С. С. Ананичева А. Л. Мызин

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ И УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

0

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

С. С. Ананичева А. Л. Мызин

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ И УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Допущено Учебно-методическим объединением в области энергетического и электротехнического образования в качестве учебного пособия

для студентов вузов по направлению

140200 — «Электроэнергетика»

Научный редактор доц., канд. техн. наук С.Н. Шелюг

Екатеринбург

УрФУ

2012

1

УДК 621.311 ББК 31.27 С 44

Рецензенты: кафедра АСЭС Свердловского инженерно-педагогического института; канд. техн. наук Л. И. Мардер (Институт теплофизики УрО АН СССР)

Авторы: С. С. Ананичева, А. Л. Мызин

С 44 Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей:

учебное пособие / С. С. Ананичева, А. Л. Мызин; 6-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ. 2012. 80 с.

ISBN 5 321 00740 3

Рассмотрены основные вопросы, относящиеся к первой части дисциплины «Электрические системы и сети». Даны схемы замещения основных электрических сетей: линий электропередачи и трансформаторов и показано определение их параметров. Приведены способы представления графиков электрических нагрузок и определения потерь мощности и энергии в электрических сетях. Показаны методы расчета электрического режима разомкнутых электрических сетей. Все разделы снабжены контрольными вопросами и иллюстрациями. Приведены примеры расчетов.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по программе 140400.62 бака-

лавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника».

2

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие разработано авторами с учетом многолетнего опыта преподавания дисциплины «Электрические системы и сети» в УГТУ на кафедре «Автоматизированные электрические системы» и посвящено вопросам, изучаемым в первой части дисциплины.

Перестройка учебного процесса в сторону усиления роли самостоятельной работы требует разработки учебных пособий, включающих численные примеры, позволяющие детально разобраться в изучаемом материале самостоятельно,

иконтрольные вопросы для самопроверки. Пособие отвечает перечисленным требованиям и поэтому может быть использовано студентами как дневного, так

изаочного обучения.

Для хорошего освоения материала данного пособия требуются знания разделов ранее изучаемых дисциплин: теоретические основы электротехники, электрические машины, высшая математика, физика. В процессе изучения дисциплины студенты должны получить практику в решении задач и выполнить цикл лабораторных работ.

1.ЭНЕРГОСИСТЕМЫ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ИХ ЭЛЕМЕНТЫ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

1.1. Определение энергетической и электрической систем

Согласно ПУЭ, I.2 2, «энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии» .

Согласно ПУЭ, I.2 3, «электрической системой называется часть энергосистемы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, сетей ... и электроприемников»**.

Полный технологический цикл энергосистемы (рис. 1.1) включает добычу, транспортировку на склад и приготовление топлива, сжигание его в котле — преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара. Пар вращает турбину, тепловая энергия переходит в механическую, которая приводит в движение генератор. В статорной обмотке генератора возникает электрический ток за счет вращающегося магнитного поля ротора. После генератора электрическая мощность поступает в трансформатор, где происходит преобразование ее параметров.

Все элементы технологической схемы производства электроэнергии являются элементами энергосистемы. Элементы технологической схемы делятся на два вида: передающие — транспортер, паропровод, вал, линия электропередачи; преобразующие — котел, турбина, генератор, трансформатор.

Правила устройства электроустановок, 9-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1997.

**Внимательно прочитать I.1 3, I.2 1—I.2-11, II.5 2, IV.2 4 — IV.2 11 ПУЭ, содержащие определения основных элементов энергосистем.

3

Электроэнергетическая

система

ЛЭП ЛЭП

Потребители

Рис. 1.1. Технологическая схема производства и распределения электроэнергии

1.2. Элементы энергосистем и их характеристика

Электростанция — элемент энергосистемы, предназначенный для преобразования химической энергии топлива в тепловую и электрическую, состоит из топливного склада, котельного и турбинного агрегатов, генератора и распределительных устройств. На электростанции имеется большое хозяйство собственных нужд, служащее для обеспечения нормального технологического цикла.

По особенностям технологического процесса производства электроэнергии и используемым видам топлива электростанции подразделяются на конденсационные (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), атомные (АЭС), гидростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТС).

К КЭС обычно относятся электростанции, потребляющие органическое топливо (уголь, газ, мазут, торф, сланец), турбины которых работают по конденсационному циклу, когда практически весь пар, вырабатываемый парогенератором, конденсируется и его энергия преобразуется в механическую энергию вала турбины, а затем и в электрическую.

На ТЭЦ значительная часть тепловой энергии передается по трубам потребителям и используется непосредственно в технологических процессах. И лишь часть тепловой энергии преобразуется в электрическую. На ТЭЦ для этого устанавливают турбоагрегаты двух типов: теплофикационные и противодавления.

АЭС используют энергию ядерного горючего, также преобразующегося в тепловую энергию пара. АЭС могут использоваться как КЭС и как ТЭЦ, соответственно они обозначаются АКЭС и АТЭЦ.

ГАЭС предназначены для выравнивания графика нагрузки энергосистемы (рис. 1.2). По принципу работы они являются такими ГЭС, которые днем, в часы максимального электропотребления системы, генерируют электрическую энергию за счет сработки воды в водохранилище, а ночью, в часы минимума электропотребления, работают как потребители электрической энергии — насо-

4

Распределительным пунктом называется (ПУЭ, IV.2 11) устройство, предназначенное для распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Воздушной линией электропередачи (ЛЭП) называется устройство для передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния по проводам, расположенным на открытом воздухе.

Объединение элементов в единую схему, работающую синхронно в общем режиме, образует энергосистему.

1.3. Технологические особенности энергосистем

Основные особенности энергосистем следующие.

Электроэнергия практически не аккумулируется. Производство, преобразование, распределение и потребление происходят одновременно и практически мгновенно. Поэтому все элементы энергосистемы взаимосвязаны единством режима. В энергосистеме в каждый момент времени установившегося режима сохраняется баланс по активной и реактивной мощности. Невозможно произвести электроэнергию не имея потребителя –– сколько выработано электроэнергии в данный момент, столько ее и отдано потребителю за вычетом потерь. Ремонты, аварии и т. д. приводят к снижению количества электроэнергии, выдаваемой потребителю (при отсутствии резерва), и, как следствие, к недоиспользованию установленного оборудования энергосистемы.

Относительная быстрота протекания процессов (переходных): волновые процессы — (10–3–10–6) с, отключения и включения — 10–1 с, короткие замыка-

5