ПиРЭЭ_Kурс—Лекции

Курс лекции

по дисциплине

«ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ»

Разработчик

Доцент, к.т.н. Степка О.Гр.

1. Линии электропередачи (ЛЭП) переменного и постоянного тока.

1.1.Общие сведения об электрических сетях и системах

1.2.Номинальные напряжения трехфазного тока. Электрические сети до 1000 В. Электрические сети выше 1000 В.

1.1. Общие сведения об электрических сетях и системах.

Для повышения надежности электро- и теплоснабжения потребителей электростанции объединяются на параллельную работу в энергосистемы.

Энергетическая система – совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства преобразований и распределения электрической энергии и теплоты. Функции энергосистемы: преобразование, производство и распределение.

Электрическая часть энергосистемы – совокупность электроустановок, электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электроэнергетическая система – электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса приема, производства, передачи, распределения, потребления электрической энергии.

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящих из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий, работающих на определенной территории.

Электрическая станция – промышленные предприятия, производящие электрическую, а также тепловую энергию.

Электрическая подстанция – электроустановка, предназначенная для преобразования энергии одного напряжения (вида) в электрическую энергию другого напряжения (вида).

ЛЭП – система проводов и кабелей, предназначенных для передачи электрической энергии от источника к потребителю.

Распределительное устройство – электроустановка, служащая для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательная устройства, а также устройства защиты автоматики и измерительные приборы.

ОРУ – открытое распределительное устройство ЗРУ – закрытое распределительное устройство КРУ – комплектное распределительное устройство

На рис. 1.1.1 изображена электрическая схема энергосистемы с четырьмя генерирующими источниками: двумя ТЭЦ, ГЭС и ГРЭС, двумя районными (системными) подстанциями (ПС) А и Б

и несколькими потребительскими подстанциями, объединенными на параллельную работу линиями 35, 110, 220 кВ.

Рис. 1.1.1. Принципиальная схема энергосистемы

Межсистемные связи осуществляются линиями W1 500 кВ. Местные распределительные сети выполнены на напряжении 6—10 кВ. Подстанция Б с двумя синхронными компенсаторами СС является узловой подстанцией системы. Подстанция А с двумя автотрансформаторами и линиями 500 кВ является системной подстанцией. Подстанция В — проходная, через шины 110 кВ осуществляются транзит мощности и связь ТЭЦ 1 с ГРЭС. Подстанция Д присоединена отпайками к транзитной линии W11. Однотрансформаторная ПС Ж включена в кольцо линий 35 кВ.

Создание энергосистем имеет большое значение и дает ряд технических и экономических преимуществ:

позволяет увеличивать темпы развития энергетики и осуществлять это развитие наиболее экономично для современных условий, т. е. за счет преобладающего ввода крупных ТЭС и АЭС с блочными агрегатами большой мощности;

повышает надежность электроснабжения потребителей; обеспечивает повышение экономичности производства и распределения электроэнергии в целом по энергосистеме за счет наиболее рационального распределения нагрузки между электростанциями при наилучшем использовании энергоресурсов (топлива, водной энергии и т.д.);

улучшает качество электроэнергии, т.е. обеспечивает поддержание напряжения и частоты в пределах, нормированных ГОСТ, так как колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов; позволяет снизить суммарный резерв мощности по энергосистеме, который должен составлять 12—20 % общей мощности агрегатов энергосистемы.

Классификации подстанций.

Главным признаком является ее назначение и роль в энергосистеме, высшее напряжение, число и мощность установленных силовых напряжений.

1.Подстанции по упрощенным схемам без выключателей или с малым их числом

2.Проходные или транзитные подстанции

3.Мощные коммутационные узлы системы

По назначению подстанции могут быть потребительские (для электроснабжения потребителей), сетевые и системные (для отбора мощности).

Потребительские имеют два основных напряжения – высокое и низкое.

По количеству устанавливаемых силовых трансформаторов подстанции делятся на однотрансформаторные, двухтрансформаторные, трехтрансформаторные и четырехтрансформаторные.

По типам устанавливаемых силовых трансформаторов делятся на:

-с двухобмоточными трансформаторами.

-с 3 обмоточными трансформаторами.

-с трансформаторами с расщепленными обмотками низкого напряжения.

-автотрансформаторами.

По типу напряжения делятся на:

-подстанции с двумя напряжениями – высокое и низкое.

-подстанции с 3 напряжениями – высокое, среднее и низкое.

-подстанции с 4 напряжениями – высокое, среднее 1, среднее 2, низкое (220, 110, 35, 10 кВ).

По типам устанавливаемых компенсирующих устройств делятся на:

-с установкой синхронных компенсаторов.

-с установкой батарей шунтирующих статических конденсаторов.

-с установкой продольной емкостной компенсации.

-с установкой шунтирующих реакторов.

Главные понизительные подстанции (ГПП) – предназначены для питания промышленных предприятий, получают электроэнергию от энергосистемы на напряжение 35 кВ и распределяют ее по территории предприятия.

Подстанции глубокого ввода (ПГВ) – с первичным напряжением 35 кВ и выше, выполняемые по упрощенной схеме коммутации на первичном напряжении, получают питание от энергосистем и предназначенные для питания отдельных корпусов, цехов.

Трансформаторная подстанция (ПС) – подстанция напряжением 6-10 кВ, предназначенная для питания предприятий с небольшой нагрузкой.

1.2. Номинальные напряжения трехфазного тока. Электрические сети до 1 кВ. Электрические сети выше 1кВ.

Одной из важнейших характеристик электроустановок является их номинальное напряжение.

Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии называется то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы. Стандартные напряжения приведены в

Таблица. 1.1.1.

Установки до 1 кВ (ГОСТ 21128 —83)

П р и м е ч а н и е . Указанные в скобках напряжения на вновь проектируемых установках не рекомендуются.

Номинальные напряжения генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток трансформаторов приняты на 5 —10 % выше номинального напряжения соответствующих сетей (6,3; 10,5; 36,75; 38,5; 121 и т.д.).

Номинальные напряжения мощных генераторов и синхронных компенсаторов, включаемых в блок с трансформаторами: 13,8; 15,75; (18); 20; 24 кВ.

Электрические сети до 1 кВ предназначены для передачи электрической энергии непосредственно потребителям. Как правило применяются при совместного питания однофазных и трехфазных электроприемников. Таким образом, ЛЭП до 1 кВ состоит из трех фазных проводов и одного нулевого, обеспечивающего симметрию напряжений трехфазной системы при неравномерной загрузке фаз. Данная сеть является сетью с глухозаземлённой нейтралью. Конструктивно сети до 1 кВ могут быть выполнены как воздушными линиями электропередач, так и кабельными, а также представлены в виде токопроводов, проводок и т.д.

Электрические сети выше 1 кВ предназначены для передачи и распределения электрической

энергии от электрических станций к узлам нагрузки. Конструктивно сети выше 1 кВ могут быть представлены воздушными линиями электропередачи на все напряжения и кабельными линиями электропередачи на напряжение до 220 кВ (как правило, КЛЭП применяют на напряжения 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ). Электрические сети напряжением 6-35 кВ являются сетями с изолированной (незаземленной) нейтралью, а в случае, когда имеет место большой ток замыкания фазы на землю, с резонансно-замленной нейтралью. Сети напряжением 110 кВ и выше являются сетями с эффективно-заземленной нетралью, то есть нейтрали трансформаторов электрически связаны с заземляющим устройством.

2.Воздушные и кабельные линии.

2.1.Конструктивные элементы ВЛЭП.

2.2.Провода ВЛ и тросы.

2.3.Опоры ВЛ.

2.4.Изоляторы и линейная аппаратура.

2.5.Конструкции кабелей.

2.6.Токопроводы и внутренние электросети.

2.1.Конструктивные элементы ВЛЭП

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура.

Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней части опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений монтируют грозозащитные тросы. Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы изолируют провода от опоры. С помощью линейной арматуры провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах. 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 рис. 2.1.1 приведена металлическая опора одноцепной линии. 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. Изза 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, вибрации 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.

Рис. 2.1.1. Промежуточная металлическая опора одноцепной линии:

1 — провода; 5 —изоляторы; 3 — грозозащитный трос; 4 — тросостойка; 5-— траверсы опоры; 6—стойка опоры; 7 — фундамент опоры.

2.2. Провода ВЛ и тросы.

На ВЛ применяются неизолированные провода, т. е. без изолирующих покровов. Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия — АН, АЖМедные провода в настоящее время не используются на ВЛ без специальных технико-экономических обоснований. Обычно не рекомендуется применять на ВЛ стальные провода. Грозозащитные тросы, как правило, выполняются из стали. В последние годы грозозащитные тросы используются для организации высокочастотных каналов связи. Такие тросы выполняются сталеалюминиевыми. Конструкции и общий вид неизолированных проводов приведены на рис. 2.2.1, а. Однопроволочный провод (рис. 2.2.1, б) состоит из одной круглой проволоки. Такие провода дешевле многопроволочных, однако они менее гибки и имеют меньшую механическую прочность. Многопроволочные провода из одного металла (рис.2.2.1, в) состоят из нескольких свитых между собой проволок. При увеличении сечения растет число проволок. В многопроволочных проводах из двух металлов— сталеалюминиевых проводах (рис. 2.2.1, г)—внутренние проволоки (сердечник провода) выполняются из стали, а верхние — из алюминия.

Стальной сердечник увеличивает механическую прочность, алюминий же — токопроводящая часть провода. Полые провода (рис. 1.2,5) изготовляют из плоских проволок, соединенных друг с другом в паз, что обеспечивает конструктивную прочность провода. У таких проводов больший по сравнению со сплошными диаметр, благодаря чему повышается напряжение появления коронирующего разряда на проводах и значительно снижаются потери энергии накорону.Для снижения потерь электроэнергии на корону ВЛ при Uном≥ 330 кВ каждая фаза ВЛ расщепляется на несколько проводов.

Сталеалюминиевые провода наиболее широко применяются на ВЛ. Проводимость стального сердечника не учитывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части.

Провод марки АС состоит из стального сердечника и алюминиевых проволок. Провод предназначается для ВЛ при прокладке их на суше, кроме районов с загрязненным вредными химическими соединениями воздухом. Коррозионностойкие провода АСКС, АСКП, АСК предназначены для ВЛ, проходящих по побережьям морей, соленых озер и в промышленных районах с загрязненным воздухом; АСКС и АСКП —это провода марки АС, но межпроволочное пространство стального сердечника (С) или всего провода (П) заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости; АСК — провод марки АСКС, но стальной сердечник изолирован двумя лентами полиэтиленовой пленки. В обозначение марки провода вводится номинальное сечение алюминиевой части провода и сечение стального сердечника, например АС 120/19.

2.3. Опоры ВЛ.

помощью подвесных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным пролетом или просто пролетом, а расстояние между анкерными опорами —

анкерным пролетом. Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках В Л: на пересечениях особо важных инженерных сооружений (например, железных дорог,

Рис. 2.2.1. Конструкции проводов ВЛ:

а — общий вид многопроволочного провода; б — сечение однопроволочного провода; в, г — сечения многопроволочных проводов из одного и двух металлов; д —сечение пустотелого провода

ВЛ 330—500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т. д.), на концах ВЛ и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и промежуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводами тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.

Рис. 2.3.1. Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с железной дорогой.

В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростанции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанциинезначительно. Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковомутяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80—90 % общего числа опор ВЛ. Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии. Углом поворота линии называется угол α в плане линии (рис. 2.3.2), дополнительный до 180° к внутреннему углу (3 линии. Траверсы угловой опоры устанавливают по биссектрисе угла β.

Рис. 2.3.2. Угол поворота ВЛ:

1 — подножники опоры; 2 — траверса; 3 — петля

Угловые опоры могут быть анкерного и промежуточного типа. Кроме нагрузок, воспринимаемых промежуточными прямыми опорами, на промежуточные и анкерные угловыеопоры действуют также нагрузки от поперечных составляющих тяжения проводов и тросов. Чаще всего при углах поворота линий до 20° применяют угловые опоры анкерного типа (см. рис. 1.3). При углах поворота линии электропередачи более 20° вес промежуточных угловых опор значительно возрастает. Поэтому в СССР промежуточные угловые опоры применяются для углов поворота линий до 10—20°.

На ВЛ применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные — для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные — для выполнения ответвлений от основной линии;

переходные — для пересечения рек, ущелий и т. д.