Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет режимов распределительных электрических сетей. Учебное пособие для магистров, обучающихся по направлению 35.04.06 «Агроинженерия» (магистерская
.pdf
1
Министерство сельского хозяйства Российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный аграрный университет
имени императора Петра I»
П.О.Гуков, В.В.Картавцев, С.А.Филонов, В.А.Черников
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ
Расчет режимов распределительных
электрических сетей
Учебное пособие для магистров, обучающихся по направлению
35.04.06«Агроинженерия»
(магистерская программа «Системы электроснабжения
сельскохозяйственных потребителей»)
Воронеж
2017
2
Печатается по решению редакционно-издательского совета
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный
университет имени императора Петра I»
УДК 621.311 (075.8)
ББК
Гуков П.О. Расчет режимов распределительных электрических
сетей. Учебное пособие для магистров, обучающихся по
направлению 35.04.06 «Агроинженерия» (магистерская
программа «Системы электроснабжения сельскохозяйственных
потребителей»)/ П.О.Гуков, В.В.Картавцев, Филонов С.А.,
Черников В.А. – Воронеж: Воронежский ГАУ, 2017. – 105 с.
В данном учебном пособии рассмотрены методы расчета
распределительных электрических сетей различной
конфигурации. Пособие предназначено для выполнения курсовой
работы по дисциплине «Электрические системы и сети»
магистрами, обучающимися по направлению 35.04.06
«Агроинженерия» (магистерская программа «Системы
электроснабжения сельскохозяйственных потребителей»).
Рецензенты:
кафедра электрооборудования и электротехнологий в АПК
ФГБОУ ВО «Белгородский государственный аграрный
университет имени В.Я.Горина»;
доктор технических наук, профессор кафедры электропривода,
автоматики и управления в технических системах ФГБОУ ВО
«Воронежский государственный технический университет»
Питолин Владимир Михайлович.
© Гуков П.О., Картавцев В.В., Филонов С.А., Черников В.А.,
2017.
© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный
университет имени императора Петра I»
3
Оглавление
Введение……………………………………………………… 4
1 Основные теоретические сведения…………..…………... 4
1.1 Расчет режима элемента электрической сети…………… 4
1.2 Расчет режима блока «линия-трансформатор»………… 8
1.3 Расчет электрической сети магистрального типа……… 10
1.4 Расчет простых замкнутых сетей………………………… 15
1.5 Расчет режимов сложно-замкнутых сетей……………… 20
1.5.1 Расчет сети методом контурных уравнений…………… 21
1.5.2 Расчет сети методом узловых напряжений…………… 23
1.5.3 Итерационные методы расчета режимов
электрических сетей………………………………………….
26
2 Задания на курсовую работу……………………………… 28
2.1 Требования к оформлению работы……………………… 28
2.2 Варианты заданий………………………………………… 29
3 Примеры расчета электрических сетей…………………… 79
3.1 Расчет режима распределительной сети с
односторонним питанием……………………………………
3.2 Расчет режима распределительной сети с
двухсторонним питанием……………………………………
3.3 Пример использования программы Mathcad при
расчетах электрической сети с односторонним питанием…
79
88
97
Литература…………………………………………………… 105
4
Введение
В настоящее время производство, передача и
преобразование электрической энергии производится в основном
трехфазным током. Электрической системой называется
совокупность электрических частей электростанций,
электрических сетей и потребителей электроэнергии.
Электрическая сеть – это совокупность подстанций,
распределительных устройств и соединяющих их линий
электропередачи. По электрической сети осуществляется
распределение электроэнергии от электростанций к
потребителям. Линия электропередачи (ЛЭП) – это
электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих
элементов и несущих конструкций, предназначенная для
передачи электроэнергии между двумя пунктами энергосистемы
с возможным промежуточным отбором.
Основной задачей электроэнергетики является надежное
обеспечение потребителей электроэнергией, соответствующей
установленным показателям качества. При этом должны
развиваться и внедряться энергосберегающие технологии.
1. Основные теоретические сведения.
1.1. Расчет режима элемента электрической сети.
Под элементом электрической сети понимают участок ее
схемы замещения, например, линии электропередачи или
трансформатора. В случае линии электропередачи
распределительной сети напряжением до 35 кВ в схеме
замещения не учитываются поперечные элементы П-образной
схемы замещения. В схеме замещения линии 110 кВ емкостная
проводимость учитывается в виде зарядной мощности S3 (рис.1) .
Поскольку в схеме присутствует только сопротивление провода
Z=R+jX, ток в начале и в конце остается неизменным. Расчет
проводится в линейных напряжениях.
5
1
Н
К
1
2
S
U
S
SЗ /2
R
X
I
S
SЗ /2
S
U2
Рис.1. Схема замещения линии электропередачи.
Рассмотрим наиболее характерные для практики случаи.
1. Известны мощность и напряжение в узле 2: S2=P2 + jQ2;
U2. Требуется определить мощность S1 и напряжение U1 в узле 1.
Этот случай встречается в практике, например, если задана
нагрузка потребителя и требуется найти напряжение источника
питания, при котором будет обеспечено требуемое напряжение у
потребителя.
Мощность в конце линии SК :
SК = S2 – SЗ /2 = РК + jQ
К
Потери мощности в линии:
∆P = R·S
2
2
/U
; ∆Q = X·S
2
2
2
/U
2
2
2
Мощность в начале линии SН:
SН = SК + ∆P + j ∆Q
Мощность в узле 1 S1 :
S1 = SН – SЗ /2 = Р1 + jQ
1
Падение напряжения в линии ∆U :
∆U = (P2R + Q2X)/U2 + j(P2X - Q2R)/U2 = ∆U + jδU,
где ∆U – продольная составляющая падения напряжения,
δU – поперечная составляющая падения напряжения.
6
Напряжение в узле 1 U1: U1 = U2 + ∆U
2. Известны мощность и напряжение в узле 1: S1=P1+ jQ1;
U1. Требуется определить мощность S2 и напряжение U2 в узле 2.
На практике этот случай имеет место тогда, когда возникает
необходимость передачи заданной мощности источника
(электростанции) при фиксированном напряжении на его шинах в
центр потребления. При этом следует выяснить, каково будет
напряжение у потребителей.
Мощность в начале линии SН :
SН = S1 + SЗ /2 = РН + jQ
Н
Потери мощности в линии:
∆P = R·S
1
2
/U
; ∆Q = X·S
1
2
2
/U
1
1
2
Мощность в конце линии SК:
SК = SН - ∆P - j∆Q
Мощность в узле 2 S2 :
S2 = SК + SЗ /2 = Р2 + jQ
2
Падение напряжения в линии ∆U :
∆U = (P1R + Q1X)/U1 + j(P1X – Q1R)/U1 = ∆U + jδU,
где ∆U – продольная составляющая падения напряжения,
δU – поперечная составляющая падения напряжения.
Напряжение в узле 2 U2: U2 = U1 - ∆U
3. Известны мощность в узле 2 S2=P2 + jQ2 и напряжение в
начале U1. Требуется найти мощность в узле 1 S1=P1+ jQ1 и
напряжение в конце U2. Этот случай наиболее типичный, так как
обычно задано напряжение на шинах источника питания
7
(электростанции, понижающей подстанции), от которого отходят
линии с заданными нагрузками потребителей в конце.
Здесь сразу вычислить напряжение U2 не представляется
возможным, так как не известна мощность в начале линии.
Поэтому расчет ведут методом последовательных приближений
напряжения, известным как метод обратного и прямого хода.
Перед началом расчетов напряжение в конце линии принимается,
как правило, равным номинальному (нулевое приближение),
(0)
U
2
= U
. Затем производится расчет, аналогичный случаю 1,
ном
рассмотренному выше (обратный ход). В результате получаем
первое приближение мощности в узле 1.
Мощность в конце линии SК :
SК = S2 – S3 /2 = РК + jQ
К
Потери мощности в линии:
∆P = R·S
2
/U
2
; ∆Q = X·S
НОМ
2
2
2
/U
НОМ
2
Мощность в начале линии SН:
SН = SК + ∆P + j∆Q
Первое приближение мощности в узле 1 S
(1)
:
1
(1)
S
= SН – SЗ /2 = Р
1
(1)
1
+ jQ
(1)
1
На прямом ходе определяется падение напряжения в
линии ∆U по полученному первому приближению мощности в
узле 1 и первое приближение напряжения в конце U
(1)
:
2
∆U = (P
(1)
1
R + Q
(1)
X)/U1 + j(P
1
(1)
1
X - Q
(1)
R)/U1 = ∆U + jδU
1
(1)
U
= U1 – ∆U
2
На этом первая итерация расчетов, состоящая из обратного
и прямого хода, заканчивается. В начале второй итерации
(1)
напряжению в конце присваивается значение модуля U
.
2
8
1
2
НЛ
КЛ
Л
Л
3
НТ
КТ
Т
XТ
н
Расчет повторяется. В результате получаем второе приближение
(2)
U
и так далее. Расчет заканчивают в том случае, если разность
2
между модулями напряжений U2 i-го и (i-1)-го приближений не
больше заданной точности расчета ε:
| U
2
(i)
- U
(i-1)
2
| ≤ ε
При расчетах без применения ЭВМ обычно ограничиваются
расчетом первого приближения мощности и напряжения.
1.2 . Расчет режима блока «линия-трансформатор».
В распределительных сетях участки линии электропередачи
можно разделить на два типа: промежуточные, соединяющие два
узла, в которых происходит разветвление линии, и участки,
заканчивающиеся трансформаторными подстанциями. Последние
получили название блока «линия-трансформатор». Схема
замещения такого блока получается путем последовательного
добавления к схеме замещения участка линии (рис.1) схемы
замещения трансформатора (рис.2). В целях упрощения примера
расчета зарядную мощность линии не учитываем.
U
S
R
X
S
S
R
U
∆РТ+j∆Q
Т
Рн+jQ
S
U
Рис.2. Схема замещения блока «линия-трансформатор».
Рассмотрим наиболее типичный случай, когда заданы
напряжение в начале линии U1 и нагрузка трансформатора
РН+jQН. Расчет проводится методом обратного и прямого хода
аналогично 3-му случаю из п.1.1.
Перед началом расчетов напряжение в узлах 2 и 3
принимается равным номинальному (нулевое приближение):
U
(0)
2
= U
(0)
= U
3
. Затем находим первое приближение
НОМ
мощности в узле 2.
9
Мощность в конце участка с трансформатором SКТ :
SКТ = РН + jQ
Потери мощности в трансформаторе:
∆PТ = RТ·S
2
КТ
/U
2
НОМ
Мощность в начале участка SНТ:
SНТ = SКТ + ∆PТ + j∆QТ
Первое приближение мощности в узле 2 S
(1)
S
= SНТ + ∆РТ+j∆QТ = Р
2
Затем определяются потери мощности в линии и первое
приближение мощности в узле 1 S
2
∆PЛ = RЛ·S
(1)
S
= S
1
2
/U
2
НОМ
(1)
+ ∆Pл+j ∆Qл = Р
2
Н
; ∆QТ = XТ·S
2
(1)
+ jQ
2
(1)
:
1
; ∆QЛ = XЛ·S
(1)
+ jQ
1
2
(1)
2
КТ
:
2
/U
2
/U
1
(1)
2
(1)
2
НОМ
НОМ
На прямом ходе определяется падение напряжения в
линии ∆U по полученному первому приближению мощности в
узле 1 и первое приближение напряжения в конце U
(1)
:
2
∆U = (P
(1)
1
RЛ
+ Q
(1)
1
)/U1 + j(P
XЛ
(1)
1
XЛ
- Q
(1)
1
)/U1 = ∆U + jδU
RЛ
(1)
U
= U1 – ∆U
2
Аналогично определяется падение напряжения на участке с
трансформатором и первое приближение напряжения в узле 3
(1)
U
.
3
∆U = (P
(1)
2
RТ
+ Q
(1)
2
XТ
)/U
(1)
2
+ j(P
(1)
2
XТ
– Q
(1)
2
RТ
)/U
(1)
= ∆U + jδU
2
U
3
(1)
= U
(1)
2
– ∆U
10
Далее итерации повторяются до получения требуемой
точности расчетов.
Для данного примера необходимо сделать следующие
замечания.
1. Полученное в результате расчетов напряжение U3 является
напряжением высокой стороны трансформатора. Для
получения напряжения на низкой стороне необходимо
напряжение U3 разделить на коэффициент трансформации.
2. Если подстанция является двухтрансформаторной, то
сопротивления RТ и ХТ необходимо делить на 2, а потери в
трансформаторе ∆РТ и ∆QТ брать удвоенными.
1.3 . Расчет электрической сети магистрального типа.
На практике часто встречается случай, когда линия имеет
несколько нагрузок, распределенных по длине. Она называется
линией магистрального типа, схема такой электропередачи
показана на рис.3
Рис. 3. Схема электропередачи магистрального типа.
Пренебрежем поперечной составляющей падения
напряжения δU, которая крайне мала в линиях 0,4; 6; 10 кВ.
Будем считать, что потеря напряжения и продольная
составляющая падения напряжения одинаковы. Потеря
напряжения в линии магистрального типа составит:
n
∑
−
1i
+=
),sinXIcosR(I3∆U
ϕϕ
лiлiлiлiлiлi
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]