7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-1_н

УДК 621.311.1 (075) ББК 31.27

Б 24

Рецензенты:

А. Г. Гурин, д-р техн. наук, проф., Национальный технический университет «Харковский политехнический институт»

В. В. Кривицкий, генеральный директор института «Укргидропроект»

Розглянута загальна характеристика й основи аналізу усталених режимів сучасних електричних систем і мереж, характеристики основних елементів електричних систем, конструктивне виконання й умови їх роботи, аналіз усталених режимів, параметри й схеми заміщення елементів електричних систем і мереж; основи сучасних методів аналізу електричних мереж.

Призначено для студентів денної і заочної форм навчання спеціальності

6.050701.

Барбашов И. В.

Б 24 Общая характеристика и основы анализа установившшихся режимов современных электрических систем и сетей : текст лекций / И. В. Барбашов

− Х. : НТУ «ХПІ», 2013. − 240 с. − Рус. язык

ISBN

Рассмотрены общая характеристика и основы анализа установившшихся режимов современных электрических систем и сетей, характеристики основных элементов электрических систем, конструктивное исполнение и условия их работы, анализ установившихся режимов, параметры и схемы замещения элементов электрических систем и сетей; основы современных методов анализа электрических сетей.

Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения специальности

6.050701.

Ил. 62. Табл. 12. Библиогр. 19 назв.

2

тете «Харьковский политехнический институт» для студентов дневной и заочной форм обучения специальности «Электрические системы и сети».

Развитие прикладной стороны дисциплины предусмотрено при курсовом проектировании, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении расчетных заданий и контрольных работ.

При подготовке текста лекций были использованы теоретические и методологические разработки в области электрических систем таких научных школ как Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Московский энергетический институт); Новосибирский государственный технический университет; Белорусский национальный технический университет.

Втексте лекций нет библиографических ссылок и указаний на первоисточники и заимствования, кроме указания на дополнительные материалы, необходимые (полезные) студентам для справок и углубления изучения отдельных вопросов.

Всоответствии с программой курса материал дисциплины разбит на четыре основных раздела:

1. Общая характеристика современных электрических систем и сетей.

2. Основы анализа установившихся режимов электрических систем и сетей.

3. Проектирование развития электрических систем и сетей.

4. Основы управления установившимися режимами электрических систем и сетей.

Содержание предлагаемого текста лекций отражает основной материал первого и второго разделов курса, включающих следующие темы:

1. Общая характеристика современных электрических систем и сетей Тема 1. Общие сведения об электрических системах и сетях.

Тема 2. Основные элементы электрических систем.

Тема 3. Основные сведения о конструктивном выполнении и условиях работы элементов электрических сетей.

2. Основы анализа установившихся режимов электрических систем и

сетей

4

Тема 1. Общие положения анализа установившихся режимов электрических систем и сетей.

Тема 2. Параметры и схемы замещения элементов электрических систем и сетей. Линейное приближение.

Тема 3. Нелинейные элементы электрических систем и сетей. Их характеристики.

Тема 4. Подготовка данных к расчетам режимов электрических систем. Тема 5. Расчет установившихся режимов разомкнутых электриче-

ских сетей.

Тема 6. Расчет установившихся режимов простых замкнутых электрических сетей.

Тема 7. Расчет установившихся режимов сложных замкнутых электрических сетей.

Примечание. Ограниченный объём текста лекций не позволяет изложить материал первой части курса достаточно полно. Углубленное изучение ряда вопросов должно быть выполнено студентами самостоятельно по публикациям в научно-технических изданиях. Перечень вопросов и рекомендуемая литература даются в контрольном задании 1.1 курса «Электрические системы и сети».

5

РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

ТЕМА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И СЕТЯХ

1.1. Основные понятия и определения

Энергетической системой (энергосистемой) называется совокуп-

ность электростанций, электрических и тепловых сетей, связанных общностью режима в процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

В энергосистеме различают элементы двух видов: преобразующие, в которых энергия преобразуется из одного вида в другой или преобразуются ее параметры (котлы, турбины, генераторы, трансформаторы, вентильные преобразователи, электродвигатели, осветительные и бытовые электроприборы), и передающие, предназначенные для передачи энергии на расстояния (воздушные и кабельные линии, трубопроводы, устройства топливоподачи).

Между отдельными элементами энергосистемы действуют электрические, электромагнитные, механические и другие связи.

Энергосистемы классифицируются по виду используемых энергоресурсов, составу потребителей, характеру географического расположения электростанций, виду производимой энергии.

Производство (генерация), распределение и потребление электрической и тепловой энергии схематически показаны на рис. 1.1.

Электростанции, производящие (генерирующие) электрическую энергию, делятся на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС) и гидравлические (ГЭС). На ТЭС первичный источник энергии − органическое топливо (уголь, газ, нефть), на АЭС − урановый концентрат, на ГЭС − вода (гидроресурсы). ТЭС делятся на конденсационные электростанции (КЭС) или государственные районные электростанции (ГРЭС), вырабатывающие электроэнергию, и теплофикационные (ТЭЦ), вырабатывающие электроэнергию и тепло. Существуют и другие виды электростанций: гидроаккумулирующие: (ГАЭС), дизельные (ДЭС), солнечные (СЭС), геотермальные

6

электрической и тепловой энергии

Электрическая часть электростанции включает в себя основное и вспомогательное оборудование. Основное оборудование предназначено для производства и распределения электроэнергии (синхронные генераторы, сборные шины, коммутационные аппараты, электроприемники собственных нужд). Вспомогательное оборудование предназначено для выполнения функций измерения, сигнализации, защиты и автоматики и т.д.

Электрической частью энергосистемы (электроэнергетической или электрической системой) называется совокупность электрического оборудования объектов энергосистемы. В состав электрической системы входят генераторы, распределительные устройства (РУ), электрические сети и электроприемники (ЭП).

Характерные особенности электрической системы:

−одновременность процессов производства, распределения и потребления электроэнергии требует обязательного баланса между суммарной мощностью, генерируемой на электростанциях, и суммарной мощностью, потребляемой в системе;

−органическая связь со всеми отраслями народного хозяйства, которая осуществляется непосредственно через электрические сети;

7

−быстротечность процессов производства, передачи, распределения

ипотребления электроэнергии.

Электрической сетью называется совокупность соединенных между собой подстанций (ПС) и линий электропередачи (ЛЭП).

Электрическая сеть предназначена:

−для передачи электроэнергии от источников питания (ИП) к местам потребления и распределения ее между потребителями;

−передачи электроэнергии на значительные расстояния при большой удаленности энергоресурсов от центра потребления (транспорт энергии), что во многих случаях экономически целесообразнее, чем перевозка топлива по железной дороге, транспорт газа или нефти по трубопроводам;

−создания электрических систем при объединении отдельных электростанций между собой и с потребителями;

−создания мощных объединенных энергосистем.

Нормы технологического проектирования энергетических систем и электрических сетей 35 кВ и выше (НТП ЭС) различают электрическую сеть системообразующую, объединяющую электростанции и обеспечивающую их функционирование как единого объекта управления, одновременно осуществляющую выдачу мощности электростанций, и распределительную, обеспечивающую распределение электроэнергии от ИП. Здесь также приводится определение термина глубокий ввод −системы питания, при которой линии высшего напряжения подводятся как можно ближе к потребителям с целью уменьшения количества ступеней трансформации и снижения потерь энергии.

Источником питания называется РУ электростанции или РУ вторичного напряжения ПС, от которого питаются сети данного напряжения.

Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

В свою очередь, потребителем электроэнергии называется ЭП или группа ЭП, объединенных общим технологическим процессом и расположенных на определенной территории.

Подстанцией называется электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии. Подстанции состоят из

8

трансформаторов и других преобразователей энергии; РУ − сборных шин и коммутационных аппаратов; устройств управления − релейной защиты и автоматики, измерительных приборов; вспомогательных сооружений. Подстанция может быть повышающей, если энергия преобразуется с низшего напряжения на высшее, и понижающей − в случае преобразования высшего напряжения на низшее. Для передачи энергии постоянным током сооружаются преобразовательные ПС − выпрямительная на питающем конце, преобразующая переменный ток в постоянный, и инверторная на приемном конце, где постоянный ток снова преобразуются в переменный.

Электроэнергия может распределяться не только на ПС, но и на распределительных пунктах (РП) − устройствах, предназначенных для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении (без преобразования и трансформации) и не входящих в состав ПС.

Распределительное устройство представляет собой электроустановку (ЭУ), которая служит для приема и распределения электроэнергии и содержит коммутационные аппараты, сборные шины, вспомогательные устройства, а также устройства автоматики и измерительные приборы.

НТП ЭС различают следующие виды ПС: тупиковая, через которую не может передаваться транзитный поток мощности; ответвительная, присоединяемая к электрической сети ответвлением от линии; проходная, присоединяемая к электрической сети с помощью захода одной из линий с двухсторонним питанием; узловая, присоединяемая к электрической сети не менее чем тремя линиями.

Линией электропередачи называется ЭУ, предназначенная для передачи электроэнергии. НТП ЭС различают следующие виды ЛЭП: межсистемная, непосредственно соединяющая электростанции или ПС разных энергосистем и являющаяся элементом системообразующей сети; одноцепная, имеющая один комплект фазных проводов; двухцепная, имеющая два комплекта фазных проводов и др. Здесь также приводится определение термина электропередача – совокупность ЛЭП и непосредственно связанного с ней оборудования, обеспечивающего передачу электроэнергии с необходимыми параметрами.

Кроме перечисленных понятий и определений, в «Правилах устройства электроустановок (ПУЭ)» приводятся определения терминов, широко

9

применяемых в литературе: электроустановка − совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии; электроснабжение

−обеспечение потребителей электроэнергией; система электроснабжения

−совокупность ЭУ, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

1.2.Современное состояние и перспективы развития мировой электроэнергетики и электроэнергетики Украины

Характеристика современного состояния и перспектив развития мировой электроэнергетики должна быть рассмотрена студентами самостоятельно по публикациям в научно-технических изданиях. Собранный материал оформляется в виде раздела контрольного задания 1.1 по курсу «Электрические системы и сети».

Особое внимание при изучения курса «Электрические системы и сети» следует уделить современному состоянию и перспективам развития электроэнергетики Украины.

Энергетика Украины − стратегическая отрасль национальной экономики, являющаяся основой функционирования общегосударственного комплекса общественного производства и обеспечения достойных условий жизни населения. Большая часть существующих объектов энергетики была создана усилиями СССР и в настоящее время нуждается в модернизации, внедрении новых, ресурсосберегающих технологий, а также разработке альтернативных источников энергии. Исключением является сравнительно молодая ядерная энергетика Украины, по мировым стандартам являющаяся вполне современной.

Характеристика состояния энергетики ОЭС Украины за последние годы дана в табл.1.1.

10