ПиРЭЭ_Kурс—Лекции
.pdf
Для потребителей 2 категории в большинстве случаев также предусматривается питание по двум отдельным линиям, либо по двухцепной линии. Так как аварийный ремонт воздушных линий непродолжителен, правила допускают электроснабжение потребителей 2 категории и по одной линии.
Для потребителей 3 категории достаточно одной линии. В связи с этим применяют не резервированные и резервированные схемы.
Не резервированные – без резервных линий и трансформаторов. К ним относятся радиальные схемы (рис. 3.1.1., а), питающие потребители 3 категории (иногда 2 категории). Резервированные схемы питают потребителей 1 и 2 категории. К ним относятся кольцевые (рис. 3.1.1, б), с двухстронним питанием (рис. 3.1.1, г) и сложно замкнутая с узловыми точками I, II, III, IV (рис. 1., д).
В ряде случаев строительство линий в резервированных линиях проводится в два этапа. Строится одна линия и только при росте нагрузки до проектной сооружается вторая. Могут применяться и смешанные конфигурации линий электропередач – резервированные совместно с не резервированными.
Графически электрические сети представляют в виде принципиальных схем, на которых все элементы изображают условными знаками, соединенными между собой в той же последовательности, как и в действительности.
Принципиальные схемы электрических сетей обычно составляют в наиболее наглядном виде, чтобы легко можно было проследить все цепи питания. При этом взаимное расположение на схеме ТП и РП, форма и длина ЛЭП могут не соответствовать масштабу и истинному расположению их на местности, а коммутационные аппараты, измерительные приборы и средства защиты на этих схемах могут отсутствовать.
На рис. 3.1.2. показана примерная схема электрической сети. В ней воздушные ЛЭП 1…3 напряжением 110 кВ с ТП 1…4 связывают электростанции ЭС1 и ЭС2 между собой и с центрами питания ЦП1 и ЦП2. Остальные воздушные и кабельные линии напряжением 35 кВ и ниже, присоединенные к центрам питания, распределяют электроэнергию между объектами.
Рис. 3.1.1. Конфигурации электроэнергетических сетей: ПС – подстанция; А1 и А2 – питающий узлы (станции или подстанции) а) – радиальная конфигурация; б) – кольцевая конфигурация; в – одноцепная с) двухсторонним питанием; г) – двухцепная магистральная конфигурация; д) – сложно замкнутая конфигурация.
На принципиальных схемах электрической сети применяют условные обозначения. Отдельные участки электрической сети, в которых передача и распределение электрической
энергии производятся на одном напряжении, изображают в виде упрощенных схем. На них начало сети со стороны источника питания обозначают кружком, электроприемники – стрелками, подразумевающими направление передачи энергии, а распределительные пункты
– узловыми точками (рис. 3.1.3).
Рис. 3.1.3. Расчетная схема участка электрической энергии
3.2. Способ присоединения подстанции к сети.
По способу присоединения к сети все подстанции можно разделить на тупиковые, ответвительные, проходные, узловые.
Тупиковая подстанция - это подстанция, получающая электроэнергию от одной электроустановки по одной или нескольким параллельным линиям (на рис. 1.1.1 — подстанция Г).
Ответвительная подстанция - присоединяется глухой отпайкой к одной или двум проходящим линиям (на рис. 1.1.1 — подстанция Д).
Проходная подстанция - включается в рассечку одной или двух линий с двусторонним или односторонним питанием (на рис. 1.1.1 — подстанция Ж).
Узловая подстанция - это подстанция, к которой присоединено более двух линий питающей сети, приходящих от двух или более электроустановок (на рис. 1.1.1 — подстанция А,Б,В).
Рис.3.1.2. Схема электрической сети
3.3. Схемы электрических соединений подстанции.
Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) — это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.
Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части электростанции (подстанции), так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем и т.д.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.
Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
Вусловиях эксплуатации наряду с принципиальной, главной схемой, применяются упрощенные оперативные схемы, в которых указывается только основное оборудование. Дежурный персонал каждой смены заполняет оперативную схему и вносит в нее необходимые изменения в части положения выключателей и разъединителей, происходящие во время дежурства.
При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.
На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений (рис. 3.3.1, а). Никакой аппаратуры (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и т.д.) на схеме не показывают.
На рис. 3.3.1, б показана главная схема этой же подстанции без некоторых аппаратов — трансформаторов тока, напряжения, разрядников. Такая схема является упрощенной принципиальной схемой электрических соединений. На полной принципиальной схеме (рис. 3.3.1,в) указывают все аппараты первичной цепи, заземляющие ножи разъединителей и отделителей, указывают также типы применяемых аппаратов. В оперативной схеме (рис. 3.3.1, г) условно показаны разъединители и заземляющие ножи. Действительное положение этих аппаратов (включено, отключено) показывается на схеме дежурным персоналом каждой смены.
Согласно ГОСТ 2.710—81 буквенно-цифровое обозначение в электрических схемах состоит из трех частей: 1-я указывает вид элемента, 2-я — его порядковый номер, 3-я — его функцию. Вид
иномер являются обязательной частью условного буквенно-цифрового обозначения и должны присваиваться всем элементам и устройствам объекта. Указание функции элемента (3-я часть обозначения) необязательно.
В1-й части записывают одну или несколько букв латинского алфавита, во 2-й части — одну или несколько арабских цифр, характеризующих порядковый номер элемента. Например, QS1 —разъединитель № 1; Q2 — выключатель № 2; QK — секционный выключатель.
Рис. 3.3.1. Виды схем на примере подстанции 110/10 кВ:
а —структурная; б — упрощенная принципиальная; в — полная принципиальная; г — оперативная
4. Электрические нагрузки ЛЭП и узлов электрических сетей
4.1.Статические характеристики нагрузок потребителей.
4.2.Задание нагрузок при расчетах режимов ЭCиС.
4.3.Представление генераторов при расчетах установившихся режимов.
4.1.Статические характеристики нагрузок потребителей.
Потребители электроэнергии различны по своему характеру: промышленные предприятия, |
|
жилые дома и коммунально-бытовые учреждения, электрифицированный транспорт, |
|
сельскохозяйственные потребители и т. д. Самый распространенный вид потребителей - |
|
синхронные двигатели. Они различаются по номинальной мощности, всегда потребляют |
|
реактивную мощность, но могут работать при разных значениях ñîs ϕ в зависимости от загруз- |
|
ки. Синхронные двигатели генерируют реактивную мощность, в ряде случаев их номинальная |
|
мощность очень велика. Коммунально-бытовая нагрузка-освещение, нагревательные приборы |
|
и т.д.-ранее считалась преимущественно активной. Потребление электроэнергии на бытовые |
|
нужды имеет тенденцию к росту вследствие увеличения числа двигателей (пылесосы, |
|
полотеры, стиральные машины, электробритвы), а также телевизоров, кондиционеров, |
|
холодильников. Все это приводит к росту реактивной мощности коммунально-бытовой |
|
нагрузки. |
Растет |
удельный вес специальных видов нагрузки - выпрямителей и инверторов, электрохимии и |
|
электрометаллургии, например электролизной нагрузки и дуговых сталеплавильных печей, |
|
электрифицированного железнодорожного и городского транспорта. Существенную часть в |
|
потреблении электроэнергии составляют потери в сетях. Характерный для электрических |
|
систем стран СНГ примерный состав комплексной нагрузки, %, приведен ниже: |
|
Мелкие асинхронные двигатели ............................................................................................ |
31 |
Крупные асинхронные двигатели........................................................................................... |
14 |
Освещение.............................................................................................................................. |
25 |
Выпрямители и инверторы, печи и нагревательные приборы................................................ |
10 |
Синхронные двигатели........................................................................................................... |
10 |
Потерн в сетях........................................................................................................................ |
7-9 |
Статические характеристики нагрузки по напряжению и частоте. Важнейшая характеристика |
|
нагрузки потребителя значение ее активной и реактивной мощностей. |
Мощность, |
потребляемая нагрузкой, зависит от напряжения и частоты. Статические характеристики |
|
нагрузки по напряжению Pí (U ), Qí (U ) ) или по частоте Pí ( f ), Qí ( f ) ) - это |
зависимости |
активной и реактивной мощностей от напряжения (или частоты) при медленных изменениях |
|
параметров режима. Имеются в виду такие медленные изменения параметров режима, при |
|
которых каждое их значение соответствует установившемуся режиму. Динамические |
|
характеристики - это те же зависимости, но при быстрых изменениях параметров режима. |
|
Динамические характеристики соответствуют переходным режимам и учитывают скорость |
|
изменения их параметров. |
|
Осветительная нагрузка, состоящая из ламп накаливания, содержит только активное |
|
сопротивление нитей ламп rí и не потребляет реактивной мощности. Активная мощность не |
|
зависит от частоты и пропорциональна квадрату напряжения, если считать rí =const:
P = U 2 / rí ≡ U 2 .
(4.1.1)
Если учитывать зависимость сопротивления нитей ламп от напряжения, то активная мощность осветительной нагрузки пропорциональна напряжению в степени 1,6. Статические характеристики активной мощности осветительной нагрузки по напряжению приведены на рис. 4.1.1,а.
Асинхронный двигатель потребляет мощность, равную мощности рабочей машины, т.е. машины, приводимой вовращение двигателем (при пренебрежении потерями активной мощности в двигателе). Наиболее часто рабочие машины имеют механические характеристики трех типов:
а) механический момент Ì ìåõ постоянный, т.е. не зависит от угловой скорости ω ; б) момент пропорционален скорости; в) момент пропорционален квадрату скорости. Примем в дальнейшем, что не зависит от ω и, следовательно, от скольжения s . Механическая мощность при этом пропорциональна угловой скорости, т.е. Pìåõ = ω .
Упрощенная Г-образная схема замещения асинхронного двигателя приведена на рис. 4.1.1,б. В этой схеме не учитываются потери активной мощности в статоре и в стали (в ветви намагничивания). Активная мощность, определяемая в зависимости от напряжения и скольжения в соответствии со схемой замещения на рис. 4.1.1,б, равна
P = 3I 2 |
r |
|
|
|
|
U 2 |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
U 2 r s |
|
|||||
2 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
= |
|
|
2 |
|
. |
(4.1.2) |
|||||
s |
(r / s) 2 |
+ õ2 |
|
|
s |
|
r 2 |
+ (õ |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s) 2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
s |
|
|
|
|
2 |
|
s |
|
|
|
|||||
Будем приближенно считать, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ì ìåõ |
= |
Pìåõ |
|
= |
P |
= 3I 2 |
|
r2 |
|
1 |
|
. |
|
|
(4.1.3) |
|||||||
ω0 |
|
ω0 |
|
|
s |
|
ω0 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
При Ì ìåõ = const,ω0 = 1 можно считать, что относительные значения момента и мощности равны ( P = Ì ) и из последнего выражения следует, что
**
3I 2 |
r2 |
= ñonst, |
(4.1.4) |
|
s |
||||
|
|
|
а |
б |
|
Рис.4.1.1. |
а) - Статические характеристики активной мощности осветительной нагрузки по напряжению:
P(U ) : 1 - при rí = const ; 2 – при rí , зависящем от U в соответствии с кривой 3; 3 – зависимость сопротивления ламп накаливания от напряжения; б) - Упрощенная схема замещения асинхронного двигателя:
s ,-суммарное сопротивление рассеяния обмоток статора (õ1 ) и ротора (õ2 ); r2 -
приведенное к статору сопротивление ротора, включающее и |
сопротивление обмоток |
статора |
|
т.е. скольжение пропорционально квадрату тока: |
|
s ≡ I 2 |
(4.1.5) |
Рис. 4.1.2. Характеристика P = f (s) асинхронного двигателя при различных значениях
*
подведенного напряжения U и соответствующая ей зависимость s = f (U )
*
Соответствующие (4.1.5) зависимости активной мощности асинхронного двигателя от скольжения P(s) при различных значениях напряжения, а также зависимость скольжения от
напряжения s(U ) |
приведены на рис. 4.1.2,а, б. При |
заданном значении механической |
||||||||
мощности |
нагрузки |
Pìåõ каждому |
значению |
напряжения |
U êð <U <U 0 |
соответствуют два |
||||
|
|
|
|
|
|
* |
* |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
значения |
s , т.е. два режима, при |
которых |
активная |
мощность |
двигателя |
равна |
||||
механической мощности рабочей машины, т.е. нагрузке на валу |
|
P = Pìåõ . Например, при |
||||||||
U = 0,9 существуют два режима, соответствующие точкам 2 и 6. |
|
Из теории электрических |
||||||||
машин известно, что режимы при |
dP / ds >0 устойчивы |
- |
точки |
1, 2, |
3, а при |
dP / ds <0 |
||||
неустойчивыточки 5, 6, 7. Для заданного значения Pìåõ |
существует критический или пре- |
|||||||||
дельный режим при критических или предельных значениях напряжения и скольжения sêð и
U êð - точка 4 на рис.4.1.2. В предельном режиме dP / ds =0. При напряжениях меньше критического работа двигателя невозможна, так как его максимальная электрическая мощность меньше механической мощности нагрузки, P < Pìåõ . При снижении напряжения ниже критического режим двигателя не существует. Физически при снижении U <U êð
вращающийся двигатель будет тормозиться, ток и реактивная мощность будут резко расти, а затем двигатель остановится - опрокинется. Обычно двигатели работают с большим запасом устойчивости, т. е. далеко от предельного режима. К опрокидыванию приводят только очень
большие снижения напряжения - до 20-40 % U íîì . |
|
Реактивная мощность двигателя Q имеет две составляющие (рис. 4.1.1,б): |
|
Q = Q + Qs , |
(4.1.6) |
где Q -намагничивающая мощность, связанная с намагничивающим током I ; Qs -мощность
рассеивания, или реактивная мощность, поглощаемая в õs . |
|
|
|
|
|
Намагничивающая мощность |
зависит от квадрата напряжения: Q = U 2 / õ (рис. 4.1.3, |
||||
кривая 2). При õ = const это парабола, при учете уменьшения õ |
|
с насыщением магнитной |
|||
цепи двигателя зависимость Q |
отклоняется от параболы. |
|
|
|
|
Мощность, выделяемая в õ |
пропорциональна квадрату тока Q |
s |
= 3I 2 õ |
s |
(кривая 1 на рис. |
s |
|
|
|
||
4.1.3). При постоянном механическом моменте справедливо выражение (4.1.5). Поэтому зависимость Qs (U ) имеет тот же вид, что и s(U ) , т.е. кривая 1 на рис. 4.1.3 аналогична кривой
на |
рис. |
4.1.2,б. |
|
Вся потребляемая двигателем реактивная мощность Q изображена в виде кривой 3 на рис. |
|||
4.1.3. Предельный или критический режим при U êð , Qêð соответствует предельному режиму в |
|||
точке 4. Отметим, что в предельном |
режиме |
dU / dQ = 0 (или dU / dQ = ∞ ), аналогично |
|
dP / ds = 0 в точке 4 на рис. 4.1.2, а. |
|
|
|
Статические характеристики асинхронного двигателя по напряжению Q(U ) и |
P(U ) |
||
приведены на рис. 4.1.4. Здесь Q(U ) |
- это кривая 3 на рис. 4.1.3. Активная мощность |
P(U ) |
|
принимается не зависящей от напряжения, поскольку в небольших пределах изменения напряжения у потребителей изменения скольжения и скорости асинхронных двигателей будут небольшими. При небольших изменениях скорости механическая и активная мощности двигателя меняются незначительно.
Рис. 4.1.3. Зависимость реактивной |
|
мощности, потребляемой асинхронным |
Рис. 4.1.4. Статические характеристики |
|
|
двигателем, от напряжения: |
асинхронного двигателя по напряжению |
|
|
1 - Qs (U ); 2 - Q (U ) ;3 - Q(U ) = = Qs + Qµ |
|
Синхронный двигатель может быть представлен схемой замещения, приведенной на рис. 4.1.5,а, в которой не учитывают потери активной мощности в статоре. Упрощенные векторные диаграммы напряжений для неявнополюсного двигателя приведены на рис. 4.1.5,б-г.
Следует отметить, что на этих диаграммах направление вектора E q -обратное вектору ЭДС от потока возбуждения. Напряжение сети U c уравновешивается обратной ЭДС E q и индуктивным падением напряжения
|
|
|
|
U c = E q + 3 I jõd |
(4.1.7) |
||
Рисунок 4.1.5,б соответствует режиму перевозбуждения, когда при большом токе возбуждения Eq1 >U c . При перевозбуждении вектор I 1 опережает по фазе вектор напряжения U c , т. е. ток I 1
потребляемый из сети, имеет емкостную составляющую. Синхронный двигатель при перевозбуждении потребляет емкостный ток и генерирует реактивную мощность. Покажем это, проанализировав (4.1.7) и рис 4.1.5,б.
Из (4.1.7) получим
U c − E q |
|
|
|
|
|
||||||
I = |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
(4.1.8) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3 jõd |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Используя (4.1.8), выразим P и Q синхронного двигателя через E q и U c : |
|
||||||||||
|
|
|
I* = |
U*c − E*q |
U c . |
|
|||||
S = P + jQ = 3U c |
(4.1.9) |
||||||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
− j d |
|
||
Обозначим угол между напряжением сети U c |
и обратной ЭДС E q , через δ |
(на рис. 4.1.5,б эти |
|||||||||
величины соответственно обозначены U c , E q , δ1 , а на рис. 4.1.5, в - U c , E q |
, δ2 ). |
||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|||||
Подставим в предыдущее выражение |
|
|
|
|
|
|
|||||
U c = U *c = U c , E q |
= Eq (cos δ − j sin δ ). |
|
|||||||||