M04717.pdf системы и сети
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
Запорізький національний технічний університет
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до практичних робіт з дисципліни “Електричні системи та мережі”
для студентів спеціальності 6.050701 “Електротехніка та електротехнології” усіх форм навчання
2014
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2
Методичні вказівки до практичних робіт з дисципліни “Електричні системи та мережі ” для студентів спеціальності 6.050701 “ Електротехніка та електротехнології ” усіх форм навчання / Укл.: О.І.Байша – Запоріжжя: ЗНТУ, 2014. – 46с.
Укладачі: |
О.І.Байша, доцент, к.т.н. |
Рецензент: О.М.Климко, доцент, к.т.н
Відповідальний за випуск |
В.П.Метельський, професор, к.т.н |
Затверджено
на засіданні кафедри “Електропостачання промислових підприємств” Протокол №10 від 16.06.14
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3
1. ПАРАМЕТРИ СХЕМ ЗАМІЩЕННЯ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ, ТРАНСФОРМАТОРІВ І ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ
1.1Повітряні і кабельні ЛЕП
1.1.1Теоретичні положення і співвідношення
Електричні мережі – це сукупність повітряних і кабельних ліній і підстанцій, які обслуговують певний район.
Передача електричної енергії по проводам супроводжується розповсюдженням електромагнітного поля в проводах і оточуючому їх середовищі.
Елементи електричної мережі (повітряні та кабельні лінії електропередачі, трансформатори та автотрансформатори) при розрахунках параметрів її режимів (напруг, струмів, активних та реактивних потужностей) зображуються відповідними схемами заміщення або розрахунковими схемами.
Розрахункова схема електричної мережі утворюється в результаті об’єднання розрахункових схем окремих елементів мережі з урахуванням послідовності їх з’єднань у мережі.
В загальному випадку лінія електропередачі зображується П-по- дібною схемою заміщення або розрахунковою схемою. Для визначення параметрів схеми заміщення лініїї і з’ясування можливостей її спрощення в залежності від номінальної напруги, конструктивного виконання (повітряні чи кабельні) необхідно знати питомі (погонні) параметри (активний иа реактивний опір, провідність), довжину, кількість кіл і т.п..
На рис. 1.1 наведені схеми заміщення та розрахункові схеми залежно від класу напруги і конструктивного виконання:
а – ПЛ 220 кВ і вище; б – ПЛ 110-150 кВ; в – ПЛ до 35 кВ; г – КЛ до 10 кВ.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4
а)
б)
в) |
г) |
Рисунок 1.1 – Схеми заміщення та розрахункові схеми ліній електропередач
Лінії електричних мереж мають майже рівномірно розподілені за довжиною питомі параметри: активний R0 і індуктивний X0 опори, активну G0 і ємнісну (реактивну) В0 провідності. У практичних розрахунках для ліній порівняно невеликої довжини l (повітряні – до 250 км і кабельні – до 30км рівномірно розподілені параметри можна замінити зосередженими (рис.1.1)):
R = R0l ; X = X 0l ; G = G0l ; B = B0l .
Якщо довжина ліній електропередач більша за 250 км, то параметри схем заміщення слід визначати з урахуванням поправкових коефіцієнтів.
R = R0lkR ; X = X 0lkX ; |
B = B0lkC , |
|
|
||||||
де kR |
= 1− |
l 2 |
X 0 B0 ; |
kX |
= 1− |
l2 |
X 0 B0 (1− |
R02 |
) ; |
|
|
X 02 |
|||||||
|
3 |
|
|
6 |
|
|
|||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5
kC = 1+ l2 X 0 B0 .
12
Розрахунок питомих параметрів ліній можна здійснити за формулами та використовуючи відповідні таблиці [2,3,5].
Питомі активні опори проводів (Ом/км), які виготовлені із немагнітних матеріалів (мідь, алюміній), можна розрахувати за формулою
|
R0 = ρ / F |
(1.1) |
де ρ – розрахунковий питомий опір провідника; |
|
|
ρ = 18,8 |
Ом·мм²/км для міді; |
|
ρ = 31,5 |
Ом·мм²/км для алюмінія; |
|
F – площа перерізу провідника; |
|
|
Активні опори проводів ліній різних класів напруги звичайно наводяться (на 100 км) у довідниках [2,3] при температурі навко-
лишнього середовища +20ºС ( R20 ). При іншому значені температури навколишнього середовища активний опір проводів розраховується за
формулою: |
Rt = R20 [1+ 0,004(t − 20)] |
|
|||||
|
(1.2) |
||||||
При розрахунках усталених режимів використовують середнє |
|||||||
значення питомого індуктивного |
опору фази повітряної |
лінії X 0 |
|||||
(Ом/км) |
X 0= 0,144lg(Dср / RП ) + 0.0157 |
|
|||||
|
(1.3) |
||||||
де RП |
– радіус провода; |
|
|
|
|
|
|
Dср |
– середньо геометрична відстань між фазами: |
|
|||||
|
D = |
|
|
|
|
|
|
|
3 D |
D D |
(1.4) |
||||
|
ср |
|
|
ab |
bc ca |
|
|
Якщо фази розміщені по кутах рівнобічного трикутника, то |
|||||||
Dср = D при Dab = Dbc = Dca |
= D . При горизонтальному розміщенні |
||||||
фазних проводів Dср = 1,26D . |
|
|
|
|
|||
Для зменшення індуктивного опору проводів ліній напругою 330кВ і більше здійснюють розщеплення проводів, коли кожна фаза має декілька проводів. Ці проводи віддалені один від одного на певну
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6
відстань за допомогою спеціальних розпорок. Формально розщеплення проводів еквівалентно значному збільшенню їх радіуса, який може бути розрахований при розщепленні на два і три проводи за формулою
|
|
|
|
|
|
|
Re = n Rn aсрn-1 |
(1.5) |
|||||
а при розщепленні на чотири проводи |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Re = 4 |
|
Rn aср3 |
|
|||
2 |
(1.6) |
|||||
де n – число проводів у одній фазі; |
|
|||||
aср – середньогеометрична відстань між проводами фази.
Індуктивний опір X 0 (Ом/км) фазного розщепленого провода
лінії знаходиться за формулою |
|
X 0 = 0,144lg(Dср / Re ) + 0,0157 / n |
(1.7) |
При розрахунках симетричних робочих режимів лінії, у якій виконано повний цикл транспозиції проводів, звичайно використовують середнє значення питомої ємнісної провідності лінії (См/км)
B0 |
= ωC0 |
= |
7,58 |
|
×10−6 |
(1.8) |
||
lg(Dср |
/ R |
П ) |
||||||
|
|
|
|
|
||||
Активна провідність повітряної лінії відповідає двом видам втрат активної потужності: від струму витоку через ізолятор і на корону. Втрати потужності в ізоляторах малі і їх звичайно не враховують. Втрати на корону можуть бути значні [2,3]. Для зменшення можна збільшити переріз проводів або застосувати розщеплення проводів. У зв’язку з цим переріз проводів не повинен бути меншим 70 мм² -для ПЛ 110кВ, 120мм² -для ПЛ 150кВ, 240 – для ПЛ 220кВ.
При розрахунках усталених режимів втрати на корону у ПЛ 110 кВ і нижче не враховують. У повітряних лініях 220кВ і вище при хорошій погоді втрати на корону малі, але при непогоді вони різко зростають і їх треба враховувати.
При розрахунках усталених режимів лінії електропередачі напругою 110кВ і вище можуть бути зображені розрахунковою схемою, як це показано на рис.1.1.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
7
В розрахункових схемах замість ємнісної провідності враховують реактивну потужність, яка генерується ємністю лінії; замість активної провідності враховують втрати потужності на корону. Половина ємнісної потужності лінії (Мвар)
Qc |
= 0,5U 2 B, |
(1.9) |
|
2 |
|||
|
|
де U – міжфазна напруга, кВ.
1.1.2 Розрахунок параметрів схем заміщення ліній
Приклад 1. Лінія електропередачі напругою 35 кВ виконана проводомами АС95/16 (діаметр проводу Dп = 2R п =13,5 мм). Довжина лінії 20 км. Розміщення проводів горизонтальне Dab = Dbc = 3 м,
Dac = 6 м.
Визначити параметри схеми заміщення лінії.
Рішення. Питомі параметри лінії визначаємо за формулами (1.1), (1.3) або за таблицями [2,3]. Для провода АС95/16 R0 = 0,306 Ом/км;
B0 = 2,61×10−6 См/км.
Активний опір лінії
R = R0 ×l = 0,306 × 20 = 6,12 Ом.
Індуктивний опір лінії
X = X 0 × l .
За формулою (1.3)
X0 = 0,144 lg DRcp + 0,0157,
де Dcp =1,26D =1,26 × 3 = 3,78 м.
X0 = 0,144 lg 3,78 ×103 + 0,0157 = 0,421 Ом/км. 6,75
X = 0,421× 20 = 8,42 Ом .
Qco = U2ном × B0 = 352 × 2,61×10−6 = 0,0032 Мвар/км.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
8
Приклад 2. Визначити питомі параметри одноколової повітряної лінії напругою 110 кВ з проводами АС185/29, розташованими на П- подібних дерев’яних опорах з відстанню між фазами Dab = Dbc = 4 м,
Dac = 8 м і параметри схеми заміщення двоколової лінії довжиною 100 км.
Рішення. Для провода АС-185/29 R0 = 0,162 Ом/км, Rп = 9,4 мм, Dп =18,8 мм [2]. Визначаємо середньогеометричну відстань між проводами фаз лінії
Dcp = 3
Dab × Dbc × Dac = 3
2D =1,26 × 4 = 5,04 м.
Визначаємо питомий індуктивний опір лінії
X0 = 0,144 lg 50409,4 + 0,0157 = 0,409 Ом/км.
Визначаємо питому ємнісну провідність лінії за (1.8)
B0 = |
7,58 |
×10−6 = |
7,58 |
×10−6 = 2,78 ×10−6 См/км. |
||
|
|
5040 |
||||
|
lg |
Dcp |
lg |
|
||
|
|
|
9,4 |
|
||
|
R п |
|
||||
Qco = U2ном × B0 =1102 × 2,78 ×10−6 = 0,034 Мвар/км.
Співвідношення
R0 / X0 = 0,162 / 0,409 = 0,396 ,
Тобто R0 < X0 , що характерно для повітряної лінії з Uном ³110
кВ.
Для двоколової лінії довжиною 100 км параметри схеми заміщення:
Rл |
= 0,5× R0 × l = 0,5 × 0,162 ×100 = 8,1Ом. |
X л |
= 0,5 × X 0 × l = 0,5 × 0,409 ×100 = 20,45 Ом. |
Bл |
= 2 × 2,78 ×100 = 556 ×10−6 См. |
Сумарна ємнісна провідність проводів лінії визначає зарядну потужність, яка приблизно дорівнює
Qc = U2ном × Bл =1102 × 556 ×10−6 = 6,73 Мвар.
Така потужність повинна бути врахована при розрахунках режимів лінії. Тому в схемі заміщення лінії 110 кВ враховується активний і індуктивний опори і ємнісна провідність.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9
1.2Трансформатори та автотрансформатори
1.2.1Теоретичні положення і співвідношення
На підстанціях електричної мережі встановлюються двота триобмоткові трансформатори, трансформатори з розщепленими обмотками нижчої напруги (НН) та автотрансформатори.
Для визначення параметрів схеми заміщення трансформаторів та автотрансформаторів необхідно знати їх каталожні дані (коефіцієнт
трансформації KT , втрати холостого ходу Px і короткого замикання
Pк , струм холостого ходу I х ), які наведені в довідковій літературі
[2,3].
Двообмотковий трансформатор при розрахунках усталених режимів електричних мереж найчастіше зображається Г-подібною схемою заміщення однієї фази або його розрахунковою схемою
(рис.1.2).
На схемі (рис.1.2, б) RT = R1 + R′2 – активний опір обмоток однієї фази двообмоткового трансформатора; XT = X1 + X′2 – індуктивний опір розсіювання однієї фази трансформатора; GT , BT – відповідно активна та реактивна провідності, що визначають активну та реактивну складові намагнічуючого струму I х трансформатора.
Активні та реактивні опори трансформатора визначають за даними досліду короткого замикання Uк % і Pк , провідності GT ,
BT – за даними досліду холостого ходу I х і |
Pк . |
|
|||||
Активний опір |
|
[кВт]U2 |
[кВ2 |
]103 |
|
||
|
P |
|
|||||
RT = |
K |
ном |
|
|
, Ом |
(1.10) |
|
|
Sном2 [кВА2] |
||||||
|
|
|
|
||||
Індуктивний опір |
UK %Uном2 [кВ2]10 |
|
|
|
|||
XT = |
, Ом |
(1.11) |
|||||
|
Sном[кВА] |
||||||
|
|
|
|
||||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
10
Активна провідність
|
|
|
P [кВт]10-3 |
|
|||
G T = |
|
|
Х |
|
, См |
(1.12) |
|
|
|
|
|
||||
Реактивна провідність |
|
|
U ном2 [кВ2 ] |
|
|||
|
|
|
[кВА]10-5 |
|
|||
|
I |
%S |
|
||||
B = |
|
|
Х ном |
|
|
, См |
(1.13) |
|
|
|
|
|
|||
T |
|
|
Uном2 [кВ2] |
|
|||
|
|
|
|
||||
а) |
б) |
Рисунок 1.2 – Схема заміщення двообмоткового трансформатора
Реактивна намагнічуюча потужність QX звичайно дорівнює
повній потужності холостого ходу трансформатора, яка у відносних одиницях дорівнює струму холостого ходу в процентах, тому
QX ≈ |
SX = |
IX %Sном |
|
(1.14) |
|
100 |
|||||
|
|
|
|
||
На рис.1.3 зображена |
розрахункова схема |
двообмоткового |
|||
трансформатора, а на рис.1.4 – триобмоткового трансформатора (автотрансформатора).
Рисунок 1.3 – Розрахункова схема двообмоткового трансформатора
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com