Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических

работ для студентов специальности 5В071800 - Электроэнергетика

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: В.Н. Сажин, Н.А. Генбач. Передача электрической энергии. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2011. – 18 с.

Методическая разработка предназначена для выполнения расчетно-графических работ по дисциплине «Передача электрической энергии» и содержит: задания, методические указания к выполнению РГР, варианты контрольных вопросов, а также список необходимой литературы.

Ил.2, табл. 5, библиогр. - 8 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, проф. В.Н. Борисов.

1 Расчетно-графическая работа №1

1.1 Общие указания

Методическая разработка включает две расчетно-графические работы, в каждую из которых включены по одной задаче и по два контрольных вопроса.

В работах определяются параметры схем замещения линий, трансформаторов, определяются уровни напряжения в узловых точках, а также определяются потери мощности и энергии по графику нагрузок.

Исходные данные для выполнения РГР строго индивидуальны. Каждый студент определяет свой вариант задания в зависимости от учебного года изучения данной дисциплины по трем признакам – по последней и предпоследней цифрам шифра и первой букве своей фамилии.

Согласно таблице 1 по последней цифре шифра (номера зачетной книжки) с учетом года изучения дисциплины устанавливается номер варианта исходных данных первой группы.

Т а б л и ц а 1

Учебный год

Последняя цифра шифра

2010/11

VII

VIII

III

2011/12

VII

VIII

III

2012/13

III

VII

VIII

2013/14

VII

VIII

III

2014/15

VII

VIII

III

2015/16

III

VII

VIII

Аналогично, согласно таблице 2, устанавливается по предпоследней цифре шифра номер варианта исходных данных второй группы и, согласно первой букве фамилии, по таблице 3 номер варианта исходных данных третьей группы.

Т а б л и ц а 2

Учебный год	Предпоследняя цифра шифра
Учебный год	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
2010/11	VI	VII	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V
2011/12	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V	VI	VII
2012/13	X	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX
2013/14	VI	VII	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V
2014/15	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V	VI	VII
2015/16	X	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX

Т а б л и ц а 3

Учебный год	Первая буква фамилии
Учебный год	А,Д	В,Г,Я	Б,Е	Ж,З И, Л	К,Ы	М,О	Н,П	Р,Т,У, Ф	С,Ч	Х,Ц,Щ,Ш,Э,Ю
2006/07	VII	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V	VI
2007/08	IX	X	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
2008/09	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
2009/10	VII	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V	VI
2010/11	IX	X	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
2011/12	VII	VIII	IX	X	I	II	III	IV	V	VI

Вариант контрольных вопросов в каждой РГР принимается по последней цифре шифра независимо от года обучения.

1.2 Условие задачи

Потребители понизительной подстанции, на которой установлено “n” трехобмоточных трансформаторов (автотрансформаторов) получают электроэнергию по воздушной линии электропередачи длинной L. Среднегеометрическое расстояние между проводами равно D. Мощность потребителей подстанции на шинах среднего и низшего напряжения составляет соответственно a и b от номинальной мощности трансформаторов и имеет одинаковые Тmax и cosj.

Число цепей линии равно количеству трансформаторов на подстанции (см.рисунок 1.1). Данные для решения задачи принять по таблице 5.

Требуется:

а) Составить схему замещения ЛЭП и схему замещения трансформаторов. Параметры схем замещения определить расчетным путем.

б) Определить потери мощности в элементах сети и уровни напряжения в узловых точках схемы замещения электропередачи.

Рисунок 1.1

Т а б л и ц а 4

№ вар- рианта	Исходные данные 1 группы				Исходные данные 2 группы		Исходные данные 3 группы
№ вар- рианта	Тип трансформатора (автотрансформатора)	n	Марка провода	D,м	a	b	L,км	cosj	Расположение фазных проводов
I	ТДТН- 40000/110/35/6	2	АС-185/24	5.0	0.6	0.3	70	0.85	Горизонтальное
II	АТДЦТН- 125000/220/110/10	1	АС-300/39	8.0	0.55	0.4	100	0.88	По вершинам равносторонего треугольника
III	ТДТН-16000/110/35/10	2	АС-95/16	4.5	0.65	0.3	50	0.9	Горизонтальное
IV	АТДЦТН- 63000/220/110/10	1	АС-240/39	8.0	0.55	0.4	120	0.88	По вершинам равно- сторонего треугольника
V	ТДТН-25000/220/110/6	2	АС-240/39	8.0	0.5	0.35	80	0.83	Вертикальное
VI	ТДТН-40000/220/110/10	2	АС-300/39	8.0	0.55	0.3	60	0.85	Вертикальное
VII	ТДТН-10000/110/10	1	АС-70/11	4.5	0.6	0.3	40	0.87	Горизонтальное
VIII	ТДТН-40000/220/10	2	АС-240/39	8.0	0.5	0.3	55	0.85	Вертикальное
IX	АТДЦТН-63000/220/110/10	1	АС-300/39	8.0	0.6	0.3	70	0.88	По вершинам равно- сторонего треугольника
X	АТДЦТН- 125000/220/110/10	2	АС-300/39	8.0	0.5	0.3	90	0.86	Вертикальное

1.3 Методические указания

Воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВ и выше длиной до 300-400 км обычно представляются П – образной схемой замещения.

Рисунок 1.1

Активное сопротивление проводов и кабелей определяется материалом токоведущих жил и их сечениями. Погонное активное сопротивление (на 1 км длинны) для голых проводов и кабелей при температуре +20°С определяется

r= , (1.1)

где r - удельное сопротивление материала проводника ();

F - сечение провода, мм.

Активное сопротивление линии, длиной l определяется

R=r×l .

Активное сопротивление проводов и кабелей при частоте 50 Гц примерно равно омическому сопротивлению. При этом не учитывается влияние поверхностного эффекта. Пренебрегают также тем влиянием, которое оказывают на величину активного сопротивления колебания температуры проводника, и используют в расчетах величины этих сопротивлений при средних температурах (+20°С).

Сопротивление току, обусловленное противодействием э.д.с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Соседние провода трехфазной линии, являющиеся обратными проводами для тока рассматриваемого провода, в свою очередь наводят в нем э.д.с. согласно с основным током направления, что уменьшает э.д.с. самоиндукции и соответственно реактивное сопротивление. Поэтому, чем дальше друг от друга расположены фазные провода линии, тем влияние соседних проводов будет меньше, а поток рассеяния между проводами и, следовательно, индуктивное сопротивление линии – больше.

На индуктивное сопротивление оказывают влияние также диаметр провода, магнитная проницаемость провода и частота переменного тока.

Величина погонного индуктивного сопротивления линии определяется

х= w×(4,6×lg + 0,5m)×10, (1.2)

где w = 314 - угловая частота при 50 Гц;

D - среднегеометрическое расстояние между проводами;

r - радиус провода.

Для проводов из цветного металла (μ=1) при промышленной частоте 50 Гц формула (1.2) примет вид

х= 0,144×lg + 0,016 . (1.3)

Среднегеометрическое расстояние между проводами одноцепной трехфазной линии

где D, D, D - расстояние между проводами отдельных фаз.

При расположении проводов по вариантам равностороннего треугольника все провода находятся на одинаковом расстоянии относительно друг друга, и среднегеометрическое расстояние D=D (см.рисунок 1.2).

При горизонтальном расположении проводов (см.рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 Рисунок 1.3

Активная проводимость линий обусловлена потерями активной мощности от токов утечки через изоляцию и от электрической короны на проводах.

Если утечкой в линиях пренебречь, то активная проводимость, обусловленная короной определяется

, (1.4)

где - потери мощности на корону, кВт/км;

U - номинальное напряжение.

Реактивная проводимость обусловлена наличием емкости между проводами и землей и имеет емкостной характер. Она определяется известным выражением

b=w×С,

где С - рабочая емкость линии, Ф/км.

Рабочая емкость линии зависит от диаметра проводов, их взаимного расположения, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды.

В практических расчетах электрических сетей рабочую емкость трехфазной воздушной линии с одним проводом на фазу определяют по формуле

С=. (1.5)

При частоте переменного тока 50 Гц

b=. (1.6)

Емкостная проводимость всей линии

B = b×l.

Трехобмоточные трансформаторы представляются схемой замещения в виде трехлучевой звезды (см.рисунок 3.5)

Рисунок 1.4

Современные трехобмоточные трансформаторы выполняются с соотношением мощностей обмоток 100/100/100%, т.е. каждая из обмоток расчитана на передачу всей мощности.

Активные сопротивления лучей звезды в схеме замещения трехобмоточного трансформатора определяют по общему сопротивлению трансформатора.При равенстве мощностей обмоток

R=R=R=0,5R.

Общее сопротивление трансформатора R определяют по формуле аналогично двухобмоточному трансформатору, в которую подставляют DР максимальные потери мощности короткого замыкания при номинальной нагрузке обмотки НН, обозначенные в паспортных данных трансформатора.

Для трехобмоточных трансформаторов напряжения короткого замыкания даются заводами для каждой пары обмоток в процентах от номинального U, U, U.

Согласно эквивалентной схеме замещения лучей трансформатора при одной из обмоток, остающейся разомкнутой, можно записать

. (1.7)

Решив совместно эти уравнения относительно U, U,U, найдем

. (1.8)

Подставив эти значения в выражение (3.12), получим индуктивное сопротивление каждой обмотки трансформатора.

Проводимости не зависят от числа обмоток в трансформаторе и определяются так же как и для двухобмоточного.

Схема замещения автотрансформатора так же как и трехобмоточного представляется в виде трехлучевой звезды. Параметры схемы замещения определяются аналогично трехобмоточному трансформатору.

Расчет потерь мощности в элементах сети и мощности на участках сети проводить по номинальному напряжению линии.

При определении уровней напряжения в узловых точках сети принять напряжение на подстанции энергосистемы, равное 1,05 U_ном.

1.4 Контрольные вопросы

Вариант 1

1 Приведите порядок расчета районной сети по «данным конца».

2 Как определяются потери мощности и энергии в трансформаторах и автотрансформаторах?

Вариант 2

1 Какие существуют источники реактивной мощности в электрических сетях ?

2 В чем заключается сущность метода «расщепления сети»?

Вариант 3

1 Как проводится расчет линий с двухсторонним питанием?

2 Какие существуют показатели качества электроэнергии? Приведите их нормированные значения.

Вариант 4

1 В чем заключается сущность первичного регулирования частоты ?

2 Какие причины могут вызвать несимметрию напряжения ?

Вариант 5

1 Какие преобразования могут иметь место при расчете сложно-замкнутых сетей ?

2 Как определяются потери мощности и энергии в линиях?

Вариант 6

1 Из каких составляющих складывается баланс активных мощностей в электрической системе?

2 Какие существуют способы и средства регулирования напряжения в сети ?

Вариант 7

1 Как расчитывается кольцевая сеть, имеющая две точки потокораздела?

2 Как проводится выбор сечений проводов в электрических сетях?

Вариант 8

1 Как определяется величина ущерба от перерывов электроснабжения потребителей ?

2 Приведите алгоритм расчета районной электрической сети по «данным начала»?

Вариант 9

1 Кратко охарактеризуйте основные мероприятия по снижению потерь электроэнергии в сети.

2 Какие существуют способы повышения пропускной способности протяженных электропередач?

Вариант 10

1 Как производится выбор ответвлений трансформаторов с РПН ?

2 Как осуществляется вторичное регулирование частоты ?

2 Расчетно – графическая работа №2

2.1 Условие задачи

Определить распределение мощностей и уровни напряжения в узловых точках сети, изображенной на рисунке 2.1. Напряжение источников питания принять равными Ua=Ub=115 кВ. Исходные данные приведены в таблице 5.

Рисунок 2.1

Т а б л и ц а 5

№ вариан- - та	Исходные данные 1 группы				Исходные данные 2 группы				Исходные данные 3 группы
	Нагрузка подстанций				cosj	Длина участка сети, км			Длина участка сети, км
	S1, МВА	S2, МВА	S3, МВА	S4, МВА	cosj	А-1	1-2	2-3	3-4	2-4	В-4
I	20	23	17	15	0,85	15	20	22	30	18	29
II	35	30	27	40	0,88	20	25	40	35	33	22
III	40	28	35	26	0,9	50	45	32	48	55	47
IV	22	18	25	10	0,86	32	20	25	18	30	40
V	33	26	20	23	0,91	40	45	50	32	30	28
VI	19	25	16	28	0,85	55	50	43	32	28	53
VII	36	40	22	33	0,89	45	37	26	30	50	43
VIII	30	35	25	28	0,92	35	45	30	35	40	52
IX	23	20	18	26	0,84	20	26	32	24	30	35
X	22	28	33	19	0,87	45	40	38	25	47	50

2.2 Методические указания

В ряде случаев при проектировании, а также при эксплуатации сетей небольшой сложности возникает необходимость проведения одноразовых расчетов без применения ПЭВМ, одним из распространенных способов ручного счета – последовательное упрощение схемы сложной сети по методу преобразования сети.

Сущность метода преобразования заключается в том, что заданную сложную сеть путем постепенных преобразований приводят к линии с двусторонним питанием, в которой распределение мощностей находят уже известным методом. Затем, после определения линейных мощностей на каждом участке преобразованной схемы, с помощью последовательных обратных преобразований находят действительное распределение мощностей в исходной схеме сети.

Эквивалентирование параллельных линии на любых участках замкнутой сети возможно только в том случае, если на этих линиях нет присоединенных нагрузок. Для участка замкнутой сети с двумя параллельными линиями (см.рисунок 2.2)

=+; .

Рисунок 2.2

Если в схеме существуют промежуточные нагрузки, то эквивалентирование осуществить нельзя. Для этого делают так называемый перенос нагрузок в другие точки сети. При этом режим сети до переноса и после должен оставаться неизменным.

Иногда при расчете сети требуется произвести преобразования треугольника в эквивалентную звезду и обратно (см.рисунок 2.3).

Рисунок 2.3

Сопротивления лучей эквивалентной звезды определяются

=; =; =. (2.1)

Обратные преобразования

(2.2)

При развертывании преобразований схемы в исходную необходимо найти распределение мощностей на сторонах треугольника по полученному распределению мощностей в лучах эквивалентной звезды.

После предварительного определения мощностей выбирается сечение проводов и проводится уточненный расчет мощностей с учетом действительных сопротивлений каждого участка сети.

Расчет напряжений осуществляется по «данным начала». В этом случае известной величиной является напряжение в центрах питания _А и U_В и используется метод последовательных приближений, причем расчеты выполняются в два этапа.

В качестве первого приближения (на первом этапе расчета) принимается, что напряжения во всех узлах равны номинальному напряжению сети. При этом условии находится распределение мощностей в сети.

Расчет ведется в следующей последовательности. Определяются потери мощности на концевом участке сети

DP=,

(2.3)

DQ=.

Далее определяется мощность в начале этого участка. По балансу мощности в узле (n-1) определяется мощность в конце участка n-1. Аналогично ведется расчет и для всех остальных участков сети. Расчет продолжается до тех пор, пока не определится .

На следующем этапе расчета определяются напряжения в узлах нагрузки во втором приближении. Исходными данными для расчета являются: напряжение и найденные в предыдущем этапе расчета мощности в конце каждого из участков. Для головного участка сети

= - D , (2.4)

где D - падение напряжения на головном участке сети.

= - DU - jdU (2.5)

или в раскрытой форме

= U - - . (2.6)

Модуль напряжения в точке 1

U = . (2.7)

Аналогично определяются напряжения в других узловых точках сети.

2.3 Контрольные вопросы

Вариант 1

1 Приведите порядок расчета районной сети по “данным конца”.

2 В чем заключается отличие автотрансформатора от трехобмоточного ?

Вариант 2

1 В чем заключается сущность метода ”расщепления сети”?

2 Какие типы изоляторов применяются на воздушных линиях ?

Вариант 3

1 Какие существуют опоры воздушных линий электропередачи ?

2 Как проводится расчет линии с нагрузкой на конце по потере напряжения ?

Вариант 4

1 Какие существуют способы прокладки силовых кабелей ?

2 Приведите порядок расчета сети по данным начала.

Вариант 5

1 Линейная арматура воздушных линий. Дайте краткую характеристику.

2 Как проводится расчет линии с двусторонним питанием при одинаковых напряжениях источников питания ?

Вариант 6

1 Конструкции и марки проводов воздушных линий.

2 Как проводится расчет линии с двусторонним питанием при различающихся напряжениях источников питания ?

Вариант 7

1 Что понимается под потерей и падением напряжения ? Покажите на векторной диаграмме составляющие падения напряжения.

2 Какие существуют конструкции силовых кабелей ?

Вариант 8

1 Что называется зарядной мощностью линии и как она определяется ?

2 Какие существуют упрощающие преобразования при расчете схем замещения электрических сетей ?

Вариант 9

1 Как проводится расчет сетей со стальными проводами ? 2 Назовите основные преимущества объединенных энергосистем.

Вариант 10

1 Как определяются потери мощности и энергии в линиях ?

2 В чем сущность метода наложения при расчете сложно-замкнутых электрических сетей ?

Список литературы

1. Блок В.М. Электрические сети и системы.- М.:Высшая школа, 1986.-430 с.

2. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 592 с.

3. Электрические системы: Электрические сети./ Под.ред. В.А. Веникова.—М.: Высшая школа, 1997.- 427 с.

4. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях: Учеб. пособие для электроэнерг. спец. Под.ред. В.А. Строева.– М.: Высш. шк., 1999.- 350 с.

5. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети: Учебное пособие для студентов электроэнергетических спец. вузов. – СПб: Издательство Сизова М.П., 2001.- 685 с.

6. Герасименко А.А. Передача и распределение электроэнергии: Учеб. пособие. – Ростов-на Дону: Феникс, 2006.- 615 с.

7. Сажин В.Н., Генбач Н.А. Электрические сети и системы. Конспект лекций для студентов специальности 050718 -Электроэнергетика.- АИЭС, 2007. – 44 с.

8. Соколов С.Е., Сажин В.Н., Генбач Н.А. Электрические сети и системы. Учебное пособие. – АУЭС, 2010. – 73 с.

Содержание

1 Расчетно-графическая работа №1 3

1.1 Общие указания 3

1.2 Условие задачи 4

1.3 Методические указания 5

1.4 Контрольные вопросы 9

2 Расчетно-графическая работа №2 12

2.1 Условие задачи 12

2.2 Методические указания 13

2.3 Контрольные вопросы 16

Список литературы 17

Сводный план 2011г, поз. 66

Т а б л и ц а 1

Т а б л и ц а 2

Т а б л и ц а 3

IX

IX

IX

1.2 Условие задачи

Т а б л и ц а 4

1.3 Методические указания

1 Как проводится расчет линий с двухсторонним питанием?

Вариант 4

Вариант 7

Т а б л и ц а 5

Список литературы