Лекции по "Электрическим сетям"

В некоторых случаях провода  ВЛ с помощью изоляторов и линейной арматуры прикрепляются к кронштейнам  инженерных сооружений.

Наибольшее распространение получили одно- и двухцепные ВЛ. Одна цепь трехфазной ВЛ состоит из проводов разных фаз. Две цепи могут располагаться на одних и тех же опорах.

На работу конструктивной части  ВЛ оказывают воздействие механические нагрузки от собственного веса проводов и тросов, от гололедных образований на проводах, тросах и опорах, от давления ветра, а также из-за изменений температуры воздуха. Из-за воздействия ветра возникает вибрация проводов (колебания с высокой частотой и незначительной амплитудой), а также пляска проводов (колебания с малой частотой и большой амплитудой). Указанные выше механические нагрузки, вибрация и пляска проводов могут приводить к обрыву проводов, поломке опор, схлестыванию проводов либо сокращению их изоляционных промежутков, что может привести к пробою или перекрытию изоляции. На повреждаемость ВЛ влияет и загрязнение воздуха.

Провода воздушной линии  электропередач

На воздушных линиях применяются  неизолированные провода, т.е. без  изолирующих покровов. Эти провода  изготавливают из меди, алюминия и стали без изолирующих покровов. Их применяют главным образом в воздушных сетях, где они подвешиваются к специальным опорам с помощью арматуры и изоляторов, но иногда и во внутренних сетях.

Медь обладает наименьшим удельным электрическим сопротивлением 18 Ом×мм²/км при 20°C. Медь по сравнению с алюминием является более дорогим и дефицитным металлом, поэтому в настоящее время новых воздушных линий с медными проводами не сооружают.

Алюминий обладает в 1,6 раза большим  удельным электрическим сопротивлением 29,5 Ом×мм²/км при 20°C.

Сталь обладает значительно более  высоким удельным сопротивлением, которое  зависит от ее сорта, способа изготовления провода и от величины тока, проходящего  по нему. Для предотвращения окисления  стальные провода оцинковываются. Стальные провода применяют редко при сравнительно малых нагрузках, характерных для сельских сетей. В отдельных случаях вследствие высокой механической прочности стальные провода применяют при выполнении переходов воздушных линий через широкие реки и другие препятствия.

По конструктивному выполнению различают однопроволочные и  многопроволочные провода. Последние  часто бывают комбинированными –  из алюминия и стали. На линиях иногда применяют расщепление проводов: подвешивают одновременно по несколько  проводов на фазу.

Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки. Многопроволочный провод свивается из отдельных круглых  проволок диаметром 2-3 мм. При увеличении сечения провода число проволок возрастает.

Однопроволочные провода дешевле  многопроволочных, однако, они мене гибки и имеют меньшую механическую прочность.

В сталеалюминиевых проводах внутреннюю жилу (сердечник провода) выполняют  из стали, а верхние из алюминия. Стальной сердечник предназначен для  увеличения механической прочности  провода; алюминий является токопроводящей частью. Хотя сечение стальной части в среднем в 5 раз меньше сечения алюминиевой части, стальная часть воспринимает около 40% всей механической нагрузки. Сталеалюминиевые провода широко применяют в сетях напряжением 35 кВ и выше.

В марке провода буквой отмечается его материал: медные М, алюминиевые  А, сталеалюминиевые АС, стальные однопроволочные  ПСО, стальные многопроволочные провода  ПС. В обозначении марки провода  вводится номинальное сечение алюминиевой  части провода и сечение стального сердечника, например АС-120/19.

Провода воздушных линий соединяют  при помощи специальных зажимов  путем обжатия или опрессования. Концы проводов соединяют термитной  сваркой. Посредством термитной  сварки создают цельнометаллическое  соединение, не изменяющее с течением времени своих электрических характеристик и имеющее хорошие механические характеристики.

Изолированные провода имеют внешние  изолирующие, а иногда и защитные покровы. Они используются в основном для внутренних сетей. Токоведущие жилы проводов выполняют из круглой медной или алюминиевой проволоки. Изготавливают одно-, двух-, трех-, четырехжильные и многожильные провода.

Кабелем называют многопроволочный провод или несколько скрученных вместе взаимно изолированных проводов (жил) при выполнении в общей герметической оболочке. Поверх оболочки могут быть наложены защитные покровы. Силовые кабели предназначены для прокладки в земле, под водой, на открытом воздухе и внутри помещений.

Силовые кабели напряжением до 35 кВ включительно изготавливают главным образом с изоляцией из плотной бумаги, пропитанной специальной кабельной массой (компаундом). Применяют также кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией. Токоведущие жилы изготавливают из медных или алюминиевых проволок для уменьшения размеров выполняют секторной формы и между отдельными жилами вставляют специальные жгутики – заполнители из джута. Поверх изоляции кабель опрессовывают бесшовной оболочкой из алюминия или свинца для того, чтобы в изоляцию не попадала влага из воздуха. Для кабелей напряжением до 1 кВ применяют также оболочки из пластмасс.

Для защиты от механичечских повреждений  кабель покрывают броней из стальной ленты. Между металлической оболочки кабеля и броней и поверх брони  накладывают покровы из джута, пропитанные  антикоррозионными составами. В воздухе прокладывают кабели без наружного джутового покрова. Для прокладки в туннелях и других местах, опасных в пожарном отношении, применяют специальные кабели с негорючими защитными покровами. Наибольшее распространение имеют кабельные линии 6-10 кВ, реже 35кВ. Кабельные линии 110 и 220 кВ не получили пока широкого применения, ч то в основном объясняется значительно большей стоимостью кабельных линий по сравнению с воздушными. Кабельные линии 6-35 кВ в 2-3 раза дороже воздушных, а кабельные линии 110 кВ дороже воздушных в 5-8 раз.

При напряжении 35 кВ используются также  газонаполненные кабели с избыточным давлением инертного газа (обычно азота). В таких кабелях практически  исключены деформации оболочки и  образование пустот из-за значительно большого температурного коэффициента линейного расширения кабельной массы по сравнению с температурным коэффициентом линейного расширения кабельной бумаги.

В марке кабеля указывают число  и сечение жил кабеля. Например,    СБ-3´95 означает освинцованный двумя стальными лентами трехжильный кабель с медными жилами сечением 95 мм² , с наружным джутовым покровом; СБГ-3´95 означает такой же кабель, но без наружного джутового покрова; АСБГ – освинцованный бронированный кабель с алюминиевыми жилами без наружного джутового покрова; ААБГ – кабель с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке.

Типы трансформаторов  и их характеристики

Силовые трансформаторы предназначены  для преобразования электроэнергии переменного тока с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12–15  % ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20–25 % меньше, чем в группе однофазных трансформаторов такой суммарной мощности.

Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Каждый трансформатор имеет  условное буквенное обозначение, которое  содержит следующие данные в следующем  порядке:

1.Число фаз (для однофазных – О, для трехфазных – Т);

2.Вид охлаждения  –  С – естественное воздушное (при открытом исполнении),

СЗ – естественное воздушное (при  защищенном исполнении),

СГ – естественное воздушное (при  герметизированном исполнении),

СД – естественное воздушное (с  принудительной циркуляцией воздуха),

М – естественное масляное,

Д – масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла,

ДЦ – масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла  через воздушные охладители,

НДЦ – то же с направленным потоком  масла,

Ц – масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла,

НЦ – масляно-водяное охлаждение с направленным потоком масла;

3.Число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух):для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора  с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);4.Буква Н в обозначении при выполнении одной из обмоток с устройством РПН;5.Буква А на первом месте для обозначения автотрансформатора.

За буквенным обозначением указывается  номинальная мощность, кВА; класс  напряжения обмотки (ВН); климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150–69 и ГОСТ 15543–70.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой имеют в своем обозначении  букву Р, которая ставиться после  буквы, обозначающей число фаз, например, ТРДЦН–100000/220.

В обозначении трехобмоточных трансформаторов имеется буква Т, стоящая после обозначения системы охлаждения, например ТДТН– 40000/110.

 

Лекция 2. Параметры  электрических сетей

Электрическая сеть состоит из разных элементов имеющих каждый свое назначение и конструктивное выполнение. Каждый из участков электрической сети характеризуется одинаковым набором параметров (r, x, g, b, K_t ).

 r – активное сопротивление, Ом;

 x – реактивное сопротивление, Ом;

g – активная проводимость, См;

b – реактивная проводимость, См;

K_t – коэффициент трансформации.

Параметры отражают характерные свойства элементов сети и различаются  только количественно.

Для количественного определения  свойств элементов электрической  сети составляется схема замещения. На ней указывают все параметры, определяющие состояние электрической сети. Схемы замещения сети составляются из схем замещения отдельных элементов, они отличаются от принципиальных схем соединения этих элементов.

Принципиальные схемы соединений (схемы коммутации) нужны только для определения направления передачи электрической энергии и степени резервирования питания потребителей. В них каждый элемент сети имеет изображение, отражающее его действие в решении задачи электроснабжения.

Схема замещения сети составляется для выполнения расчетов рабочих режимов. Каждый элемент сети в ней может отражаться несколькими подэлементами.

При характеристике симметричных рабочих режимов схемы замещения составляются на одну фазу трехфазной сети, общей является нейтраль цепи.

Потери активной мощности отражаются активными сопротивлениями (r) или проводимостями (g). Потери реактивной мощности отражаются реактивными (индуктивными) сопротивлениями или проводимостями. Генерация реактивной мощности отражается отрицательными реактивными емкостными сопротивлениями или проводимостями.

Различают продольные и поперечные ветви схем замещения. Продольными называются ветви, по которым проходит ток нагрузки. Потери мощности в этих ветвях определяются нагрузочным током.

Поперечными называются ветви, которые  включены на полное напряжение (непосредственно соединены с нейтралью схемы). Потери мощности в этих ветвях определяются подведенным напряжением.

Особо отражается на схемах замещения  явление трансформации. Это относится  к сетям, состоящим из участков разных номинальных напряжений и рассматриваемых вместе.

Элемент трансформации отражает факт изменения параметров режима - напряжений и токов. Значения полной мощности при  этом не изменяются (потери в трансформаторах  отражаются другими элементами схемы).

Особыми являются и элементы, отражающие работу потребителей и пунктов питания. Они отражают факт потребления и генерации мощности, их представляют активными элементами схемы – нагрузками. При этом генерация мощности рассматривается как отрицательная нагрузка. Совокупность нагрузок определяет режим сети.

Линия электропередачи  как элемент электрической сети

Передача электрической  энергии по линиям обусловлена распространением электромагнитного поля в проводах и окружающим их пространстве. При  действии переменного напряжения возникают  переменное магнитное поле вокруг проводов и переменное электростатическое поле между фазными проводами и между каждым из проводов и землей. Условное изображение элементов этих полей показано на рисунке для одного провода ВЛ.

 

 

 

 

 

 

Возникновение переменного электрического поля приводит к появлению токов  смещения (зарядных токов), величины которых  зависят как от свойств диэлектрика, окружающего проводник, так и  от разности потенциалов между проводом и землей, а для трехфазной линии также и между фазными проводами. Зарядные токи, накладываясь на нагрузочный ток, определяют постепенное изменение тока вдоль длины линии. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью, также изменяющейся вдоль длины линии. Это приводит к наведению эдс самоиндукции и взаимоиндукции, неравных для различных элементов длины линии. Неравенство этих эдс определяет сложный закон изменения напряжения по линии и изменение токов смещения (зарядных токов) вдоль длины линии.

Погонные (удельные) параметры  линий

Погонное (удельное) (на единицу длины) активное сопротивление r_о при частоте 50 Гц и обычно применяемых сечениях алюминиевых или медных проводов и жил кабелей можно принять равным погонному омическому сопротивлению. Явление поверхностного эффекта начинает заметно сказываться только при сечениях порядка 500 мм².

Активное сопротивление – это  сопротивление при протекании по проводнику переменного тока, омическое - это сопротивление при протекании по тому же проводнику постоянного  тока. Для сталеалюминиевых проводов явление поверхностного эффекта также незначительно и может не учитываться.