ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

 

«Алматы энергетика және байланыс институтының»

коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

Ж.К.Оржанова

 

ЭЛЕКТР ТОРАПТАРЫ МЕН ЖҮЙЕЛЕРІ ЖҰМЫСТАРЫНЫҢ

РЕЖІМДЕРІ ЖӘНЕ ҚАШЫҚТЫҚҚА ТАРАТУ

 

Оқу құралы

 

 

Алматы 2009 ж

 Оқу құралында әртүрлі, соның ішінде үлкен қашықтықтағы электр энергиясын тасымалдауға арналған айнымалы және тұрақты токтың электр берілістері қарастырылған. Сондай-ақ, берілістер жұмысының теориялық негіздері, олардың нақты орындалуының мысалдары келтірілген.

Оқу құралы 050718 – Электроэнергетика мамандықтарының бағыты бойынша оқитын студенттерге арналған және мұнда арнайы шығарылымдарда, журнал мақалаларында келтірілетін жүйеленген деректер оқу курсының талаптарында қолданылады. Айнымалы және тұрақты токтың электр энергеиясын таратудың теориясына қатысты негізгі мәселелер қарастырылған.

Оқу құралы электр тораптары және жүйелері тарауы бойынша «Электроэнергетика» пәнінің бір бөлігі болып табылады, пәнді оқығанда, сонымен қатар есептік-сызба жұмыстарын орындаған кезде, сондай-ақ «Электроэнергетика» мамандығы бойынша оқитын магистранттарға және Электр тораптары мен жүйелерін жобалайтын, әрі пайдаланатын инженерлік-техникалық персоналға пайдалы болуы мүмкін.  

1 Қазіргі электроэнергетикадағы электр берілістердің маңызы

          Қазіргі электроэнергетикада аса жоғары кернеулі электр берілістер үлкен рөл атқарады, себебі ол ірі электр станциялардан қуатты таратуды қамтамасыз етеді және еліміздің жалпы энергожүйесіндегі байланыстырушы бөлігі болып табылады.

         Қазіргі электроэнергетикада электр беріліс желілерінің екі түрін бөліп алуға болады: алыс қашықтыққа жоғары қуатты тарататын магистралды электр берілістер және тұтынушыға тікелей электрэнергиясы бойымен тарайтын үлестіруші желі жолдары. Қазіргі кезде, алғашқы электр берілістердің пайда болуынан бастап 100 жыл өткен соң, олардың құралымына және электрлік сипаттамасына көптеген өзгерістер енді.

         Электр берілістердің кернеулері және қуаттары үзіліссіз өседі. Қазіргі кезде кернеулері 1150 кВ айнымалы токта, 1500 кВ тұрақты токта электр берілістері құрылып жатыр және де бұдан да жоғары кернеуге есептелінген электр берілістердің жобалары жасалуда. Электр энергиясы берілетін қашықтықар 1000 км-ден асып жатыр.

         Электр энергетикасының дамуындағы ең басты көрсеткіші электроэнергиясын өндіру шоғырламасы болып табылады. Агрегаттардың бірлік қуаты 1,2-ден 2-2,5 млн. кВт-қа дейін өсуі күтілуде. Турбогенераторлардың 4 полюсті өкілдігі бар, ал олардың номинал кернеуі 30-33 кВ шамасына дейін жетеді. Электр станциялардың бірдей қойылған қуаты 8-10 млн.кВт-қа дейін жетуі мүмкін. Мұндай үлкен құрылғылардан қуатты тарату үлкен мәселеге айналуы мүмкін.

         Электр энергиясын өндіру сферасының дамуының екінші көрсеткіші жалпы құрылымдағы атомдық электр станциялар санының өсуі болып табылады. АЭС дамуы қашықтыққа электр энергиясын тасымалдауды дамыту қажеттілігін жоя алмайды. Орталықтандырылған электр берілістің экономикалық тиімділігі құрылып жатқан АЭС-тердің құрылған электр жүйелерімен байланыс мәселесін шешуге мәжбүр етеді.

         Бүкіл әлемдегі энергетикалық жүйелердің дамуы олардың ауқымды бірлестіктерге бірігуімен сипатталады.

         Бұл процесс қуатты жүйе аралық байланыстардың салынуымен, бірлескен жүйелер жүктемелерінің графиктерінің тығыздығын азайтуымен, олардың жалпы максимумдарының, қажетті қуаттың апаттық қорының азайтылуымен және де электр станциялардың орнатылған қуатын пайдалану уақытын арттырумен қоса өтеді.

         Жүйе аралық байланыстардың өзгешелігі бірігетін жүйелердің алыстығымен және бірлескен жүйенің әрбір бөлігіндегі белсенді қуатының баланс шарттарымен анықталады. Мұндай байланыстар максимал қуатты таратуға арналған реверстік, немесе біріктірілетін бір бөліктегі ылғи жиі болатын жетіспеушілікті жабуға арналған магистралды болуы мүмкін.

         Электр энергиясын берудің әр түрлі тәсілдерін бөле отырып, алдымен жұмыс жиіліктерінің шамалары күрт айырылатын екі топты белгілеп алған жөн: аса жоғары жиіліктік (АЖЖ) берілістері және өнеркәсіптік жиіліктік берілістер (50-60 Гц). Аталған соңғы топқа шартты түрде тұрақты токтағы берілістерді жатқызуға болады, себебі олар құрылғының дәл сондай принципін пайдаланады.

         Бірінші топ екі бағытқа бөлінеді, олардың біреуі антенналарды (сымсыз беріліс), екіншісі  толқын өткізгіштерді пайдаланумен байланысты. Энергияны сымсыз беріліс арқылы тасымалдау қазіргі кезде тек автономды объектілерді электр энергиясымен қамтамасыз ету құралы ретінде қарастырылады.

         Толқын өткізгіштік АЖЖ-берілістері қазіргі кезде басқа үлкен қуаттарды тасымалдау тәсілдермен бәсекеге түсе алатын берілістер ретінде қарастырылады. Бірақ мұндай пікірлер әзірше тек теориялық есепке ғана есептелген және де эксперименттік растығы жоқ. Радиотехникада АЖЖ-толқын өткізгіштер салыстырмалы кең түрде пайдаланылады, олардың энергетикалық есептерін шешуде пайдалану тәжірибесі жоқ. Мұндай берілістерді жүзеге асыру бірқатар қиыншылықтарға әкеп соқтырады, мысалы, жоғары ПӘК-ті қуатты түрлендіргіштерді құру, трассаның жоғары дәрежелі түзу сызықтығын, құбырлар радиусының тұрақтылығын және толқын өткізгіштің ішкі қабырғаларының таза өңделуін қамтамасыз ету болып табылады.

         Электр берілістердің әдеттегі айнымалы және тұрақты түрлері біріншіден олардың құрылымдық өзгешелігі бойынша топқа бөлінеді (әуе және кәбільді). Тұрақты токта электрберілістердің қолдануы қазіргі кезде төрт аспект бойынша қарастырылады:

а) үлкен қуаттардың қашықтық энергия көздерінен жүктемелердің орталықтарына транзитті түрде берілуі;

б) жүйе аралық байланыс;

в) қалаларда терең кабельді енгізу;

г) тұрақты токтың ендірмесі.

         Тұрақты токты электр берілістердің кемшеліктеріне қуаттың аралық іріктеніп орындалғандағы қиыншылықтар және түрлендіргіш қосалқы станциялардың қымбаттығы жатады.

         Айнымалы токта электр берілістердің өткізгіштік қабілетін арттыру мәселесіне көңіл бөлінуде. Бұл мақсатқа жетудің негізгі құралы олардың номинал кернеуін көтеру болып табылады (1500 кВ және одан да көп).

         Жұмыстық кернеудің берілген шамасындағы өткізгіштік қабілетті арттыруға бағытталған қосымша шараларға жарты толқындық режімді келтіру және компенсациялау, тұйықталмаған және жартылай тұйықталған сұлбаларды қолдану жатады. Көлденең өтелімді меңгеру статикалық тұрақтылық шарттары бойынша өткізгіштік қабілетті арттырады, ішкі шамадан тыс кернеулерді шектейді.

         Электр энергиясын оны өндіру жерінен тұтыну жеріне дейін тасымалдау үшін қолданылатын алыс қашықтыққа арналған электр берілістер (1000 км және одан да көп) қымбат әрі отын тасымалдаумен салыстырғанда бәсекеге түсе алмайды.

         Тұрақты ток артықшылығы тек 1200 км - ден көп қашықтықта және энергияны сулы жерлер арқылы бергенде білінеді. 

Қазіргі электроэнергетикада электр энергияны тасымалдау негізгі мәселе болып тұр. Бүгінгі таңда бірнеше миллион киловатты өткізу қабілеттігінің электр берілісі желілері бар, олар энергияны жылына ондаған миллиард киловатт-сағатына тасымалдайды. Электр берілісі желілері энергияны өндіру орнынан энергияны тұтыну орнына бір жақты ғана тасымалдамай, энергожүйелері арасындағы төтенше негізгі байланысты да тасымалдап отырады. Осы жүйе аралық байланыс бойынша электр энергия сол немесе басқа да жаққа бағытталады, әсіресе осы байланыстар кең бағыталса және әртүрлі сағаттық белдеулерді өтсе, энергияны тұтынуды резервтеу немесе бір қалыпқа келтіру графигі мәселесін шешуге мүмкіндік береді.

Осы барлық факторларды (жерлерді қарауына алу, шығындар және т.б.) ескерсек, электр берілісі желілері мен энергияны тасымалдау мұнай немесе газды құбырмен тасымалдағаннан қымбат тұрады.

Энергияны тасымалдаудың кез келген жүйелері сияқты электр берілісі желілері үшін, яғни сол бойынша жіберілетін қуаты немесе жүйені жылына пайдаланатын сағаттар санын, жылына таратылатын электр энергиясын ескеріп, ең маңыздысы өткізу қабілеттілігі болады екен.

Қарапайым электр берілісі желілері үшін өткізу қабілеттілігі сымдағы токтың жіберілетін мәнімен немесе нақтырақ айтқанда, токтың тығыздылығымен, сымның көлденең қимасы ауданының бірлігіне келетін тоғы бойынша анықталады. Осы қиманың сымындағы токты немесе ток тығыздылығын таңдау техникалық-экономикалық түсініктерінің негіздемелері бойынша жүргізіледі. Токтың көбеюі желінің өткізу қабілеттілігін пропорционал түрде көтереді,  сонымен қатар желі шығындары ток квадратына пропорционал келеді. Айнымалы токтың қарапайым электр берілісінің әуе желілеріне арналған токтың оңтайлы тығыздылығы желі кернеуімен байланыспайды. Осыдан кернеудің өсуі арқылы  желінің өткізу қабілеттілігі де өсетіні қоырытынды бола алады.

Айнымалы токтың үш фазалы желісінің өткізу қабілеттілігі мына формула бойынша анықталады

 

мұнда І – сымдағы ток;

           V – фаздық кернеу;

           cosφ – айнымалы ток тізбектеріне тән және желінің белсенді кедергісінің, оның сыйымдылығының әрі индуктивтілігінің қатынасымен анықталатын шама.

Басқа да қорытынды жасауға болады, бірдей қимадағы желінің өткізу қабілеттігін фаздық кернеу ретінде аралық қатынасын белгілейді. ЭБЖ кернеуін арттырудың тағы бір негізгі мәні болады. Жүйе аралық байланыстар болған кезде ең үлкен мәні ЭБЖ тұрақтылығы. Кейбір жағдайларда ЭБЖ тұрақсыз болуы мүмкін, яғни ЭБЖ қабылдау соңындағы жүктемесі өзгергеніне қатысты кейбір ауытқулар болады, кернеулердің үлкен өзгерістеріне әкеледі және соңында жағымсыз себептермен желіні істен шығарады. Тұрақтылықтың шығынысыз ЭБЖ бойынша таратылатын максималды қуаты кернеу квадратына пропорционал болатыны талдауда көрсетілген.

Жоғарыда аталған артықшылықтарға байланысты ЭБЖ кернеуі таратылатын қуаттың өсу шамасы бойынша ұдайы артуда. Бұл тұжырым сақталуы, Қазақстанда 1150 кВ ЭБЖ номиналды кернеуде құрылған және жұмыс жасауда. Бірақ айнымалы ток ЭБЖ кернеуі келешекте қарқындалуында олар ауаның, материалдардың және жабдықтардың оқшауламалы қасиеттерімен және осы параметрлер бойынша шегіне жақын ЭБЖ мүмкіндіктеріне қатысты бірқатар қиындықтар болуы мүмкін. Келешектегі ағындары аз болатын аса алыс қашықтықтағы (600-2000 км шегінде) тұрақты ток ӘЖ бойынша электрлік энергияны тасымалдау ұсынылған.

 

1.1 Энергияны тасымалдау және жүйелерді біріктірген кезде пайда болатын техникалық-экономикалық есептер

        

Электр энергияны үлкен қашықтыққа тасымалдау тек техникалық қана емес, сонымен бірге экономикалық проблема ретінде қарастырылуы қажет. Бұл екі сауал бір-бірімен тығыз байланысты.

         Энергияны үлкен қашықтыққа тасымалдау мүмкіншіліктеріне техникалық және экономикалық проблемалар шек қолды.

         Техникалық кедергілер негізінен:

1) қуаттың сымдары және аппараттураларды қыздурыға кететін шығынынан, соған байланысты оқшаулама және тұйіспелердің жұмыс қалпының нашарлануы мен қуаттың тәж разрядына кететін шығынынан;

2) айнымалы ток электр берілістеріндегі өткізгіштік қабілеттің шекті мәнінің бар болуынан;

3) кернеуді реттеу шарттарынан, оны бір қалыпта ұстау үшін реактив қуат мөлшерінің қажеттілігі соншалықты үлкен болуы мүмкін, оны өндіру үшін көптеген техникалық және экономикалық қиыншылықтар туындайды;

4) берілістің бос және ерекше режімдерінде жұмыс жасау шарттарынан туындайды. Мысалы, кернеудің шамадан тыс артып кетуінің шектеу қажеттіліктерін жатқызуға болады.

АЖК желілерін жүйе аралық байланыс ретінде қолданғанда біріктірілетін жүйелердің сипатталарымен анықталатын бірқатар есептер туындайды. Бұл жүйелер бір-бірінен генераторлардың қойылған қуаттарымен, жүктеменің өзгешелігімен, электр станцияның түрімен, олардың агрегаттарының құрамымен, түрлі тұрақтылық қорымен ажыратылады және жиіліктері әртүрлі болуы мүмкін.

Мұндай шартта жүйелерді біріктіргенде ең маңызды мәселелерге мыналарды жатқызамыз:

1) бөлек жүйелердің арасында жүктемені тиімді болу және жүйелер бойынша қуат ағынын тарату;

2) тұтынушыларды электр энергиямен қамтамасыз ету сенімділігін арттыру;

3) байланыстырылатын жүйелердің тұрақтылығын арттыру;

4) уақыттың белдік жылжуын қолдану мүмкінділігі;

5) байланыстырылатын жүйелерде болатын қысқаша тұйықтанулардың қуатын шектеу (тек тұрақты ток электр берілістерін қолданғанда).

Электр жүйелерді және алыс берілістерді құрастыруда оларға кернеу және токтың түрін таңдау, оларға ақша жұмсау тиімділігін есептеуді қажет етеді.

Жүйе аралық байланыстар берілістермен байланысқан аудандарды энергиямен қамтамасыз етудің техникалық және экономикалық көрсеткіштерін жақсартуға рұқсат етеді. Үлкен станцияларды және жүйелерді тек бір-бірімен байланыстыру ғана емес, жалпы желіге салыстырмалы майда жүйелер мен станцияларды қосқан маңызды, бұл өте үлкен техникалық-экономикалық эффект береді. Жүйелерді біріктіру тек магистралды алыс берілістермен ғана емес, электрлік желілердің барлық түрімен және барлық кернеуімен қарастыру керек.

         Айнымалы токта жасалған жүйеаралық байланыстар төменде қарастырылған.

1  сурет –  Тұрақты ток ендірмесі

2  сурет –  Электромагнитті секциялау

 

         Тұрақты ток ендірмесі (1- суретті қараңыз) немесе тұрақты ток электр берілісі біріктірілген жүйелердің жиілігі бойынша жіктелуді толық қамтамасыз етеді, олардың көмегімен номинал жиіліктері әртүрлі, мысалы 50 және 60 Гц, жүйелерді байланыстыруға болады.

         Электромагнитті секцияланған жүйе аралық байланыс (2- суретті қараңыз) электрлік түрде байланыспаған екі бөлікке бөлінген желі болып табылады. Мұндай желі бойынша қуатты таратқанда ағын бойындағы бірінші машина электр қозғалтқышы режімінде жұмыс атқарады, ал екіншісі – генератор режімінде. Ротор орамына берілетін кернеудің мәнін және фазасын өзгертсек, қалаған заң бойынша актив және реактив қуатты өзгерте аламыз.

 

          1.2 Жүйелер және электр берілістер түрлері (анықтама)

 

         Электрлік жүйе ретінде электроэнергетикалық жүйенің электрлік бөлігін түсінеміз. Электроэнергетикалық жүйе (ЭЖ) дегеніміз бөлек электр станциялардың электр беріліс жүйесі арқылы  параллель жұмыс жасау үшін тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ету үшін байланысқан бірлестігі. ЭЖ-ның жалпы резерві болады және де бірыңғай пайдалану қызметімен меңгеріледі.

         Электр беріліс желісі деп электр энергиясын алыс қашықтыққа тасымалдауға арналған ЭЖ-нің элементін атайды.

         Электр берілісі (ЭБ) деп энергияны өндіру, тасымалдау, оны тұтыну процесіне қатысатын элементтер жиынтығын, жүйенің бір бөлігін атаймыз. Оған генератор, трансформатор, беріліс желісі, жүктеме жатады.

          Біріктірілген электроэнергетикалық жүйе (БЭЖ) ретінде Аудандық электроэнергетикалық жүйелердің (АЭЖ)  пайдалану қызметі бірыңғай және электроэнергетикалық резерві үлкен электр беріліс желісі бойынша, бірлестігі БЭЖ электр беріліс желілері бойынша Бірыңғай электр энергетикалық жүйе (БЭЭЖ) және сәйкес Елдің бірыңғай электрлік жүйесі (ЕБЭЖ) құрылады.

         БЭЖ жүйенің түгел электрстанциялары тікелей пареллель жұмыс жасай алатындай немесе жүйе секцияланып, жұмыс бөлек станцияда атқарылатындай режімде жұмыс жасай алады.

         Бірінші жағдайда қуатты электр станциялары немесе түйіндік қосалқы станциялары әрқашан да өзара байланысқан (3- суретті қараңыз).

Екінші жағдайда бөлек станциялар немесе агрегаттардың топтары параллель жұмыс жасауға арналған икемді байланыстары болады, бұл жағдайда олар әртүрлі жүйелердің тұтынушылар топтарын біріктіреді де, олардың қажеттіліктеріне байланысты оларды бірінші немесе екінші жүйеге қосылу мүмкіншілігін қамтамасыз етеді (4-суретті қараңыз).

Секциялаған кезде жүйенің барлық электр станциялары параллель жұмысы жүзеге аспайды. Біріктірілген қуатты энергетикалық жүйелерде секциялау жағымсыз, оның қажеттілігі тек сөндіргіштердің қуаттары жетіспегенде немесе жүйені біріктіргендегі тұрақтылық нашарланған кезде туындайды.

 

3 сурет –   Бірыңғай байланысқан электрлік жүйе

        

 

4 сурет – Секцияланған бірыңғай электрлік жүйе

 

         Түрлі электр энергетикалық жүйелер өзара бір-бірінен гидравликалық, жылулық, конденсациялық станциялар қуаттарының қатынасы бойынша және жүйе аралық байланыстардың тағайындалуы боынша ажыратылады.

         Түрлі станциялар қуатының қатынасы немесе құрамы бойынша жүйелер бес түрге бөлінеді:

         1) қуаттарына немесе энергиясына қарай құрамында 50%-тен көп ГЭС бар гидроэнергетикалық;

         2)  қуаттарына және энергияларына қарай құрамында 50%-тен көп жылу электр орталықтары (ЖЭО) бар жылулық жүйелер;

         3) құрамында өнімділігі 50%-дан жоғары конденсациялық агрегаттары бар конденсациялық жүйелер;

         4) конденсациялық, жылуық және гидравликалық электр станциялар қуаттарының теңдей балансымен сипатталатын энергетикалық жүйелер;

         5) тек ГЭС және ЖЭС-тен тұратын және мінсіз энергоэкономикалық қасиеті бар энергетикалық жүйелер.

         Жүйелерді энергия тұтынушыларының режіміне тәуелді жүктеменің графигі бойынша келесі көрсеткіштерге сүйене отырып бөлуге болады:

         а) қысқы және жазғы уақытқа арналған тәуліктік графиктердің толтыру коэффициенттері;

         б) минимал тәуліктік жүктеменің максимал жүктемеге қатынасы (есеп қысқы уақытқа жүргізілгенде);

         в) жылдық графиктердің толтыру коэффициенттері;

         г) жаздық жүктеме максимумының қысқы жүктеме максимумына қатынасы;

         д) максимумды пайдаланған жылдық сағат саны.

         Жүйе аралық байланыстардың магистралды және маневрлі реверстік түрлерін бөліп алады, аталғанның соңғысы күшті және әлсіз деп бөлінеді.

         Магистралды дегеніміз электр берілістер бір жүйеде орналасқан тірек электр станциядан немесе электр станцияларының генераторын топтарынан қандайда бір қабылдағыш деп аталатын жүйеге қуатты энергия ағынын тасымалдауға арналған жүйе аралық байланыс. Егер тәуліктің және жылдың әртүрлі уақытында жүйелердегі қуат балансының шарттары өзгере алса, онда жүйе аралық байланыстардағы қуат ағындары бағыттарын кері бағытқа (қабылдаушы жүйеден энергия көзіне қарай) ауыстыра алады. Мұндай берілістерді реверстік жүйе аралық байланыстар деп атайды.

         Маневрлік байланыстар күшті және әлсіз деп бөлінеді. Күшті байланыстар деп өткізгіштік қабілеті біріктірілетін жүйелердің қуатына тең беріліс желілерімен біріктірілген жүйелерді атайды. Әлсіз байланыстар деп өткізгіштік қабілеті қосылатын әр жүйенің қуатынан 5% кем электр берілістермен байланысқан жүйені атайды.

         Әлсіз байланыстарда желінің ең үлкен өткізгіштік қабілетінің реті жүйенің жұмыстық режімдеріндегі  қуат өзгерісінің ретімен сәйкес келеді, яғни біріктірілетін жүйелер режімдердің тұрақтылық проблемалары туындайды. Мұндай жүктеменің өзгерістері кезінде кішкене тұрақтылық запаспен жұмыс жасайтын беріліс желісі шекті режімдерге дейін жете алады (5- суретті қараңыз). 

         Жүйелердің жұмыс жасағандағы DR₁, DR₂ қуаттарының өзгерісі электр беріліс желісіндегі DR_ж қуаттың өзгерісіне әкеп соқтырады, бұл өз қатарында жүйе аралық байланыстардың бұзылуын туғызады.

 

5  сурет - Жүйелердің күшті және әлсіз байланыстары:

а, б – жүйелер жүктемесінің графиктері (пункттирмен қуат тербелістері көрсетілген); в - қуат графигі; I -  желісінің күшті байланыстағы; II - желісінің әлсіз байланыс кезінде;  DR_ж=(±DR₁)+(±DR₂)

         Әлсіз жүйе аралық байланыстарын ентізгенде әдейі тұрақты біріктірілген жүйелердегі ауыспалы қуаты мен жиіліктік ағындарын меңгеру есептері туындайды.

 

          1.3 Электр берілістердің негізгі параметрлерін таңдау және олардың режімдерін орнатқанда туындайтын есептер

 

         Электр берілістерін жобалаған және пайдаланған кезде бөлек элементтердің және толық берілістің режімдері есептелінеді. Есептің және техникалық-экономикалық көрсеткіштердің негізінде электр берілістің барлық элементтерінің негізгі параметрлері таңдалады.

Жобалаудың алғашқы сатысы – электр берілісті орындаудың жалпы сұлбасы, оның тізбегінің саны және беріліске тағайындалатын кернеудің таңдалуы.

Электр беріліс негізгі екі сұлба бойынша орындалады: байланысқан және блоктық. Байланысқан сұлба деп өз трассасының бойында бөлек тізбектермен бірнеше байланысы бар көп тізбекті алыс берілісті атайды (6- суретті қараңыз).

6 - сурет.  Қашықтағы берілістің байланысқан сұлбасы:

а – байланысқан берілісті жүйе сұлбасы; б – ПП пунктердің санына тәуелді берілетін қуаттың шекті мәнінің өзгерісі

7- сурет. Қашықтағы берілістің блоктық сұлбасы

         Егер генератор-трансформатор топтары беріліс басында бөлек желілермен байланысып, қабылдағыш басында бұл желілер қабылдағыш жүйенің тобына қосылған болса, мұндай беріліс блоктық беріліс деп аталады (7- суретті қараңыз).

Блоктық сұлбада қабылдағыш жүйенің әрбір бөлігі электр берілістің бір блогына қосылған болады. Қандай да бір блок бұзылып қалса, қабылдағыш жүйе өзінің кез келген бөлігін станциялардың және жүйе ішіндегі қуат ағынының көмегімен, қуатпен қамтамасыз етуі қажет.

         Электр берілісті блоктық сұлба бойынша орындау қабылдағыш жүйенің ішінде қуатты байланыстарды қажет етеді.

         Блоктық берілістің статикалық және динамикалық тұрақтылығын қамтамасыз етуге қабылдағыш жүйенің әрбір секцияға қосылған станциялардың қуатын берілістің блогы бойынша берілетін қуаттан үш есе немесе одан да көп болғанда болады. Берілісті блоктық етіп орындау үшін қабылдағыш жүйенің генерациялайтын қуаттарын орналастыруға және сұлбасына бірқатар талаптар қояды.

         Блоктық сұлбаның кемшіліктері – бір-ғана тізбекті (блокты) ажыратып тастағанда қабылдағыш жүйеге берілетін беруші станцияда сәйкес қуат толық жойылады.

         Блоктық сұлбаның артықшылықтары – авариялар тек бір секцияда орналасады (қазіргі кезде қорғаныс және жылдам істейтін сөндіргіш құралдар бар болғандықтан, бұл артықшылықтар аса маңызды емес).

         Блоктық беріліс таза түрде қолданыс таппайды. Қашықтық берілістер үшін әдетте электр энергиясымен қамтамасыз етудің үлкен сенімділігін туғызатын байланысқан сұлбаларды қолданады.

         Байланысқан берілістер әртүрлі нұсқаларда орындалады. Байланысқан электр берілістерді қолдану параллель тізбектердің санын арттырмауға рұқсат етеді. Бұл өте маңызды, себебі техникалық-экономикалық көрсеткіштер параллель тізбектерінің саны азайған сайын жақсарады.

         Тізбектер саны және ЭБЖ қажет көлденең қимасы меншікті қарсы құйылымына әсер ететі, яғни ең тиімді желіні екі параллель тізбекпен орындаған болып табылады.

         Бір тізбекті етіп орындалған үлкен қуатты желі өте ауыр болып, оған жөндеу жұмыстарын жұргізген кезде сөндіру қиын болатын еді, сондықтан резерві аз жүйелерде жауапты желілер бір тізбекті етіп жасалмайды. Желідегі қуат және энергия шығыны параллель тізбектердің саны артқан сайын жоғарылайды, ал ПӘК керісінше кемиді.

         Қашықтық берілістің қажетті тізбектер саны статикалық және динамикалық тұрақтылық шарттарына байланысты берілетін шекті қуат мәніне тәуелді. Тізбек санын таңдау берілістің тұрақтылығына, оның өткізшігтік қабілетіне және арттыру құралдарына жасалған анализі бойынша жүзеге асырылады.

Қабылдағыш   жүйенің баланс қуатын және оның резервінің бар екенін айқындату міндетті шарт болып табылады.

Берілістің кернеуін таңдау оның ұзындығына және бойымен берілетін қуатқа тәуелді орындалады. Кернеудің таңдалуына берілістің сұлбасы және пішімдемесі әсер етеді.

Беріліс кернеуін арттыру оның өткізгіштік қабілетінің жоғарлауына әкеліп соқтырады (8- суретті қараңыз).

 

8 сурет -  Тасымалданатын шектік қуаттың генераторлары мен

трансформаторларының кәдімгі параметрлерінің тәуелділігі:

1- желінің 200 км ұзындығында; 2 - желінің 800 км ұзындығында;  3 - желінің

1200-1400 км ұзындығында

 

Кернеудің шекті қуатқа әсері берілістің ұзындығына байланысты әртүрлі болады. 200 км беріліс желісіндегі кернеудің 200 кВ дейін жоғарылауы шекті қуаттың едәуір көп шамаға жоғарылауына әкеп соқтырады. Әрі қарай кернеуді жоғарылата берсек, бұл ұзындықтар үшін оның эффектісі аз, себебі кернеудің шамасы 200 кВ дейін жеткен соң желі кедергісі генератордың және трансформатордың кедергісіне қарағанда аз болады.

         Ұзындық үлкен болған сайын, мысалы 800-1000 км, кернеудің едәуір көп артуы (400-500 кВ дейін) эффект береді. 1200-2400 км ұзындықтарда өткізгіштік қабілеттің өсуі жағынан кернеу 750-1150 кВ болады.

         Желі кернеуінің жоғарылауы оның сымдарының бойымен жұмыстық токтың ағынымен байланысты болатын шығынның азаюына әкеп соқтырады. Кернеу артқан сайын бос жүрістің шығыны өседі (сыйымдылық токтардың өсуі және тәж разрядына кететін шығын).

         Берілісте жоғары кернеуді қолданғанда оның есесі бойымен аса жоғары қуатты бергенде қайтады, аз жүктемеде кернеуді азайту жөн.

         Кернеуді таңдауға әсер ететін факторларға берілетін қуат және желінің ұзындығы жатады.

         Тіректердің үлкен биіктігін, сымдар арасындағы үлкен қашықтықты, оқшаулама санының көптігін қажет ететін және тіректер мен фундаменттердің салмағы жоғары кернеулі беріліс желісінің материалдары үлкен шығын әкеледі және қымбатқа түседі.

         Электр берілістің кернеуін таңдағанда желі құрылымының оның техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне әсерін ескеріп, сымдардың қажетті қимасын есептеу үшін салыстырмалы есеп жүргізу керек.

         Үлкен қашықтыққа берілетін қуаттың жоғары мәнінде индуктивті кедергіні және аз беретін толқындық кедергінің таралған сымдар қолданған жөн, олар шекті қуаттың жоғарлауын қамтамасыз етеді. Энергияны 500-600 км көп қашықтыққа таратқанда беріліс желісі аса қымбат элемент болып қалады, оның бағасы  бүкіл беріліс бағасының  генераторларды санамағанда 30-65%-ін құрайды.

         Желіні қымбаттататын жоғары кернеуді пайдалану тек жоғары қуатты тасымалдағанда ғана тиімді.

 

2 Алыс қашықтықтағы электр берілістердің техникалық сипаттамалары

 

2.1 Айнымалы ток пен электр берілістер режімінің  параметрлері арасындағы негізгі қатынастар

 

Бұл беріліс электромагниттік толқындардың өткізгіш сымдары желісінің бойымен таралуымен байланысты процесс ретінде қарастырылады. Электр энергиясының мұндай жолмен берілуі туралы түсінік энергияның электромагниттік толқындардың негізгі таралу заңдарына сүйеніп берілуі жайлы теорияның пайда болуына жол ашады.

Төмен номиналды кернеуге қатысты ұзындығы 200-300 км электр берілістерінің  жұмысына талдау жасағанда, электроэнергияның толқынды берілуін ескермесек те болады. Мұндай электр берілістердің жұмыс режімдерін олардың шоғырланған параметрлері бар орынбасу сұлбаларының негізінде есептейді. Бұл жағдайда оқшаулатқыштар гирляндаларынан ағу токтарын және тәжге немесе өткізгіштер арасындағы сыйымдылыққа жаратылатын токтарды ескермеуге болады.

Ұзындықтары толқын ұзындығымен шамалас ұзын желілерде қысқа аса жоғары кернеулі желілердегі сияқты электр энергияны  беруде (тасымалдауда) оның толқынмен таралуын ескеру қажет. Осындай электр берілістердің жұмысына талдау жүргізгенде ұзындығы l желісінің dl желісінің әрбір майда элементі r₀dl актив кедергіге және x₀dl индуктивтілікке ие болатын, өткізгіштері арасында g₀dl актив және b₀dl сыйымдылық өткізгіштігі бар ұзындығы l желісінің ұсынылуына негізделуі керек (9- суретті қараңыз). 

Егер параметрлерін (кедергі, актив және сыйымдылық өткізгіштіктер, индуктивтілік) желі бойымен біркелкі таралған деп ескерсек, желі біртекті болады. Электр берілістердің актив және реактив өткізгіштіктерімен байланысты токтардың бар болуы желі бойымен ағатын токтың тұрақты болып қалмайтынына әкеп соқтырады. Сонғы желі бойымен кернеудің өзгеруіне себеп болады. Сөйтіп, желі бойымен кернеу мен ток тұрақты болып қалмайды. Бірақ, желінің басынан х ара қашықтыққа тұратын қандай да бір нүктесіндегі кернеудің лездік мәні біраз уақыттан соң беріліс аяғындағы кернеуді қайталайды, ол синусоидалды ток жиілігінің электромагнит толқындардың таралу жылдамдығының және х шамасының функциясы болып табылады.

9 сурет

 

Сондықтан электр берілістердің ұзын желілеріне тән ерекшелігі тек осындай желілердің бойымен токтар мен кернеулер тұрақты болып қалатынында емес, сонымен бірге  тізбектің қандай да бір нүктесіндегі өзгерісі оның басқа нүктелері күйлерінің өзгерісінде бірден байқалмайды.

 

2.1.2 Электр берілістің энергетикалық сипаттамалары

 

Инженер үшін ең маңызды сипаттамалар актив және реактив қуат, электр берілістің  әрі  ұштарындағы,  әрі  аса  маңызды  нүктелеріндегі  кернеу мен ток және электр берілістің ұштарындағы кернеулердің арасындағы ығысу бұрышы болып табылады. Электр берілістің жоғарыда аталған шамалары мен анықталатын күйі электр берілістің режімі деп аталады. Электр берілістің режімі, яғни кернеу, ток, актив және реактив қуат, өзгергенде ауысатын сандық және сапалық параметрлер  электр беріліс режімінің параметрлері деп аталады.

Электр берілісі режімінің жоба есебі оны сипаттайтын техникалық көрсеткіштері жағынан болу мүмкінділігін қамтамасыз ете алатын, сондай-ақ экономикалық жағынан тиімді параметрлердің арасындағы қатынасты табуды ұйғарады. Жеке жағдайда, тұрақтылық жағынан нормал запас коэффициенттерін анықтау.

Желі бойымен берілітін актив қуат тұрақтылық бойынша алынатын нормал запас коэффициенттерін орындаған жағдайда жүйенің жалпы қуат балансын және электр станциялардың арасында актив қуаттың экономикалық тиімді таралуын қамтамасыз етуі қажет. Құрамында электр беріліс жұмыс жасайтын жүйенің запас коэффициенттерін анықтау электр беріліс ұштарындағы кернеулер арасындағы ығысу бұрышының шамасына байланысты. Бұл шама режім параметрлерін анықтауға тәуелді. Электр беріліс (ЭБ) режімін және оны сипаттайтын параметрлерді есептеу техникалық экономикалық есеп болып табылады.

Ұзын электр берілістердің энергетикалық сипаттамаларына электр берілістің өткізгіштік қабілетін ғана анықтамай, керек кезде оны арттыруға кеткен шараларды бағалауға мүмкіндік беретін желі бойымен тасымалданатын актив құаттың шекті шамасы жатады.

 

 2.1.3 Ұзын желі бойынша электр энергияны тасымалдағанда өтетін процестер

 

Бұл процестерді желідегі жүктеме қабылдағыш ұштағы кедергі толқындық кедергіге тең болмаған жағдайда қарастырған жөн. Беріліс желісі екі жүйені немесе қашықтағы станцияны жүйемен байланыстырады, яғни желінің соңында электр қозғаушы күш (ЭҚК) көзі бар. Энергияны тасымалдау тогы және кернеудің қорытқы толқындардың таралуымен тығыз байланысты. Электр берілістің бос жүрісі кезінде желіде шығынсыз тек тұрақты толқындар бар болады, ал кедергісі толқындық кедергіге тең жүктеме бар болғанда толқынның жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын болады.

 

10  сурет

а – актив қуатты желі бойымен тасымалдау, ток пен кернеудің қорытқы толқындарының   қозғалуы, б – еркін жүру жолының толқын  пульсацияларын реактив қуаттпен айырбастау

Желі бойымен актив қуаттың берілуі кернеудің және токтың қорытқы толқындарының қозғалысы есебінен жүзеге асады. Әрі тура, әрі кері толқында өзімен бірге актив және реактив қуатты тасымалдау. Нақты желілерде қуатты тасымалдау оның шығынымен үйлесіп тұрады, бұл ток пен кернеудің қорытқы толқынының желісң бойымен u жылдамдығымен қозғалғанда амплитудасының өзгерісін туғызады.

10, а - суретте мұны көрсетейік, 1- қандай да t₁ уақытындағы қорытқы толқын, 2 және 3 – келесі t₂, t₃ уақыт мезеттеріндегі қорытқы толқын. Актив қуаттың минимал шығынын, яғни ПӘК максимал режімінің мәнін құлама және ұштан шағылған толқындардын нақты қатынасына арнайды, яғни натурал қуат шамасына тең болмайтын және желі ұзындығының және параметрлерінің функциясы болып табылатын активті қуаттың белгілі бір шамасында арнайды.

Сондықтан желінің ПӘК-тің максимал мәніндегі және энергия көзінің қуаттың максимал мәнін бергендегі жұмыс режімдерін айқындап алуымыз керек. Аталған екінші режім орнаған кезде кері толқындар болмайды, ал желінің және жүктеменің параметрлері келісілген болады. Бір жағынан қосылған электр берілістің орнатылған бос жүріс режімі тұрақты толқындармен сипатталады, оларды тура және кері толқындардан тұрады деп қарастырады. Бұл толқындар желі бойымен актив қуатты тасымалдамайды. Бұл режімде тұрақты толқындардың амплитудасы уақыт ішінде (t₁, t₂, t₃) өзгереді, яғни толқындар пульсациясы болады (10, б - суретті қараңыз), оларға dl учаскесіндегі сыйымдылық пен индуктивтіліктің арасындағы Q реактив қуаттармен алмасуы жауап береді (10, б - суретті қараңыз). Бір жақтан қосылған шығыны бар желідегі толқынның қозғалысы оның соңында нөлге айналатын жылдамдықтың кемуімен қатарлас жүреді.

Кернеуді немесе тоқты желі бойы таратудың процесін көрнекілеу үшін 11-суретте көрсетілген механикалық тәріздес үлгіге назар аударайық. Үлгіде тек түсуші толқын бейнеленген әрі шағылған толқындар жоқ деп жорамалданған, солай болғандықтан желінің соңында толқындыққа тең

 

кедергімен жүктелген

мұнда x - толқындық кедергінің бұрышы. Тарату жұмысының мұндай режімін табиғи жүктеме немесе табиғи қуат режімі деп атаймыз.

Модельде беріліс желісі ОО^/ осімен көрсетілген. Берілістің соңындағы U₂ кернеуі А-А^/ жазықтығында орналасқан сым шабақпен көрсетілген. Желінің әр участкесінің кернеуі модельде ОО^/ осінің бойымен бұрғы тәріздес орналасқан сым шыбықтар түрінде көрсетілген.

Әр сым шабақ көршісінен a₀Dl бұрышына ығысқан және одан ұзындығы жағынан  айырмасына пропорционал шамаға аыйрмашылығы бар және де .

Модельдің осін айналдыру көмегімен  векторының синусоидалы өзгеруін шағылдырып, толқындардың желі бойымен өшуі мен орын ауыстыруының толық аналогиясын алуға болады.

Желінің әртүрлі нүктелерінде кернеу векторларының фазасы мен мәнін сипаттайтын сым шабақтар әр Dl учаскіде a₀Dl бұрышқа ығысып, бұрылады.

Ұзындығы l=Dln, мұндағы n – учаскелер саны, желінің соңындағы кернеу векторлары бұл кезде a₀l бұрышқа ығысады.

Модельдегі остің бойымен өтетін (11 - суретті қараңыз) А-А^/ жазықтығына түсірілген кез келген кернеу векторының проекциясы берілістің кез келген нүктесіндегі кернеудің лездік мәнін береді, ал кернеу векторларының модель осіне перпендикуляр В-В^/ жазықтығына проекциялары кернеудің желі бойымен таралуын полярлы координатта бейнелейді. Егер толқын өшпесе, онда толқынның толық ұзындығына сәйкес келетін  немесе  тәуелділігі шеңбермен, ал өшетін толқын спиральмен бейнеленеді (12 - суретті қараңыз).

 

11 сурет – Толқынның механикалық моделі

12  сурет – Кернеу желі бойымен таралуының полярлық диаграммасы

 

Толқындық кедергіге тең емес кедергімен жүктелген немесе қабылдау ұшында ЭҚК (электр қозғаушы күш) көзі, шекті ұзындығы бар желі бойымен электр энергиясын беру процесіне тек құлама толқындар ғана емес, сонымен бірге желі ұшынан шағылған толқындар да қатысады. Құлама және шағылған толқындар соңында фронты желінің жүктелгеніне тәуелді с жылдамдықпен қозғалатын қорытынды      толқынға     айналады.      Мысалы,     толқынның    желі    бойымен еркін жүзу жолы кезінде қозғалуы тоқталады, ал бұл желіні толқындық кедергі тең кедергімен жүктегенде құлама толқынның жылдамдығы бір уақытта қорытынды жылдымдық болып табылады,    км/с жарық жылдамдығына тең болады.

Актив қуатты желі бойымен тасымалдау ток пен кернеудің қорытқы толқындардың қозғалуы есебінен жүзеге асырылады (10- суретті қараңыз). Ұшында ажыралған, актив шығыны жоқ желіде құлама және шағылған толқындардың қосылуының нәтижесінде тұрақты толқындар режімі қалыптасады, ол толқындар актив қуатты желі бойымен тасымалдамайды. Бұл толқындардың пульсациясы DQ реактив қуаттың беріліс индуктивтілігі мен сыйымдылығы арасындағы ауысуына сәйкес келеді.

Шығыны бар желіде ажыралған сызық бойымен толқынның қозғалысы біртіндеп төмендейтін жылдамдықпен өтеді, желі соңында жылдамдық нөлге тең болады.

Құлама толқын да, шағылған толқын да актив және реактив қуатты тасымалдайды және де бұл қуаттың тасымалдануы шын желіде шығынмен өтеді.

(2.1) теңдеулері желінің қандай да бір х нүктесіндегі ток пен кернеудің құлама және шағылған толқындарды сипаттайды

                                                                          (2.1)

мұндағы х – электр берілістің соңынан саналған аралық;

                U_х ,  I_х – желінің кез келген х нүктесіндегі ток пен кернеу;

                 А және В – интегралдау тұрақтылары;

                - желі бойымен кернеу толқыны таралғанда кернеу векторының бұрылуын сипаттайтың фазаның өзгеру коэффициенті деп аталатын коэффициент.

 

Беріліс желісінің электрлік қасиеттеріне тәуелді бұл коэффициенттің мәні әуе желілері үшін 0,06-0,065 град/км шамасында жатады.

Толқынның желі бойымен таралғанда өшуін сипаттайтын  шамасы 3·10^-5¸5×10^-5 1/км аралығында жататын мәнді қабылдайды.

(2.1) теңдеулерін түрлендіріп, (2.2) аламыз, ол желінің басындағы U₁ және соңындағы U₂ кернеулердің, басындағы I₁ және соңындағы I₂ токтардың және Z_с, a₀, b₀, l берілу параметрлерінің арасындағы негізгі байланыстарды береді

                                                                             (2.2)     

мұндағы толқынның таралу коэффициенті .

 

2.2 АЖК электр беріліс желілерінің жұмыс істеу ерекшілігі

 

 2.2.1  Электр беріліс жұмыс режімдерін бағалау

 

Жұмыс режімдерін бағалау үшін электр беріліс ұштарындағы кернеулердің және қуаттардың өзара қатынасын айқындап алуымыз керек.

Шығынсыз желілер үшін U₂ санақ осі деп алып, (2.2)-ден

                                                                             (2.3)

 Жұмысты бағалау үшін желінің соңына берілетін актив және реактив қуаттардың мәндері үлкен қызығушылық тұғызады. Желінің соңындағы қуат, яғни екінші нүктесінен жүктемеге ағатын қуат, индуктивті жүктеме жағдайында

онда                                                                                     (2.4)

Беріліс жұмысына талдау бергенде (2.4) өрнегі басқаша түрде жазылады, оны натурал қуаттың үлестері ретінде келтіреді. Индуктивті жүктеме жағдайында

                                                                             (2.5)

мұндағы  - натурал қуат және де шығынсыз желілер үшін

                                                                                (2.6)

Берілістің және оның режімдерінің параметрлері арасындағы, желі ұштарындағы кернеулер, актив және реактив қуаттар және d бұрышының арасындағы қатыстар (2.3) және (2.4) көмегімен жеңіл таблады

                                           (2.7)

мұндағы Q_*2 шамасында берілістің соңындағы режіміне байланысты «±» таңбасы болады. (2.7)-ден модулі жағынан анықталған K_U  құлама кернеуі

                                                         (2.8а)

тең болады.

Құлама кернеуі бірінші нүктесінен ағатын қуат арқылы сипаттасақ (2.8, б) аламыз

                                                         (2.8б)

(2.7), (2.8) өрнектерден берілген белсенді қуат кезінде таратудың соңы бойынша кернеулердің ара қатынастарын өзгерте отырып, (Q₁,Q₂) жолдары бойынша бағытталған реактивті қуаттың ағымын өзгертуге және таратудың барлық элементтерінде - желіде, трансформаторларда, генераторларда және синхрондық компенсаторларда белсенді қуаттың шығынын өзгертуге болады.

Сондықтан шығындарға қатысты оптималдық режімді алу және әрі қарай ПӘК тарату кернеудің соңы бойынша таратуда ара қатынастары тәуелді болатын реактивті қуатты үйлестіруімен байланысты.   

 

2.2.2 d бұрышы – ұзын электр беріліс режімін және оның тұрақтылығын сипаттайтын шама

 

Желі бойымен актив қуатты беру мүмкіндігі беріліс желісі ұштарындағы кернеу векторларының арасындағы ығысу бұрышының бар болуымен байланысты (d бұрышы) болады.

Беріліс параметрлерінің және оның режім параметрлерінің арасындағы қатынастар: желі ұштарындағы кернеулер бойымен таралатын актив және реактив қуаттары және d бұрышы.

Реактив қуатты өзгертіп, d ұштарындағы кернеулердің ығысу бұрышын a₀l бұрышына тең немесе тең емес етіп өзгертуге болады. Мұны диаграммадан көруге болады (13 - суретті қараңыз) және ол (2.7) формуласына сәйкес. Беріліс басындағы және соңындағы кернеулердің бұрышы үшін (2.9) өрнегін аламыз

                         

                                                                  (2.9)

(2.9)-тен Р₂ қуаттың өзгермейтін мәнінде  d бұрышы беріліс желісінің a₀l ұзындығына тәуелді өзгереді. Мұны график түрінде бейнелейік, яғни d=f(a₀l) тәуелділігін сызайық (14- суретті қараңыз).

Егер Q₂=0, яғни желі соңында тек актив қуат берілсе, натурал қуатты беру кезінде (Р_*=1) d  бұрышы әрқашан a₀l бұрышына тең.

Натурал қуатқа тең емес қуатты бергенде, бірақ  Q₂=0 болса, d бұрышы a₀l-ге тең емес, ол онымен тек ерекше нүктелерде теңеледі: a, a^/, a^//, a^/// (сәйкес d=90, 180, 270, 360⁰ болғанда).

Беріліс соңындағы реактив қуат бар болғанда Q₂¹0 a₀l=f(l) сипаттамасына қарағанда d=f (a₀l) сипаттамасы тік  (Q₂<0) немесе көлбеу(Q₂>0) боп өтеді (14 суретті қараңыз).

 

 

13 сурет –  Электр берілісі жұмыс істеуінің түсініктемесі

а – электр беріліс сұлбасы және токтар мен қуаттардың қабылданған

бағыттары; б – векторлық диаграмма

 

14сурет –  Қуатты әртүрлі қашықтыққа таратқандағы d бұрышының

және a₀l өзгеруі: 1-P=P_c, cosj=1; 2-R>R_c, cosj=1; 3-R<P_c, cosj=1;

4-R>R_c,  cosj¹1; 5-R<P_c, cosj¹1.

 

2.2.3 Желінің шекті қуаты

 

Желі актив қуатының тұрақты шамасында желінің ұзындығын арттырған сайын  d бұрышы өседі және желінің шекті қуатының шамасына сәйкес келетін шамаға жақындайды. Бұл желінің ұзындығын арттырғандағы берілетін қуаттың кемуінің бір себебі болып табылады. Мұның басқа себебі -  электр беріліс ұзындығы артқан сайын шекті қуат мәні өзгереді.  Ұзындығы l желінің шекті қуатын және сәйкес келетін d бұрышын анықтау үшін шығынсыз желі үшін құрастырған векторлық диаграммаға (13- суретті қараңыз) назар аударайық. Бұл диаграммадан

 

                           

  осыдан       немесе

                                                                                          (2.10)

мұндағы

 Яғни, берілген шарттарда ең үлкен мүмкіндік қуаттың берілісіне сай келетін шекті режім желінің басы мен санындағы кернеулері мен параметрлері берілген жағдайда d=90 немесе 270⁰ болғанда желіде шығынсыз болып орналасады.  қисығымен шекті құаттың желі ұзындығына тәуелділігінің графикалық көрсетуі 15-суретте келтірілген.

            

15 сурет –  Әртүрлі қашықтықтағы жүйенің шекті қуаты:

1-шығынсыз жүйеде; 2-нақты жүйеде

 

Егер желі ұзындығы ұзын болмаса (200-250 км), онда дәлділікті сақтап,  деп алуға болады. Онда актив қуатты анықтау үшін салыстырмалы қысқа электр берілістерді есептеуде қолданылатын белгілі өрнекті аламыз, ал бұл жерде жүретін процестердің толқындық жағын қарастырудың қажеті жоқ

                                  .                                    (2.11)

 

(2.7) қатысынан U₂ соңындағы кернеудің және оның әртүрлі  режімдері кезде кернеудің және тоқтын желі бойы өзгеретін сипаттамасын анықтаймыз.

P_*=1 режімде, яғни табиғи қуатты таратқан кезде d бұрышы желінің әр нүктесінде a₀l бұрышына тең болады (14-суретті қараңыз),  ал таратудың соңында реактивті қуат (Q₂=0) тұтынбайды, сонымен бізде (2.7)

Таратудың әр нүктесіндегі кернеуді көрсететін U_x векторының соңы 16, а- суретте көрсетілгендей шеңберде жатады.

 

 

16сурет – Q₂=0 желі бойы кернеудің тарауы

 

Жолдың ұзындығын ерекшелей отырып, табиғи қуаттан көп белсенді қуатты жол бойы таратқан кезде алдынғы жағдайға қарағанда (2.7) теңдікте көрсетілген шеңбері мен P_*sina₀l шамасы тезірек өседі, элипске ұқсап вертикал бағытына созылады (16, б- суретті қараңыз). 

Табиғи қуаттан аз қуатты таратқан кезде шеңбер (16, в- суретті қараңыз) вертикал ось бойы сығылады.

Бұл шеңбер бос жүріс режімінде түзуге айналып кетеді. Жоғарыда қарастырылған жағдайларда таратудың соңында тек белсенді қуат (Q₂=0) түсетіні жорамалданған. Таратудың соңында реактивті қуат бар болған кезде эллипстер U₂ бағытымен сәйкес остік сызыққа көлбейді.  Q₂>0 кезде кернеудің эллипсі таратуды қабылдайтын соңына қарай, ал Q₂<2 кезде –беріліс жаққа созылады.

Шығындары болатын (таратудың белсенді кедергісінің есебі) желінің режімін есептейтін жағдайда, жоғарыда жазылған барлық қатыстарында гиперболалық функция мен  бұрышы болады. Сонымен барлық өрнектерде аса күрделі түрі болады.

Кернеуді желі бойы үйлестірудің графикалық бейнелеуі бұл жағдайда, шыршық сипаты болатын векторлық диаграмма болады.

 

2.3 Электр беріліс желісінің (ЭБЖ) ұштарындағы реактив қуаттың ағындарын анықтау. ЭБЖ дөңгелек диаграммасы

 

   Ұзындығы l желі үшін Р қуатын тасымалдағанда К_U ұштарында кернеу құламасының бар болуы пайдалы, бұл электр берілісте реактив қуаттың белгілі шамасы және бағыты бойынша бір ағынын қамтамасыз етуді талап етеді. Бұл ағын ЭБ-тің режімімен және оның ұзындығымен анықталады.

   Қабылдағыш жүйенің қосалқы станцияларының шиналарында реактив қуаттың баланссыздығы реактив қуат көзінің қондырғысын алдын ала ескерту қажет.

   (2.8, а) квадрат теңдеуді  Q_*2-ге қатысты шешсек,  желіден жүктемеге белгілі бір актив қуатта және құлама кернеудің мәнінде қуатты табамыз

                                                                      (2.12)

Алынған өрнек актив және реактив қуаттардың арасындағы қарапайым геометриялық байланыстың бар болу мүмкінділігін көрсетеді.

(2.12)-ден алынған  қатынасы Q өсінде шөгілген, g=ctga₀l нүктесінен   радиуспен өткізілген (14, а-сурет) шеңбердің теңдігі сияқты шығарылады. (2.12) және 17, а сурет қатынастарымен пайдалана отырып, 17, б суретте көрсетілген.

Желі басының реактив қуаты үшін өрнекті табайық. Желі басының толық қуатының өрнегінің түрі a₀l және К_U түрлі мәндері үшін Q_*2=f(P) тәуелділігін құрастырамыз.

Көлденең қарымталуының бар болуы g шеңберлік диаграмманың (17, а-суретте көрсетілген) ортасының радиусы мен қалыпын өзгертіп,  Q=f(P) тәуелділіктерінің сипатын өзгертеді. Бойлық сыйымдылық қарымталау 17, в суретте сызықша көрсетілгендей Q=f(P) сипатын деформациялайды.

 

 

17 сурет – Ұзын желі жүйенің Q₂ кернеудің таралуы

 

Желі басындағы толық қуат

 

  

   (2.3)-тен алынған ток пен кернеудің түсіндескен комплекстері үшін, өрнектердің түсіндескен комплекстері үшін өрнектерінің түрі

                                                                    (2.13)

S₁ үшін өрнекке токтың түйіндескен комплексінің мәнін қойсақ

Бұл жердегі I^*₂ шамасынан оны (2.13) теңдеуінің екінші теңдеуінен тауып, құтылайық. Алатынымыз

                                                                         (2.15)

   Желі соңындағы ток

   Бұл шаманы желі басы кернеуінің (2.3) теңдеуіне қойсақ

Осы өрнекті (2.15) қуаттың теңдеуіне қойсақ

                                      аламыз.

Мұндағы теңдеудің бірінші мүшесі желі басының актив қуаты болып табылады, ол идеал желі үшін соңындағы қуатқа тең. Екінші мүшесі – желі басының реактив қуаты. Солай келе, индуктивті жүктеме жағдайында берілістің басындағы реактив қуат

                                                                              (2.16)

                                         

мәніне ие болады. Натурал немесе қуат үлестерінде

                                                                            (2.16а)

    шамасын “желдегі шығын” деп қарастыруға болады. (2.16а)-ға (2.12) өрнегін қойсақ, Q₂ шамасы үшін

                                                                     (2.16б)

аламыз.

Жоғарыда алынған өрнектерден келесі шығады: егер таратудың соңы бойынша кернеу U₁=U₂=1; К_U=1 өзгеріссіз қалса, онда желінің әр ұзындығында және әр таратылатын белсенді қуат кезінде реактивті қуат соңында (Q₁=-Q₂) басындағы реактивті қуатқа тең болады.

К_U=1 кезде желінің басындағы Q=f(P) әр сипаттамасы таратудың соңындағы сәйкес болатын сипаттаманың айналы бейнесі болып табылады.

Алынған қатынастардан табиғиға тең белсенді қуатты таратқан кезде реактивті қуат басында және соңында жоқ болады.

Еркін жүру жолы үшін берілістің басындағы реактив қуат  өрнегімен анықталады, бұл өрнек (2.16а)-ға қою көмегімен алынған, немесе

                                                                                         (2.17)

Бұл өрнекте соңындағы кернеуді басындағы кернеуге  қатынасқа сәйкес алмастырсақ

                                                                                            (2.17а)

аламыз.

   (2.17) өрнегі U₂-нің тіркелген мәніне, ал (2.17а) U₁-дің тіркелген мәніне сәйкес келеді.

Q₁ және Q₂ реактивті қуаттардың мәнін желі бойынша таратылатын белсенді қуаттың мәнін жойып, осы өрнектерге таратудың соңы бойынша кернеудің алшақтау бұрышының мәнін енгізіп анықтауға болады.

Векторлық диаграммадан (13- суретті қараңыз) аламыз

                                                               (2.18)

Осыдан таратудың соңындағы реактивті қуаттың мәні (реактивті жүктеме) жеңіл анықталады

                                                                             (2.19)

Егер (2.19)-ге K_U=U₁/U₂ коэффициентінің мәнін қойсақ, онда аламыз

                                                                     (2.20)

 

   Шығынсыз қысқа желі үшін  жағдайда

                                            (2.20а)

женіл аламыз, мұндағы

          -ден үлестерде

Желідегі реактив қуат шығыны, яғни желінің басындағы және соныңдағы қуаттар арасындағы айырма

         Қорытынды. Жүргізілген талдау кейбір жалпы қорытынды жасауға мүмкіндік береді:

1. Айнымалы ток желілерінің шекті қуаты оның ұзындығына тәуелді болады; шекті қуаттардың ең үлкен шамасы 0, 3000, 6000 км ұзындықта ең кішісі – 1500, 4500 км ұзындықтарда алынады.

2. Айнымалы ток желілері бойымен актив қуат берілісі желідегі реактив қуат циркуляциясымен қатар өтеді.

Желінің ұзындығына, ұштарындағы кернеулердің ара қатынасына, және берілетін актив қуаттың мәніне тәуелді желідегі актив қуаттың таралуы әртүрлі болуы мүмкін. Желінің 3000 км-ден кем ұзындығы ұштарындағы кернеулердің бірдей мәндерінде (U₁=U₂=U), егер желі бойымен берілетін актив қуат натурал қуаттан көп болса P>U²/Z_c, реактив қуатты желінің басы мен соңында беру қажет болып қалады. 

Егер берілетін қуат натурал қуаттан кіші болса (P<U²/Z_c), онда берілістің басында да, соңында да артық, беретін және қабылдайтын ұштарда жұтылатын реактив қуат пайда болады.

Желінің ұзындығы 3000 км және одан да көп болғанда (4000-4500-ге дейін) реактив қуатты желінің сонынан беріп, оның соңынан қабылдау керек (U₁=U₂ кезде), яғни реактив қуат ағыны, егер  P<U²/Z_c  болса, актив қуаттын ағынына қарай бару керек.

 P>U²/Z_c  болған жағдайда реактив қуаттың таралуы өзгереді.

3. Желінің басындағы және соңындағы кернеулердің ара қатынасы желі бойымен берілетін актив қуатқа тәуелді: натурал қуатқа тең қуатты бергенде ұштардағы кернеулер желінің кез келген ұзындығында тұрақты болып қалады және реактив қуат берілістің басы мен соңында нөлге тең.

Желі бойымен натурал қуаттан артық актив қуатты бергенде ұштағы реактив кедергі жоқ кезде (Q₂=0) желінің басындағы кернеу соңындағы кернеуден көп U₁>U₂; натурал қуаттан аз қуатты берген кезде берілістің 3000, 6000 км ұзындықтарынан басқа барлық ұзындықтарында - U₁<U₂.

Берілістің соңында реактив қуат (±Q₂) жұтылғанда немесе генерацияланғанда бұл заң бұзылады, өйткені ұштардағы кернеулердің арасындағы ара қатынас Q₂-нің таңбасына және мәніне тәуелді.

4. Берілістің еркін жүру жолы кезінде (P₂=0; Q₂=0) және тағайындалған кернеуде алдымен оның соңындағы U₁ кернеуі 1/(cosa₀l)-ге  пропорционал өседі және желінің басындағы қуат берілістің толқындық ұзындығының тангенсіне пропорционал (1.17а) қатынасына сәйкес өседі.

Берілістің соңындағы  U₂  кернеудің мәні белгілі болған жағдайда реактив қуат алдымен екі еселенген толқындық ұзындықтың синусына пропорционал өзгереді. Бұл кезде берілістің басында U₂cosa₀l  кернеуі орнайды.

5. Актив қуатты ұзын желі бойымен беру қуатты реактив кедергі арқылы беру сияқты берілістің басындағы және соңындағы кернеу векторларының берілетін қуаттың мәніне және желінің ұзындығына тәуелді d бұрышына айырылуды талап етеді.       

        

3 Қашықтық электр берілістердің орынбасу сұлбалары

 

         Желі жалпы электр жүйесіндегі қандай да бір беріліс звеносы болып табылады және жалпыланған тұрақтылық симметрия төрт полюс (18- суретті қараңыз) болып көрсетіле алады 

18- сурет

 

                                                                                               (3.1)

және де

                                                                                                    (3.2)

Айнымалы ток электр берілісі оның режімдерін есептелген кезде әдейі әрқайсысы төрт полюс болып көрсетіле алатын звенолар болып көрсетіледі.

Төрт полюстардің (трансформаторлардың, реакторлардың, конденсатор батареяларының) жалпыланған тұрақтылары бөлек, жеке звенолар орын басу сұлбалардың қысқаша тұйықталу және еркін жүру жолдарының режімдерін қарастырғанда, алынатын мәліметтері бойынша табылады. Мысалы, Т-тәріздес орынбасу сұлбалар жағдайында (19, а - суретті қараңыз) жалпыланған тұрақтылар мына теңдеулер жүйесінен табылады

                                                                                     (3.3)

П-тәріздес сұлба жағдайында (19, б - суретті қараңыз)

                                                                                     (3.4)

19-сурет

 

Электр беріліс желілерінің режімдерін зерттеген кезде көп жағдайда тек электр берілістің жіберетін және қабылдайтын ұштарындағы токтың, кернеудің және қуаттың мәндерін табумен шектенуге болады. Тізбектей және параллель қосылған төрт полюстердің жүйесі бұл жағдайда бізге белгілі түрлендірулер жолдарымен бір эквивалентті төрт полюстің жалпыланған тұрақтыларынан тұратын матрица жеке звеноларды алмастыратын төрт полюстер матрицаларының көбейтіндісіне тең

                                                                                         (3.5)

мұндағы

 

Бұл кезде көбейткіш матрицалар сәйкес төрт полюстердің реті бойынша жазылады, өйткені матрицалардың көбейтілуі ауыстырымдылық заңына бағынбайды.

Шоғырланған элементтері бар электр берілістің режімдерін бағалау үшін көп жағдайда шоғырланған параметрлердің мәндерін пайдалану дұрыс болады (оларды кейде екіншілік толқындық параметрлер деп атайды). Желінің Z_с, g₀, l толқындық параметрлерін жалпыланған тұрақтыларымен байланыстыратын қатынасты пайдаланып, кез келген төрт полюсті сұлбаны желі мен аналогия бойынша бірнеше параметрлермен сипаттауға болады; сипаттамалық кедергі Z_В (Z_с аналогы) және g=b+ja (g₀l=b₀l+ja₀l аналогы) тұрақтылары олар эквивалентті төрт полюстің екіншілік параметрлері деп аталады. Бұл кезде

                                                                                          (3.6)

А^* желінің симметриялық емес режімдері көрсетілген (A¹D).

Анализ жасағанда көрнектілікке есептеген кезде және электр берілістердің режімдерін зерттеген кезде модельдеуді жеңілдету үшін көп жағдайда берілістің барлық звеноларын орынбасу сұлбалары түрінде көрсетеді. Желіні П-тәріздес орынбасу сұлбасы түрінде көрсету қолайлы. Егер желінің жалпыланған тұрақтылары белгілі болса, онда П-тәріздес орынбасу сұлбасының шоғырланған тұрақтыларын табуға болады

                                                                                                      (3.7)

П-тәріздес сұлбалардың тұрақтылары желінің кедергілерін және өткізгіштіктерін түзету коэффициенттеріне көбейту жолымен табылған  өрнекке және  орынбасу сұлбасына сәйкес келетін нақты желінің А, В, С-ларын және D-ны теңестіріп,   ескеріп

аламыз.

Сөйтіп, желінің П-тәріздес орынбасу сұлбасынан шоғырланған параметрлеріне өту үшін бірқалыпты таралған кедергіні Z=Z₀l және өткізгіштікті Y=Y₀l K_z және K_y түзету коэффициенттеріне көбейту керек.

K_z және K_y шамаларын шамамен гиперболалық функцияларын қатарға жіктеу арқылы табуға болады. Қатардың бірінші мүшелерін ғана алып,

                                                                                              (3.8)

Есептеу практикасында жоғарыда келтірілген түзету коэффициенттерінен басқа актив және реактив кедерлерін және өткізгіштіктер үшін бөлек түзету коэффициенттерін пайдаланады. Бұл коэффициенттер келесі түрде өрнектеледі

                                                                                          (3.9)

Салыстырмалы түрде желінің әр учаскесінің кішкентай ұзындығында (шамамен 200-250 км) барлық түзету коэффициенттерін бірге тең деп ала аламыз.

Электр беріліс режімдерін немесе өткізгіштіктерді (Z₁₁, Z₂₂) және өзара  (Z₁₂) кедергілерін немесе өткізгіштіктерді (Y₁₀, Y₂₀) пайдаланып, есептеуді жүргізе аламыз. Бұл жағдайда

 

4 Әртүрлі жүктеме кезінде желідегі кернеуді үлестіру

 

Электр берілісінің желісінде жұмыс істеген кезде соның соңындағы кернеу өзгеріссіз қалса, желі бойындағы кернеу өзгереді. Сонымен табиғидан аз кернеулі жолдың ортасында кернеуді арттыруға, ал табиғидан көп  төмендетуге әкеледі.

Симметриялық желіні есептей отырып, яғни орын басатын бірдей I және II төрт полюстіктердің параметрлерін қабылдап, желінің ортасында кернеудің өзгеруін табамыз

A₁=A₂=A; В₁=В₂=В; С₁=С₂=С; D₁=D₂=D.

II төрт полюстікпен ұсынылған желінің екінші жартысы үшін жазамыз

                                          U_ср=AU₂+BI₂                                                           (4.1)

 

I және II төрт полюстіктердің бірігуі сияқты қарастырылған барлық желілер үшін U₁=(A²+BC)U₂+2ABI₂, осыдан  

         (4.1) алмастырғаннан кейін аламыз

         U₂ бағытымен сәйкес есептеменің өсіне қатысы бойынша d-U₁ векторының ығысу, U₁=U₁e^jd қабылдап аламыз

                                                                           (4.2)

         Жеке жағдайда, U₁=U₂=U және шығынсыз жол қарастырылғанда, аламыз

A=cos(a₀l/2);  B=jZ_сsin(a₀l/2);

                          

(4.2)-тен басқа өрнек алуға болады. |U₁|=|U₂|=|U| кезде sind=R_*sina₀l есептей отырып, аламыз

Осыдан желінің ортасындағы кернеуге жүктеменің әсері көрнекі көрінеді: P_*=1 U_ср=U;    P_*<1 U_ср=U;    P_*>1 U_ср<U.

Есесін қайтаратын реакторды желінің ортасына қосқан кезде U_ср кернеуді табамыз. Екі параллель қосылған өткізгіштіктер Y_р/2+Y_р/2=Y_р түрінде реакторды ұсынайық және U₁ немесе U₂ өзгермейтін кернеудің қосымша нүктесіне әрі желінің ортасына сәйкес сұлбаны қарастырамыз. Енді жаңа параметрлері бар желінің орын басатын эквиваленттік сұлбаны аламыз. Бұл жағдайда

A=cos(a₀l/2)+Y_р/2Z_сѕіn(a₀l/2).

3000 км дейінгі ұзындықты жолда реакторды қосу А өсуіне әкеледі және жолдың 3000-6000 км ұзындығы кезіндегі реактордың бар болуы, керісінше, жолдық ортасына кернеуді арттыруға әкеледі.

Желіге сыйымдылықты қосқанда таратуда d бұрышын бірдей азайтқан кезде А төрт полюстіктің параметрін азайтуға әкеледі, сондықтан  U_ср сыйымдылықты қосудың әсері конденсаторлардың орналасуы мен желінің жүктемесінен байланысты әртүрлі болуы мүмкін.

Әрине осындай жолмен U_х желінің әр нүктесінде төрт полюстіктермен сәкес l₁¹l₂ учаскелердің орны етіп кернеуді табуға болады.

Нақты желіде шығындары болатын тоқты тарату жоғарыда келтірілген ықшамдалған формулалар бойынша табылғаннан біршама өзгешелеу болады. P_*2,Q_*2 жүктемені тасымалдайтын желінің әр нүктесіндегі кернеу мен ток үшін дәл (шығындарды есептейтін) формулалар мына түрде ұсынылуы мүмкін

                                                        (4.3)

 

 5 Желідегі және жалпы электр берілісіндегі қуат ағындары. Желінің және электр берілістің ПӘК-ін анықтау

 

         Тұтынушыға энергияны энергия көзінен электр беріліс желісінің бойымен тарату тек оның шығыны көп болмаса немесе берілу пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) жоғары болса ғана тиімді болады.

ПӘК мәні желінің параметрлеріне (r₀, g₀, x₀, b₀) және ол жұмыс жасап тұрған режиміне (U₁, U₂, P₁, P₂) тәуелді болады. Осы күнгі беріліс үшін желінің кез келген ұзындығында ПӘК жоғары болады (90%-тен көп). Берілісті жобалағанда желінің кернеуін және оның сымдар қималарын ПӘК төмендемеу үшін жоғарылату керек.

Желі және жалпы беріліс ПӘК-і беріліс параметрлерін таңдауға әсер етеді және оның режімдерінің шешуші анықтауышы болып табылады.

ПӘК-ті энергия

Егер қуат бойынша анықталатын пайдалы әсер коэффициенті энергия бойынша ПӘК-тен берілген уақыт аралығында желі айнымалы қуатпен жұмыс жасаса өзгеше болады. Ол былай анықталады

h_э үшін жазылған өрнектерде  шамасы берілген уақыт аралығындағы энергия шығыны болып табылады; DR - берілген режімдегі қуат шығыны; Э₁, Р₁ және Э₂, Р₂ – беріліс басындағы және соңындағы сәйкес энергия және қуат.

Желі режімі тұрақты болмаса, энергия бойынша анықталатын ПӘК-тің ең үлкен мәнін алу үшін желі әрбір режімде қуат бойынша анықталатын ПӘК-тің ең үлкен мәнінде жұмыс жасау керек.

Қуат ПӘК-ін қарастырайық. Қайтадан құрастырылып жатқан желінің жоғары ПӘК-ін желінің рационал конструкциясы және беріліс сұлбасы, дәл айтсақ, беріліс кернеуін, сым қимасын, айырылған сымдар арасындағы ара қашықтықты таңдаған кезде және компенсация жасайтын құрылғыларды оптималды түрде орналастырғанда қамтамасыз етіледі.

Құрылған желінің жоғары мәнді ПӘК-ін оның дұрыс пайдаланғанда,  берілетін қуат мәнін, беріліс ұштарындағы кернеуді таңдағанда алуға болады.

ПӘК-тің беріліс режіміне тәуелділігіне талдау жасайық.

1. Әуелде қарапайым жағдайды қарастырайық – ЭҚК Е және Z_л=R_л+jX_л кедергісімен берілген актив екі полюстің жұмысы Z_н=R_н+jX_н    (20 - суретті қараңыз). Жүктемемен тұтынатын актив қуатты жеңіл табуға болады 

20сурет – Екі төрт полюстің қосылуы

 

Р₂ қуаттың ең үлкен мәні мен берілген актив екі полюстің реактив кедергісі X_н=-X_л шамаға тең болу керек. Жүктемеге тұтынатын актив қуатты жеңіл табуға болады

осыдан  R_н=R_л.

21сурет – 20 суреттегі қуат пен кернеу диаграммасы

 

   Бұл кезде актив қуат желідегі шығын I²R_л  мен  желі бойынша алынған I²R_н қуат арасында екіге қақ бөлінеді, яғни ПӘК 0,5 бөлігін құрайды (20- суретті қараңыз).

   2. Енді R_л=r₀l, X_л=x₀l кедергілерімен және Y=b₀l/2 өткізгіштіктерімен алмастырылған желіні қарастырайық, бұл жағдайда толқындық кедергіні былай табамыз (22- суретті қараңыз)

немесе

22 сурет – Желінің шамамен келтірілген алмастыру сұлбасы

 

Желі басындағы және соңындағы кернеулер берілген болсын: U₁=U₂=U. Оңда берілетін P₂ қуаты U₁ және U₂ кернеулерінің ажырауы бұрышына және DR; R₂=R₁-DR шығынғы тәуелді болсын.

   Реактив жүктеме Q₂=0 деп ойлайық. Онда желі ПӘК-і үшін өрнекті  түрінде жазсақ оның тек бір-ақ R₂ айнымалыға тәуелді екенін көреміз және бұл айнымалының максимумы мына өрнектің минимумында болады

 туындысын алып, оны нөлге теңестірсек, ПӘК-тің максимумына P₂=U₂Y жүктемесі жауап беретіндігін табамыз. Y үшін жазылған өрнекті ескеріп,

немесе

.

   Осыдан, ПӘК-тің максимум мәнінде берілетін Р₂ қуаты желі ұзындығына (23 - суретті қараңыз) және толқындық кедергісінің шамасына тәуелді түрлі болады.

 

 

23 сурет – ПӘК-тің максимум мәнінде берілетін қуаттың желі

 ұзындығына тәуелділігі

 

Электр беріліс ұшындағы токтар мен кернеулерді байланыстыратын негізгі теңдеулерге сәйкес  беріліс басындағы қуат келесі тәсіл бойынша анықтала алады

                                                                                                     (5.1)

немесе

                             (5.1а)

Беріліс соңындағы қуат былай анықталады

                                   (5.1б)

Қуат шығынын беріліс соңындағы режімнің параметрлері бойынша анықтала алады

                       (5.2)

Осындай теңдеуді берілістің басы үшін жазайық

                          (5.3)

Осы өрнектердің көмегімен беріліс ПӘК-ін жалпы түрде табуға болады.

(5.2) және (5.3) өрнектерінде актив қуат шығынының үш қосылғышын бөліп көрсетуге болады мысалға (5.3)-де:

1) - берілістің қуатқа тәуелсіз шығындары;

2) - актив қуатты тасымалдаудан пайда болатын шығындар;

3)  - реактив қуат ағынынан пайда болатын шығындар.

Электр беріліс басындағы және соңындағы кернеу берілгендегі максимал ПӘК

                                                                                                 (5.4)

теңдеулерін шешу арқылы табылады. Мұндағы DR (5.2) немесе (5.3) теңдеулерінен алынады.

   Айтылған теңдеуді шешкеннен кейін ПӘК максимал болған кездегі жүктеме қуаты максимал болатынын шығарып алуға болады, оның мәні

                                                    (5.5)

мұндағы

                                                                                  (5.6)

   Желінің максимал ПӘК-іне жауап беретін қуаттың берілуі әрқашан пайдалы бола бермейді. Трансформаторлардағы, қарымталайтын құрылғылардағы шығындар режімінің үнемделік шарттарын ауыстырады. Желі ПӘК-і беріліс жұмысының пайдалық көрсеткіші болады.

   Желі ұзындығы көп болған сайын оның ПӘК-і әжептеуір елеулі болады, өйткені абсолют шығын көп болуы мүмкін.

   Құлама кернеудің қуат шығынына және ПӘК-іне әсерін тәуелділіктерін желі ұштарындағы қуатты және кернеуді берілген деп есептеп, айқындап алуға болады.

   Максималды энергия мәні бойынша ПӘК режімінің жүзеге асырылуы қарымталайтын құрылғылары бар берілістерде осы құрылғылар қуаттарын реттегенде жетіледі және  максимал ПӘК жұмыс кернеуі кең шектерде өзгерген кезде қамтамасыз етіледі.   

 

6 Электр берілісінің жүктемесі және өткізу қабілеттілігі

 

6.1 Өткізу қабілеттілігін арттырудың шаралары

        

         Қазір 750-500 кВ кернеулі желі үшін өткізу қабілеті тұрақтылық шарттармен, 110 кВ желі үшін  сымдардың жіберілетін қызуымен анықталады. 330-220 кВ желілер үшін тұрақтылық сияқты және жіберілетін қызуындай анықталуы мүмкін. Қуат ағындарының шарттарымен шектеліп таратылған жұмыс істейтін жүктемелі желілер үшін қабылдайтын қосалқы станцияның шиналарындағы кернеуді төмендетіп жіберуі мүмкін.  Бірақ осындай шектеулік қарымталауыш құрылғыны орнатқан кезде оңай жойылуы мүмкін, сондықтан оны ерекше деп есептеуге болмайды.

         Қызу бойынша ұзақ жіберілетін әр желінің тогы берілген марка сымының сипаттамасымен әрі  қимасымен (немесе желінің бөліктеріне қосылатын жабдық элементтерімен) анықталады және электр берілісінің нақты желісі қасиеттерінен немесе тораптың жалпы сұлбасындағы оның орнынан мүлдем тәуелсіз болады. Соған қарағанда тұрақтылық бойынша таратылатын қуаттың шегі желінің өзінің параметрлерінен және басқа шарттардан – тораптың зерттелетін учаскесі сұлбасынан, соған жалғанатын тораптардың сұлбасы мен режімінен, электр станциялар арасындағы қуаттарының қайта таратылатын тәсіліне едәуір байланысты болады  және бірдей параметрлері бар екі желі үшін күрт өзгерілуі мүмкін.

         Статистикалық тұрақтылықтың шарттары бойынша АЖК электр берілісінің өткізу қабілеттілігінің 1-кестедегі мәндері шектелген мәндер сияқты емес, ал аса төмен кернеулі тораптармен қатарлас жұмыс істейтін қашықтықты АЖК электр берілістері желілерінің (330 кВ кернеуге 200-300 км және 500-750-1150 кВ кернеуге 400-500 км ұзындықты) бас учаскелеріне тән мысалдар сияқты қарастыру қажет. 1-кестеде келтірілген қызуы бойынша жіберілетін қуат сымдардың ең төмен қималарына сәйкес келеді.

         Нақты желінің жүктемесін анықтау үшін, әдетте, қызу бойынша жіберілетін ток немесе тұрақтылық шегі пайдаланылады. Үлкен сұлбалардың  бөлек элементтері жүктемесін салыстырмалы талдау үшін желінің өткізу қабілетін пайдаланудың жанама көрсеткіштерін - токтың тығыздығын немесе табиғи қуаттың үлестеріндегі желі жүктемесін қолдануға болады.

 

1 кесте

Uном, кВ	Ұзынды-ғы,  км	Сымдардың саны мен қималары,       мм2	Табиғи қуат, Рт, МВт	Өткізу қабілеттілігі
				қызу бойынша		тұрақтылық бойынша
				МВт	үлестерде Рт	МВт	үлестерде          Рн
330 500 750 1150	200-300 300-400 400-500 400-500	2х300 3х300 5х300 8х300	350 900 2100 5300	760 1740 4600 11000	2,2 1,9 2,1 2,1	800 1350 2500 4500	2,3 1,5 1,2 0,85

 

         Табиғи қуаттың үлестерінде көрсетілген АЖК желілерінің жүктемесінің ең үлкен нақты мәліметтер (220 және 110 кВ тораптар бойынша мәліметтер салыстыру үшін келтірілген) келтіреміз

 

                   U_ном, кВ  .  .  .  .  .  .  .  .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  750  500  330  220  110

                               Р/Р_т         .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  0,8   1,5   2,5   3,0   4,0

        

Желінің салыстырмалы жүктемесі номинал кернеудің артуымен төмендейді. Бұл табғи қуаттың үлестеріндегі жүктеменің көрсеткіштері бойынша және әртүрлі кернеулі желінің сымдарындағы токтың тығыздығы бойынша көрсетілген. Аса жоғарғы кернеулі тораптардың тұрақтылық бойынша өткізу қабілеттілігі сымдардың қызуының шарттарына қарағанда едәуір төмен (1-кесте).

АЖК желілерінің өткізу қабілетін арттыру үшін шаралардың  келесі топтары (олардың көбісі желілердің құрылмасымен тікелей байланысты емес) қолданылуы мүмкін:

1. Желінің электрлік параметрлерін жақсарту мақсатымен фаза құрылмасын жетілдіру, алдымен  желінің меншікті реактивті кедергісінің төмендеуі және оның табиғи қуатының артуы.

2.  Желінің электрлік ұзындығын қысқарту үшін немесе соған қысқа желінің қасиеттерін жасанды көрсету үшін желі параметрлерін қарымталау. Осы топтың ең белгілі шарасы – желінің реактивті кедергісін қарымталау үшін конденсаторлар батареясының желісіне ретпен қосу, әдетте оны бойлық қарымталау қондырғысы (БҚҚ) деп атайды.

3.  Синхрондық қарымталау қондырғысы (СҚ). Табиғи қуаттан асатын АЖК электр берілісінің жүктемесі кезінде қабылдағыш қосалқы станцияларда қосымша синхрондық қарымталауыштар қондырғысы, әр 1 МВ·А СҚ қуатының өткізу қабілеттілігін 0,5-1,0 кВт арттыруын қамтамасыз етеді.

4.  Энергожүйенің толық және оның бөлек элементтерінің режімін  басқарудың тез әрекетті автоматикасын қолдану. Электр станцияның және энергожүйелердің тұрақты қатарлас жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін ТМД елдеріндегі электр станцияларында және синхрондық қарымталауыштарда  күшті әрекетті қозудың автоматты реттеуіштері қолданылады.

5.  Басқарылатын көлденең қарымталауышты қолдану.  Басқарылатын реакторлардың (реактордың басқаруымен немесе магнит өткізгішті магниттеу жолымен немесе тиристорлық кілттерді орнату жолымен) АЖК электр берілісіндегі қондырғының орындылығы және техникалық мүмкінділігі, сондай-ақ реакторды, конденсаторлардың батареясын және тиристорлық кілтті қосатын реактивті қуаттың статистикалық қарымталауыштар (СТҚ) ұзақ уақыт зерттелінген. Осы аппараттардың қасиеттері – айналмалы бөлшектердің болмауы және энергожүйедегі электромеханикалық өтпелі процестің дамуына мүмкіндік беретін реттеудің жоғары жылдамдығы; кемшіліктері – жоғары құны және СТК жұмыс тогының үйлесімді құрауыштарды құрастыру жатады. 

 

 6.2 Электр беріліс параметрлерін ретке келтіру және компенсациялау - өткізгіштік қабілетті арттыру әдісі

 

   Электр берілістердің өткізгіштік қабілетінің азаюы оның қуатының қандай да бір шекті мәні бар болуымен және айнымалы ток берілісінің қасиеттерімен немесе электр берілістің статикалық және динамикалық тұрақтылығын қамтамасыз ету қажеттілігінен түсіндіріледі.

   Ұзын электр беріліс қуатының шекті мәні желінің ұзындығына, оның құрылғыларының реактив кедергілеріне тәуелді өзгереді.

   Берілетін қуаттың шекті мәнін электр берілістің параметрлерін эквивалентті толқындық ұзындықтың өзгеруіне әкеп соқтыратындай өзгертсек, яғни қуаттың ұзындыққа тәуелділігін керек бағытта ығыстырып, осы сипаттамалардың координат осьтерінің бағытымен өсірсек, арттыруға болады. Бұл екі әдісті тек толқындық кедергіге әсермен немесе толқындық ұзындыққа әсермен жүзеге асыра алады

мұндағы

   Берілістің өткізгіштік қабілетін арттыруға арналған әдістердің алуан түрлілігімен байланысты тек толқындық ұзындықтың a₀l немесе тек толқындық кедергінің Z_c өзгеруі туралы айта аламыз.

   Параметрлердің компенсациясы ретінде бүкіл электр беріліске қажет қасиеттерді беретін қосымша құрылғылардың қосылуын түсінуіміз керек. Осындай мақсатпен қосымша құрылғылар қосылған желіні компенсацияланған желі деп, ал қосымша құрылғылардың өздерін компенсациялайтын құрылғылар деп атаймыз.

   Желіні компенсациялаудың үш әдісі бар:

1) желінің түгел параметрлерін нөлдік ұзындыққа компенсациялау. Мұндай жағдайда қосымша құрылғыларды қосқанда сыйымдылық өткізгіштік және реактив кедергі толық жойылып, желінің орын басу сұлбасында тек кішкене мәнді актив кедергі қалады;

2) толқындық ұзындықты компенсациялау немесе желіні ретке келтіру. Индуктивтілік және сыйымдылық өткізгіштік бірдей есе санға артқан жағдайды қарастырайық.  Компенсация статикалық басқарылмайтын құрылғылардың, айналмалы машиналардың немесе басқарылатын статикалық құрылғылардың есебінен жүзеге асыра алады.

   Желі компенсациясының мақсаты режім көрсеткіштерін, біріншіден өткізгіштік қабілетті жақсарту болып табылады;

3) толқындық кедергіні немесе желіні компенсациялау. Бұл жағдайда қосымша құрылғылар ең алдымен Z_c шамасын азайтатындай етіп таңдалады. Бұл шаманы желінің индуктивтілігін n есе азайтып, ал сыйымдылықты n есе көбейтіп азайта аламыз. Бұл кезде электр берілістің толқындық ұзындығы өзгермей тұрады, ал берілетін қуаттың шекті мәні

   Электр беріліс натурал жүктемеден аз жүктемемен жұмыс жасаған кезде немесе желіде реактив қуат шамадан тыс көп болса, оны реакторларды қосу арқылы компенсациялауға болады (24, а- суретті қараңыз).

 

24 сурет – Желіні статикалық құрылғылармен компенсациялау сұлбалары:

а-көлденең индуктивті компенсация; б- көлденең сыйымдылық компенсация;

в-құма сыйымдылық компенсация; г- құма сыйымдылық және көлденең индуктивті компенсация

 

Көлденең индуктивті компенсация. Бұл жағдайда эквивалентті толқындық кедергі мынаған тең болады

   Ал натурал құат

   Натурал қуаттан көп қуат шамасын беретін кернеуді бір қалыпта ұстау үшін қосымша реактив қуатты қажет ететін желі конденсаторлардың қосылуымен толықтырыла алады (24, б - суретті қараңыз),  көлденең сыйымдылық компенсация.

   Бұл жағдайда толқындық кедергі мынаған тең         

   Ал натурал құат

Х_к кедергісі бар конденсаторларды желіге тізбектей қосу (21, в- суретті қараңыз) тоқындық кедергіні келесі өрнекке сәйкес кемітеді

   Ал натурал кедергінің мәні мына өрнекпен анықталады

   Құма сыйымдылық компенсациясы толқын ұзындығын арттырып, желінің электрлік ұзындығын қысқартады. Көлденең сыйымдылық компенсациясы, керісінше, желінің толқындық ұзындығын арттырады.

Құма сыйымдылық компенсациясы желі сыйымдылығының реакторлармен компенсациясына үйлескенде (24, г- суретті қараңыз) толқындық ұзындықты кемітіп, желінің натурал қуатын арттырады.

Басқарылатын көлденең компенсациясының мысалы ретінде синхронды компенсаторлардың (СК) беріліс желі бойымен қосылуы бола алады (25- суретті қараңыз). Егер әр синхронды компенсатордың қуаты бар болса, беріліс векторлық диаграммасының түрі 26-суретте көрсетілгендей болады. Параллель СК-мен компенсацияланған желі беріліс ұштарының арасындағы кез келген ығысу бұрышында жұмыс жасай алады.

 

 

25 сурет – Синхронды компенсаторлармен көлденең

компенсациялау

 

Кернеуді бір қалыпта ұстап тұратын және берілістің статикалық тұрақтылығын қамтамасыз ететін СК-дың қуаты желі бойымен берілетін қуат шамасынан аса көп болады.   

26 сурет –  Синхронды  компенсаторлар қосылған берілістің

векторлық диаграммасы

    

   СК-ды қолдану тиімділігін жақсартудың арзан әдісі олардың қозуын күшті реттеу болып табылады. Мұндай реттеу габаритті қуатты арттырмай, компенсатор реактивтілігің азаюына эквивалентті болады.

   СК-лар желіге реактив қуатты беретін немесе жұтып қоятын және мұның есебінен кернеуді бір қалыпта ұстап тұратын статикалық құрылғылармен алмастырыла алады.

   Конденсатор батареясына параллель қуаты өзгеретін реактор қосылады. Мұның нәтижесінде мұндай құрылғының батарея және реактор қуаттарының айырмасына тең қорытқы қуаты мәні және таңбасы бойынша өзгереді.

   Реактор қуатын реттеу өзекшенің тұрақты токпен магниттеу жолымен немесе басқарылатын вентильдердің көмегімен жүзеге асырылады. Соңғы жағдайда вентильдердің басқару бұрышын өзгертіп, реактор қуатын кең шамада өзгерте аламыз. Осындай құрылғылардың біреуі үшін 27-суретте сұлбасы көрсетілген.

27 сурет –  Басқарылатын статикалық компенсациялаушы

құрылғы

  

Көлденең компенсациясының реттеуші құрылғыларын қолдану желі сипаттамаларын, оның натурал қуатын өзгеруге мүмкіндік береді.

   Егер желі бойында бір-бірінен бірдей қашықтықта мұндай құрылғылар қосылса, онда мұндай құрылғының өткізгіштігін bк деп белгілеп, олардың қорытқы меншікті өткізгіштікті таба аламыз

   Бұл кезде компенсацияланған желінің толқындық кедергісі және фаза ығысуының коэффициенті сәйкес келесі формалар бойынша анықталады

мұндағы k=b_к0/b₀ желі компенсациясының дәрежесі.

   Бұл шаманы компенсацияланбаған желінің натурал қуатына бөлсек

мұнда берілетін қуаттың шегі

   Осы жағдайда берілетін қуаттың шекті мәні тек желі ұзындығымен ғана емес, сонымен қатар айнымалы шама болып табылатын компенсация дәрежесі бойынша анықталады. Компенсация дәрежесін өзгерту арқылы берілетін қуаттың шекті мәнін өзгерте аламыз.

   Берілетін қуат мәні желі ұштарындағы кернеулердің арасындағы ығысу бұрышына тәуелсіз

   Қарастырып отырған жағдайға сәйкес  жаза аламыз.

   Р_с,эк айнымалы шама болғандықтан, P_c=P_c,эк  шартын орындауға болады. Бұл кезде  tgd=tgl_эк  және d=l_эк . Осыдан .

   Осыдан, қарастырып отырған жағдайда берілетін қуат d бұрышына тәуелсіз екенін көреміз. Берілетін қуат шамасы өзгергенмен, d=l_эк теңдігі әрқашан орындалады.

   Берілісті тиімді жасау үшін қосымша компенсациялаушы құрылғыларды қосу қажет.

 

7Алыс берілістердің бос жүріс және симметриялы емес режімдері       

 

          7.1 Айнымалы токтағы электр берілістердің ерекше режімдерін анықтау

 

   Электр берілісте көп уақытқа созылмайтын режімдер орнатылуы мүмкін. Бұл режімдер жабдықтары жақсы күйде сақталған, берілген желілерде пайда болатындықтан, авариялы деп саналмайды. Бірақ олар қарапайым режім де бола алмайды, сондықтан оларды ерекше режімдер деп атаған дұрыс болады.

   Айнымалы ток электр берілістерінің ерекше режімдері – бұл аса үлкен жүктемелер және форсировкалар мен синхронды жұмыстан шыққан генератордың актив қуатты беріп, қандай да бір реактив қуатты тұтынғандағы асинхронды жүріс режімдері. Бұған синхронды жұмыстан шыққан генераторды ажыратпай, синхронды жұмысқа кіріскендегі ресинхронизация режімін жатқызуға болады. Әрі ерекше, әрі ұзақ, желідегі немесе трансформаторлардағы фазалардың біреуін ажыратқандағы режім бола алады.

   Аз жүктелген желілердің режімі, желілер мүлдем жүктемесіз жұмыс жасағандағы, яғни бос жүрістегі режім мен генераторлардың, синхронды қозғалтқыштардың, компенсаторлардың, асинхронды машиналардың өзінен-өзі қосу режімдері ерекше режімдер болып табылады.

 

   7.2 Айнымалы ток электр беріліс бос режімдеріне тән құбылыстар

 

   Бұл құбылыстар алуан түрлі. Оларға бос желілерде симметриялы емес қысқаша тұйықталуда пайда болатын кернеудің динамикалық күшеюі деп аталатын кернеудің жоғарлауы жатады.

   Бос жүрістің орналған режімдеріне желінің ашық ұшындағы кернеудің күшеюі, генераторлардың реактив токпен шамадан тыс жүктелуі, генераторлардың өздерінен-өзі қозуы тән. Бұл құбылыстар электр берілістегі кернеуді нөлден арттырғанда үлкен роль ойнайды. Олар генераторлардың өзінен-өзі синхрондалуы да елеулі.

   Алыс электр берілістерде бос жүріс режімдерін жүзеге асырғанда, қиыншылықтар пайда болады. Ең алдымен бұл желінің зарядты қуаты беріліске қосылатын генераторлардың номинал қуатынан көп болуы. Бұл оның шамадан тыс жүктенуіне әкеп соқтырады. Үлкен зарядты қуаттың бар болуы мен электр беріліс желісіндегі кернеудің жоғарлауы тығыз байланысты. Бос желінің ашық ұшындағы кернеу оның зарядты қуатын толық компенсацияламаған кезде беріліс басындағы кернеуден әлдеқайда көп болады, сондықтан станцияны қарапайым әдістермен синхронизациялаған кезде беріліс басындағы кернеуді кемітіп отыру немесе оның соңына компенсациялаушы құрылғыларды орнату қажет. Бірақ алыс электр берілістердің басында кернеуді кемітуге генераторлардың өзінен-өзі қозуы кедергі жасайды, ал бірнеше аз жүктелген генераторлардың параллель жұмыстары олардың тұрақсыздықтарымен қиындатылады.

Желі    басында пайда болатын реактив қуатты зарядты қуат деп атайды. Ұзындығы l компенсацияланбаған бос желі үшін бұл қуат келесі өрнек бойынша анықталады

                                                                                                  (7.1)

 

қойған соң,

                                                                                             (7.1а)

аламыз.

   Желідегі сымдарда актив қуаттың жоғалуы және сымдардағы тәж құбылыстарын есепке алмағанда, осындай оқиғадағы өрнекке (7.1) және (7.1, а) жатады.

  

 

28 сурет – Ұзын желінің басындағы кернеудің және реактив қуаттың

бос жүріс кезіндегі өзгеруі:

а-желі басындағы кернеудің бекітілген мәніңде; б-желі соңындағы кернеудің

 бекітілген мәнінде; в-ұзындығы 1000 км орын басу сұлбасы

 

Желінің 400-600 км-ден аз ұзындықтарында тәж қубылысы U₂ кернеуіне әсер етпейді, ал желі ұзын болғанда кернеудің жоғарлауын туғызады. Ұзындықтары 1200-1400 км-ден көп желілерде тәж желінің ашық ұшындағы кернеудің өсуін баяулатады. 28 а, б суретте тәждің ұзындығы 1500 км-ге дейін электр берілістің ашық ұшындағы кернеудің шамадан тыс көбеюіне әсерінің сипаттамасы көрсетілген.

   Ұзындығы 1000 км желінің бос жүрісін қарастырайық;  Ом/км; 1/(Ом×км). Беріліс басындағы кернеу 500 кВ тең. Зарядты қуат қандай?

   (7.1) өрнекке сәйкес

Мвар,

бұл кезде беріліс соңындағы кернеу

кВ.

   Сондықтан, егер желіде қуаты S_ном=300MB∙A генератор жұмыс жасаса, онда оны қабылдайтын ұштан ажыратқанда, ол

жүктемеге ие болады.

   Егер беріліс соңында кернеуі 500 кВ етіп ұстайтын болсақ, онда алдымен  кВ етіп ұстаумыз керек.

   Бұл жағдайда зарядты қуат

Мвар.

   Желінің басындағы кернеуді екі есе кемітсек те оның зарядты қуаты генератор қуатынан артық.

   Желіні, ондағы кернеуді бірқалыпсыз етіп өсіріп, “нөлдік деңгейден” көтерудің алдында, дәл синхронизация кезінде: а) генератордың шамадан тыс жүктелуі; б) генератордың рұқсат етілмейтін шамадан көп жүктеліп кетуінің жағдайында генераторларды бос желіге параллель қосу мүмкінділегі; в) артық реактив қуатты жұтатын компенсациялаушы құрылғылардың қосылу қажеттілігі тексерілуі тиіс.

   Желінің ұзындығына, зарядты қуатына және генератор жүктемесінің рұқсат етілетін мәніне реакторлардың қажеттілігі тәуелді.

Жоғары зарядты қуаты желі ұзындығы 500-1250 км болғанда тез өседі, ол аса елеулі мәнге ие болады (29- суретті қараңыз).

Жоғары кернеулі (U_ном=330¸750 кВ) желілерді айырылған сымдардан жасау толқындық кедергінің мәнін кемітіп, электр берілістің зарядты қуаттын арттырады, бұл беріліс бос режімдерін жүзеге асыруды қиындатады. Алыс электр берілістерде қума компенсация және шунттаушы реакторларды қолдану да зарядты қуатқа әсер етеді. Ол желіге тізбекті компенсациялы конденсаторларды қосқанда азаяды (30 - суретті қараңыз).

 

29 сурет – Әртүрлі ұзындықта және кернеуде электр берілістің

 зарядты қуаты

 

  

30 сурет – Желінің бос жүрісіндегі орын басу сұлбасы:

Х_к1 және Х_к2 –бір ізбен компенсацияланған конденсаторлардың кедергісі

 

   Трансформаторлар орамдарындағы магниттеуші токтар мен реактив қуат шығыны да берілістің зарядты қуатына әсер етеді. Трансформаторлардың магниттеуші токтары берілістің зарядты қуатының кемуіне ұқсас әсер туғызады.

   Шунттаушы реакторлар желісімен генерацияланатын реактив қуатты компенсациялайды (31- суретті қараңыз). Мысалы, егер желінің ашық ұшында қуаты Qр реактор қосылса, онда желінің басындағы реактив қуаты келесі өрнек бойынша анықталады

                                                                (7.2)

 

31 сурет – Желінің ашық ұшындағы реактор қуаты мен желі кернеуінің тәуелділігі:

а-желінің ашық ұзындығы кернеудің реактор қуатына тәуелділігі; б-беріліс басындағы және соңындағы кернеулердің теңдігін қамтамасыз ететін реактор қуаты

 

(7.2) және (7.1а) теңдеулерін салыстыра отырып, жалғыз ғана реактор электр берілістің зарядты қуатын елеулі түрде өзгерте алатынын көреміз.

Берілістің ашық ұшындағы номинал кернеуді бір қалыпта ұстау үшін қажет реакторлардың қуаты елеулі (31- суретті қараңыз) және жұмыс үнемділігін номиналды режімдерде қамтамасыз ететін реакторлар қуатынан көп. Желіні шунттаушы реакторларсыз орындауға тырысу қажет, себебі берілісте элементтер аз болған сайын, оның жұмысы жақсырек болады. Сондықтан алыс электр берілістерге тән ерекшелік генераторларды реактив қуатпен жүктеу болып табылады.

   Бұл режімдерде генераторлар трансформаторларындағы және желідегі шығынды басуға арналған актив қуатпен қамтамасыз етеді. Берілістің аса көп кернеуінде, сыйымдылық токтардың үлкен мәндерінде генератор қуаты елеулі болуы мүмкін.

 

   7.3 Электр берілістердің симметриялы емес жұмыс режімдері.      Жалпы сұрақтары

 

   Симметриялы емес режімдер қарапайымдық жағдай (нормалды) болмайды, бірақ олардың үлкен ерекшелігі - электр жүйесіндегі сенімділік жұмысын үлкейтетін әдісі.

Ұзақ уақыт және уақытша симметриялы емес режімдер болуы мүмкін.

Ұзақ уақытта іске асырылған электр энергиясын тұтынушыларға беріліс режімдері ұзақ уақыт симметриялы емес режімдері деп айтылады.

Уақытша симметриялы емес режімдер авариялық (апаттық) процестерімен байланысқан (оның ішінде қысқаша тұйықталумен, жерге тұйықталған узумен, бір фазалы автоматты қайталған қосу (АҚҚ) - дағы фазаны сөндіруі (үзіп тастауы) болып табылады. Жабдықтарды таңдау үшін және жұмыс жағдайын белгілеу үшін, пайда болған симметрия емес авариялық  (апаттық) болмау үшін уақытша режімдерді талдау қажет.

Ұзақ уақыт симметриялық процесінен симметриялық емес режімге өткенде авария болуы мүмкін емес, одан соң жүйеде электр энергияның қабылдау сапасы сақталып орналған режім орнауы керек.

Әрдайым кернеу және ток симметриялы емес жағдайда толық фазалы симметрия емес режімдері симметриялы емес орнаған режімдерге жатады. Жүк симметрия емес  немесе фазадағы кедергі бірдей емес болған жағдайда осы симметрия емес пайда болады.

Симметриялы емес режімдердін басқа түрі болуы мүмкін, ол толық фазалық емес ұзақ уақыт режімдері. Бұл режімдер беріліс желіні немесе басқа жабдықтарды жөндегенде, тағы да апаттан соңғы режімдерде пайда болуы мүмкін. Толық фазалық емес симметриялық емес режімдер бір фазалы резервтерде (резервты трансформатор немесе резервты жел сымын) пайдалғанда орналасуы мүмкін. 

 

7.4 Ұзын желінің симметриялық емес режімдерінің қасиеттері

 

Симметриялық емес режімдерді қарастырған кезде ең үлкен қуаттары таратылатын электр берілісінің ұзын желісі қарапайым желіге қарағанда пайдаланатын жоғары сенімділігі болу керек. Ұзын желіні жобалаған кезде пайдалануда соның сенімділігін қамтамасыз ететін бірқатар шараларды қарастыру қажет.

Екі тізбекті орындайтын электр берілісінің ұзын желілеріндегі аралық қосалқы станциялар немесе ауыстырып-қосатын орындар арна жолдың бойында құрылады. Бұл апаттық режімдерден кейінгі желінің қандай да бір участкесінде бір тізбегі өшкен кезде үлкен қуатты орнықты таратуға мүмкіндік береді.  Таратылатын қуаттың қатарлас тізбектерінің біреуі желі учаскесінде сөнген кезде қажетті қордың статикалық орнықтылығын сақтау үшін бірнеше төмен болу керек. Желінің екі түрлі учаскелерінде тізбектердің біреуі бір уақытта сөнгенде (мысалы, ауыстырып-қосатын пунктердің біреуінде желілік ажыратқыш істен шыққан жағдайда) синхрондалудың бұзылуына әкелуі мүмкін.

Ұзын желілер кезінде, мысалы 1 мың км шамасында соның бөлек учаскелерінде сөну ықтималдығы өседі. Бұл негізінде желіде жөндеу мен алдын алу жұмыстарын үнемі өткізудің қажеттілігімен байланысты.

Фазамен бөлек басқаруды қолданып, ұзын желінің жұмысының сенімділігін оның пайдалануынды толық емес фазалы режімде жібере отырып, едәуір арттыруға болады.

Металл тіреуіштерде орындалған 220 кВ желілерде ең жиі бұзылудың себебі бір фазалы қысқа тұйықталулар болып табылады, өйткені олар басым емес, ал доға немесе тіреуіштің кедергісі және т.б. арқылы білдіру 500 кВ желілер үшін бұзылудың мұндай түрі сондай-ақ тәжірибелік ықтималды болып табылады.

Егер желінің бұзылған учаскелерінде бір фазалық қысқа тұйықталудан кейін жұмыста барлық тізбекті сөндірген кезде үшеуі сияқты емес, алтауының бесеуі қалса (бес фазалық режім), онда тұрақтылығы едәуір жақсы болады.

Желі жұмысының толықфазалық режімінен бес фазалыққа ауысқан кезде тура тізбектілік токтар үшін электрлік тізбектің кедергісінен соң бір учаскедегі барлық тізбектерді ажыратқан кездегідей аз мөлшерде өседі.

Әр фазаға басқаруды қолдану, режімдердің бөлек жағдайларындағы желі толық емес фазалық режімдерде жұмыс істейтініне әкеледі. Осы режімдердің ең жиі түрлерінде желінің қандай да бір учаскесінде сөндірілген бір фазамен жұмыс істейді. Басқа мысалдар ретінде екі учаскенің әрқайсысында бір фазаның өшуі (аттас немесе әр түрлі атаулы) немесе бір учаскеде екі фазаның өшуін келтіруге болады.

Тұрақтылық көзқарасынан екі тізбелік желінің әр учаскелерінде бөлек фазалардың бір уақытта өшуі бұл фазалар тек аттас емес, әртүрлі атаулары болғанда да жіберіледі. Желінің бір учаскесінде немесе әртүрлі учаскелерінде әр атаулы екі фазаны бір уақытта ажыратқан кезде тұрақтылық шарты бойынша желі жұмысының режімі желі учаскелерінің біреуіндегі тізбектің толық ажыратылған кезіндегі режіміне жақындайды. Сонымен, бөлек басқару кезінде бір уақытта екі ажырату үш фазалық басқару кезіндегі бір ажыратудан қарағанда көп жағдайда жеңіл болады. Желінің бір учаскесіндегі аттас екі фазаны бір уақытта ажырату электр берілістің жұмысын екі фазалық режімге әкеледі және тұрақтылықтың шарттары бойынша таратылатын қуаттың төмендеуін талап етеді. Осындай екі фазалық режімдерді болдырмау үшін бес фазалық режімге әкелетін желі сымының бір фазадан екінші фазаға автоматты ауысуын қолдануға болады.

Желінің фазаларымен бөлек басқарудан басқа кейбір артықшылықтарды, бойлық қарымталау қондырғысы конденсаторлар батареяларының фазасымен және көлденең қарымталау реакторларының фазасымен бөлек басқаруды әкелуі мүмкін.

Электр беріліс желісі жұмысының толымсыз фазалық режімінде маңызды кемшіліктері болады, және осындай режімдерді пайдалану әрдайым дәлелді болу қажет.

Желінің бөлек фазаларын немесе қарымталауыш құрылғыны өшіру токтар мен кернеулердің симметриялы еместігіне әкеледі.

Токтардың симметриялы еместігі бар сұлбаларды пайдалана отырып, желінің сенімді релелік қорғауды іске асыруға қиындатады. Релелік қорғаныс үшін ең үлкен қиындық қайталанатын толымсыз сөндірулер болып табылады. Желідегі нөлдік тізбектілік токтардың бар болғанда байланыстың статорларының орауытарымен ағып, роторлардың қосымша қызуын шақырады.

Желінің бөлек учаскелеріндегі нөлдік тізбектілік токтарының жіберілетін мәні байланыс желісіндегі электр беріліс желісінің әсерімен анықталады. Бекітілген нормаларды асырмайтын осы әсермен байланысты телефон желілерін қайта құруын талап етуі мүмкін.

Фазаларды бөлек басқарған кезде бөлек фазалардағы кернеуді арттыратын аппараттарды оқшаулау үшін жіберілетін шарттар бойынша, сондай-ақ қабылдайтын қосалқы станциялардың шиналарында симметриялы емес кернеудің электроэнергиясын тұтынушылары үшін жіберілетін шарттар бойынша толымсыз фазалық режімдердегі желі жұмысының мүмкіндігі тексерілу қажет.

Фазаларды бөлек басқарған кезде желінің бүлінген фазасын өшіргеннен кейін доға арқылы ағатын токтың жерге тұйықталуы маңызды болады. Доға кейбір жағдайларда, бүлінген фазаны өшірген кезде сыйымдылықтық токпен көректеніп сөнбеуі мүмкін.

Доға сөнгеннен кейін өшірілген сымда жерге салыстырмалы кейбір кернеулері болады, мысалы, желінің әр фаза бойы жөндеуді жүргізудің тәсілдері туралы мәселені шешу үшін талап етіледі.

Трансформаторларды немесе тарату желісінің фазаларын сөндірген кезде қысқа тұйықталған сияқты калыпты жұмыс уақытында асқын кернеулер пайда болуы мүмкін.

Жүйелер жұмысытың толымсыз фазалық режімдерін пайдаланатын көрсеткіштерін жақсартуға мүмкіндік береді. Кернеулердің және токтардың симметриялы еместігі көп жағдайларда жіберіледі. Бірақ кейбір кезде таратылатын қуаттың желісі бойынша төмендетуді немесе қосымша құрылғыларды қолдануды талап етеді. Толымсыз фазалық режімдерді қолдану кейбір қиыншылықтарды туғызады, электр берілісінің ұзын желелері жұмысының толымсыз режімдерін қолдануға релелік қорғанысты құрған кезде пайда болатын бөгеттер қиындық әкеледі.

Толымсыз фазалық режімдерді симметриялау үшін электр берілісі желісінің бойлық және көлденең қарымталау құрылғысының фазаларын бөлек басқару пайдалануы мүмкін. Бұл басқару қолмен іске асырылады. Толымсыз фазалық режімдерді іске асыру үшін арнайы әр симметриялайтын құрылғыны пайдалану ереже бойынша қажетсіз және тек бөлек жағдайларда жіберіледі.

Симметриялы емес режімдерді іске асыру жоғарыда аталған көрсеткіштер бойынша жүйе жұмысын жиі тексеруді талап етеді.

Көрсетілген тексеруді жүргізу үшін ең алдымен симметриялы емес режімдерді есептеуді үйреніп және жүйедегі кернеу мен токты, параметрлерді, яғни жүктеменің бөлек фазаларының қуатын, тарату элементтерінің кедергісін немесе бөлек фазалардағы трансформация кедергісі бірдей еместігін анықтауды білу қажет.

Белгілі токтар мен кернеулер бойынша белсенді Р және реактив Q қуаттарын, ЭҚҚ ығысатын бұрыштарын d, қозғалтқыштардың айналатын кезеңдерін М_вр және т.б. анықтауға, яғни симметриялы емес режімдегі жүйе жұмысының толық сипаттамасын алуға болады.

Симметриялы емес электр жүйелерінің жұмысын талдау үшін есептерін фазаға жүргізетін симметриялық құрастырушы әдістерін қолдану қалайлы болады.  

 

8 Аса жоғары кернеудің (АЖК) берілістерінің негізгі құралымдық есептері

          

АЖК әуе желілерінің негізгі ерекшеліктерінің бірі фазалардың сымының тарамдалуы болып табылады. Желінің әр фазасы бір - бірінен белгілі қашықтықта дұрыс көпбұрыштың төбесінде орналасқан бірнеше сымдардан тұратын арнайы құралым түрінде орындалады. Фазадағы сымдардың саны желінің кернеуінің класынан байланысты 2-ден 10-ға дейін және одан аса тербелісуі мүмкін. Мысалы, 330 кВ желіде әдетте фазадағы екі сым қолданылады, ал 1150 кВ желілер үшін 8-10 сымды пайдаланады.

АЖК желілерінде тарамдалған сымдарды пайдаланатын екі себепті атауға болады. Олардың бірі - улкен ток жүктемелері. Шынында табиғиға жақын қуатты таратқан кезде 500 кВ желілер үшін фазаның жұмыстық тоғы 1000-1200, ал 1150 кВ желілер үшін – 3000-3500 А құрайды. Бұл бірінші жағдайда 1100-1200 мм² және 4000 мм² екінші жағдайда  өте үлкен қимасы бар сымдарды қолдануды талап етеді. Үлкен қималы сымдар дайындағанда және жөндегенде қолайсыз. Сондықтан фазаның қажетті қосынды қимасын желінің арна жолына жеткізіп, жайлы және жөндеуге қолайлы аз қималы бірнеше сымдардан жиналады.

Екінші негізгі себебі, аса жоғары кернеу кезінде сымның айналасында үлкен кернеулі электр өрісі пайда болады. Бұл жалпы тәждің пайда болуына, яғни энергия мен қуат шығындарының, сондай-ақ желіні генерациялайтын радиобөгеуілдердің  қүрт өсуіне әкеледі.

Дара сымның бетінде тәж пайда болған кезде кВ/см өрістің кернеулігі мына өрнек бойынша анықталады:

                                                                                    (8.1)

мұнда m - сым бұдырлығының коэффициенті;

            d - әуенің салыстырмалы тығыздығы; 

            r_пр – сымның радиусы, см.

Сым бұдырлығының коэффициенті немесе тегіс емес коэффициенті жылтыратылған беті бар цилиндрлік сым үшін тең қабылданады. Оралған сымдар үшін әдетте m=0,82 қабылдайды.

Таза құрғақ сымдар үшін тәждің пайда болу кернеулігі 30 кВ/см-ге жақын. Осы мән ауа райынан байланысты жаңбырдың, тұманның тамшылары, қырау кристалдары сымға отырып, бұдырлық коэффициентін төмендетеді және жалпы тәж өрістің аса төменгі кернеулігінде пайда болуы мүмкін.

Тәждік разрядты шектейтін шарттан сымның бетіндегі жіберілетін ең үлкен кернеулігі әдетте 25-27 кВ/см-ге тең қабылданады.

Өрістің кернеулігін жіберілетін деңгейге дейін төмендету үшін сымның диаметрін үлкейту қажет. Осы мақсатпен қуыс сымдарды, АСР маркасының (АСР 300 – АСР 1000) қаңқалы шиыршықты кеңейтілген сымдарды қолданады. Бірақ АЖК желілерінің құрылысы үшін тарамдалған сымдар ең үлкен қолданыс тапты.

Егер фазаның құралымына кіретін сымдарды дұрыс көпбұрыштың төбесіне орналастырсақ, онда осында құрылым өзінің электрлік сипаттамасы бойынша үлкен радиустың дара сымына баламалы болады. Егер осы дұрыс көпбұрышты соның төбесі арқылы өтетін шеңбердің радиусымен R_р сипаттасақ, онда өзінің сипаттамасы бойынша тарамдалған фазаға баламалы дара сымның радиусы былай анықталады

                                                                                            (8.2)

мұнда R_р – тарамдалудың радиусы;

            r_пр – дара сымның радиусы;

            n – фазадағы сымдардың саны.

Фазаның рационал құрылмасын, сымдардың санын және солардың арасындағы қашықтықты таңдау арнайы есептемелер арқылы жұмыс істейді, соның мақсаты тәждің шығындары бойынша және түрлі-түсті металдың шығындарын бір мезгілде төмендету шарты бойынша өрістің жіберілетін кернеулігін қамтамасыз ету болып табылады.

Жобалау  тәжірибесінің   негізінде  330  кВ  желі  үшін  фазада  екі  сым,

500 кВ-та – үш сым, 750 кВ – төрт сым пайдаланылады, 1150 кВ желі үшін сегіз сымды құрылма қабылданған.

         Фазаның құралымын таңдаған кезде,  әдетте фазалардың қос қимасының ауқымын қарастырады. Осы ауқымның төменгі шекарасы механикалық беріктікпен және тәждену шарттарымен анықталады. Механикалық беріктік шарты бойынша АЖК желілерінде 240 мм² кем қимасы бар сымдарды пайдалануға болмайды. Сондықтан фаза сымдарының жалпы қимасы 330 кВ желі үшін 500, 500 кВ – 900, 750 кВ – 1200, 1150 кВ – 2400 мм² шамасын құрайды.

         Ауқымның жоғарғы шекарасы таратылатын қуаттың мәнімен анықталады. Сонымен фаза сымдарының ең үлкен қос қимасы 750 кВ желі үшін 2400 мм², 1150 кВ – 4000 мм² –ге жетуі мүмкін.

         Желінің номинал кернеуі өсуі мен токтың экономикалық тығыздығы бойынша талап ететін сымдардың қимасы, тәжге деген шығыны бойынша және радиобөгеуілдердің деңгейімен анықталатын қимасы арасындағы сәйкессіздік пайда болады. Жобалардың тәжірибелік негіздемесінде анықталған АЖК желілері үшін токтың орта тығыздығы  0,5 А/мм² шамасын құрайды. Сондықтан токтың экономикалық тығыздығы деген түсінік қазіргі жағдайда мүлдем қолайсыз.

АЖК желілері үшін сымдардың қимасы, саны және олардың арасындағы қашықтық фаза құралымының бірнеше нұсқаларын салыстырудың техникалық-экономикалық негіздемесінде анықталады.  Сонымен бірқатар факторларын -  желінің өткізу қабілеттілігін, оның реактивті кедергісін төмендетіп арттыру және желінің экологиялық әсері және т.б. есепке алынады. Мысалы, сымдар саны көбейген кезде фазаның сыйымдылығы өседі, ол сымдар астындағы өрістің кернеулігін арттыруға әкеледі. Бұл тіректердің биіктігін үлкейтуді қажет етеді, ол желінің экономикалық көрсеткіштерінде білінеді.

АЖК желілерінің ерекшелігі үлкен оқшауламалық қашықтықтар және оқшаулатқыштар тіркесінің үлкен ұзындығы болып табылады. АЖК желілері үшін оқшаулатқыштар тіркесінің ұзындығы тек жұмыстық кернеудің әсерімен анықталады. 35-110 кВ желілерге қарағанда коммутациялық асқын кернеулер бұл жерде есептелмейді. Тіркестегі элементтер саны бір оқшаулатқыштың жылыстау жолының ұзындығынан ең үлкен кернеудің қатынасымен анықталады. Жылыстау жолының ұзындығы оқшаулатқыштың түрімен анықталады, ал жылыстау жолының меншікті ұзындығы 1,3-3,5 см/кВ шектерінде жатады және атмосфераның ластануынан байланысты болады. Қорытындысында демеп ұстайтын тіркестегі оқшаулатқыштар саны 500 кВ желі үшін 24-25, 750-40-45 дананы құрайды. Атмосферасы ластанған аудандар үшін бұл сан 60-тан 70 дейінгі дана аралығында өсуі мүмкін.

Оқшаулатқыштардың үлкен саны тіркестің үлкен ұзындығын (8-10 м дейін) анықтайды, ол өзінің кедергі мен жел жүктемелерінің әсер етуінен сымдардың ауытқуының  амплитудаларын өсіруге әкеледі. Осының бәрі қорытындысында тіректің биіктігін, фазалар арасындағы қашықтықты өсіреді және желіге үлкен қаржы жұмсалады.

Қазіргі уақытта АЖК желілері үшін тіректерді болаттан немесе темір бетоннан даярлайды және әртүрлі құрылымдық шешімдердің үлкен саны бар. Тіректің түрі желі құрылған нақты шарттармен анықталады. 330 – 750 кВ желілер үшін ТМД елдерінде типтік теріктер құрастырылған, олардың құралымын қалыптасқан деп есептеуге болады. 1150 кВ желі үшін  нақты жағдайлар үшін жобаланған тіректер бар, олардың  типі әлі қалыптаспаған.

АЖК желілерінде қолданатын тіректерді, құрылмалы орындалуы бойынша үш топқа – жалғыз қадалы немесе мұнаралы, екі қадалы және көп қадалы тіректерге бөлінуі мүмкін. Іргетасқа бекітілу типі бойынша оларды бос тұратын және тіктеуіш кермедегі тіректерге бөлуге болады. 500 кВ және одан да жоғары желілерде тіктеуіш кермедегі тіректер үнемді болып табылады және тіректің осы түрі негізгі болып пайдаланылады.

330 кВ желілер біртізбекті және екітізбекті тіректерде орнатылуы мүмкін. Бірінші жағдайда, әдетте темірбетон тіректер, екінші жағдайда – бос тұратын болат тіректер пайдаланылады.  500 кВ және одан жоғарғы желілерде көлденең орналасқан сымдармен біртізбекті тіректер ғана  пайдаланылады.

500 кВ типтік аралық тірек 27 траверс биіктік  және 12 м фаза арасындағы қашықтықты тіктеуіш кермедегі портты тіректер болып табылады.

750 кВ желілер үшін тіктеуіш кермедегі портты тіректер сияқты, сондай-ақ тарамдалған тіктеуіш кермелері бар V – тәрізді (“набла” типті) тіректер пайдаланылады. Портты тірек үшін траверстің биіктігі 35-ке тең, ал фазалар арасындағы қашықтық 18 м-ге тең болады.

1150 кВ желілер үшін тіректердің түрі жоғарыда айтылғандай әлі белгіленбеген. Осындай желілер үшін тіректердің бірқатар құрылымы құрастырылған, портты, ванттық траверсті V  тәрізді оларды әртүрлі жағдайларда пайдалануға болады. Тіктеуіш кермелердегі V  тәрізді тіректер үшін тарверс биіктігі 40, ал фазалар арасындағы қашықтық 24 м құрайды. Жоғарыда келтірілген цифрлар бағдарлық болып табылады және тіректердің габариттері туралы жалпы ұғымды беруге ғана арналады. Олар нақты жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін.

АЖК желілердің негізгі ерекшеліктерінің бірі олардың қоршаған ортаға жоғары әсер етуі болып табылады. Бұл әсер көп бағыттар бойынша көрінеді. Оларға тіректерді орнату үшін жерді алу және қосалқы станцияларды, сымдарды тәждеген кезде пайда болатын аккустикалық шуылдарды, қоршаған ландшафтқа әсер ететін радиобөгеуілдерді, және ақыр аяғында жер бетіндегі желінің сымдары астындағы электр өрісінің жоғары кернеулігін құруын жатқызуға болады.

Желінің сымдары астындағы электр өрісі осы аймақта болатын тірі жанға зиян, бірқатар жағдайларда метал заттарға жоғарғы потенциялдар әкеледі, олар адам және жануарларға қауіпті болады. Желі кернеуінің класына, сымдар асылғыларының биіктігіне және басқа факторлардан байланысты өрістің кернеулігі  5-тен 25 кВ/м-ге дейін тербелуі мүмкін.  Соңғы жағдайда желі аймағында қысқа уақытта болатын адамдарға, олардың денсаулығына зиян болады және биологиялық қорғаныс шараларын қабылдауға мәжбүр етеді.

Қоршаған ортаға АЖК желілерінің әсерін төмендету тіректің биіктігін өсіруге, қорғаныс экрандарын құруға және т.б. шақырылатын қосымша капитал салымға байланысты және  АЖК желілерінің негізгі ерекшеліктерінің арасында  олардың жоғарылатылған сенімділігін айта кетуге болады. Осы талаптар осындай желілер бойынша үлкен қуаттар (5000 – 6000 МВт дейін)  таратылатынын түсіндіруге болады және олардың істен шығуы жүйе үшін үлкен салдар туғызуы мүмкін.  Сенімділікті арттыру құралымдық шаралар сызықтық оқшауламаны күшейту, тіректердің және іргетастардың беріктігін жоғарылату, сондай-ақ тарату тізбектерін өсіру жолымен жеткізіледі.

Сенімділік деңгейін арттыру таратудың құрылыстарына қаржы шығындарын өсіру есебімен жеткізіледі және осындай деңгейлердің оптималдық мәндерінің анықтамасы бойынша үлкен жұмысты талап етеді.

 

9 Электр энергия шығынының негізгі түсініктемесі, түрлері және құрылымы

        

Электр желілеріндегі электр шығынын талдауды ыңғайландыру үшін оны мынадай түрлерге бөледі:

- электр жүйесінің өңтайлы режімдегі жумысы жағдайындағы техникалық қажетті электр шығыны;

-         өңтайлы технологиялық шығыны;

-         режімнің өңтайлыдан ауытқыған жағдайдағы қосалқы технологиялық шығыны.

Энергия шығынының сандық талдауы төменде келтрілген негізгі әсер етуші факторларға байланысты орындалады:

               -    электр берілісі желісінің жүктемесі;

-         қуаттың алмасу ағыны;

-         реактивті қуат ағынын қарымталау дәрежесі;

-         режімнің өңтайлылыққа жақындау дәрежесі;

-         торап режімін жүргізуді автоматтандыру дәрежесі.

Нақты (есепті) шығын W_о.с электростанциясы шинасынан торапқа жіберілген электр энергиясы мен  W_п.о тұтынушы төлеген және W_п.н энергия жүйесінің өндірістік қажеттілігіне жұмсалатын электр энергия қосындысы арасындағы айырмашылығы ретінде анықталады

                             D W= W_о.с-( W_п.о+ W_п.н)                                                  (9.1)

Бұдан D W-қа тек қана тораптардың техникалық жағдайын және жұмыс режімін сипаттаушы техникалық шығындар ғана емес, басқа да шығынды құраушылардың дұрыс анықталмауына негізделген айырма бөлігін де қамтитыны көрінеді. Бұл бөлікті белгілеу үшін «коммерциялық шығын» термині қолданылады.

 D W_т  техникалық шығынның шын мәні тек есеппен анықталады. Белгілі техникалық шығын жағдайында коммерциялық шығынның шын мәні мына формуламен анықталады

                             D W_к= D W  - D W_т.                                                        (9.2)

D W_т.о экономикалық негізделген (оңтайлы) техникалық шығындар олардың D W_т  шын  мәні  мен  барлық шараларды енгізу    арқылы жасалатын

dW_о шығынды азайту арасындағы айырма болып табылады. Бұдан жумсалатын шығын орны 8,3 жылдан аз мерзімде толтырады

                           D W_т.о=D W_т  - dW_о.                                                        (9.3)

D W_т.оөңтайлы шығындар бір рет анықталатын және мақсат ретінде қолданатын тұрақты өлшем емес, сол себептен оңтайлы шығынның әрқайсысы өзіндік есептің мерзіміне сәйкес келетін мәндер қатары түрінде беріледі. Бұл қатар жүктеме мен көрініс сұлбасы жөніндегі мәліметтерді анықтау бойынша реттеледі.

Энергия шығыны тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.

Тұрақты шығын –  торап элементі жүктемесінің өзгеруі кезінде аз ғана өзгеретін шығын. Бұған көңіл аудармауға да болады.

Айнымалы шығын элемент жүктемесіне байланысты болатын шығынның бөлігі. Бұл жағдайда шығын кернеу деңгейі бойынша таратылады (2 кесте).

 

2 кесте

Кернеу табалдырығы, кВ	Айнымалы шығындар, %	Тұрақты шығындар, %	Қосынды шығындар, %
1150-500	40-50	50-60	2-3
220-110	50-70	30-40	3-4
Барлығы	40-50	50-60	6-7

 

Энергия шығынын талдау мақсаты жоғары техникалық шығыны бар нақты элементтерін және орындарын анықтау болып табылады.

Энергия шығынын талдау әртүрлі көрсеткіштердің шын мәніндегі динамикасын заңды динамикамен салыстыру деген сөз.

Жүйе аралық ағындарға байланысты болатын шығынның болуы энергия шығынын талдауды оңайлатады. Талдаудың негізгі түрі әрбір электр станция, аудан және бүкіл электр жүйе бойынша энергия балансын құру болып табылады.

 

9.1 Электр энергиясының техникалық шығыны

 

Техникалық шығын мыналардан құралды:

- желідегі, күштік трансформаторлардағы және D W_н автотрансформатордағы жүктемелік шығын;

- автотрансформатор мен трансформаторлардағы бос жүріс шығыны;

- әуе желісіндегі тәжде болатын шығын;

- электр станцияның өз қажетіне кететін шығын;

- қарымталаушы құрылғылардағы электр энергия шығыны;

-         статикалық конденсатор батареясы, генераторының синхронды қарымталауышындағы және статикалық  тиристорлық қарымталауыштағы шығын;

-         қосалқы станция реакторындағы шығын;

-         екінші мақсаттағы ток пен кернеудің өлшеуіш трансформаторларындағы шығын (электр энергиясын өлшеуішті қоса).

 

3 кесте - Техникалық шығын құрылымы

Техникалық шығындар
Жүктемелік	Бос жүріс	Климаттық	Өзіндік қажеттілік
Желі, трансформатор, реактордағы, ИК, ВЧЗ	Трансформатордағы, қарымталауыш құрылғыдағы, кабель желісіндегі, оқшаулау	Тәжге, жылыстау тоғынан, оқшаулауыш бойымен	Қосалқы станциядағы қондыррыларға

 

Шығын құрылымына сәйкес жүктемелік шығынға желідегі және күштік трансформаторлардағы шығыннан басқа токты өлшеуіш трансформаторлардағы жоғары жиілікті бөгеуіш (ВЗ) пен байланыс және ток шектеуші реакторлардағы болатын шығындар жатады. Бұл барлық элементтер желінің жарылуына (бөлінуіне) қосылады, сондықтан бұлардағы шығын солар арқылы өтетін қуатқа байланысты болады. Бұл элементтердегі шығын жалпы шығынның қосынды мәндегі есебін естен шығаруға жол бермейді.

 

9.2 Тәжге кететін электр энергия шығынын бағалау

 

Әр желіге арналған тәжге кететін меншікті шығын көлемі ай сайын мына негіздерге сүйеніп анықталады:

- “Электр энергияның технологиялық шығынын талдау мен есептеу бойынша нұсқау”, “И 34-70-030-87”;

- желі соңындағы есептер көрсеткіштерінің әртүрлілігі бойынша есептелген толық шығыны негізінде анықталған тәжге кететін шығынды талдау;

- өткен жылдағы тәжге кететін шығының ретроспективалық талдауы.

“И 34-70-030-87 ” нұсқауы бойынша 220 кВ және одан жоғары желідегі тәжге кететін шығын табиғат жағдайы мен шығын бойынша анықталады

                                          D W_кор=SDRki^*li^*ti,                                                    (9.4)

мұндағы i – табиғат жағдайы индексі;

                          li – желі ұзындығы;

                          ti – табиғаттың i –түріндегі ұзақтығы.

“И 34-70-030-87 ” нұсқауы осы нұсқаудағы кестеде келтірілген табиғаттың төрт түрі үшін әртүрлі кластағы кернеулі желілерге арналған тәжге кететін құаттың меншікті шығынын пайдалануға жол береді. Есептеуге кестедегі меншікті тәждің мәнін қолдану тәжге кететін шығынды нақты анықтауға үнемі мүмкіндік бере бермейді. Оның себебі:

а) кестеде меншікті шығынның айқын берілген ауа райының төрт түріне арналғаны келтірілген. Алайда, нақты табиғат жағдайларының спектрі едәуір үлкен;

б) болған жағдайда аймақтағы ауа райы туралы мәліметтер алу республикада оңай емес. Әртүрлі климаттық зонадан өтетін 220-500 кВ желі трассалары бойынша метеорологиялық бақылау жоқ;

в) ауа райының өзгеруі барлық желі ұзындығы бойынша бір мезгілде болмайды. Бұл тәжді меншікті шығынды желі ұзындығы мен берілген ауа райы түрінің ұзақтығына қарапайым көбейту арқылы жеткілікті түрде нақты анықтамайды.

Кестеде келтрілген 220 кВ тораптағы тәжге кететін меншікті шығындардың 500 кВ тораптағы меншікті шығыннан аса айырмашылығы жоқ. “Басқарушы нұсқау...”  әдістемесі бойынша жасалған есептеулер 220 кВ тораптағы тәжге кететін меншікті шығын 500 кВ тораптағы сондай шығыннан 5-7 рет төмен болатынын көрсетеді.

Тәждік разряд немесе қарапайым тәж дегеніміз электр берілісінің ауа желілері сымдарының бетінде немесе жұмыстық кернеудің әрекетіндегі аз радиусты қисықты әр электродтарының бетінде жекелеп пайда болатын газды немесе ауа ортасындағы электр разрядтары түрлерінің бірі болып табылады. Сымдар арасындағы үлкен қашықтықтағы және электр өрісінің орта кернеулігінің аздаған шамасындағы тәждік разряд аралықты жатпайды және ұзағымен болуы мүмкін.

Тәждің пайда болуы электр өрісінің күрт бірқалыпсыздығы туралы және бетінде сындық Е_сын  деп аталатын көлемдік және беттік ионизация процесі пайда болу үшін жеткілікті электр өрісінің кернеулігінің тәжделетін электроды бар болғаны туралы мәлімдейді.

Тәждің пайда болуы оның әрекет ететін аумағындағы электр өрісін деңгейлестіруге әкеледі.

Көп жағдайларда тәжді зиянды құбылыс ретінде қарастырады, яғни ол белсенді қуаттың Р_кор және энергияның қосымша шығындарына әкеледі.

Содан басқа, тәж радио бөгеуілдерді құрайды және органикалық түптің оқшаулауына зиянды болады.

Тәждің оңды ролі - найзағайлық асқын кернеулер пайда болған кезде электромагниттік толқындардың амплитудасын және тіктігін төмендетеді.

Электр берілісінің желілері үшін тәжге деген қуат шығындарының ең таратылған есептері болып табылады.

Сонда ретімен анықталады:

а) жалпы тәждің пайда болуына сәйкес келетін электр өрісінің сындық және бастапқы кернеулігі;

б) желінің жұмыстық кернеуінің әсерінен пайда болатын электр өрісінің кернеулігі;

в) тәжге деген белсенді қуаттың орта жылдық шығындары, оның есептемелері аналитикалық байланыстар бойынша немесе жүргізілген өлшеулердің негізінде алынған ауа райының әр элементі үшін жалпыланған сипаттамаларды пайдаланып жүргізеді.

Жалпыланған сипаттамалар бойынша есептеме. Тәждің пайда болуына сәйкес болатын электр өрісінің бастапқы кернеулігі температураның, ауаның қысымына және сымның бетіндегі жағдайға байланысты мынадай талдаулы тәуелділікпен анықталады

                       кв макс/см,                                            (9.5)                     

мұнда r – сымның радиуысы, см;

                       - ауаның салыстырмалы тығыздығы;

           р – атмосфералық қысым, мм рт,ст.;

           t⁰ – температура, ⁰С;

m – оралған сымдар үшін 0,82 тең болатын тегіссіздік  коэффициенті.

         d=1 кезде АС-240, АС-300 және АС-400 марканың сымдары үшін электр өрісінің бастапқы кернеулігі 31,9, 31,6 және 31,1 кв макс/см сәйкес тең болады. 

         Желінің дара сымдарының қасындағы электр өрісінің жұмыстық кернеулігі мынадай тәуелділікпен анықталады

                              [кв макс/см],                              (9.6)

                                                                                             

         мұнда U – сызықтық кернеудің әрекет ететін мәні, кв;

  C_n – қарастырылатын фазаның жұмыстық сыйымдылығы, пф/м.

Берілген жер үшін ауаның орта жылдық тығыздығының мәнін пайдалана отырып және сымның электр өрісінің бастапқы кернеулігін анықтап, төмендегі тәуелдіктен алынған желі сымдарының жұмыстық кернеулігінің орта мәнімен салыстыруға болады

E_{орта max} £ 0,5E_0d кезде тәжге деген шығындардың есебін жүргізбеуге болады.

E_{орта max} ³ 0,9E_0d кезде тәж шығындары өте жоғары болады.

Тәж шығындары есебін жүргізудің қажеттігін анықтап, әртүрлі ауа райы (ашық күн, қар, жаңбыр, қырау) үшін қуат шығындарының жалпыланған сипаттамаларымен пайдалануға болады. Көрсетілген сипаттамалар графикалы функционалдық тәуелділікті анықтайды

                                   

мұнда n – тарамдалған желі фазасындағы сымдар саны;

 r – сым радиусы.

Үшфаздық желінің тәжіне қуаттың орта жылдық шығындары барлық ауа райы кезіндегі шығындар бойынша шығындардың қосындысымен төмендегі формула бойынша анықталады

    квт/км,              (9.7)                                                                                                                          

 

мұнда F_x, F_д, F_с, F_из – жаңбыр, қар және қырау кезінде, жақсы ауа райында тәж шығындарының жалпыланған тәуелділіктері.

 Сымдардың горизонтал орналасқан желісінде Е₁ = Е₃. Салыстырмалы есептемелерде ауа райын күн ашық дегенге бөлуге болады, өйткені жылындағы сағаттар санынан орта жолақ үшін 80% (7000 с) және жаңбыр үшін 20%  (1 760 с) құрайды. Бұл жағдайда есептік өрнек едәуір ықшамдалады:

                            (9.8)

 

9.3 Талдамдық тәуелділіктер бойынша тәжге деген белсенді қуат шығындарының есептемесі

 

Электр берілісінің 110 және 220 кВ желілері үшін электр қондырғысы құрылғысының ережелеріне (ЭҚЕ) сәйкес АС-50 және АС-240 кем емес қимасы бар сымдарды пайдалана отырып, тәж жойылады, сондықтан тәж шығындарын таулы аудандарда ғана көрсетілген қималар үшін есептелінеді, ал қалыпты аудандар үшін – 330 кВ бастап және одан әрі есептелінеді. Тәж шығындары сымның өзіндегі белсенді шығындарынан 2-5% аспау қажет. 500 кВ кернеулі электр берілісінің желілеріндегі шығындар жаңбырлы кезде 50-100 квт/км, тайғақта 10-15 квт/км, күн ашық жағдайларда 0,1-0,5 квт/км жетуі мүмкін.

Мысалы ретінде белгілі Пик формуласын қарастырайық.

Шығындар, сымдары симметриялы орналасқан 1 км ұзындықты үшфазалы желінің бір сымына жатады, ал кернеу әрекет ететін фаздық қабылданған:

                                                          (9.9)                                                          

мұнда f – айнымалы ток жиілігі, гц;

          d - ауаның салыстырмалы тығыздығы;

           r – сым радиусы, см;

          D – сымдар арасындағы қашықтық, см;

          U₀ – сындық деп аталатын және төмендегі тәуелділікпен анықталатын шарттық кернеу

                        

немесе         кв действ.,                                                 (9.10)

мұнда m₁ = (0,98-0,83) – сымның тегіссіздік коэффициенті;

           m₂ = 0,8 – жауын-шашынды ауа райының коэффициенті.

         Сындық сызықтық кернеуі төмендегі өрнектен алынуы мүмкін

                                          кв действ.                                      (9.11) 

         Тәж шығындары  сындық сызықтық немесе фазды кернеуге сәйкес болатын желінің сызықтық немесе фазды кернеулеріне тең болған кезде түседі және сындықтың әрекет ететін кернеуі өскен кезде ұлғаяды.

         Горизонтал жазықтықта сымдар орналасқан кезде шеткі сымдардағы тәж, үлкен 6% кернеу кезде, ал (9.10) және (9.11) тәуелділіктер бойынша анықталатын 4% орта сындық  сымда пайда болады.

         50 гц айнымалы ток жиілігіндегі барлық үш сымдағы тәж шығындары мына өрнекпен анықталады

                                           [квт/км]                                        (9.12)                                                                                                       

         мұнда U және U₀' – сәйкес болатын сызықтық және сындық кернеулер.

         Сонымен тәжге деген желі сымдарының есептемесі сындық кернеудің анықтамасына және қатынастан алынған тәждің жоқ немесе бар болуының орнықтылығына сәйкес келеді:

         U < U₀' кезде тәж шығындары болмайды;

         U > U₀' кезде шығындардың орны болады.

Осыдан кейін (9.12) формула бойынша тәж шығындары шамасының есептемесі жүргізіледі.

Тәж шығындарын төмендетудің тиімді шарасы әр фазада сымдардың екі, үш және төрт тарамдалған сымдарын пайдалану болып табылады.

Тарамдалған сымның эквиваленттік радиусы мына формуладан аламыз 

                            [см],                                                         (9.13)  

мұнда r₀ – дара сымның радиуысы;

 n – тарамдалған фазадағы сымдар саны;

 a – тарамдалған фазадағы сымдар арасындағы қашықтық, см.

Цилиндрлер арасында тұрақты тәж пайда болатын электр өрісінің кернеулігін есептеу үшін мына тәуелділікті қолданады

                               кв макс./см.                                         (9.14)

Электр өрісінің сындық кернеулігі болатын ішкі цилиндрдің бетіндегі сындық кернеудің есептемесі мына формула бойынша жүргізіледі

                                    [кв макс.],                                               (9.15)

мұнда R, r – ішкі және тыс цилиндрлердің сәйкес радиустері.

 

1 есеп. Егер 0,48 см радиусты АС-50 сым, желісінің ұзындығы 100 км сымдар, солардың арасындағы қашықтығы 500 см үшбұрыш орналасқан болса, 154 кВ кернеуі кезіндегі электр берілісінің желісі үшін тәждің белсенді қуат шығындарын анықтау қажет. Ауа температурасы 0⁰, қысымы 710 мм рт.ст., тегіссіздік коэффициенті 0,85, ауа райы ашық.

Шешімі. Тәжге деген атмосфералық жағдайдың әсерін ауаның салыстырмалы тығыздығының шамасы арқылы есептейік:

(9.10) формуланы пайдалана отырып, сындық фазды кернеуді анықтайық

 кв действ.

Желінің әрекет ететін фаздық жұмыстық кернеуі

                             квдейств.

Өткелі жұмыстық кернеу сындық кернеуден көп болса, онда тәждің  орны болады.

Желінің 1 км сымының қуат шығынын есептеу үшін Пик формуласын (9.9) пайдаланайық

Барлық үш сымың қуатының шығындары

Желінің берілген барлық ұзындығындағы құат шығындары

Ескерту. Табылған шығындар шамасы АС-50 сымды берілген желіге қолдану жіберілмейтінің көрсетеді.

2 есеп. Үлгілік ретінде диэлектрикалық шығындарды өлшеу үшін көпірдің сұлбасында сыртқы 60 см және ішкі 22 см диаметрлі цилиндрлік ауалық конденсатор пайдаланылған. Ауаның салыстырмалы тығыздығы қалыпты. Жұмыстық кернеу 10 кв. Тәждің есебімен, егер тәж пайда болғанда, өзгеретін сыйымдылығы жіберілмейтін болса, берілген конденсатордың жарамдылығын анықтау қажет. 

Шешімі. (9.14) тәуелділікке сәйкес электрлік өрістің сындық кернеулігін анықтайық

(9.15) тәуелділіктен сындық кернеуді табайық

Конденсатор жарамды, өйткені сындық кернеу жұмыс істейтін кернеуден көп және тәж жоқ.

3 есеп. 115 кВ сызықтық кернеулі үшфазды токтың электр берілісінің әуелік желісі үшін 10,6 мм есептік диаметрлі М-70 сымдары қолданылады. Сымдар тең қабырғалы үшбұрышпен арасы 400 см қашықтықпен орналасқан. Тегіссіздік коэффициенті 0,85,  ауаның салыстырмалы тығыздығы 1, ток жиілігі 50 Гц. Ашық ауа райының шығындарымен салыстырып, жауын шашынды ауа райы (ауа райының коэффициенті 0,80) кезіндегі желідегі тәжге деген қуат шығындары қанша есе өсетінін анықтайық.

Шешімі. Есептеу үшін (9.12) тәуелділігін қолданайық: m₂=1 үшін

                         m₂=0,8 үшін

 

Шығындардың салыстырмалы өсуі мына қатынастан анықталады

мұнда U=115 кв действ;

           U^/₀ және U₀ - ашық және жауын - шашынды  ауа райы үшін (9.11) тәуелділікпен анықталатын сындық кернеу

 

10 Түйіспелік желі теориясы

        

ӘЖ  сым жұмысын талдау негізінде олардың табиғи режімі ауысады (табиғи қуат беру режімі). Бұл жағдайда I_н фазадағы ток пен фаза ұзындығы бірлігіне берілетін заряд 

                                            I_н=qu_В                                                            (10.1)

қатынасы бойынша  байланысты.

Мұндағы,  u_В  - 13×10⁸ м/с жарық жылдамдығына жақын желі бойы электромагнит  толқынының жылдамдығы. С желісі үшін (бірлік) жалғыз сым арқылы

                                          q=2pe₀r₀E=П₀e₀E=CU_ф.н,                                     (10.2)

мұндағы Е – сым бетіндегі өріс кернеулігі;

                      r₀ – сымның сыртқы радиусы;

                     e₀ - вакуумның диэлектрлік өтімділігі;

                     П₀=2pr₀ – ұзындық бірлігіндегі сым бетінің ауданы;

                     С – фазаның жұмыс сыйымдылығы;

                     U_ф.н – жерге қатысты номинал кернеу.

      Сымдағы заряд оның бетімен және  сонда болатын кернеулілікпен шектеледі E£E_доп тәжілік разрядтың шектелу шартымен анықталады және сым радиусы функциясы болып табылады.

          Жалғыз сымдық желідегі натурал ток

                                 I_н=2pe₀u_вr₀E=e₀u_вП₀E=u_вСU_ф.н=U_ф.н/Z_в                          (10.3)

сым бетіне пропорционал ұлғаятын заряды (оның радусы бойынша) E_доп рұқсат етілетін өлшемге өріс кернеулілігі неғурлым жақсы пайдаланылады. Сонымен, желі натурал тогы толықтай П₀ сым бетімен  және  өріс кернеулілігімен анықталады.

          c₃=const жағдайдағы жалғыз сымды жару оның радиусының квадратына пропорционал көбейеді.

      Соңдықтан натурал ток болған кезде ток тығыздығы

                                                           (10.4)

сым радиусына кері пропорционал өзгереді.

      Нақты үшфазалы желіде үш фазаның жұмыс сыйымдылығы бірдей емес. Ол көршілес жатқан сымға және жер бетіне қатысты көрінетін сымға дейінгі орта геометриялық қашықтығы бірдей болмауынан болады. Сондықтан орта заряд (10.2) –ге сәйкес

                                                                                         (10.5)

          мұнда С – желінің орта жұмыстық сыйымдылығы;

            Е_макс – үш фазалы сымдарындағы ең үлкен кернеулігі;

 

                                                                                          (10.6)

мұнда k_н.1 – зарядты, желінің фазалары бойынша таратудың   бірқалыпсыздық коэффициенті;

                         q_i – i-фазадағы ең үлкен заряд.

Фазалардың жұмыстық сыйымдылығының айырмашылығы қалай болғанда да k_н.1 көп болса, зарадты сымдар бойынша таратудың бірқалыпсыздық коэффициенті көп болады.

Сымдарды тарамдаған кезде максималды кернеуліктің, тарамдалған сымдардың құраушылары бойынша зарядты таратудың бірқалыпсыздығы үшін, сондай-ақ әр құраушының (k_н.3 коэффициентімен есептеледі) бетіндегі (k_н.2) өрістің кернеулігін таратудың бірқалыпсыздығы үшін орта кернеулігінен айырмашылығы едәуір көп болады. Орта және максималды кернеуліктің айырмашылығының көбеюі көршілес сымдар мен жердің зарядтары әсерінің, сондай-ақ фазаның көршілес құраушыларының зарядтары әсерінің салдары болып табылады. Шеңбер бойынша үш фазаның сымдары бірқалыпты орналасқан кезде r_б3 коэффициенті мына формула бойынша (10.5) есептелуі мүмкін.

Бірқалыпсыздықтың қорытынды коэффициенті k_н. = k_н.1 k_н.2 k_н.3   мына формула бойынша есептеледі

                                                                                           (10.7)

 

мұнда j – барлық үш фазалы құрушыларының реттік нөмірі;  

          qj – j құраушысындағы ең үлкен заряды.

Сонымен бірқалыпсыздық коэффициент сымдардағы зарядты азайтудың дәрежесін сипаттайды.

k_н.  коэффициентін есептей отырып, тарамдалған фазадағы орта зарядты, фазадағы орта табиғи токты және токтың орта тығыздылығын мына формулаларға сүйеніп анықтауға болады:

                                                                              (10.8)

                                                                            (10.9) 

                                                                                  (10.10)

мұнда П= П₀ n.

(10.3), (10.6), (10.9) және (10.10) өрнектерді салыстырып, сымдарды тарамдаған кезде, фазадағы құраушыларының саны өскенде және токтың тығыздығы өзгермегенде желідегі ток көп есе асетінін көреміз.

Табиғи ток зарядының және оның тығыздығының шектік шамалары Е_макс = Е_қос кезде жетеді

                                                                                     (10.11)

                                                                                    (10.12)

                                                                                                (10.13)

Токтың заряды мен күші шектік мәнге жақын болса, ЖЖ сымдарының беті дұрыс қолданылады. Осыған байланысты есептемелер үшін ЖЖ сымдарын пайдаланудың тиімділік коэффициентін енгізу орынды болады

                                                                                                    (10.14)

мұнда k_н.  (10.7) өрнекпен анықталады.

Сымдардың бетін дұрыс пайдалану үшін мүмкін болатын ең үлкен шамаға k_орын екпінделу қажет.

(10.4) есептей отырып, (10.8) – (10.10) өрнектерінің мынандай түрі болады

                                                                                     (10.15)

                                                              (10.16)

                                                                                       (10.17)

Алынған  (10.14), (10.16) қатынастар, сымдар беттерінің параметрлері арқылы желінің табиғи қуатын табуға мүмкіндік береді

 

                             (10.18)

 

                                                                                   

(10.18)–ден табиғи қуат, желінің төрт параметрлерімен: сымның ұзындығы бірлігінің бетімен, номинал кернеуімен, өрістің жіберілетін кернеулігімен және сымның бетін пайдалану коэффициентімен анықталады. r_орын жоғары болса, сымның бетінің дамуы бойынша және желінің номинал кернеуінің артуы бойынша шаралар тиімдірек болады.

Сымдардың бетін тиімді пайдалану үшін қажетті құраушылар арасындағы қашықтықтың, желінің басқа параметрлері және фазадағы құраушыларының санынан тәуелділігі былай есептелінуі мүмкін:

                                                       (10.19)                                              

D_ср.г, U_ф.н, r₀ , k_исп өзгермейтін шамалары кезінде фазадағы құраушылар санының көбеюі тарамдау радиусының тез өсуінің қажеттілігін және құраушылар арасындағы қашықтықты анықтайды. D_ср.г азайған кезде қажетті r_р шама азаяды, сондай-ақ ол желінің номинал кернеуі көбейгенде, тез азаяды. Желіні жинақтап орындаған кезде ӘЖ жоғарылатылған өткізу қабілеттілігі шеңберлі цилиндрлік беттері бойынша сымдарды орналастырғанда кең шектерде іске асырылады.

Таратылатын қуаттың табиғи  қатынасы

                                         (10.20)

                                                                                                      

Яғни  қатынасы сымдардың белсенді қимасының солардың бетіндегі ауданына сымның ұзындығының бірлігіне F/П=F₀/П₀ қатынасымен немесе FJ=I электронды газ ағынының ПЕ_макс/ k_к сым ұзындығының бірлігіне электр өрісінің кернеулігінің векторы ағынына қатынасымен анықталады.

ЖЖ бойынша энергияны үнемді тарату үшін оның қимасының сым ұзындығы бірлігінің бетіне нақты қатынасын қамтамасыз ету қажет

                                                                     (10.21)

                                                                          

  қатынасын азайту  қатынасын азайтумен қамтамасыз етілуі мүмкін, ол (10.21) сәйкес құраушылардың радиустерін азайтудың немесе олардың қимасының толтыру коэффициентінің талаптарына жинақталады.

Желінің жинақталған құралымдарына өту тарамдалудың радиусын үш еседен астам азайтуға мүмкіндік береді.

 

Қорытынды:

1. Желінің теориялық толқындық және индуктивтік кедергісі фазадағы құраушылардың санына кері пропорционал, ал желінің табиғи қуаты құраушылар санына пропорционал өзгереді. Бұл заңдылық шеңберлі фазалардан элипс және одан әрі коаксиал фазаларына біртіндеп өткен кезде кернеулердің барлық класты желілерінде іске асырылуы мүмкін.  

2. Коммутациялық асқын кернеулерінің әсері кезінде фаза аралық ауа аралықтардың анықталатын электр беріктігінің деңгейіне дейін фазалардың жақындауы, сымдардың бетін және қимасын тиімді пайдалану үшін қажетті фазалардың өлшемдерін едәуір азайтуды қамтамасыз етеді, ол жоғарылатылған өткізу қабілетінің жинақталған желілерін құруға мүмкіндік береді.

3. Фазалардың тарамдалуы сымдардың бетін және белсенді қимасын бір-біріне тәуелсіз өзгертуге мүмкіндік береді, олардың бөлек оңтайландыруын қамтамасыз етеді. Сымдардың белсенді қимасы токтың таратылатын қуатымен және оптималды тығыздығымен анықталады. Олардың беті таратылатын қуаттың табиғи қуатына қатынасын шектеудің талаптарымен анықталады.

4. Кеңістіктегі сымдарды орналастыруын оңтайландыру, тарамдалған сымдардың құраушылары бойынша зарядтарды және олардың беті бойынша өрістің кернеулігін таратуды теңестіруге және желінің горизонтал габариттерін едәуір азайтқан кезде электроэнергияны тарату үшін оны пайдаланудың тиімділігін көтеруге мүмкіндік береді.

5. Тіректерді орналастырған аумақтардағы сымдардың беті бойынша өрістің кернеулігін шектеу үшін осы аумақтағы фаза құраушыларының арасындағы қашықтықты қысқарту қажет, ол тіректердің габариттерін үлкейтпей өткіндегі құраушылар арасындағы үлкен қашықтықты сымдарды қолданудың мүмкіндігін қамтамасыз етеді.

 

11 Тұрақты     токтың      электр берілісі.    Тұрақты токтың электр берілісін қолданудың саласы мен сұлбалары

 

Тұрақты токтың желісі бойынша электр энергиясын таратудың процесі айнымалы токтың желісі бойынша таратумен салыстырғанда сипаттамасы басқа болады. Бұл жағдайда энергияны тарату айнымалы токтың желілеріне қарағанда тұрақты ток желілерінің сапалық басқа сипаттамасы болғандықтан, толқындық электромагниттік процестерімен байланыспайды. Бұл қалып келесі түрде келтірілген.

Жоғарыда алынған ұзын желі теңдеуінің жалпы түрі болады және кез келген жиілікпен жұмыс істейтін әр желі үшін қолайлы. Жеке жағдайда нөлге тең жиілікте тұрақты ток желілері үшін қолайлы, бұл теңдеулердің түрі

мұнда w=0 жағдай үшін

Мұнда g₀ шамасы тәжге шығындарды сипаттайды. Егер тұрақты токтың желілері үшін тәжге шығындары елеулі аз болса, айнымалы токтың желілері үшін g₀ шамасын елемеуге болатынын есептеу қажет. Егер g₀=0 қойсақ, онда бірінші теңдеуге ¥×0 типті белгісіздік пайда болады.

Нөлге ұмтылатын g₀ кездегі осы белгісіздікті ашып, бізде

                                                                                  (11.1)

болады.

         Алынған теңдеулер тұрақты токтың желісі тек белсенді кедергісі болатын сұлбаның элементі сияқты тұратынын дәлелдейді. Желінің толқындық қасиеттерін анықтайтын сыйымдылығы мен индуктивтілігі бұл жерде есептелмейді.

         Алынған теңдеулерден белсенді қуатты таратудың қажетті шарты бұл жерде желінің соңы бойынша кернеудің құламасы болып табылатыны шығады.

         Сол уақытта айнымалы токтың желісі бойынша белсенді қуатты таратудың анықталатын шарты болып табылатын желінің соңы бойынша кернеу шамасының ығысуы бұл жерде болмайды.

         Желі бойынша таратылатын ең үлкен қуат жалпы жағдайда былай анықталуы мүмкін

         Тұрақты ток желісі үшін ұқсас түрлендірулерді жасап, бізде

                                                                                                            (11.2)

болады.

         Тұрақты токтың желісі бойынша таратылатын қуаттың шегі соның сымдарының қызуымен анықталады. Осының арқасында тұрақты ток желісінің өткізу қабілеттілігі, айнымалы ток желісінің ұзындығына тең және кернеудің сол класына қарағанда аса көп болады. Бірақ барлық таратудың өткізетін қабілеттілігін анықтайтын ақырғы қосалқы станцияның аппаратурасының өткізу қабілеттілігін есептеу қажет.

         Тұрақты токтын желісі бойынша таратылатын қуаттың өсуі желінің соңындағы кернеулер арасында, айнымалы токтың желісі сияқты ығысу бұрышының бір уақытта өсуімен ілеспейтіні нақты жағдай болып табылады. Осының арқасында айнымалы токтың электр берілісі үшін тен статикалық және динамикалық орнықтылықтың түсініктемелері толық алынады, сондықтан тұрақты токтың электр берілістері мың киллометрлі қашықтыққа үлкен қуаттарды таратуға арналған құралдарының бірі болып қарастырылады. Содан басқа желінің соңындағы кернеулер арасында ығысудың бұрышы мен жиілікпен немесе синхронсыз жұмыс істейтін жүйелердің байланысы үшін тұрақты токты таратуды пайдалануға мүмкіндік береді.

         Айнымалы ток желісінің режіміне желінің сыйымдылықтық өткізгіштігімен зерттелген зарядтың қуаты үлкен әсерін тигізеді. Жоғары және аса жоғары кернеудің созылған желілері үшін үлкен зарядтық қуаты бірқатар еркінсіз құбылыстарды қалыпты және синхрондалған режімдерде аса жіберілетін деңгейлерден кернеудің көтерілуін, желіден реактивті қуатпен топталатын синхрондық компенсаторлардың және генераторлардың  жүктелуін және т.б. шақырады. Бұл көлденең қарымталаудың құралдарын қолданудың қажеттілігін білдіреді, қорытындысында соның режімін еңгізуді күрделендіреді және желіні қымбаттатады. Кәбіл желілері үшін үлкен зарядтық қуат соның жіберілетін ұзындығын шектейді және таратылатын белсенді қуатын төмендетеді.

         Тұрақты ток желілерінде зарядтық қуат болмайды. Сондықтан әуе желілерінде көлденең қарымталау құралдарын пайдаланудың қажеттілігі төмендейді және экономикалық көрсеткіштері жақсарады, ал кәбіл желілері үшін ұзындық бойынша шектеулер алынады. Бұл тұрақты токтың үлкен ұзындықты (100 км аса) кәбіл желілерін құруға мүмкіндік береді. Мысалы, электр энергиясының транспортының басқа құралдарымен теңіз тасқындарынан өтуге қолайсыз болғандықтан, өтуге пайдалануға мақсаты.

         Көрсетілген қасиеттердің арқасында тұрақты токтың электр берілісін (ТТБ) тарату электроэнергетиканың кең ортасындағы мәселелерді шешу үшін қызығарлықтай болады.

         Тұрақты токтың электр берілісінің құрылымдық сұлбасы 32-суретте көрсетілген. Бұл жерде осы тарату екі электр жүйелері арасындағы байланыс сияқты көрсетілген. Осы жүйелердегі электр энергиясын генерациялау, оны тарату және тұтыну айнымалы токта іске асырылады. Тұрақты ток тек электр энергиясының транспорты үшін бір жүйеден екіншіге пайдаланылады.   

 

 

32 сурет – ТТБ құрылымдық сұлбасы

        

         Электр энергиясын тұрақты токпен таратуды іске асыру үшін таратылатын жүйенің генераторларымен өңдейтін айнымалы токтың энергиясын тұрақты ток энергиясына түрлендіру қажет. Осындай түрде энергия желі бойынша таратылады, ал қабылдайтынның соңында ол қайтадан айнымалы ток энергиясына түрленеді және қабылдайтын жүйеге таратылады.

         Электр энергиясын түрлендіру таратылатын және қабылдайтын жүйелермен байланысқан және таратудың соңында орналасқан П1 және П2 түрлендіргіштер арқылы іске асырылады. Түрлендіргіштердің біреуі түзеткіш, екіншісі инвертор болып табылады.

         Егер қуат С1 жүйесінен С2 жүйесіне  таратылса, П1 түрлендіргіші С1-ден айнымалы ток энергиясын алатын түзеткіші болып табылады және оны тұрақты ток энергиясына түрлендіріп, желіге оны таратады. Бұл жағдайда П2 түрлендіргіші инвертор болып табылады. Ол  айнымалы ток энергиясын желіден алатын тұрақты ток энергиясына түрлендіреді және оны С2 таратады.

         Түрлендіргіштерде реверстеу қасиеті болады. С2-ден С1 қуатты тарататын бағытын өзгерткен кезде П2 – түзеткіш, ал П1 – инвертор болады. Осымен токтың бағыты желіде өзгеріссіз қалады, ол  түрлендіргіштердің қасиетімен анықталады, бірақ оларадың полярлығы өзгермейді.   

         Бірқатар жағдайларда электр жүйелері бір-бірімен тікелей тұйықталады. Олардың байланысы үшін тұрақты ток электр берілісін пайдалануға болады, ал түзеткіш пен инвертор бір қосалқы станцияда орналасқан.

         Осындай электр берілістерді тұрақты ток қыстырғысы деп атайды. Тұрақты ток қыстырғыларының электр берілістермен салыстырғанда кейбір ерекшеліктері болады, бірақ осы ерекшеліктер түрлендіргіштердің жұмысымен байланысқан принциптік қалыптарын қозғамайды. Сондықтан төменде қарастырылатын сипаттамалар екі жағдайда да тура болып табылады.

         Түрлендіргіштердің рөлін анықтау үшін тұрақты токты таратудың орын басу сұлбасың қарастырайық. Бұл сұлба 33-суретте келтірілген.  Оның математикалық негіздемесі төменде беріледі. Бұл жерде келесі белгілер алынған: Е_В – түзеткіштің ЭҚК орта мәні;  R_В – таратылатын жүйенің және П1 түрлендіргіштің қасиеттерімен анықталатын түзеткіштің ішкі кедергісі;  R_л – желінің кедергісі; R_И – қабылдайтын жүйенің және П2 түрлендіргіштің қасиеттерімен анықталатын инвертордың ішкі кедергісі; Е_И – инвертордың ЭҚК-қарсылығы.

33 сурет – ТТБ орын басу сұлбасы

 

         Тұрақты ток жақтағы барлық шамалар d(U_d,I_d) индексімен белгіленген, ол ағылшын тілінде direct – түзу, түзетілген дегенді білдіреді.

         Алмастырудың келтірілген сұлбасы үшін желідегі ток мына өрнекпен анықталады

                                                                                                 (11.3)

         Тұрақты ток желісіне түзеткішпен берілетін Р_d1 қуаты және желіден инвертормен алынатын P_d2 қуаты сәйкес тең болады

                                                                                                         (11.4)

         Түзеткіш үшін ЭҚК бағыты мен ток сәйкес келеді. Бұл жерде түзеткіш тұрақты ток желісіне қатысы бойынша электр энергияның генераторы болып табылады.

         Инвертордағы токтын бағыты мен ЭҚК қарама-қарсы болады. Инвертор тұрақты ток желісінен энергияны тұтынады және оны қабылдаушы жүйеге генерациялайды. Осымен орындалады

                                                                                  (11.5)

         Бұл қасиеттер тұрақты ток тізбектері үшін жалпы болып табылады және қарастырылатын сұлба ерекше болмайды. Ұқсас қатыстар бірге жұмыс істейтін тұрақты ток қозғалтқыштар мен генераторлар үшін орындалады. Жетектегіш қозғалтқыштан энергияны тұтынатын генератор тұрақты ток тізбегіне оны таратады. Қозғалтқыш желіден энергияны тұтынып, оның машинасына құралдарды таратады. Сонымен 33-суретте көрсетілген ток пен ЭҚК бағыттары сақталады және (11.5) өрнекте орындалады.

         Түрлендіргіш қосалқы станциялардың негізгі агрегаты вентиль көпірі болып табылады (34- суретті қараңыз). Ең алдымен түрлендіргіш көпірдің негізгі элементтері вентильдер болып табылады. Олардың әрқайсысы вентиль арқылы ағатын токтың орта мәні I_ср және кернеудің ең жоғары мәні U_max сипатталады.

34 сурет – Үшфазды көпірдың сұлбасы

        

Бірінші қабылдауға

Сонда түрлендіргіш көпірдің P_dм қуаты вентильдер параметрлерінің функциясы

                                        P_dм=U_dмI_d»2,3I_срU_max.                                       (11.6)

Осыдан вентильдердің кернеуі мен тоғы жоғары болса, көпірдің үлкен дара қуатына жетуі мүмкін, сондықтан конструкторлардың және ғылыми-зерттеу ұжымдарының талпыныстары аса жоғары параметрлерлі вентильдерді өңдеуге бағытталады. Бірақ бұл мәселе өте күрделі және оның шешілуі бірқатар күрделі техникалық мәселелерді шешумен байланысқан.

Қазіргі уақытта 1200-1400 А орта тоғымен және 250-300 кВ кернеумен күшті жоғары вольттік тиристорлық вентильдердің құрылмалары құрастырылған. Осы вентильдер 800 МВт және одан жоғарыға дейін көпірдің дара қуатын алуға мүмкіндік береді.

Бірақ дара көпірдің қуаты барлық таратудың қуаты аз болады. Сонғысының қуатының өсуі бөлек көпірлердің тізбектеп қосылудың жолымен оның кернеуінің өсуіне жетеді. Осындай сұлбада желінің полюстері арасындағы кернеу бөлек көпірлердің кернеулердің сомасына, ал таратылатын қуат солардың қуатының сомасына тең болады. Әдетте, желінің полюстері арасында төрт көпірден кем емес  болады. Егер қажетті қуаты түрлендіргіш көпірлердің тізбектеп қосылу арқылы жеткен болса, онда соңғысы қатарлас қосылады.

Түрлендіргіш қосалқы станцияның көп көпірлік сұлбаларын қолдану бірқатар басқа мәселелерді бір уақытта шешуге, жеке айтқанда таратудың сенімділігін арттыруға және оның энергетикалық сипаттарын жақсартуға мүмкіндік береді.  

Қандай нүкте жерлендірілгеніне және токты қайтарудың тәсіліне байланысты электр берілісін орындаудың сұлбасының екі түрі – униполярлық және биополярлық болады. Униполярлық ТТБ полюстердің біреуі жерлендірілген және желінің жерден оқшауланған бір ғана сымы болады (35 суретті қараңыз). Екінші сым мүлдем болмайды немесе желінің екі жағында жерлендірілген болады. Бірінші жағдайда токты қайтару жер арқылы жүргізіледі. Екінші жағдай, мысалы,  үлкен қалаларда ТТБ енгізген кезде жер бойында токтың өтуін болдырмауға қолданылады. Униполярлық ТТБ қолдану саласы – аз қашықтықтарға аз қуаттарды (100-200МВт) тарату. Оларды үлкен су кеңістіктерінен, теңіз бұғаздарынан өткен кезде пайдалану орынды болады. Бұл жағдайда тарату бір талсымды кәбіл арқылы іске асырылады, ол құралдарды жақсы үнемдейді; кері өткізудің ролін жер атқарады.

 

                            

                                       35  сурет – Униполярлық ТТБ сұлбасы

 

Биополярлық таратуларда (36 - суретті қараңыз) екі түрлендіргіш қосалқы станциялардың орта нүктелері жерлендірілген, ал полюстері оқшауланған. Бұл таратуды екі тәуелсіз жартылай тізбектерге бөлуге мүмкіндік береді. Жарты тізбектердің тең жүктелген кезінде жердегі ток, егер баланссыз, мәнсіз токты кеміткен кезде нөлге тең болады. Бұл  қасиет таратудың сенімділігін арттырады, өйткені полюстердің біреуі бұзылған кезде тарату жұмыстан жалпы шықпайды, яғни екінші жарты тізбек жер арқылы токты қайтарумен жұмыс істей береді. Сонымен таратылатын қуат екі есе азаяды. Әдетте жер астылық инженерлік құрылғыларға (құбырлар, кәбілдер және т.б.)  жердегі токтың зияндық әсерін жою үшін бірнеше ондаған километрлік қашықтыққа арнайы желілер арқылы түрлендіргіш қосалқы станциялардан жерге қосылған нүктелер шығарылады.

 

                        

                                      36  сурет –  Биополярлық ТТБ сұлбасы

 

Биополярлық ТТБ қолдану саласы – алыс қашықтықтарға үлкен қуаттарды тарату. Осындай сұлба бойынша барлық күшті ТТБ біздің елде және шет елдерде де  орындалады.

ТТБ ең негізгі қасиеттері:

1) электромагниттік процестердің сипатымен анықталатын желі бойындағы қуаттың шегінің болмауы, басқа сөзбен айтқанда, желінің ұзындығынан таратылатын қуаттың тәуелсіздігі;

2) әртүрлі жиіліктер мен жүйелердің немесе синхронсыз жұмыс істейтін жүйелердің байланысу мүмкіндігі;

3) таратылатын қуаттың мәнімен және оның бағытын екпінсіз тез әрекетті басқару мүмкіндігі. Бұл қасиетті ТТБ энергожүйесінің, оның тұрақтылығын көтеруге ықпал ететін иіліп басқарылатын буын ретінде қарастыруға болады;

4) желінің зарядтық қуатының (қалыпты режімдерде) болмауы ол ұзын кәбіл сызықтарын құруға, әуе желілерінің бос жүріс режімін жеңілдетуге мүмкіндік береді және қарымталауыш құрылғыларын орнатуды талап етпейді;

5) байланысатын жүйелердегі ҚТ қуатын шектеу.

Тұрақты токтың электр берілісін электр энергетикасының кең  мәселелерін шешуге қолдануға болады және электрлік жүйелердің нақты элементтері болады.

   

12 Бір көпірлі түрлендіргіштің алмастыру сұлбасы. Ток пен кернеулердің теңдеулері

          

Электр жүйенің элементі ретінде тұрақты токты таратудың қасиеті мен сипатын зерттеу үшін көпірлі түрлендіргіш сұлбалардың негізгі сипаттамаларын және олардың жұмыс режімін оқу қажет.

Бұл үшін түрлендіргіштегі электромагниттік процестердің талдауын жүргізу, сұлбаның элементтеріндегі кернеудің және токтың теңдеуін шешіп және соның негізінде түрлендіргіштің жұмыс режімін анықтайтын сыртқы, энергетикалық және басқа сипаттамаларын оқу қажет. Бір көпірлі түзеткіштің алмастыру сұлбасы 37- суретте келтірілген. Қоректейтін жүйе Х_s эквиваленттік кедергімен салынған симметриялық және синусоидалдық ЭҚК үш фазалы жүйемен келтірілген.

Түрлендіргіштің трансформаторы өзінің  Х_шаш сейілу кедергісімен келтірілген. Трансформатордың және жүйенің кедергілері ЭҚК жүйесі ретінде кернеудің бір сатысында келтірілген.

Алмастыру сұлбасына тарнсформатордың және жүйенің белсенді кедергілері, сондай-ақ жабдықтың өзіндік сыйымдылығы енгізілмеген. Айнымалы токтың тізбектеріндегі белсенді кедергілер екі себептен қосылмаған: біріншісі, қуатты энергетикалық қондырғылар үшін бұл кедергілер реактивті кедергілерге қарағанда аз, ал екіншісінде түрлендіргіштегі процестерді талдаған кезде 0,5 – 1,5 м өлшенетін аралықта аз уақыты жеткілікті болады, мұнда токтың бос құрауыштары мүлдем сезілмейді. 

 

 

                               37  сурет – Түзеткіштің алмастыру сұлбасы

 

Қуатты жоғары вольттік түрлендіргіштер үшін жабдықтың өзіндік сыйымдылығы жабдықтың жұмысы жағдайына нақты әсерін тигізеді. Бірақ түрлендіргіштің негізгі сипаттамаларына олардың әсері шамалы, ал олардың есебі алмастыру сұлбасын қиындатады және теңдеу тәртібін едәуір көтеріп, соның талдауын күрделендіреді.  Осы себептер бойынша айнымалы ток тізбектерінің белсенді кедергілері және жабдықтың өзіндік сыйымдылығы алмастыру сұлбасына кірмеген.

Түрлендіргіш көпірдің шұрасы ретінде тиристорлар пайдаланылған. Тиристордың вольт-амперлік сипаты 38, а суретте келтірілген.

 

 

38- сурет

Егер сыртқы көзден түзу бағытта тиристорға кернеуді берсек, яғни анод – “плюс”, катод – “минус”, және оны біртіндеп көтерсек, онда басқарылатын ток жоқ болған кездегі тиристор, осы кернеу u_пер ауыстырып қосудың кернеуіне жеткенше жабық болады. Осы учаскедегі сыртқы сипаттаманың көлбеуі жылыстаудың аздаған токтарымен анықталады және тиристордың тогын нөлге тең етіп кемітеді және қабылдайды.

Кернеу дара тиристорлар үшін  u_пер жеткен кезде бірнеше киловольтты құруы мүмкін, тиристор ашылып, өткізгіштік күйге өтеді. Анод және катод арасындағы кернеу күрт төмендейді. Егер басқарылатын электрод арқылы тиристорлардың көбісі үшін бірнеше ондаған немесе жүздеген миллиампер (басқарудың тізбектерінің параметрлерінен байланысты) мәнін құрайтын басқарудың тогы аққан кезде, онда u_пер төмендейді.

         Осы токтың кейбір мәндерінде анодтың кернеуі катодтың кернеуінен тиристордағы кернеудің түсуінің шамасынан асқан кезде тиристор ашылуы мүмкін. Әдетте, токтың осы мәні басқару жүйесімен берілетін басқарылатын импульсті береді. Тиристор ашылғаннан кейін басқарылатын электрод өзінің басқаратын қасиеттерін жоғалтады және басқарудың тогы i_у алынуы мүмкін.

         Нақты тиристордың (38,а суретті қараңыз) вольт-амперлік сипаттамасын кілт болып табылатын ізгі шұраның (38,б суретті қараңыз) бөлшек-сызықтық сипаттамасымен ауыстырамыз.

         Ізгі шұраның келесідей қасиеттері болады:

         1. Бір мезгілде екі шарт орындалған кезде құрыш ашылады:

         а) құрыштың аноды және катоды арасындағы кернеу нөлге тең немесе одан жоғары (u_құр³0);

         б) басқарылатын электродқа басқарылатын импульс беріледі.

         Егер екі шарттың біреуі орындалмаған болса, онда құрыш ашылмайды.

2.     Шұра арқылы ток (i_құр > 0) аққанша, ол ашық күйде болады.

Шұрадағы токтың қосылған тізбектеріндегі процестермен шартталған нөлге дейін жеткен кезде шұра жабылады.

3. Көлемдік заряд таралу үшін ізгі шұра уақытты талап етпейді. Оның электрлік беріктігі ол жабылғаннан кейін қалпына келеді.Түзу полярланудың кернеуін шұра жабылғаннан кейін біраз уақыттан бастап салуға болады. Идеал (ізгі) шұраның айтылған қасиеттерінен басқа ол жабық болған кезде тура және кері бағытта соған салынатын максимал кернеулерді де шұра шыдайды.

Нақты және идеал шұра, оның вольт-амперлік сипаттамасы арқылы сызықтық емес элемент болып табылатынын айту маңызды болады. Бір жақтан  осы жағдайға байланысты көпірлік (немесе басқа) сұлбада токты түрлендіру қасиеті болады, басқа жағынан  сызықтық емес элемент болғандықтан, сонда болатын процестердің математикалық сипатын беру қиынға түседі.  

Бір көпірлі түрлендіргіштің режімдерін талдаған кезде келесі ұйғарулар қабылданады:

1)     ЭКҚ жүйесі синусоидалдық және симметриялы;

2)     түзетілген токтағы лүпіл мүлдем болмайды (I_d=const);

3)     нақты шұралар идеал шұралармен ауыстырылады;

4)     алмастыру сұлбадағы белсенді кедергілер есептелмейді;

5)     жабдықтың өзіндік сыйымдылығын ескермейміз;

6)     трансформатордың магниттеу тогы.

39 суретте келтірілген сұлба үшін Кирхгоф заңына сәйкес  келесі теңдеулер берілуі мүмкін

                                                                       (12.1)

 

39 сурет – Көпірлі түрлендіргіштің эквиваленттік сұлбасы

Сонымен, осы шұралар тогының бағыты мен айналма бағыты сәйкес болу үшін 1, 2 және е_а мен е_с шұралармен жасалатын контур бойынша сұлбаны айналып, біз аламыз

                                                                          (12.2)

         Шұралар тогы арқылы i_А және  i_с  фаза токтарын көрсетіп, е_а және е_с теңдеудің сол жағына ауыстырып, басқа қалған мүшелерін  оң жаққа өткізсек, бізде болады

                                 

         Егер әр сайын контурды және айналманың бағытын таңдап, соған шұаралардың 1-2, 2-3, 3-4, . ., 6-1,  ретті қостарын кіргізу үшін ұқсас контурлар бойынша 39 сурет сұлбаны айналсақ, онда нәтижесінде біз аламыз

                                

                               

                                

                              

                                                                                    Осы теңдеулердің сол жағына, шұралардың сәйкес болатын қостары жұмыс істеген кезде түзетілген токтың тізбегіне салынған, түзетілген кернеуді құратын ЭКҚ айрымдары кіреді.  ЭКҚ контурында жұмыс істетйтін белгілеулерді қабылдап, жазуға болады

                                                                              (12.3)

Ток теңдеулерінің (12.1) және кернеулерінің (12.3) жүйелері жан-жақты болып табылады және қабылданған ұйғарулардың шектерінде, түрлендіргіштің көпірлі үш фазалы сұлбасында болатын барлық процестерді сипаттау мен тармақтардағы токтарды және бізге қажетті әр кезеңдегі элементтердің әрқайсысындағы кернеулерді табуға мүмкіндік береді.

(12.1) және (12.3) теңдеулерінің жүйелері және оларды шешу әдісі біркөпірлі түрлендіргіштің инверторлы және түзетуші режімдері үшін қолайлы.  Бірақ, осы әдіс бойынша түрлендіргіштің тек түзетуші режімі талданады, ал алынған шешімдер инверторлы режімге таралады.

 

13 Аз токтар режімі (2 режім)

          

Түзеткіштегі түзетілген ток I_d, аз болған кезде, және сонымен  тармақтағы ток (номиналдық 5% дейін) аз болғанда, фаза тогы аз болған кезде пайда болатын Х_к кедергісіндегі ЭКҚ өздік индукциясын ескермеуге болады. Бұл жағдайда (12.3) теңдеудегі жүйеде мынандай түрі болады

                                                                                            (13.1)

Жұмыста 1 және 2 шұра болатынын жорамалдайық (39 суретті қараңыздар). Уақытты санаудың басы еркін алынуы мүмкін, бірақ бұл үшін жұмыс істейтін шұралардың байланысуын е_а және е_с синусоидтары қиылысқан кезде таңдау ыңғайлы.

Уақыт санағының қабылдаған басына сәйкес фаздық ЭКҚ векторларының жүйесіне қарап бағдарланайық. Олардың теңдеулерінің түрі мынадай болады

                                                                                            (13.2)

Сонда  ЭКҚ е₁ – е₆  мынандай теңдеулермен сипатталады

                                                                                    (13.3)

 

(13.2) және (13.3) сәйкес векторлар жүйесі 40 суретте келтірген.  Жұмыс істейтін шұралардағы кернеу нөлге тең (u₁-0, u₂=0), (12.1) және (13.1) алуға болады

                                       i₁ = I_d;  i₂ = I_d;  i_A = - I_d, i_B =0; I_c = i_d;

                                                                 e₁ = u_d.    

        

 

40- сурет

 

Уақыттың қарастырылатын аралығы үшін түзетілген кернеу А және С фазаларының фаза аралық кернеуі болады, яғни  жұмыс істейтін шұралар қосылған фазалар, ал фаза токтары түзетілген токқа тең және белгісі бойынша қарама-қарсы болып табылады.

(13.1)-ден жұмыс істемейтін шұралардың кернеулерін тауып, уақыттың келесі аралығында жұмысқа дайын шұраны анықтауға болады

                                                                                     (13.4)

         Өйткені тізбектердегі токтар өте аз, демек, фаза индуктивтілігінде қорланған электромагниттік энергия да аз болады, содан соң 3 шұра ашылған кезде лездік жалғау 1 шұрадағы ток 3 шұраға өтеді.  1 шұра жабылады және А фазаның тогы секіріп, нөлге дейін төмендейді, сол уақытта В фазаның тогы секіріп I_d мәніне дейін өседі.  Жұмыста 2-ші және 3-ші шұралар қалады (41 суретті қараңыз).

 

41- сурет

        

Шұралардың жұмысындағы жаңа байланыстар үшін келесі теңдеулер әділ болады

                                                             (13.5)   1 шұрадағы жұмысты бітірген кернеу

                                                                                                                  (13.6)

         J=a кезде жабылу кезеңінде оған кернеу секіріп жабысады                                                                                                                (13.7)

         Осы кезеңде жұмыс істемейтін басқа шұралардың кернеулері

                                                                                                (13.8)

тең болады.

 Әдебиеттер тізімі

 1.         Веников В.А., Ю.П.Рыжков. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

2.         Н.Д.Артемова, В.А.Веников и др. Примеры анализа и расчетов режимов электропередач имеющих автоматическое регулирование и управление.-М.:Высшая школа, 1967.  

3.         Электрические системы. Т.3. Передача энергии переменным и постоянным токов высокого напряжения./Под ред.В.А.Веникова.- М.:Высшая школа, 1972.  

4.         Лысков Ю.И., Курносова А.И., Тиходеев Н.Н. Компактные воздушные линии электропередачи 300, 500 и 750 кВ с опорами “охватывающего типа”//Изд.АН СССР Энергетика и транспорт, 1984.

5.         Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах./Под ред.Г.Н.Александрова.- Л.:Энергоатомиздат, 1987.

6.         Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды.-Л.:Энергоатомиздат, 1989.

 

Мазмұны

Кіріспе...............................................................................................................	3
1 Қазіргі электроэнергетикадағы электр берілістердің маңызы..................	3
1.1 Энергияны тасымалдау және жүйелерді біріктірген кезде пайда болатын техникалық-экономикалық есептер................................................	6
1.2 Жүйелер және электр берілістер түрлері (анықтама)........................................................................................................	8
1.3 Электр берілістердің негізгі параметрлерін таңдау және олардың режімдерін орнатқанда туындайтын есептер……………………………...	11
2 Алыс қашықтықтағы электр берілістердің техникалық сипаттамалары...............	14
2.1 Айнымалы ток электр берілістер режімінің  параметрлері арасындағы негізгі қатынастар......................................................................	14
2.1.2Электр берілістің энергетикалық сипаттамалары.................................	15
2.1.3 Ұзын желі бойынша электр энергияны тасымалдағанда өтетін процестер…………	16
2.2 АЖК электр беріліс желілерінің жұмыс істеу ерекшілігі…………….	20
2.2.1 Электр беріліс жұмыс режімдерін бағалау...........................................	20
2.2.2 d бұрышы – ұзын электр беріліс режімін және оның тұрақтылығын сипаттайтын шама.....	21
2.2.3 Желінің шекті қуаты...............................................................................	22
2.3 Электр беріліс желісінің (ЭБЖ) ұштарындағы реактив қуаттың ағындарын анықтау. ЭБЖ дөңгелек диаграммасы.....	25
3Қашықтық электр берілістердің орынбасу сұлбалары…………………………................................................................	29
4 Әртүрлі жүктеме кезінде желідегі кернеуді үлестіру................................	32
5 Желідегі және жалпы электр берілісіндегі қуат ағындары. Желінің және электр берілістің ПӘК-ін анықтау........	34
6 Электр берілісінің жүктемесі және өткізу қабілеттілігі............................	38
6.1Өткізу қабілеттліігін арттырудың шаралары.........................................................................................................	38
6.2 Электр беріліс параметрлерін ретке келтіру және компенсациялау - өткізгіштік қабілетті арттыру әдісі............	40
7Алыс берілістердің бос жүріс және симметриялы емес режімдері..........	44
7.1 Айнымалы токтағы электр берілістердің ерекше режімдерін анықтау........	44
7.2 Айнымалы ток электр беріліс бос режімдеріне тән құбылыстар..........	45
7.3 Электр берілістердің симметриялы емес жұмыс режімдері.    Жалпы сұрақтары……………	49
7.4 Ұзын желінің симметриялық емес режімдерінің қасиеттері…………	49
8 Аса жоғары кернеудің (АЖК) берілістерінің негізгі құралымдық есептері.............................	52
9 Электр энергия шығынының негізгі түсініктемесі, түрлері және құрылымы.............	56
9.1Электр энергиясының техникалық шығыны………………………………............................................................	58
9.2Тәжге кететін электр энергия шығынын бағалау………………………	58
9.3 Талдамдық тәуелділіктер бойынша тәжге деген белсенді қуат шығындарының есептемесі.............	61
10 Түйіспелік желі теориясы...........................................................................	64
11 Тұрақты токтың электр берілісі. Тұрақты токтың электр берілісін қолданудың саласы мен сұлбалары	69
12 Бір көпірлі түрлендіргіштің алмастыру сұлбасы. Ток пен кернеулердің теңдеулері...............	75
13 Аз токтар режімі (2 режім).........................................................................	79
Әдебиеттер тізімі.............................................................................................	82
Мазмұны...........................................................................................................	83