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

динат отмечаются максимальные значения нагрузки за данные дни или месяцы. Обычно для такого графика характерен спад в летние месяцы вследствие уменьшения нагрузки и возрастание к концу года, объясняемое присоединением новых потребителей.

Суточные и годовой графики нагрузки по продолжительности позволяют определить энергию, получаемую потребителем соответственно за

P, %

100

80

60

40

20

0

Я Ф М А М И И А С О Н Д t

Рисунок 2.3 − Годовой график максимумов нагрузки

Энергия, получаемая за время T (0 ≤ t ≤ T) при изменяющейся во времени мощности, определяется при интегрировании уравнения (2.5):

Wн = ∫[Pн(t) ∙ dt]. (2.6)

Полученное выражение характеризует площадь, ограниченную осями координат, и графиком нагрузки; вычисление ее не представляет труда, если график нагрузки имеет вид ступенчатой линии. В случаях, когда очертание графика имеет иной вид, удобно заменить его ступенчатым, сохраняя при этом характерные точки исходного графика (наибольшие и наименьшие нагрузки и отдельные закономерные повышения и понижения мощности) и выдерживая равенство площадей исходного и ступенчатого графи-

41

ков.

Полученное выражение характеризует площадь, ограниченную осями координат, и графиком нагрузки; вычисление ее не представляет труда, если график нагрузки имеет вид ступенчатой линии. В случаях, когда очертание графика имеет иной вид, удобно заменить его ступенчатым, сохраняя при этом характерные точки исходного графика (наибольшие и наименьшие нагрузки и отдельные закономерные повышения и понижения мощности) и выдерживая равенство площадей исходного и ступенчатого графиков.

Графики нагрузок удобно характеризовать показателем, который называется временем использования наибольшей нагрузки Тнб или продолжительностью (годовым числом часов) использования максимума нагрузки Тнб. Этим показателем определяется время, в течение которого потребитель, работая с наибольшей нагрузкой, получил бы из сети то же количество энергии, что и при работе по действительному графику. На рис. 2.4 приведены графики, поясняющие определение времени Тнб.

Рисунок 2.4 − Графики нагрузки, поясняющие определение времени Тнб

Энергия, полученная потребителем за год, определяется площадью, ограниченной ступенчатым графиком. При 8760 часах в году (0 ≤ t ≤ 8760)

42

т. е. время использования наибольшей нагрузки определяется отношением площади, ограниченной действительным графиком нагрузки к ординате, отвечающей наибольшей мощности нагрузки. Время Тнб может вычисляться применительно как к годовому, так и к суточному графику.

Для работы потребителей электроэнергии необходима передача из сети не только активной, но и реактивной мощности. Поэтому для полной характеристики нагрузки по потребляемой мощности необходимо знание также и графиков реактивной мощности. Эти графики могут быть получены теми же методами, что и графики активной мощности.

Время наступления максимумов в суточных графиках активной и реактивной составляющих нагрузки и сама конфигурация графиков могут отличаться (и иногда довольно существенно). Тогда годовое число часов использования максимума реактивной составляющей нагрузки потребителей можно определить по соотношению Тр.нб = (0,8−0,9) ∙ Та.нб, а при большой степени компенсации Тр.нб = (0,6−0,7) ∙ Та.нб. В настоящее время при проектировании в ряде случаев требующаяся потребителям реактивная мощность учитывается приближенно, т. е. в большинстве практических задач различиями конфигураций графиков активной и реактивной составляющих нагрузки пренебрегают и считают Тр.нб Та.нб. При этом для определения реактивной мощности используется коэффициент мощности (cosср), значение которого принимается неизменным в течение года либо задается применительно к периодам наибольшей и наименьшей активной мощности нагрузки.

2.3. Электрические сети

2.3.1. Требования к электрическим сетям

К электрическим сетям, служащим для передачи электроэнергии от места производства к месту потребления и распределения электроэнергии между потребителями, предъявляются следующие требования:

1) обеспечивать надежное, а для ЭП I категории бесперебойное электроснабжение. Под надежностью сети понимают вероятность безотказной ее работы на протяжении заданного времени при обеспечении требуемого качества электроэнергии. Надежным считается электроснабжение,

43

при котором в случае аварийных повреждений элементов сети питание ЭП восстанавливается в течение времени, необходимого для производства ручных переключений без выполнения ремонта поврежденного элемента. Бесперебойным считается электроснабжение, при котором в случае аварийных повреждений питание ЭП не нарушается или бывает перерыв в подаче электроэнергии на время работы автоматических устройств;

2)питать ЭП электроэнергией требуемого качества. Качество электроэнергии характеризуется показателями, определяющими степень соответствия напряжения и частоты в сети их нормированным значениям.

Внастоящее время действует ГОСТ 13109–87, устанавливающий требования к качеству электроэнергии в электрических сетях общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединены приемники или потребители электроэнергии;

3)удовлетворять условиям экономичности сооружения и эксплуа-

тации. При этом должны выполняться также технические требования, направленные на применение наиболее совершенных технических решений и обеспечение наиболее полного и рационального использования оборудования. Экономичность является наиболее общим критерием, рассматриваемым совместно с требованиями надежности электроснабжения. Чтобы сеть была экономичной, необходим выбор наиболее целесообразных конфигураций, напряжений, сечений проводов и т.д. Поэтому варианты решений оцениваются (сравниваются между собой) по установленным в настоящее время критериям экономической эффективности капитальных вложений.

Электрические сети должны обеспечивать безопасность и удобство эксплуатации, а также возможность развития без коренного переустрой-

ства. Обязательным условием является опережающее развитие электрических сетей в электроэнергетике (при опережающем развитии энергетики в народном хозяйстве).

2.3.2. Классификация электрических сетей

Электрические сети классифицируют по ряду показателей, характеризующих как сеть в целом, так и отдельные ЛЭП.

1. По току различают сети переменного и постоянного тока. Основное применение получили сети трехфазного переменного тока.

44

При большом количестве ЭП однофазного тока от трехфазной сети делаются однофазные ответвления.

Сети постоянного тока сооружаются для питания промышленных предприятий (электролизных цехов, электрических печей и т. д.), городского электротранспорта (трамвая, троллейбуса, метрополитена). Электрификация железнодорожного транспорта осуществляется как на постоянном, так и переменном токе.

Постоянный ток используют также для передачи энергии на большие расстояния, поскольку применение переменного тока для этой цели связано с трудностью обеспечения устойчивой параллельной работы генераторов электростанций. Однако па постоянном токе при этом работает лишь ЛЭП, на питающем конце которой переменный ток преобразуется в постоянный, а на приемном конце происходит инвертирование постоянного тока в переменный.

Постоянный ток может быть использован в электропередачах переменного тока для организации связи двух ЭЭС в виде вставки постоянного тока − электропередачи постоянного тока (ЭППТ) «нулевой длины», когда две ЭЭС соединяются между собой через выпрямительнопреобразовательную установку. При этом отклонения частоты в каждой из ЭЭС практически не отражаются на передаваемой мощности.

2. По напряжению электрические сети делятся на сети напряжением до 1 кВ и выше 1 кВ.

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением, при котором обеспечивается нормальная и наиболее экономичная работа оборудования и ЭП.

Различают номинальные напряжения генераторов, трансформаторов, сетей и ЭП.

Номинальное напряжение сети совпадает с номинальным напряжением ЭП, а номинальное напряжение генератора по условиям компенсации потерь напряжения в сети принимается на 5 % выше номинального напряжения сети.

Номинальное напряжение трансформатора устанавливается для первичной и вторичной его обмоток при холостом ходе. В связи с тем, что первичная обмотка трансформатора является приемником электроэнергии,

45

для повышающего трансформатора ее номинальное напряжение принимается равным номинальному напряжению генератора, а для понижающего – номинальному напряжению сети. Напряжение вторичной обмотки трансформатора, питающей сеть, при нагрузке должно быть на 5 % выше номинального напряжения сети. Так как при нагрузке происходит потеря напряжения в самом трансформаторе, то номинальное напряжение (т. е. напряжение холостого хода) вторичной обмотки трансформатора принимается на 10 % выше номинального напряжения сети.

В табл. 2.1 приведены номинальные междуфазные напряжения электрических сетей трёхфазного тока частотой 50 Гц.

Таблица 2.1 − Номинальные междуфазные напряжения, кВ, по ГОСТ

721−77

46

Номинальные междуфазные/фазные напряжения, В, переменного трехфазного тока по ГОСТ 21128−75

10(6)/35/110(150)/330/750 кВ.

В Луганской области используется шкала 10(6)/35/110/220 кВ, в За-

карпатской 10(6)/35/110/220/400 кВ, в Восточном Крыму 10(6)/35/110/220 кВ.

Развитие сетей 220, 400 и 500 кВ в перспективе допускается только в указанных районах. Функции системообразующих сетей в ОЭС Украины выполняют сети 750 и 330 (частично 220) кВ. Основными распределительными сетями является сети 110 кВ (в Днепропетровской, Запорожской, Кировоградской, Николаевской и Херсонской областях и прилегающих к ним районах − 150 кВ). На этом напряжении осуществляется электроснабжение промышленных предприятий и узлов, больших городов, электрификация железнодорожного и трубопроводного транспорта, первая ступень распределения электроэнергии в сельской местности. Напряжение 35 кВ используется для создания центров питания (ЦП) сетей 6 и 10 кВ главным образом в сельской местности. С ростом плотности электрических нагрузок в ряде районов намечается тенденция к ограничению развития сетей 35 кВ и замене их сетями 110 кВ. Напряжения 6−10 кВ предназначены для распределительных сетей в городах, сельской местности и на промышленных предприятиях; преимущественное распространение имеет напряжение 10 кВ, напряжение сети 6 кВ применяется при наличии на предприятиях значительной нагрузки − электродвигателей с номинальным напряжением 6 кВ. Применение напряжения 3 кВ для вновь проектируемых сетей не рекомендуется.

Напряжение ЛЭП постоянного тока ГОСТ в СССР не были нормированы. ЛЭП постоянного тока Кашира − Москва имеет напряжение 200 (100) кВ, Волгоград − Донбасс 800 ( 400) кВ, Экибастуз − Центр −

47

1500 (750) кВ. В перспективных разработках рассматривается применение более высоких напряжений постоянного тока − 2250 и 2400 кВ.

На транспорте и в промышленности используются следующие напряжения постоянного тока: для контактной сети, питающей трамваи и троллейбусы, − 600 В, вагоны метрополитена − 825 В, для электрифицированных железных дорог − 3300 и 1650 В, открытые горные разработки обслуживаются троллейвозами и электровозами, питающимися от контактной сети, 600, 825, 1650 и 3300 В, подземный промышленный транспорт использует напряжение 275 В. Сети дуговых печей имеют напряжение 75 В, электролизных установок 220 − 850 В.

3.По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные сети, токопроводы и проводки.

4.По расположению сети делятся на наружные и внутренние. Наружные сети выполняют голыми (неизолированными) проводами и кабелями (подземными, подводными), внутренние − кабелями, изолированными и голыми проводами, шинами.

5.По характеру потребления различают сети городские, промышленные, сельские, электрифицированных железных дорог, магистральных нефте- и газопроводов, электрических систем.

Сети электрических систем предназначены для внутри- и межсистемных связей на территориях больших районов страны. Они характеризуются большим радиусом охвата, значительными нагрузками, высокими и сверхвысокими напряжениями. Сети электрических систем выполняют по сложно-замкнутым многоконтурным схемам с несколькими ИП.

6.Разнообразие и сложность электрических сетей обусловили отсутствие единой классификации и использование различных терминов при классификации сетей по назначению, роли и выполняемым функциям в схе-

ме электроснабжения.

Так, электрические сети делятся на системообразующие и распределительные. Также выделяются городские, промышленные и сельские сети.

Системообразующей называется электрическая сеть, объединяющая электростанции и обеспечивающая их функционирование как единого объекта управления, одновременно осуществляя выдачу мощности электростанций.

48

Распределительной называется электрическая сеть, обеспечивающая распределение электроэнергии от ИП. Назначением распределительных сетей является дальнейшее распределение электроэнергии от ПС системообразующей сети (частично также от шин распределительного напряжения электростанций) до ЦП городских, промышленных и сельских сетей. Первой ступенью распределительных сетей общего пользования являются сети 330 (220) кВ, второй − 110 кВ; затем электроэнергия распределяется по сети электроснабжения отдельных потребителей.

Дальние ЛЭП выполняют роль системообразующих линий и межсистемных связей (МСС). Системообразующей называют ЛЭП с наивысшим напряжением в рассматриваемой системе, сооружаемую для дальнейшего развития этой системы. МСС осуществляются ЛЭП, переменного и постоянного тока, которые соединяют отдельные системы. В зависимости от времени суток и периода года потоки мощности по МСС могут менять свое направление. Такие передачи называются реверсивными в отличие от нереверсивных, по которым потоки мощности постоянно проходят в одном направлении. Как правило, нереверсивные ЛЭП связывают системы с крупнейшими ТЭС, ГЭС и системы с мощными промышленными потребителями. Реверсивность электропередачи может быть использована при перераспределении нагрузок между системами. В этом случае МСС носит название маневренной. В зависимости от пропускной способности МСС могут быть сильные и слабые. Первые осуществляются ЛЭП, пропускная способность которых соизмерима с мощностью объединяемых систем, а вторые − ЛЭП с пропускной способностью не выше 10−15 % мощности наименьшей из объединяемых систем.

7. По схеме соединений электрические сети делят на разомкнутые, разомкнутые резервированные и замкнутые.

Разомкнутыми называются сети, в которых ЭП питают с одной стороны. На рис. 2.5 показаны схемы различных видов разомкнутых сетей: радиальной с одной нагрузкой (рис. 2.5, а), магистральной с несколькими нагрузками (рис. 2.5, б) и разветвленной (рис. 2.5, в). В таких сетях с одноцепными линиями повреждение и отключение любого участка сети приводит к временному прекращению питания соответствующих потребителей до восстановления нормальной работы сети.

49

В разомкнутых резервированных сетях (рис. 2.6) при нарушении питания по одной из линий вручную или автоматически включается резервная перемычка (показана штриховой линией), которая в нормальном режиме работы сети разомкнута. При этом электроснабжение осуществляется через перемычку до восстановления поврежденной линии.

а б

Рисунок 2.6 − Схемы разомкнутых резервированных сетей с двумя ИП (а) и одним ИП (б)

Замкнутыми называются сети, в которых ЭП питаются по меньшей мере с двух сторон (рис. 2.7). В таких сетях отключение одной линии не приводит к нарушению электроснабжения, так как каждый ЭП имеет резервное питание.

8. В зависимости от режима работы нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

1)сети с глухозаземленными нейтралями, подключенные к обмоткам трансформаторов, у которых нейтрали присоединены к заземляющим устройствам (ЗУ) непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока);

2)сети с незаземленными (изолированными) нейтралями, подключенные к обмоткам трансформаторов, у которых нейтрали не присоедине-

50