Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Декабря 2013 в 19:55, курс лекций
Электроснабжение промышленных, коммунальных и других потребителей производится от электрических станций, вырабатывающих электроэнергию. Электрические станции могут находиться вблизи потребителей либо удалены на значительные расстояния. В обоих случаях передача и распределение электрической энергии осуществляется по проводам электрических линий. Накапливать электрическую энергию в больших количествах сегодня практически нельзя, поэтому с помощью современных автоматических средств управления постоянно поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией.
Основное отличие АТ и Т заключается в следующем:
Эл. связанные обмотки АО и СО. Часть обмотки между выводами АО называется последовательной, а между выводами СО называется общей.
Последовательная и общая
В АТ часть мощности передается непосредственно без трансформации, через контактную (электрическую) связь между последовательной и общей обмотками.
Токораспределение у АТ другое. Если мощность передается с ВН®СН и с ВН®НН.
В понижающем АТ ток в общей обмотке (Iтр) определяется разностью токов, замыкающихся через сети ВН и СН. Эта обмотка рассчитывается на ток меньший Iном АТ, определяемого на стороне ВН.
АТ в каждой фазе имеет обмотку ОА-ВН, состоящую из общей обмотки ОС-СН и последовательной обмотки АС. Эти обмотки соединены между собой по автотрансформаторной схеме, т.е. электрически. Третья обмотка - третичная НН всегда соединена треугольником и имеет трансформаторную электромагнитную связь с обмоткой ОА (ВН), т.е. с общей (ОС) и последовательной (АС), что на схеме отражено.
При работе АТ в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I0. Ток нагрузки вторичной обмотки Iс складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I0, созданного магнитной связью этих обмоток:
Iс= Iв+ I0, откуда I0+ Iс- Iв.
АТ также как и трансформатор характеризуются номинальными напряжениями и мощностью.
Под номинальной мощностью АТ понимается предельная проходная мощность, которая может быть передана через АТ на стороне ВН:
Sном = Ö3 Iв. Uв
Мощность, которую АТ может принять из сети ВН или передать в эту сеть, называется проходной мощностью Sпрох, причем Sпрох= Sтр,+ Sэ,
Sтр - трансформаторная мощность;
Sэ - электрическая мощность.
Для характеристики АТ введено еще понятие типовой номинальной мощности Sт, на которую рассчитывается последовательная обмотка (АС).
Типовая, т.е. трансформаторная мощность АТ при номинальных условиях характеризует способность АТ передавать мощность магнитным путем. Она определяет габариты и стоимость АТ, а также расход материалов и мощность отдельных обмоток.
Для этой последовательной обмотки, протекающая по ней мощность определяется при отсутствии нагрузки НН.
Sт=Sном×a
- коэффициент трансформации;
или = , где a=1- ;
a -коэффициент выгодности;
k - коэффициент трансформации.
Т.о. типовая мощность характеризует мощность передаваемую электромагнитным путем, через обмотки, связанные электрически.
При использовании третичной
В понижающем АТ при передаче мощности с ВН®СН и ВН®НН в общей обмотке ОС (СН) протекает разность токов Iв - Iс. Вследствие этого общая обмотка рассчитана на ток меньший номинального, и мощность этой обмотки равна его типовой мощности. (Sобщ.обм.=Sтип.)
Т.о. конструкция понижающего АТ делает возможным передачу мощности больше той, на которую рассчитываются его обмотки. Понижающие АТ поэтому дешевле трех обмоточных трансформаторов той же мощности и характеризуются меньшим расходом активных материалов на их изготовление и следовательно меньшими потерями активной мощности.
Преимущества АТ проявляются в большей степени при малых значениях (коэффициент выгодности), т.е. тогда, когда они связывают сети более близких напряжений.
Sт=Sном×a; .
АТ, как и трех обмоточные трансформаторы характеризуются потерями и токами ХХ (DРхх, Im=Iхх) и тремя значениями напряжений КЗ.
Таблицы параметров АТ содержат при значения потерь КЗ, отвечающие трем опытам КЗ. Причем одно из них DРкз(в-с)= DРкз(1-2) приводятся отнесенными к номинальной мощности АТ, а два других DР’кз(в-н)= DР’кз(1-3) и DР’кз(с-н)= DР’кз(2-3) в ряде случаев указываются отнесенными к типовой мощности.
Эта особенность отвечает условиям осуществления опытов КЗ. При КЗ обмотки НН, рассчитанной на типовую мощность, напряжение поднимается до величины, определяющей в этой обмотке ток, соответствующий типовой, а не номинальной мощности.
При КЗ на стороне СН и подаче напряжения на ВН, это напряжение может подниматься до величины, при которой ток в последовательной обмотке достигнет значения, отвечающего номинальной мощности АТ.
Для АТ справедлива схема замещения
трехобмоточного трансформатора
Параметры ветви намагничивания определяются по формулам:
; .
Также как и для трансформаторов реактивные сопротивления могут быть найдены по выражениям:
После вычисления по формулам:
НО только после приведения всех табличных значений напряжений КЗ к одной номинальной мощности АТ.
При определении активных сопротивлений все значения потерь КЗ (DРКЗ) также должны быть приведены к номинальной мощности АТ:
Тогда
И аналогично выражениям для Х1, Х2, Х3:
Для вычисления потерь активной и реактивной мощностей в АТ можно выполнить расчет режима его схемы замещения. Можно также воспользоваться табличными значениями потерь КЗ (DРКЗ) и напряжений КЗ (Uk%). В последнем случае искомые величины определяются формулами:
и
в которых табличные данные должны подставляться приведенными к номинальной мощности АТ.
Для снижения стоимости ПС и уменьшения потерь электроэнергии при трансформации в сетях напряжением 110кВ и выше применяют автотрансформаторы (АТ) вместо трех обмоточных (Т) трансформаторов. При применении автотрансформатора 220/110/10кВ удельная экономия меди (кг/кВ×А) составляет примерно 15-25%, а его полный вес в 1,5 раза меньше, чем трансформатора. Суммарные потери энергии уменьшаются на 30-35%.
На рисунке а) показана схема сети с несколькими нагрузками. Головные участки включены на шины питающего пункта А – это или системная п/ст или эл.станция. Если эту схему представить разрезанной по питающему пункту и развернутой, то она будет иметь вид линии с двусторонним питанием, у которой напряжения по концам равны по величине и фазе ( рис.б )
На рисунке в) приведена расчетная схема этой сети:
Здесь S1, S2 , S3 – расчетные нагрузки п/ст, включающие саму нагрузку узлов, зарядные мощности 0.5 линий и потери мощности в трансформаторах.
Направление потоков мощности на отдельных участках схемы принимается условно. Действительные направления определяются в результате расчета.
Известными для расчета являются:
Расчет должен выполняться методом последовательных приближений.
Первое приближение – равенство напряжений вдоль линии,это напряжение принимают равным номинальному напряжению линии.
Второе приближение - отсутствие потерь мощности.
При этих допущениях ,токи, протекающие по отдельным участкам схемы определяются соотношением:
Условие равенства напряжений по концам линии означает равенство нулю падения напряжения в схеме.
Условие равенства нулю падения напряжения на основании 2-го закона Кирхгофа может быть записано следующим образом:
или ,если сократить во всех членах Ö3Uном
Выразим входящие в это уравнение мощности участков II, III, IV через мощность SI и известные мощности нагрузок S1, S2, S3:
Откуда:
Кроме того, на основании 1-го закона Кирхгофа имеем:
Подставив (2)-(5) в исходное уравнение (1):
После преобразования получим:
откуда, c учетом обозначений рис.в) следует,что
Или
Подставив формулы (2)-(5) в уравнение (1) для SIV после аналогичных преобразований получим:
Или
В общем случае при «n» нагрузках на кольцевой линии:
и
где ZmA и ZmA – сопротивления от точки m , в которой включена промежуточная нагрузка Sm до точки питания A и A соответственно.
После определения
мощностей, протекающих по
На втором этапе определяются потери мощности, а также напряжения в узловых точках схемы.
Допустим , что в результате I этапа найдено распределение мощностей показанное на рис.а)
К точке 2 мощность поступает с двух сторон. Такая точка называется точкой потокораздела. Обычно изображается зачерненным треугольником.
Если исходную схему мысленно разрезать по точке потокораздела, то получим схему, изображенную на рисунке б).
Такая операция не изменит распределение мощностей во всей сети в целом, если считать в точке 2 включенной нагрузку с потребляемой мощностью SII , а в точке 2 – нагрузку с мощностью SIII.
Схема , изображенная на рисунке б), состоит из двух независимых частей, каждая из которых характеризует разомкнутую сеть с заданными нагрузками S1,SII и S3,SIII и напряжениями
UA = UA на шинах источника питания. Дальнейший расчет осуществляется также как для разомкнутых сетей «по данным начала». При этом, должны быть найдены уточненные значения мощностей, учитывающие потери мощности на участках схемы, начиная с концов
при допущении, что U = Uном, а затем должны быть вычислены напряжения в узловых точках, начиная с точек A и A .
Иногда может выявиться две точки потокораздела – одна для активной, другая для реактивной мощности.
Такой случай иллюстрируется на рисунке 2, где точка 2 является точкой потокораздела для активной, а точка 3 – для реактивной мощности.
Кольцевая сеть разделяется
на две разомкнутые.