Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Криворожский национальный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

конспект ЕСС(original version).doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.07.2025

Размер:

5.82 Mб

Скачать

☆

1 / 51 2 3 4 5 > Следующая >>>

Міністерство освіти України

Криворізький технічний університет

Кафедра електропостачання та ресурсозбереження

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

по дисципліні

«Електричні системи і мережі»

для студентів спеціальності 7.090603

«Електротехнічні системи електроспоживання»

Кривий Ріг

2010

Укладач : ст. викладач Р.О. Пархоменко

Рецензент: доцент, к.т.н. Е.С. Гузов

Відповідальний за випуск: Луценко І.А., канд. техн. наук

УДК 621.311.1(074)

Методичні вказівки ( конспект лекцій ) по дисципліні «Електричні системи та мережі» ( для студентів спеціальності 7.090603 ) / Уклад.: Р.О.Пархоменко. – Кривий Ріг : КТУ , 2008.

Містить лекції з теоретичними відомостями по дисципліні «Електричні системи та мережі»

Розглянуто на засіданні кафедри ЕПР.

Протокол № __ від __. __. 2010р.

Схвалено на вченій раді електро-

технічного факультету.

Протокол № __

від __. __. 2010 р.

ЗМІСТ

1 ЛЕКЦІЯ № 1 ВВЕДЕННЯ. ...................................................................... 4

2. ЛЕКЦІЯ № 2. КЛАСИФІКАЦІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ. .............. 8

3. ЛЕКЦІЯ № 3. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ. …………….. 15

4. ЛЕКЦІЯ № 4. ПАРАМЕТРИ І СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ

ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ. ....................................................................... 23

5. ЛЕКЦІЯ № 5. ХАРАКТЕРИСТИКИ І ПАРАМЕТРИ ЕЛЕКТРИЧНИХ

НАВАНТАЖЕНЬ. .................................................................................... 36

6. ЛЕКЦІЯ № 6. МЕТОДИ РОЗРАХУНКІВ СТАЛИХ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ. ............................................................. 42

7. ЛЕКЦІЯ № 7. ВИЗНАЧЕННЯ ВТРАТ ПОТУЖНОСТІ В

ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ. ................................................................ 45

8. ЛЕКЦІЯ № 8. РОЗРАХУНОК РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ. 53

9. ЛЕКЦІЯ № 9. РОЗРАХУНОК РЕЖИМІВ СКЛАДНОЗАМКНЕНИХ

ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ. ....................................................................... 69

10. ЛЕКЦІЯ № 10. УПРАВЛІННЯ РЕЖИМАМИ ЕЛЕКТРИЧНИХ

СИСТЕМ І МЕРЕЖ. ................................................................................. 75

11. ЛЕКЦІЯ № 11. НАДІЙНІСТЬ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ. ................. 85

12. ЛЕКЦІЯ № 12. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ (ТЕР) В

СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ. .............................................. 94

13. СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ. ................................... 97

ЛЕКЦІЯ № 1. ВВЕДЕННЯ

Актуальність : ознайомлення з задачею вивчення курсу та засвоєння основних понятть і визначень.

План :

1. Вступ.

2. Основні поняття і визначення.

3. Вимоги до електричних мереж.

4. Питання для самоконтролю.

Вступ.

Електрична енергія , завдяки своїм достоїнствам (відносна простота виробництва , передачі , подрібнення і перетворення) отримала широке розповсюдження в народному господарстві і побуті. Для виробництва, передачі, розподілення і перетворення електричної енергії від джерел її виробництва і споживання використовують електричні системи і мережі.

Основною задачею вивчення курсу являється засвоєння основ побудови і функціонування, аналізу сталих режимів і управління ними, а також проектування електричних систем і мереж.

Початкові відомості

Основні поняття і визначення.

В СЕП споживачів можна виділити 3 виду пристроїв:

а) по виробництву електричної енергії (електростанції);

б) по передачі і розподілення (електричні мережі);

в) по використанню електричної енергії (приймачі);

Схематично виробництво , розподілення і використання електричної і теплової енергії можна представити:

1-електрична частина електростанції;

2-електричні мережі ;

3-споживання електричної енергії;

4-теплові мережі ;

5-споживання теплової енергії

Відповідно вказаному малюнку можна відобразити принципову електричну схему:

Електрична мережа

Електрична система

навантаження

Енергетичною системою називається сукупність установок і пристроїв для виробництва, передачі , розподілення, перетворення і використання електричної і теплової енергії, об’єднаних загальністю процесу і режиму.

До цієї сукупності відносяться електростанції, електричні і теплові мережі , споживачі, з’єднанні між собою , а також пристрій захисту і управління системи.

Електроенергетичної (електричної) системою називається частина енергосистеми, без теплових мереж і споживачів теплової енергії.

Електрична мережа - сукупність електричних установок для передачі електричної енергії від електростанції споживачам і розподіл іі між споживачами.

Вона складається із пунктів прийому електричної енергії ( підстанцій), розподільних пунктів (РП) і ЛЕП (лінії електропередачі), працюючих на визначеній території.

Споживачами електричної енергії називається електричний приймач або їх група, об’єднана технологічним процесом і розташована на визначеній території.

На електростанціях для синхронізації генераторів застосовують номінальну напругу Uном =6 21 кВ.

В більш вузькому понятті під енергосистемою розуміють виробничі енергетичні об’єднання або великі виробничі одиниці.

Структура енергетики України включає в себе :

- електростанції як окремі підприємства;

- електричні мережі як окремі підприємства:

а) магістральні мережі (U >150кВ),

б) електричні мережі.

В балансі виробки електроенергії України удільна вага різних електростанцій:

ГЕС 5%,
ТЕС 44%,
АЕС 51%.

Основні принципи побудови енергетики країни створення об’єднаних енергетичних систем. Основні переваги об’єднаних енергосистем:

1 - підвищення надійності роботи (можливість резервування);

2 - використання більш великих агрегатів з меншими удільними затратами енергії (агрегат = турбіна - генератор);

3 - велика маневреність (тобто можливість перерозподілу енергії на протязі доби).

В окремих випадках на виробництвах , де є необхідність у великій кількості теплової енергії, а також є споживачі особливої групи 1 категорії, споруджують комбіновані станції по виробництву електричної та теплової енергії – ТЕЦ (у особливої групи - 3 незалежні джерела, один з них – автономний).

Схема спільної роботи ТЕЦ і енергосистеми має такий вигляд:

Вимоги до електричних мереж.

Існує 5 вимог:

Надійність роботи;
Якість електроенергії;
Економічність;
Безпека і зручність експлуатації;
Можливість подальшого розвитку.

Питання для самоконтролю.

1. Як формулюється основна задача вивчення курсу?

2. Що називається енергетичною системою?

3. Що називається електричною системою?

4. Що таке електрична мережа?

5. В чому полягає принцип об’єднаних електричних мереж?

6. назвіть основні вимоги до електричних мереж.

Висновки: В результаті засвоєння матеріалу студенти повинні мати уяву про задачю вивчення курсу та засвоїти основні поняття і визначення.

ЛЕКЦІЯ № 2. КЛАСИФІКАЦІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ.

Актуальність : вивчення визначень та ознайомлення з класифікацією електричних мереж за різноманітними ознаками.

План :

1. Класифікація електричних мереж за ознаками і показниками.

2. Питання для самоконтролю.

Класифікація електричних мереж

за ознаками і показниками.

Класифікацію здійснюють за різними ознаками і показниками:

рід струму і напруги;
конструктивним виконанням;
за характером споживачів і виконуючих ними функцій;
конфігурація схем та ін.

За родом струму – змінного (~) і постійного (-) струму.(в основному використовують трьохфазні мережі з f= 50Гц. Постійний струм головним чином використовується в електротранспорті , для глибокого регулювання швидкості і частоти , електроліз, зварки).

Під напругою – мережі до 1кВ і вище 1кВ (за правилами пристрою електричних установок ПУЕ за техніко-економічними критеріями є стандартна шкала порівняльно невеликої кількості стандартних Uн. Для зручності всі мережі ~ струму за напругою підрозділяються на декілька класів (зон)

Зони (класи напруги)

Uном, кВ

Ультрависокі

Надвисокі

Високі

Середні

Низькі

Малі

^ 1000

330 (330, 500, 750)

110 (110, 150, 220)

1(1,1; 6; 10; 20; 35)

1(0,127; 0,220; 0,380; 0,660)

42 В, 36 В, 24 В, 12 В, 6 В.

У різних елементів електричної системи є своя номінальна напруга. Тому розрізняють наступну номінальну (між фазну) напругу:

- генераторів

- трансформаторів і автотрансформаторів

- електричні мережі і електричні приймачі

Для пояснення цього питання повернемося до схеми передачі електроенергії:

Електрична мережа

Електрична система

навантаження

За конструктивним виконанням:

повітряні
кабельні
струмопроводи (приватний випадок – шинопровід ) гнучкі і жорсткі
проводки.

За характером споживачів і місцю розташування розрізняють мережі:

промислові
сільські
міські
електрифікованого транспорту
електричних систем.

Мережі електропостачання підприємств , які живляться від енергосистеми , підрозділяються на мережі зовнішнього і внутрішнього електропостачання. Зовнішні – сукупність всіх елементів від точки підключення до мережі енергосистеми до шин вторинного напруження ГЗП (головна знижуюча підстанція).

Внутрішні - решта.

За призначенням електричні мережі умовно підрозділяються на дві групи:

місцеві
районні.

До місцевих відносяться мережі, які характеризуються відносно невеликим районом з радіусом дії 15-20км і Uном <35кВ або Uном=35кВ.

До районних відносяться мережі, які охвачують відносно великі райони та мають Uном=110кВ або Uном>110кВ.

За виконанням функції в схемі електропостачання мережі ділять на:

живлячі
розподільні.

За конфігурацією (по схемі з”єднання елементів мережі) електричні мережі класифікуються за різними ознаками :

за принципом побудови і схемам з’єднання ділять на:

а) розімкнені

б) замкнуті.

Розімкнені – мережі , в яких живлення кожного навантаження можна здійснити тільки з однієї сторони , тобто передача енергії здійснюється тільки в одному напрямку. Такі мережі можуть бути нерезервовані або резервовані.

Нерезервовані розімкнені мережі виконують одноланцюговими лініями.

В розімкнених ланцюгах резервовані здійснюють шляхом застосування або двох одноланцюгових, або однією одноланцюговою лінією.

Ланцюг – сукупність трьох проводів – фази а, b і с.

Схеми розімкнених мереж ділять на 3 типа:

радіальні
магістральні
комбіновані ( змішані)

схема радіальної мережі:

В радіальній мережі кожний споживач живиться по своїй лінії.

Перевага: надійність

Недоліки: велика протяжність ліній , наявність комутуючих апаратів для кожної лінії.

Умовне позначення:

Схема магістральної мережі:

В магістральній схемі мережі від однієї лінії живляться декілька споживачів, розташованих в одному напрямку.

Недоліки: низька надійність.

Перевага: мінімальна протяжність ліній.

В комбінованих схемах містяться магістральні і радіальні лінії.

Замкнуті - мережі , в яких кожний споживач отримує живлення із двох або більшого числа сторін, а схема містить хоч би один замкнений контур.

Ці мережі діляться на:

прості
складні (складно-замкнені)

В простих замкнених мережах , які складаються із одного контуру , кожний споживач живиться не більше ніж з двох сторін. Такі мережі поділяються на мережі з двостороннім живленням (від двох ДЖ) і кільцеві мережі (один ДЖ), де кожний споживач пов’язаний з ДЖ двома лініями.

Схеми названих мереж:

Мережа з двостороннім живленням

Мережа кільцева

Із-за складності виконання РЗА (релейний захист автоматики) в кільцевих мереж вони , як правило, працюють в нормальному режимі як розімкнені, а в аварійному як замкнуті. Тому схема кільцевої мережі , як правило, виконують наступним чином :

Складні замкнені мережі містять декілька (2 і більше) замкнених контурів і джерел, і можуть мати різні конфігурації.

Наприклад:

В порівнянні з розімкненими , замкнуті мережі наділенні 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.

Питання для самоконтролю.

1. За якими ознаками і показниками здійснюють класифікацію електричних мереж?

2. Дайте визначення розімкнених та замкнених електричних мереж.

3. Що таке радіальні і магастральні мережі?

4. В чому полягають переваги складнозамкнених мереж?

Висновки: В результаті засвоєння матеріалу студенти повинні вивчити визначення та ознайомитися з класифікацією електричних мереж за різноманітними ознаками.

ЛЕКЦІЯ № 3. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ.

Актуальність : ознайомлення з елементами електричних мереж .

План :

1. Основні елементи ЛЕП.

2. Основні види ПС.

3. Основні елементи ПС.

4. Питання для самоконтролю.

Основні елементи ЛЕП.

До основних елементів електричної мережі відносяться лінії електричних передач (ЛЕП) і підстанції (ПС).

Повітряні лінії складаються з:

- опор

- проводів

- лінійної арматури

- грозозахисного троса

Опори бувають:

- проміжкові

- кутові

- кінцеві

- спеціальні

Опори бувають:

- залізобетоні

- металеві (і дерев’яні в низьковольтних мережах)

За конструктивним виконанням:

- одноланцюгові

- дволанцюгові

На ПЛ використовують багатодротові алюмінієвий та сталеалюмінієві дроти.

Дроти і троси на опорах одноланцюгових і дволанцюгових ПЛ розміщають наступним чином:

Ізолятори :

- штирьові ( в основному до 20 кВ );

- підвісні (тарілчасті).

На 1 тарілку приблизно 10 15кВ (бувають і більше).

Основні види ПС.

Підстанції призначені для перетворення і перерозподілу електроенергії. Вони являються елементами мережі, які визначають її структуру і властивості. ПС класифікують за різними ознаками ( підвищуючи і понижуючі ). За місцем і способом приєднання трансформатора до мережі ПС поділяють на:

глухі (кінцеві)
відгалуженні
прохідні
вузлові.

Глухі ПС приєднуються в кінці однієї або двох ліній (магістральних, радіальних або змішаних).

Відгалуженні ПС – приєднуються через відгалуження до однієї або двох магістральних ліній з одностороннім або двостороннім живленням.

ПС з одностороннім живленням ( розімкнена мережа ).

ПС з двостороннім живленням ( або замкнена проста мережа ).

Прохідна ПС- приєднується до мережі шляхом заходження на неї однієї або двох ліній з двостороннім живленням (застосовується в простих замкнених ланцюгах).

В окремих випадках прохідна ПС може бути транзитною.

Вузлова ПС- приєднується до мережі не менше ніж за трьома живлючими лініями. Ці ПС застосовуються в складно замкнених ланцюгах. Вони також можуть бути транзитними.

За призначенням ПС ділять на:

споживачі (вузлові РП, ГЗП, ТП)
системні ( в основному районні ПС (РПС)

За числом трансформаторів ПС можуть бути одномноготрансформаторні.

Основні елементи ПС.

Основні елементи ПС:

1.Трансформатор(и)

2.Автотрансформатор(и), які служать для мереж різних номінальних напруг.

Т і АТ характеризується каталожними даними: Uн, Рн і іншими параметрами.

На підстанціях застосовують двох - і трьохобмотувальні трансформатори, а також різновид двохобмотувального трансформатора – трансформатор з розщепленою обмоткою.

Sвн=Scн=Sнн=100%

Scн +Sнн=Sвн

Sнн1=Sнн2=0,5Sвн

(Двохобмоточний з розщепленою обмоткою)

Автотрансформатори

АТ- це трансформатор , у якого обмотка середньої напруги (С) являється частиною обмотки вищої напруги (В), тобто АТ –це трансформатор, дві або більше обмотки якого гальванічно (електрично) пов’язані так, що вони мають загальну частини.

Принципіальна схема однофазного автотрансформатора:

Двохобмоточний Трьохобмоточний

Випускають однофазні і трьохфазні АТ.

Uв–вища напруга (загальна)

Uc–середня напруга

Іоб=Ів –Іс

Іпосл=Ів

Якщо цю задачу вирішували за допомогою трансформатора, то схема мала б вигляд:

У трансформаторах розрізняють:

- номінальну ( прохідну ) потужність. Ця потужність електричному (гальванічному) з’єднанні обмоток. Вона означає граничну потужність, яка може бути передана через трансформатор на стороні ВН.

- типова потужність автотрансформатора. Це така потужність, яка була б , якщо обмотки працювали окремо, тобто автотрансформатор отримував би із трансформатора з окремо працюючими обмотками.

Значення типової потужності визначає габарити , масу, затрати та інші показники

де К_тр – коефіцієнт трансформації;

 – коефіцієнт доцільності застосування S_тип S_ном, автотрансформатор (1)

Значення Ктр змінює співвідношення між Sтип і Sном. При цьому, чим менше Ктр тим більш вигідно застосовувати автотрансформатор ( з точки зору масо-габаритних показників і витрат потужності ).

Напруга , при Uв=220кВ і Uc=110кB або Uв=330кВ, Uc=150кВ

Ктр ≈2, a=0,5 , Sном=2Sтип

Якщо Uв=330кВ, Uс=35кВ, то

К_тр≈10, α=0,9, .

Недоліки автотрансформаторів:

електричний зв’язок між обмоткою вищої і середньої напруги.
мережі працюють з різними режимами нейтрали. Автотрансформатор застосовують в мережах 110кВ і вище.
автотрансформатор має менший індуктивний опір ніж автотрансформатор (значить гірше обмеження струму короткого замикання)

Порівняльні техніко-економічні показники автотрансформатора АТ 220/110/6кВ з аналогічним трьохобмоточним трансформатором дають питому економію міді (кг/кВА) ≈15 25%, економію активної сталі ≈50 60%, а вага в 1,5 рази менше, ніж трансформатора; втрати потужності (Σ втрати потужності) менше на ≈30 35%.

Автотрансформатори випускають потужністью від 63 до 250 МВА, напругою 110кВ і вище.

Умовні позначення.

Умовні буквенні позначення (маркування).

Ці позначення складаються із букв і цифр, які відображають їх конструкцію, потужність і напругу обмоток.:

А-автотрансформатор трьохфазний

О-автотрансформатор однофазний

Т-трьохфазний трансформатор

Н-з регулювання під напругу (АТ або Т)

Т-трьохобмотувальний

Р-трансформатор з розщепленою обмоткою

Д-охолодженні дуття

Ц-примусове охолодження циркуляцією масла

М-масляне охолодження

Приклад: ТДТН-10000/100/6 – трьохфазний трьохобмоточний з РПН, охолодження дуттям

Питання для самоконтролю.

1. З яких основних елементів складаються повітряні лінії електропередач?

2. Для чого призначені підстанції та на які види вони підрозділяються?

3. Назвіть основні елементи підстанцій.

4. Що таке автотрансформатор, які він має переваги та недоліки?

5. Які умовні позначення та маркування мають елементи ПС?

Висновки: В результаті вивчення матеріалу студенти повинні засвоїти визначення, умовні позначення та маркування елементів електричних мереж .

ЛЕКЦІЯ № 4. ПАРАМЕТРИ І СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ.

Актуальність : вивчення параметрів для розрахунку, аналізу і управління режимами реальної електричної мережі та створення їх розрахункових моделей мереж - еквівалентних схем заміщення .

План :

1. Загальні положення.

2. Схеми заміщення ЛЕП.

3. Параметри схем заміщення ЛЕП.

4. Схеми заміщення Т і АТ.

5. Параметри схем заміщення трансформаторів.

6. Схеми заміщення трьохобмоточних трансформаторів.

7.Схеми заміщення двохобмоточних трансформаторів з розщепленою обмоткою.

8.Питання для самоконтролю.

Загальні положення.

Для розрахунку, аналізу і управління режимами реальної електричної мережі створюють їх розрахункові моделі. З цією метою реальну електричну мережу заміняють еквівалентною схемою заміщення.

Схемою заміщення мережі називається її графічне зображення, яке показує послідовність з’єднання її ділянок і відображує їх властивості.

Схеми заміщення мережі складають із схем заміщення її елементів (ЛЕП, ПС, навантаження і ін.) на одну фазу трьохфазної марежі.

Схеми заміщення розрізняють:

- продольні (із струмом навантаження)

- поперечні (на повну напругу вітки). Цим віткам відповідають продольні і поперечні параметри.

Схеми заміщення ЛЕП.

Необхідність обліку тих чи інших параметрів ЛЕП в схемі заміщення від рівня напруги, конструктивному виконанню , а також вимоги до точності розрахунку.

В загальному випадку схема заміщення ЛЕП містить продольні та поперечні параметри.

Розглянемо різноманітні схеми заміщення ЛЕП :

ПЛ кВ, км, КЛ кВ.

Представленні звичайною симетричною П-образною схемою заміщення

- для ПЛ: Uн=110 220кВ (втратами потужності на потужності на корону зневажають).

- для КЛ: Uн<35кВ (зневажають діелектричними втратами )

Схема заміщення спрощується:

- для більшості розрахунків режимів в мережах з Uн=110-220кВ ЛЕП представляється більш простою схемою заміщення. В ній замість ємністної провідності ліній враховується зарядна реактивна потужність, що генерується ємністю лінії та направлена на неї.