Лекции по "Электрическим сетям"

 Рис. 4 б

В этой схеме суммарная мощность, приходящая от линии к узлу 1 (проходящая по сопротивлениям

, причем мощность  отличается от мощности нагрузки на величину потерь в обмотках трансформатора (в сопротивлении Z_т) и его потерь холостого хода, т.е. .

Если перед расчетом режима всей сети предварительно определить мощность (S_рас1), то она отразит влияние и емкостной проводимости (зарядной мощности линий) и потерь мощности в трансформаторе на режим ветвей расчетной схемы, примыкающей к т.1 и на режим всей рассчитываемой сети. В этом случае схема замещения упрощается и принимает вид (рис. 4в).

Рис. 4 в

- называется расчетной мощностью  подстанции.

Вычисление расчетной мощности подстанции предшествует расчету режима сети

Т.к. напряжение в узловых точках схемы замещения пока неизвестны, то слагающие расчетной мощности должны определяться по номинальному напряжению сети:

; ;  - зарядные мощности линий.

Потери в трансформаторах:

;

;

;

.

Расчет по номинальному напряжению обуславливает меньшую точность.

Расчет режимов  линий электропередач в послеаварийных режимах

Наиболее тяжелые –  выход из строя и отключение участков 1-2 и 3-4 (ближайших к источнику питания ). Проанализируем эти режимы и определим наибольшую потерю напряжения  DU_нб в режиме, когда отключен участок 4-3 рисунок е). Обозначим наибольшую потерю напряжения  DU_{1-3 ав.}

В режиме, когда отключен участок 1-2 (рисунок ж), наибольшую потерю напряжения обозначим DU_{4-2 ав.}

 

Надо сравнить  DU_{1-3 ав.} и DU_{4-2 ав.}и определить наибольшую потерю напряжения  DU_ав.нб Если линия с двусторонним питанием имеет ответвления -----  ( рисунок  з),то определение наибольшей потери напряжения усложняется.

 

Так, в нормальном режиме надо определить потери напряжения DU_1-3, DU_4-3, DU_1-2-5, сравнить их и определить DU_нб.

Далее чтобы определить  DU_нб.ав. в послеаварийном режиме, надо рассмотреть аварийные отключения головных участков 1-2 и 4-5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция №5 Основные характеристики нагрузок узлов электрических сетей

Одной из первых и основополагающих частей проекта электроснабжения объекта  является определение ожидаемых  электрических нагрузок на всех ступенях электрических сетей. От характера нагрузки и ее уровня зависят требования, предъявляемые к электрической   сети, технические характеристики элементов электрических сетей – сечения и марки проводников, мощности и типы трансформаторов, электрических аппаратов и другого электротехнического оборудования.

Потребители электроэнергии различны по своему характеру: промышленные предприятия, жилые дома, коммунально-бытовые  учреждения, электротранспорт, с/х потребители  и т.д.

Самый распространенный вид потребителей – АД. Они различаются по мощности, всегда потребляют реактивную мощность.

Синхронные двигатели (СД) генерируют реактивную мощность.   Коммунально-бытовая нагрузка - освещение, нагревательные приборы и т.д. Потребление  электрической энергии на бытовые  нужды растёт (вследствие увеличения числа двигателей пылесосов, стиральных машин, электробритв, а также телевизоров, кондиционеров, холодильников). Всё это приводит к увеличению потребления реактивной мощности. Растёт удельный вес специальных видов нагрузки – выпрямительной и инверторной, нагрузки электрохимии и электрометаллургии.

Существенную часть  в потреблении электрической  энергии составляют потери в сетях.

Характерный примерный  состав комплексной нагрузки, %:

Мелкие АД-34%, крупные  АД-14, освещение-25%, выпрямители, инверторы, печи, нагревательные приборы-10%, синхронные двигатели-10%, потери в сетях 7-9%.

Графики нагрузки

Характеристикой нагрузки является величина потребляемой активной и реактивной мощности. Мощность зависит  от числа и режима работы разных электроприёмников. В течение суток мощность может изменяться в широких пределах.

Характеристика потребителей по потребляемой мощности будет полной лишь тогда, когда известна вся совокупность  возможных значений мощности необходимой  данным потребителям. Эта характеристика даётся графиками нагрузки, которые представляют собой плавные, ломаные или ступенчатые кривые, построенные в прямоугольных  осях координат (по оси ординат откладываются мощности нагрузки, а по оси абсцисс- время, в течение которого рассматривается её изменение).

График нагрузки, характеризующий  изменение мощности, потребляемой за одни сутки, называется суточным  графиком.

Графики различных потребителей существенно отличаются друг от друга. Но в графиках имеются некоторые  общие количественные показатели. К ним относятся наибольшее (Р_нб) и наименьшее (Р_нм) значения мощности нагрузки. Очертания графиков меняются в зависимости от того – рабочие сутки это или выходные дни.

Суточные графики одного потребителя в различные времена  года отличаются друг от друга. Поэтому для представления о потреблении мощности  пользуются суточными графиками для трёх характерных периодов работы потребителей: зимнего, летнего и весенне-осеннего. Соответственно различают наибольшую и наименьшую нагрузки для этих периодов. Для большинства районов России зимний график характеризуется максимальным значением наибольшей мощности Р_нб, а летний – минимальным значением наименьшей мощности Р_нм.

Суточные графики для  отмеченных периодов и их число суток  в году, позволяют получить годовые нагрузки.

Также широко используются  годовые графики по продолжительности  нагрузки.

Эти графики представляют собой  диаграммы постепенно убывающих  значений мощности, каждому из которых  соответствует время, в течение  которого данная мощность в продолжение года требуется потребителю.

Другим важным графиком считается   годовой график максимумов нагрузки.

По оси абсцисс откладываются  дни года или месяцы в календарном  порядке, а на оси ординат –  максимальные значения нагрузки за данные дни или месяцы. Для такого графика характерен спад в летние месяцы из-за осветительной нагрузки и возрастание к концу года из-за присоединения  новых потребителей.

Суточный и годовой  графики позволяют определить энергию, получаемую потребителем, соответственно, за сутки и за год.  

При известной мощности нагрузки Р_н получаемая потребителем энергия за малый промежуток времени.

DW= P_Н*Dt

или при переходе к  пределам:             dW=Pн*dt  (1)

Энергия,   получаемая за время t при изменяющейся во времени мощности определяется при интегрировании уравнения  (1):

W_н=

P_н(t)*dt  (2)

Это выражение характеризует  площадь, ограниченную осями координат  и графиком нагрузки. Вычисление её не представляет труда, если график имеет  вид ступенчатой линии.

Когда очертание графика имеет иной вид, его заменяют ступенчатым, сохраняя характерные точки исходного графика (наибольшие и наименьшие нагрузки и отдельные закономерные повышения и понижения мощности) и выдерживая равенство площадей исходного и ступенчатого графиков.

Графики нагрузок удобно характеризовать временем использования наибольшей (максимальной) нагрузки Т_нб (Т_max). Этим показателем определяется время, в течение которого потребитель, работая с наибольшей нагрузкой, получил бы из сети то же количество энергии, что и при работе по действительному графику.

На рис.  приведен график, поясняющий определение времени  Т_нб. Энергия, полученная за год, определяется площадью, ограниченной этим графиком и равной при 8760 часах в году.

DW=

Та же площадь, при неизменной нагрузке, равной наибольшей мощности м.б. вычислена: W=P_НБ*Т_НБ

т.е. время использования  наибольшей нагрузки определяется   отношением площади, ограниченной действительным графиком нагрузки, к ординате, отвечающей наибольшей мощности нагрузки.

Т_НБ=

Время Т_нб  может вычисляться применительно как к годовому, так и к суточному графику.

Продолжительность  использования  наибольших активных нагрузок в течение  года в зависимости от числа и  продолжительности смен:

Продолжительность смены, ч	Годовое число часов  работы при числе смен, ч
	одна	Две	три
8	2250	4500	6400
7	2000	3950	5870

Потребители потребляют кроме активной мощности ещё и  реактивную мощность. Поэтому необходимо знание графиков реактивной мощности. Они могут быть получены аналогично графикам активной мощности.

При проектировании требующаяся  реактивная мощность учитывается приближённо, используется коэффициент мощности ( Cos j_н ), значение которого либо принимается неизменным, либо задаётся применительно к периодам наибольшей и наименьшей активной мощности нагрузки (при этом  Cos j_н может принимать разные числовые значения).

Влияние качества электроэнергии на работу

электроприемников и  электрических аппаратов

Качество электроэнергии характеризуется определенными показателями. Основными являются частота переменного тока (f) и напряжение (U). Качество электроэнергии влияет на работу электроприемников и на работу электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. Все электрические приемники и аппараты характеризуются определенными номинальными параметрами (f_HOM, U_HOM, I_HOM и т.д.). Изменение частоты и напряжения вызывают изменение технических и экономических показателей работы электрических приемников и аппаратов.

Различают электромагнитное и технологическое  влияние отклонения частоты на работу электроприемников. Электромагнитная составляющая обусловливается увеличением потерь активной мощности и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Можно считать, что снижение частоты на 1% увеличивает потери в сетях на 2%. Технологическая составляющая вызвана в основном недовыпуском промышленными предприятиями продукции. Согласно экспертным оценкам, значение технологического ущерба на порядок выше электромагнитного.

Технологическая составляющая  связана с существенным влиянием (f) частоты на число оборотов электродвигателей, а, следовательно, и на  производительность механизмов. Большинство технологических линий оборудовано механизмами, где в качестве приводов служат асинхронные двигатели. Частота вращения этих двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. При значительном повышении частоты в энергосистеме, что может быть, например, в случае уменьшения (сброса) нагрузки, возможно повреждение оборудования.

Кроме того, пониженная частота  в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного  нагрева стальных элементов.

При проектировании в  расчетах электросетей влияние изменения (f)частоты не рассматривается. Предполагается, что электрическая система обеспечивает  поддержание стандартной частоты f=50 Гц.

Изменение U оказывает неблагоприятное влияние на работу осветительных ламп и асинхронных двигателей, которые составляют значительную часть всех электроприемников в энергосистеме. Нежелательно как повышение U, так и его понижение на зажимах электроприемников. Снижение U вызывает резкое уменьшение (¯) светового потока ламп накаливания и их к.п.д. При снижении U на 5% световой поток уменьшается на 18%, а снижение U на 10% приводит к уменьшению потока уже более чем на 30%. Это приводит к значительному уменьшению освещенности рабочих мест на производстве и к снижению производительности труда и ухудшению его качества, может увеличиться число несчастных случаев.

При увеличении U световой поток заметно повышается, но значительно уменьшается срок службы ламп. Так при повышении U на 10% световой поток ламп увеличивается приблизительно на 30%, а срок службы ламп сокращается почти в  
3 раза.

Снижение U в сети энергосистемы может явиться причиной массового останова асинхронных двигателей и может привести к возникновению тяжелой системной аварии. При снижении крутящего момента асинхронных двигателей, пропорционального квадрату напряжения на зажимах двигателей, может произойти остановка или невозможность запуска двигателей. При пониженном напряжении у двигателей ухудшается к.п.д. и происходит процесс более интенсивного старения изоляции из-за увеличения тока, проходящего по обмоткам. Одновременно увеличивается скольжение и уменьшается число оборотов двигателя. При этом может снизиться производительность соединенных с двигателем механизмов.