Лекции эл. сети для спец. ЭС Вихарев

На следующих этапах выполняется расчет каждой из сетей с односторонним питанием методом последовательных приближений по заданному напряжению источников питания и мощностям потребителей, причем с учетом потерь в линии.

Может быть случай, когда в сети две точки потокораздела: одна по активной мощности и одна по реактивной.

В этом случае сначала определяются потери активной и реактивной мощности между точками потокораздела:

Затем исходная сеть представляется в виде двух сетей с односторонним питанием.

Частные случаи сети с двусторонним питанием

1). Замкнутая однородная электрическая сеть.

Однородной электрической сетью называется такая, для всех участков которой выполняется соотношение: . Для того, чтобы указанное условие выполнялось, сечение проводов на участках сети должно быть примерно одинаковая и расположение проводов на опорах тоже одинаковое.

Однородная сеть – идеальная сеть, реальные сети неоднородны, но сети до 110 кВ включительно можно приблизительно считать однородными.

Для однородной замкнутой сети ранее рассмотренные формулы упрощаются:

Эти формулы проще за счет того, что расчет ведется только по активному сопротивлению и не нужно выполнять операции с комплексными числами.

;

2). Однородная замкнутая сеть с постоянным сечением проводов

Расчет можно вести вести не по сопротивлениям, а по длинам линий

3). Замкнутая кабельная сеть

Для КЛ реактивное сопротивление не учитывается: . Следовательно, кабельную сеть можно считать однородной, поэтому для нее справедливы формулы первого случая.

Метод расщепления схемы электрической сети

Из предыдущего параграфа следует, что в однородной сети потокораспределения активных и реактивных мощностей не зависят друг от друга. Поэтому для однородной сети при ручном расчете можно использовать метод расщепления схемы сети.

Метод заключается в том, что исходная схема замещения сети, содержащая активные, реактивные сопротивления и полные нагрузки, расщепляется на две схемы.

По первой схеме определяется потокораспределение реактивных мощностей, по второй – активных. Потом эти схемы «накладываются» друг на друга, при этом получается потокораспределение мощностей.

Метод расщепления строго применим только для однородных сетей, для неоднородных сетей имеется погрешность и эта погрешность будет тем больше, чем больше степень неоднородности.

Технико-экономические расчеты в электрических сетях

Выполняются на стадии проектирования или реконструкции электрической сети.

Технико-экономические показатели

1). Капиталовложения (инвестиции) – это денежные средства, необходимые для сооружения электрических сетей, станций и других объектов электроэнергетики. Обозначаются буквой K:

– изыскательские работы и подготовка трассы, приобретение опор, проводов, арматуры и др., их транспортировка, монтажные и другие работы.

– подготовка территории, приобретение оборудования (трансформаторы, выключатели и т.п.), затраты на монтажные и другие работы).

При учебном проектировании капиталовложения рассчитываются по укрупненным показателям стоимости (УПС).

В реальном проектировании – по сметам.

2). Эксплуатационные расходы (издержки) – денежные средства, необходимые для эксплуатации электрооборудования сети в течении одного года:

Обычно объединяют по видам:

И_Р – ремонт, И_О – обслуживание

И_ΔW – компенсация потерь электроэнергии

И_Р – поддержание оборудования в рабочем состоянии. Замена изоляторов, окрашивание металлических опор и кожухов оборудования. Исправление мелких повреждений и выполнение смазки.

И_О – зарплата обслуживающего персонала, транспорт, жилье.

– норматив отчислений на ремонт и обслуживание.

Для ВЛ 35 кВ и выше на стальных и железобетонных опорах

Для силового электрооборудования до 150 кВ включительно:

ВЛ 220 кВ и выше:

– стоимость 1 кВт·ч потерь электроэнергии

– потери электроэнергии в сети

– себестоимость

W – электроэнергия, переданная потребителям по сети за год.

Технико-экономическое сравнение вариантов

Проектирование любого объекта электроэнергетики выполняется в несколько этапов

1). Намечается несколько конкурентоспособных вариантов

2). Отбираются такие варианты, которые удовлетворяют техническим требованиям (надежность электроснабжения и качество электроэнергии)

3). Из оставшихся вариантов путем технико-экономического сравнения выбирается наилучший (оптимальный).

Выбор оптимального варианта – в сравнительной оценке К и И.

При социалистическом ведении хозяйства использовался критерий минимума приведенных затрат:

З – приведенные затраты

р_Н – нормативный коэффициент

В условиях рыночной экономики используется минимум дисконтированных издержек:

Tр – расчетный период, равный жизненному циклу проекта, который включает в себя период сооружения и эксплуатации объекта.

Tр = 22 года

t – текущий год

i – коэффициент дисконтирования

Вариант, у которого дисконтирование издержки меньше, признается оптимальным.

Если окажется, что сравниваемые варианты отличаются менее, чем на 5%, то такие варианты – равноценные и для выбора оптимального варианта исследуются дополнительные показатели и факторы.

Учет надежности при выборе варианта сети

Надежностью называется способность какого-либо объекта выполнять заданные функции сохраняя эксплуатационные показатели в пределах установленных нормативными документами.

Требования по надежности электроснабжения потребителей указаны в ПУЭ.

ПУЭ делит всех потребителей на три категории:

I категория – такие потребители, прекращение электроснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, повреждению дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложных технологических процессов.

Требования: такие потребители должны снабжаться электроэнергией от двух независимых источников. Для сетей независимыми источниками могут быть системная подстанция, местная электрическая станция. Допускается рассматривать в качестве независимых источников системы или системы шин одной подстанции, но если они питаются от независимых источников. Перерыв в электроснабжении потребителей первой категории допускается на время работы автоматики для переключения источников (секунды, доли секунды).

Из числа потребителей первой категории выделяют особую группу потребителей. Перерыв электроснабжения приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования, расстройству сложных технологических процессов. Они должны питаться от трех источников. Первые два – как и в предыдущем случае, должны иметь мощность, достаточную для снабжения потребителей полностью, а третий – достаточную для безаварийной остановки производства. В качестве третьего источника могут использоваться аккумуляторные батареи, дизель-генераторы или ИБП.

Ко второй категории относятся такие потребители, прекращение электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к простою рабочих, механизмов, транспорта, а также к нарушению нормальной жизнедеятельности большого числа городских и сельских жителей. Это самая крупная категория. Электроснабжение рекомендуется от двух независимых резервирующих друг друга источников. Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается на время оперативных переключений с одного источника на другой (от получаса до нескольких часов).

К потребителям третьей категории относятся все не вошедшие в предыдущие две категории. Перерыв электроснабжения допускается, что замена или ремонт отказавшего элемента могут быть выполнены в течение суток.

Последствия от прекращения электроснабжения потребителей выражаются в виде экономического ущерба:

– недоотпуск электроэнергии из-за отказа оборудования; – удельный ущерб на единицу недополученной электроэнергии. Определяется по результатам реально произошедших аварий.

– электроэнергия, полученная потребителем за год

– коэффициент вынужденного простоя – показывает вероятность прекращения электроснабжения рассматриваемого потребителя

Ущерб, рассчитанный по первой формуле включается в дисконтированные издержки:

Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях

Определяется степенью надежности снабжения потребителей. Если имеются потребители первой и второй категории, то устанавливают два трансформатора.

Установка одного трансформатора допускается в следующих случаях:

1). Как первый этап сооружения двухтрансформаторной подстанции

2). Для питания потребителей только третьей категории

3). Для питания потребителей второй категории, но при условии, что замена поврежденного трансформатора обеспечивается в установленные сроки и при условии технико-экономической целесообразности с учетом ущерба

Мощность трансформатора выбирают с учетом графиков нагрузки. Но есть упрощенная методика: по двум условиям (для двухтрансформаторной подстанции):

1). Условие нормальной работы:

– наибольшая мощность нагрузки

– количество трансформаторов

2). Условие аварийной работы: если один из трансформаторов выйдет из строя или будет выведен в ремонт, то оставшийся трансформатор должен обеспечить электроснабжение потребителей первой и второй категории. При этом учитывается перегрузочная способность трансформатора:

– нагрузка подстанции в аварийном режиме

; – коэффициент, учитывающий долю I-й и II-й категории

– коэффициент перегрузки. Допускается перегрузка трансформаторов на 40% на время не более шести часов в течение пяти суток;

Из этих двух условий выбирается наибольшая мощность.

На однотрансформаторных подстанциях мощность выбирается исходя из наибольшей мощности нагрузки:

Выбор номинального напряжения линии электрической сети

Величина номинального напряжения ВЛ зависит от многих факторов, основными являются два: величина передаваемой по линии активной мощности; длина линии.

Определить величину U_ном можно тремя способами:

1). По кривым равной экономичности, приводятся в справочной литературе

2). По таблицам пропускной способности и дальности ЛЭП (в справочной литературе)

3). По эмпирическим формулам

Для одноцепных ЛЭП:

Формула Стилла:

l – в км; P – в МВт; U_расч – в кВ

применяется при мощности до 60 МВт и длине до 250 км

При больших мощностях и расстояниях до 1000 км – формула Залесского:

Формула Илларионова:

, подходит для любых значениях мощности и расстояния

Для двухцепных ВЛ:

Мощность P – на обе цепи

Полученные расчетные напряжения следует округлить до ближайшего стандартного.

Выбор сечения проводов ЛЭП по экономической плотности тока

Метод впервые приведен в 40-х годах

Рассмотрим как зависят составляющие затрат от сечения:

– удельные капиталовложения

a – составляющая, не зависящая от сечения,

b – составляющая, пропорциональная сечению

Экономическим сечением называется такое, которое соответствует минимуму приведенных затрат на строительство и эксплуатацию ЛЭП.

Для получения формулы:

Экономическая плотность тока

Это такая плотность тока, которая соответствует минимуму приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию ЛЭП:

Экономическая плотность тока устанавливается ПУЭ в зависимости от нескольких факторов, основные: материал проводников, время использования наибольшей нагрузки. Для сталеалюминевых и алюминиевых проводов . Для медных меньшие значения.

Порядок выбора сечения методом экономической плотности тока:

1). Определяется полная мощность, передаваемая по линии

2). По значению мощности определяется ток в линии:

3). По таблицам из ПУЭ определяется экономическая плотность тока

4). Определяется экономическое сечение:

Полученное расчетное сечение округляется до ближайшего стандартного.

5). Проверки выбранных сечений:

1. По нагреву проводов в послеаварийных режимах. В качестве послеаварийных режимов рассматривается отключение одной из цепей двухцепных линий, а для кольцевых сетей – отключение каждого из головных участков:

, – из справочника для каждого сечения

2. По допустимой потере напряжения. Проверка выполняется в нормальном и послеаварийном режиме:

– наибольшая потеря напряжения от источника питания до наиболее удаленного потребителя в сети одного номинального напряжения

3. Проверка по условиям коронного разряда:

Преимущества:

1). Простой метод

2). Учитывает не только капиталовложения, но и издержки от потерь электроэнергии

Недостатки (вызваны допущениями):

1). При выводе формул для и предполагалось, что капиталовложения в сооружение ЛЭП прямо пропорциональны сечению провода, но пропорциональность нарушается в связи с переходом на унифицированные опоры. Это вызвало погрешности при выборе сечения

2). При выводе и предполагалось, что зависимости затрат от сечения представляют собой непрерывные функции. На самом деле эти функции дискретные (т.к. сечения проводов только стандартные), а дифференцировать такие функции нельзя

3). При выводе и предполагалось, что наибольший ток в линии I_нб является постоянной величиной, а переменная величина – только сечения. Но в различных линиях токи будут разными по величине.

Все эти недостатки привели к ограничению области применения данного метода.

В настоящее время рекомендуется выбирать данным методом сечения КЛ выше 1 кВ и ВЛ напряжением 6-20 кВ.

Для ВЛ 35-750 кВ рекомендуется выбирать сечения методом экономических токовых интервалов.

Выбор сечения ВЛ по экономическим интервалам

Преимущества:

1). Отсутствие недостатков предыдущего

Суть метода – для всех стандартных сечений проводов строятся зависимости затрат на сооружение и эксплуатацию ЛЭП от наибольшего тока в линии.

Если , то наименьшие затраты будут при , интервал будет экономическим интервалом для сечения .

Если , то наименьшие затраты будут при , данный интервал будет экономическим интервалом для сечения .

Если , то наименьшие затраты будут при , данный интервал будет экономическим интервалом для сечения .

Результаты анализа графиков сведены в таблицы, приведенные в справочниках.

Порядок расчета методом экономических интервалов

1). Определяют наибольшую мощность по линии или сети на пятый год эксплуатации

2). Определяют номинальный ток

3). Определяют расчетную токовую нагрузку:

– учитывает изменение тока в линии по годам эксплуатации.

Для ЛЭП 110-220 кВ

– учитывает время использования наибольшей нагрузки

4). Обращаемся к справочным таблицам токовых интервалов и в зависимости от I_Р выбирают сечение

5). Проверка:

1. По нагреву в послеаварийном режиме

2. По допустимой потере напряжения

Выбор сечений проводов по допустимой потере напряжения в распредсетях

Потерей напряжения называется алгебраическая разность в начале и в конце линии.

Допустимая потеря напряжения в сети – это наибольшая потеря напряжения, при которой в результате регулирования напряжения отклонения напряжения на шинах потребителя не выходят за пределы установленных ГОСТом допустимых значений.

В распределительных сетях сечения выбирают по потере напряжения, т.к. эти сети имеют особенности по сравнению с питающими:

1). Меньше возможностей для регулирования напряжения

2). В распредсетях применяются провода относительно небольших сечений

Чтобы выполнить условие (*) необходимо уменьшить активное сопротивление – с помощью увеличения сечения проводов.

Для такой сети нельзя выбрать сечение участков по допустимой потере напряжения однозначно. Для того, чтобы однозначно выбрать сечения, кроме приведенного условия (*) должны быть положены дополнительные условия. Такими условиями могут быть:

1). Условие постоянного сечения проводов на всех участках

2). Условие минимума активных потерь

3). Минимум расхода цветного металла на провода

Условие (*) запишем в виде равенства:

;

При выборе сечения известны:

1). Мощности потребителей

2). Напряжение на источнике питания

3). Общая потеря напряжения (допустимая)

Рассмотрим выбор сечения по допустимой потере напряжения с дополнительным условием постоянства сечения на всех участках сети

I. . Применяется в городских сетях, удобно при монтаже сети.

1). На первом этапе задаются погонным реактивным сопротивлением

Для ВЛ принимают

Для КЛ 6-10 кВ

Для КЛ менее 1 кВ

2). Допустимая потеря напряжения на реактивном сопротивлении:

3). По известному значению общей допустимой потери напряжения определяют допустимую потерю напряжения на активном сопротивлении сети:

4). Определяют величину сечения

– удельная проводимость материала проводов

5). Полученное расчетное значение округляется до ближайшего стандартного; для него выписывается , и выполняется проверка условия (*).

Если условие выполняется – то остается такое же сечение, если не выполняется – выбирается большее.

II. Рассмотрим выбор сечения по допустимой потере напряжения при дополнительном условии минимума потерь активной мощности. Соответствует постоянной плотности тока: .

Используется в сетях промышленных предприятий, где мощности потребителей велики, а расстояния между ними меньше.

В этом случае первые три этапа выполняются аналогично предыдущему случаю:

1). …

2). …

3). …

4). Определяется плотность тока

5). Определяется сечение участков:

6). Расчетные сечения округляются до ближайших стандартных, выписываются , и выполняется проверка условия (*).

III. Выбор сечений по допустимой потере напряжения, при дополнительном условии минимума расхода цветного металла на провода. Это целесообразно в сельских сетях, где мощности потребителей невелика, а расстояния – большие.