1. Контрольные вопросы

1. Дать определение энергетической системы, электрической системы и их элементов.

2. Назвать основные типы электростанций. Что является наиболее характерным для них?

3. Каковы основные технологические особенности энергосистем?

4. В чем преимущества объединения электростанций в энергосистему?

5. Назвать шкалу номинальных напряжений электроприемников и ЛЭП.

6. Как и почему различаются номинальные напряжения одного класса первичных и вторичных обмоток трансформаторов, а также потребителей?

7. Почему для турбогенераторов задаются активные, а для гидрогенераторов и трансформаторов полные номинальные мощности?

8. Как расшифровывается маркировка турбогенераторов ТВФ-100-2; ТГВ-300; ТВВ-800-2?

9. По какому принципу разработана шкала номинальных мощностей трансформаторов?

10. Как классифицируются схемы электрических сетей по функциональному значению?

11. Как классифицируются схемы электрических сетей по конфигурации?

2. Схемы замещения и электрические параметры линий электропередачи (лэп)

Под схемой замещения элемента электрической сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц понимается совокупность фазных сопротивлений и проводимостей, позволяющая достаточно точно моделировать этот элемент при расчете установившихся режимов электрических сетей, т. е. при определении напряжений в начале и конце элемента, протекающих в элементе токов, а также потерь мощностей в элементе [2].

Под электрическими параметрами элемента понимаются значения сопротивлений и проводимостей в его схеме замещения.

1. Параметры схемы замещения воздушной лэп

Активное сопротивление воздушной линии обусловлено нагревом проводов вследствие протекания электрического тока. Для сталеалюминиевых проводов, являющихся основными для воздушных ЛЭП, активное сопротивление определяется главным образом алюминиевой частью. Активное сопротивление зависит от материала проводника, его длины и сечения и измеряется в [Ом]:

, (2.1)

где , — удельное сопротивление проводника;— длина линии;F, — сечение.

Для сталеалюминиевых проводов (обозначение марки провода — АС), выполненных в виде стального многопроволочного сердечника и многопроволочной алюминиевой оболочки, из-за поверхностного эффекта и разницы в удельных сопротивлениях стали и алюминия практически весь ток протекает по алюминиевым проводникам. Если учесть также, что ток протекает по отдельным проводникам, навитым вокруг сердечника и имеющим длину на 3—4% больше длины провода, то расчетное удельное сопротивление сталеалюминиевого провода, отнесенное к единице его длины, составит .

Обозначение выпускаемых сталеалюминиевых проводов содержит сечение алюминиевой оболочки (в числителе) и стального сердечника (в знаменателе), например АС150/24. Обычно в электрических расчетах представляет интерес только сечение алюминиевой оболочки, поэтому знаменатель в обозначении часто опускают. Промышленностью выпускаются многопроволочные провода следующих стандартных сечений, : 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 330, 400, 450, 500, 600, 650, 700, 750, 800, 1000. Здесь и далее под сечением провода подразумевается сечение его алюминиевой оболочки.

Познакомьтесь в электротехнических справочниках или справочниках по строительству линий электропередачи с конструкциями проводов и тросов ВЛ. Прочитайте сведения из § 7.1 справочника по проектированию ЭЭС [5], обратив внимание на правила расшифровки обозначений проводов, диапазоны сечений, применяемых для ВЛ различных номинальных напряжений.

Обычно в справочных материалах приводится удельное (погонное) сопротивление линии для стандартных сечений , Ом/км, тогда эквивалентное сопротивлениеопределяется как, Ом:

, (2.2)

где п — число параллельных линий электропередачи. Справочные значения приводятся для температуры окружающей среды 20°С. Активное сопротивление зависит от температуры, но при расчетах эта зависимость обычно не учитывается (принимаются табличные значения удельного активного сопротивления), за исключением случаев, когда ЛЭП работает в экстремальных условиях.

Зависимость от температурыt имеет вид

. (2.3)

Индуктивное сопротивление воздушной ЛЭП определяется индуктивностью фаз ЛЭП по отношению к земле и взаимоиндукцией между фазами и, следовательно, зависит от взаимного расположения фаз, расстояния между фазами и диаметра провода.

Для устранения разницы в величине индуктивного сопротивления фаз (крайних и средней) производится транспозиция проводов (рис. 2.1).

Расположение проводов ЛЭП на опоре может быть горизонтальным или треугольным (рис. 2.2).

Индуктивное сопротивление фазы одноцепной транспонированной линии с проводами из цветных металлов (медь, алюминий, сталеалюминий) подсчитывается с учетом взаимодействия фаз по соотношению

, (2.4)

, (2.5)

где — среднегеометрическое расстояние между фазами, м;— эквивалентный радиус фазы, м;т — число проводов в фазе. Для линий, у которых каждая фаза имеет только один провод, , r — радиус провода.

При значительном номинальном напряжении воздушной линии (ВЛ) напряженность электрического поля вокруг проводов может превысить критическую, соответствующую электрической прочности воздуха. Тогда вокруг провода возникает тлеющий электрический разряд (корона), на поддержание которого расходуется электрическая энергия. Известно, что при прочих равных условиях напряженность поля тем больше, чем больше его неравномерность. Для снижения или предотвращения явления появления короны неравномерность поля вокруг фазы снижают, применяя расщепление фазы на два (при), три (при) и более (при больших номинальных напряжениях ВЛ) проводов. Для таких ВЛ в расчетных формулах используется эквивалентный радиус фазы, подсчитываемый по формуле

, (2.6)

где  расстояние между 1-м и i-м проводами в фазе, м (рис. 2.3); П — знак произведения.

Для ВЛ 330 кВ формула (2.6) имеет вид , а ВЛ 500 кВ — .

Характерно, что воздушных высоковольтных линий незначительно изменяется при изменениях габаритов линии, сечений проводов и степени расщепления проводов.

Для ЛЭП 35—220 кВ .

Для ЛЭП 330—750 кВ .

Минимальные расстояния между соседними фазами (горизонтальное расположение фаз) показаны ниже:

U, кВ	, м	U, кВ	, м	U, кВ	, м
до 1	0,5	110	4,0	330	9,0
6—10	1,0	154	5,5	500	12,0
35	3,0	220	7,0	750	15,0

Рис. 2.4 - Зависимости удельных активного и индуктивного

сопротивлений от класса напряжения сети

Для двухцепных ЛЭП, когда две трехфазные системы проводов (две цепи ВЛ) подвешиваются на общих опорах, индуктивное сопротивление подсчитывается с учетом взаимоиндукции между цепями (см. рис. 2.2, в).

. (2.7)

; (2.8)

подсчитывается по соотношению (2.4).

Эквивалентное реактивное сопротивление воздушной линии подсчитывается по соотношению, Ом:

, (2.9)

где — длина линии, п — число параллельных линий.

На рисунке 2.4 показаны зависимости погонных активного и индуктивного сопротивлений сталеалюминиевых проводов воздушных линий электропередачи от класса напряжения сети.

Активная проводимость. Для снижения или устранения напряженности электрического поля, помимо расщепления проводов, ограничивается минимально допустимое сечение провода (110 кВ — 70 , 150 кВ — 120, 220 кВ—240). Тем не менее при некоторых условиях (неблагоприятных атмосферных) корона может возникать. В справочной литературе [5, табл. 7.7] приводятся данные по максимальным и минимальным удельным (на 1 км длины ВЛ) потерям активной мощности () на корону. По этой величине определяется удельная активная проводимость ВЛ:

. (2.10)

Эквивалентная активная проводимость п параллельных ВЛ длиной определяется по формуле.

Для воздушных линий погонные потери активной мощности на корону существенно зависят от погодных условий и напряжения, поэтому активная погонная проводимость является переменным и нелинейным параметром. В большинстве случаев более целесообразно непосредственно учитыватьдля линии электропередачи в виде дополнительной нагрузки.

Познакомьтесь с табл. 7.7 в [5] и проследите, как изменяются потери на корону ВЛ в зависимости от влияющих факторов.

Емкостная проводимость линии определяется токами смещения за счет электростатического поля линии (между фазами и по отношению к земле). Эта проводимость создает так называемый зарядный, или емкостный, ток, вектор которого опережает на 90° вектор напряжения линии. Величина удельной емкостной проводимости

, (2.11)

а эквивалентная емкостная проводимость

.

Емкостная проводимость воздушных линий электропередачи слабо зависит от конструктивных особенностей ЛЭП и имеет значение от доСм/км для ВЛ 110—220 кВ и отдоСм/км для ВЛ 330—750 кВ. Значения удельных проводимостей приводятся в справочной литературе [5, табл. 7.6].