз.

Активний опір при змінному струмі в порівнянні з R:

r > R (із-за поверхневого ефекту)

при f = 50Гц в елементах, які не містять сталі (сердечника) різниця між R i r не більше 1% тому r ≈ R.

Питомий активний опір

,

де l – довжина;

r₀, Ом/км

В довіднику визначення опору дають при θ=20ºС.

Як правило , поправочний коефіцієнт при розрахунку не вводиться.

2. Індуктивний опір

Погонний індуктивний опір фаз ЛЕП залежить від взаємного розташування і потоку щеплення дротів.

В загальному випадку індуктивний опір ліній визначається:

- значення Х₀ ПВ з одиночними проводами визначається залежністю від двух величин:

X₀=f(R_п, D_ср), де R_п – зовнішній радіус дроту,

D_ср – середнє геометричне розташування між дротами

Для одноланцюгової трьохфазної лінії:

, де

D₁₂, D₂₃, D₃₁, – відстань між сусідніми дротами

В залежності від розташування дротів на опорах значення D_ср – наступне:

а) розташування дротів у вершинах рівностороннього трикутника

б) якщо дроти розташовані горизонтально

Із ТОЕ погонний індуктивний опір ЛЕП :

,

де: – магнітна проникність матеріалу дроту,

L – індуктивність.

, ,

де: Х'₀ і Х"₀ відповідно зовнішні і внутрішні індуктивні опір лінії.

Для дротів із кольорових металів:

Х'₀ >> Х"₀, Х₀≈Х'₀

У кабелях D_ср дуже маленькі, тому індуктивною складовою зневажають.

Для зменшення затрат напруги та потужності в мережах виникає задача зменшити Х_{0 .}

Аналіз виразу (1) показує, що значення Х₀ можна знизити шляхом:

а) зменшення D_{ср ,}

б) збільшити R_{n .}

Зменшення D_ср збільшує небезпеку пробою ,збільшення R_n збільшує затрати металу. Але, збільшення R_n можливо шляхом розщеплення дроту фази на декілька паралельних (║) дротів. Розщеплення дротів виконується на ПЛ з U_н≥330кВ.

3. Активна провідність леп( g )

Ця складова обумовлена двома видами втрат активної потужності :

1. – від струму витоку (із-за недосконалого ізолятора)

2. – від втрат на корону

*розряд – приватний випадок пробою (тільки в газах)

*пробої можуть бути частковими і повними.

Поле між двома проводами неоднорідне, тобто у поверхні проводів Е вище.

(Е≠соnst)

4. Ємністна провідність леп.

– обумовлена наявністю ємності зв’язків між проводами різних фаз, а також між проводами і землею.

, [Ф]

,

, [См/км]

Наявність ємнісної провідності визиває в лінії протікання ємнісного струму і ємнісної потужності, яка називається відповідно зарядним струмом і зарядною потужністю ліній.

– зарядний струм ;

– зарядна потужність.

Із цього виразу виходить, що значення Qc суттєво (в квадраті) залежить від напруги мережі.

Для ПЛ ємнісна провідність і зарядна потужність враховується при Uн≥110кВ.

В районних мережах ( Uн ≥ 110кВ ) завжди враховується Qc, а якщо мережа місцева то не враховується.

В ПЛ надвисоких напруг значної протяжності ліній (сотні км.)утворюють таке значення Qc, що її треба компенсувати, бо в іншому випадку можливі високі рівні перенапруги. З цією метою для компенсації використовують шунтуючі реактори.

№2 Метод розрізання контурів. Основні положення

Для однорідних кільцевих мереж було показано, що розподіл активних і реактивних потужностей не залежить один від одного і може бути визначений через активні опори чи довжини ділянок, якщо кільцева мережа виконана проводами з однаковим перерізом. У загальному вигляді можна також показати, що для однорідних замкнених мереж розподіл активних потужностей залежить від реактивних опорів схеми, а розподіл реактивних потужностей - від активних опорів. Таким чином, розрахунок розподілу активних і реактивних потужностей в однорідних мережах можна спростити. Наприклад, розрахункову схему, зображену на рис. 4.23, а, розщеплюють на дві незалежні схеми: одна - з реактивними опорами й активними навантаженнями (рис. 4.23, б), а друга - з активними опорами й реактивними навантаженнями (рис. 4.23, в). У кожній з них визначають розподіл потужностей, після чого потоки активної та реактивної потужностей, що протікають на окремих ділянках, накладають, і визначають повні потужності. По суті розщеплення схеми мережі на дві незалежні схеми відповідає перетворенню контурних рівнянь, записаних у комплексній формі, в дійсну площину. Систему рівнянь комплексних контурних потужностей порядку п для однорідної мережі замінюють двома незалежними системами рівнянь порядку 2п з дійсними змінними - активними й реактивними потужностями. Цей розрахунковий прийом дає змогу уникнути при визначенні потокорозподілу в замкнених мережах операцій з комплексними числами, що значно спрощує розрахунок і знижує імовірність помилок. Для однорідних мереж розподіл активних потужностей можна визначити також за схемою з активними опорами, а розподіл реактивних потужностей - за схемою з індуктивними опорами. Ці два способи розрахунку потокорозподілу для однорідної мережі є рівнозначними. Розрахунок потокорозподілу методом розщеплення схеми мережі дає певну похибку, тим більшу, чим вища неоднорідність мережі. Аналіз показує, що ця похибка незначна для електричних мереж напругою 110 кВ і нижче, які можна вважати приблизно однорідними.

Рис. 4.23. Розрахунок режиму методом розщеплення схеми: а - розрахункова схема; б - схема з реактивними опорами й активними навантаженнями; в - схема з активними опорами й реактивними навантаженнями

Білет №5

№1 Способи представлення споживачів електричної енергії в задачах розрахунків режимів

Електрична мережа має забезпечувати необхідну надійність електропостачання відповідно до категорії її електроприймачів. Згідно з ПУЕ електроприймачі першої категорії мають отримувати живлення від двох незалежних джерел, а перерва електропостачання для них допускається тільки на час автоматичного вмикання резервного живлення. Для електроприймачів другої категорії допускається перерва електропостачання на час вмикання резервного живлення черговим персоналом, а при їх живленні по одній лінії або від одно трансформаторної підстанції - на час проведення ремонту чи заміни пошкодженого трансформатора протягом доби. Живлення електроприймачів третьої категорії може здійснюватися від одного джерела живлення, при цьому перерва електропостачання не повинна перевищувати ... . однієї доби. Таким чином, схеми електропостачання споживачів характеризуються різною надійністю. Під час перерв електропостачання споживачі зазнають збитків у результаті збільшення відсотку браку продукції, псування сировини і матеріалів, виходу з ладу обладнання та інструментів, порушення технологічних процесів, простоювання механізмів та інших небажаних наслідків. Ці збитки можна оцінити кількісно для споживачів другої і третьої категорій надійності залежно від тривалості перерви електропостачання. Перерва електропостачання для електроприймачів першої категорії може призвести до наслідків, пов'язаних із загрозою для життя людей - вибухів, пожеж, порушення функціонування особливо важливих об'єктів державного значення, тому збитки від них не можна виразити у вигляді економічного еквівалента. Згідно з Правилами користування електроенергією споживачі мають право на відшкодування безпосередніх збитків внаслідок перерви електропостачання з вини електропостачальної організації. У свою чергу електропостачальна організація несе додаткові витрати, пов'язані з відшкодуванням збитків і недовідпуском електроенергії споживачам та виконанням ремонтних робіт. Розглянемо два варіанти схеми електричної мережі з різною надійністю електропостачання (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Варіанти електричної мережі: а - одноколова лінія; б - двоколова лінія Варіант схеми живлення споживачів по двоколовій лінії надійніший, але вимагає більших капіталовкладень порівняно з варіантом схеми живлення по одноколовій лінії. Тому вибираючи раціональний варіант схеми, потрібно оцінити недовідпуск електричної енергії й очікувані середньорічні збитки від перерви електропостачання та врахувати їх під час визначення дисконтованого чистого прибутку чи дисконтованих витрат. Надійність роботи електричної мережі в загальному випадку залежить від її конфігурації, наявності резервування та надійності роботи окремих елементів (ліній, трансформаторів, вимикачів та іншого обладнання). Імовірну тривалість перерви електропостачання споживачів можна розрахувати на основі показників надійності елементів мережі. Кожен елемент мережі може перебувати у працездатному стані або в стані аварійного чи планового простоювання. Для визначення очікуваної тривалості перерви електропостачання використовують дані статистичного аналізу надійності роботи окремих елементів. Основними показниками надійності елементів електричної мережі є частота відмов (о і час відновлення електропостачання Тш. Частота відмов со (параметр потоку відмов) характеризує середню кількість відмов елемента за рік (відмов/рік), а час відновлення Тя - середню тривалість його вимушеного простоювання (год/відмову)

№2 Розрахунок режиму роботи розімкненої електричної системи методом коефіцієнтів розподілу

Метод коэффициентов распределения предназначен для расчета устано-вившегося режима электрических сетей, в которых справедлив принцип нало-жения [4]. Метод требует предварительного определения коэффициентов рас-пределения сети, которые меняются при изменении схемы замещения сети или ее параметров, и поэтому эффективен при многочисленных расчетах устано-вившегося режима сети с неизменной схемой замещения и меняющимися на-грузками узлов. Метод основан на использовании принципа наложения и по-этому при расчете реальных электрических сетей требует предварительного учета шунтов схемы замещения в виде дополнительных нагрузок узлов.

Білет №6