Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ  И СВЯЗИ
Кафедра “Электрические станции, сети и  системы ”

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА
И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Методические указания к расчетно-графическим работам
для специальности 5В071800  – Электроэнергетика

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛИ: Е.Г. Михалкова, И.С. Соколова, Н.А. Генбач. Введение в специальность: производство, передача и распределение электрической энергии. Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов специальности 5В071800  – Электроэнергетика. - Алматы: НАО АУЭС, 2013.-20с.

В представленной работе содержатся методические указания и варианты заданий для выполнения  расчетно-графических работ по дисциплине «Введение в специальность: производство, передача и распределение электрической энергии».

Ил.9 , табл.-7, библиогр.- 11  назв.

Рецензент: доцент Башкиров М.В.

Печатается по плану издания национального акционерного общества  «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.

©НАО «Алматинский университет  энергетики и связи», 2014 г.

Введение

Дисциплина «Введение в специальность: производство, передача и распределение электрической энергии» является одной из базовых дисциплин, изучаемой студентами специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Данный курс состоит из двух частей: «Производство электрической энергии» и «Передача и распределение электрической энергии».

Методические указания состоят из двух расчетно-графических работ. РГР №1 по части «Производство электрической энергии» и РГР №2 по второй части дисциплины «Передача и распределение электрической энергии».

1 Расчетно-графическая работа №1

1.1 Цель и задачи работы

Целью расчетно-графической работы является развитие самостоятельности в решении задач  по  построению суточных  и годовых графиков электрической нагрузки в абсолютных единицах и определению их параметров, а также развитию навыков работы с технической литературой.

Расчетно-графическая работа представляет собой типовой расчет, основными задачами которого является построение графиков нагрузок и определение основных параметров. Расчетно-графическая работа выполняется по вариантам, приведенным ниже.

1.2 Объем и содержание расчетно-графической работы

Исходные данные для выполнения работы принимаются в соответствии с вариантами, где задаются:

- типовой график нагрузки;

- максимальная нагрузка потребителей   МВт;

- продолжительность нагрузок, зима-лето;

- продолжительность рассматриваемого периода Т.

Исходные данные для выполнения расчетно-графической работы строго индивидуальные. Каждый студент определяет свой вариант задания в зависимости от учебного года изучения данной дисциплины по трем признакам  - по первой букве фамилии, по последней и предпоследней цифрам шифра зачетной книжки.  Исходные данные выбираются по рисунку 1, а-е, таблицы 1.1 и таблицы 1.2. 

Таблица 1.1 - Максимальная нагрузка потребителей   МВт

Учебный год

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2013/2014

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2014/2015

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

2015/2016

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Таблица 1.2 – Продолжительность сезона нагрузок зима-лето и длительность рассматриваемого периода (дни)

Учебный год

Сезон

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2013/2014

зима

235

225

215

205

195

185

175

165

155

145

лето

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

Т

221

229

250

258

275

292

298

321

333

344

2014/2015

зима

215

205

195

185

165

200

155

145

235

210

лето

150

160

170

180

200

165

210

220

130

155

Т

280

290

298

321

333

344

275

260

245

230

2015/2016

зима

210

200

190

180

170

160

150

140

230

220

лето

155

165

175

185

195

205

215

225

135

145

Т

220

235

248

255

260

275

295

300

310

330

Расчетно-пояснительная записка в объеме 10 выполняется в ясной и сжатой форме на стандартных  листах форматом А-44 (210х297) с помощью применения ЭВМ. В записке должны быть приведены все расчеты и кратко изложены основные, принципиальные положения, поясняющие  принятые в работе решения.

1.3 Методические указания к выполнению работы

1.3.1 Общие сведения.

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а, следовательно,

и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт графиком нагрузки, т. е. диаграммой изменения мощности (тока) электроустановки во времени

А ,Б , В, Г, Д

Е,Ж, З, И, К

 Л, М, Н, О, П

Р, С, Т, У 

Ф, Х, Ц, Ч, Ш

Щ, Ы, Э, Ю, Я

Рисунок 1 – Варианты типовых графиков электрических нагрузок

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, реактивной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки. Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т. п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они относятся, графики можно разделить на следующие группы:

1) графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;

2) сетевые графики нагрузки - на шинах районных и узловых подстанций;

3) графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;

4) графики нагрузки электростанций.

  Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

1.3.2 Суточные графики нагрузок потребителей.

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени. Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведениями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки: Руст = ΣРном.

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей:

,

где   и соответственно средние КПД электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке. 

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка потребителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентами одновременности  и загрузки . Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

,

где - коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводятся в справочной литературе.

Кроме Рmax, для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования аналогичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рисунке 2, а.

а - типовой; б - в именованных единицах.

Рисунок 2 - Суточные графики активной нагрузки потребителя

Для удобства расчетов график выполняется ступенчатым. Наибольшая возможная за сутки нагрузка принимается за 100%, а остальные ступени графика показывают относительное значение нагрузки для данного времени суток.

При известном Рmax можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

,

где — ордината соответствующей ступени типового графика, %.

На рисунке 2,б показан график потребителя электроэнергии, полученной из типового (см. рисунок 2, б) при Рmax=20 МВт.

1.3.3 Годовой график продолжительности нагрузок.

Этот график показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в соответствующем масштабе, по оси абсцисс — часы года от 0 до 8760. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Рmax до Pmin (см. рисунок 3).

Годовой график продолжительности нагрузок

Рисунок 3 – Годовой график продолжительности нагрузок

Построение годового графика продолжительности нагрузок производится на основании известных суточных графиков. На рисунке 4  показан способ построения графика при наличии двух суточных графиков нагрузки — зимнего (183 дня) и летнего (182 дня).

Для наиболее распространенных потребителей электроэнергии в справочниках приводятся типовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

Рисунок 4 – Способ построения годового графика продолжительности нагрузок

График продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико-экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течение года и т. п.

1.3.4 Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки.

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, произведенной или потребленной электроустановкой за рассматриваемый период:

,

где Рi – мощность i -й ступени графика;

Тi - продолжительность ступени.

Средняя нагрузка установки за рассматриваемый период (сутки, год) равна:

,

где Т - длительность рассматриваемого периода;

Wп - электроэнергия за рассматриваемый период.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэфициентом заполнения

.

Коэффициент заполнения графика нагрузки показывает, во сколько раз выработанное (потребленное) количество электроэнергии за рассматриваемый период (сутки, год) меньше того количества энергии, которое было бы выработано (потреблено) за то же время, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, что чем равномернее график, тем ближе значение Кзп к единице.

Для характеристики графика нагрузки установки можно воспользоваться также условной продолжительностью использования максимальной нагрузки:

.

Эта величина показывает, сколько часов за рассматриваемый период Т (обычно год) установка должна была бы работать с неизменной максимальной нагрузкой, чтобы выработать (потребить) действительное количество электроэнергии Wп за этот период времени.

В практике применяют также коэффициент использования установленной мощности:

,

или продолжительность использования установленной мощности

.

При определении  под Руст следует понимать суммарную установленную мощность всех агрегатов, включая резервные.

Коэффициент использования  характеризует степень использования установленной мощности агрегатов. Очевидно, что <1, а Туст<Т. С учетом соотношения РустРmax имеем kзп.

2 Расчетно-графическая работа №2

2.1 Общие указания

В работу включена одна задача и два контрольных вопроса.

В задаче проводится расчет разомкнутой сети, напряжением 35 кВ, определяются распределение мощностей на участках сети и напряжения в узлах нагрузки. В конце РГР приводится 10 вариантов контрольных вопросов.       

Исходные данные для решения задачи 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 2.1 по последней цифре шифра (номера зачетной книжки) с учетом года изучения дисциплины устанавливается номер варианта исходных данных первой группы.

Таблица 2.1-Исходные данные первой группы

Учебный год

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2013/14

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2014/15

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2015/16

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2016/17

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2017/18

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2018/19

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Аналогично, согласно таблице 2.2, устанавливается по предпоследней цифре шифра номер варианта исходных данных второй группы и, согласно первой букве фамилии, по таблице 2.3 номер варианта исходных данных третьей группы.

 Таблица 2.2- Исходные данные второй группы

Учебный год

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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

2016/17

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

2017/18

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

2018/19

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

Таблица 2.3- Исходные данные третьей группы

Учебный год

Последняя цифра шифра

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

2013/14

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2014/15

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2015/16

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

2016/17

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2017/18

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2018/19

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

Вариант контрольных вопросов в каждом контрольном задании принимается по последней цифре шифра независимо от года обучения.

 

2.2 Условие задачи

 

Найти распределение мощностей на участках  и определить напряжения в узловых точках разомкнутой сети напряжением 35 кВ, изображенной на рисунке 5

Рисунок 5- Расчетная схема сети

Таблица 2.4- Варианты заданий для выполнения РГР

№ ва-рианта

Исходные данные

1 группы

Исходные данные

2 группы

Исходные данные

3 группы

Длина участков, км

Марка провода

Cos j

Мощность нагрузок, Мвт

0-1

1-2

2-3

3-4

1-5

5-6

Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р6

I

 6

7

8

5

5

9

АС-95/16

0.88

2.2

2.5

2.4

3.5

2.8

3.1

II

8

6

7

5

8

6

АС-70/11

0.82

2.5

2.7

1.6

1.4

2.2

1.8

III

5

4

7

9

6

7

А-95

0.85

1.5

2.8

3.1

2.7

1.6

1.4

IV

3

8

4

8

6

3

АС-95/16

 0.8

1.4

2.2

1.8

2.2

2.5

2.4

V

4

6

7

4

8

5

АС-70/11

0.83

1.8

2.2

2.5

1.4

2.2

1.8

VI

7

9

5

7

5

9

А-70

0.78

2.4

3.5

2.8

3.1

1.6

1.4

VII

5

5

8

6

8

7

АС-120/19

0.81

2.8

3.1

1.6

1.4

2.2

1.8

VIII

7

8

7

5

8

6

А-70

0.76

2.5

1.4

2.2

1.8

2.8

3.1

IX

6

4

8

6

5

4

АС-95/16

0.86

2.5

2.7

1.6

1.4

2.2

1.8

X

9

5

4

8

6

5

АС-95/16

0.80

2.2

1.8

2.2

2.8

3.1

1.6

 

2.3 Методические указания

Для расчета сети составляется схема замещения, которая для сетей до 35 кВ включительно имеет вид (см. рисунок 6)

Рисунок 6- Схема замещения участка сети

Расчет сети проводится методом итераций или последовательных приближений, он состоит из двух этапов.

На первом этапе принимаем напряжение в узлах равное номинальному напряжению Uном и определяем потоки мощности в линиях от последней нагрузки к источнику питания.

На втором этапе определяем напряжение в узлах нагрузки по известному напряжению источника питания и потоку мощности, определенном на первом этапе. Напряжение источника питания принять равное 1,05 Uном.

Данные для расчета проводов принять по таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Расчетные данные проводов

Марка провода, мм2

r0 , Ом/км

х0,

Ом/км

 АС - 70/11

 АС – 95/16

 АС – 120/19

0,428

0,306

0,249

0,432

0,421

0,414

2.4 Контрольные вопросы

 

Вариант 1

1 Как осуществляется управление режимами электрических систем?

2 Какие типы изоляторов применяются на воздушных линиях?

Вариант 2

1 По каким признакам классифицируются электрические сети?

2 Какое отличие кабелей из сшитого полиэтилена?

Вариант 3

1 Какие существуют опоры воздушных линий электропередачи?

2 Какие существуют группы потребителей электроэнергии?

Вариант 4

1 Какие существуют способы прокладки силовых кабелей?

2 Какие требования предъявляются к электрическим сетям?

Вариант 5

1 Линейная арматура воздушных линий. Дайте краткую характеристику.

2 Какие существуют перспективные способы передачи электроэнергии?

Вариант 6

1 Конструкции и марки проводов воздушных линий.

2 Основные преимущества и недостатки передач постоянного тока.

Вариант 7

1 Какие предъявляются требования к системам электроснабжения?

2 Какие существуют конструкции силовых кабелей?

Вариант 8

1 Новые конструкции проводов воздушных линий.

2 Какие существуют особенности полимерных изоляторов?

Вариант 9

1 Номинальные напряжения  элементов электрических сетей.

2 Основные преимущества энергосистем.

Вариант 10

1 Влияние высокого напряжения ЛЭП на окружающую среду.

2 Какая роль электрических сетей и систем в энергетическом хозяйстве?

2.5 Пример выполнения РГР

Исходные данные:

l01=5 км          Р1=2,2 МВт;

l12=4 км          Р2=1,8 МВт;

l23=7 км          Р3=2,2 МВт;

l34=9 км          Р4=2,8 МВт;

l15=6 км          Р5=3,1 МВт;

l56=7 км          Р6=1,6 МВт;

Cosφ=0,88;

r0=0,306 Ом/км;

х0=0,421 Ом/км;

U=35кВ;

Марка провода АС-95/16.

Рисунок 7- Расчетная схема сети

Составляем схему замещения:

Рисунок 8- Схема замещения сети

Определяем параметры провода АС-95/16.

Определим активные R и реактивные Х сопротивления на участках линии:

,

где - удельное активное сопротивление, Ом/км; - длина участка n-k, км.

- длина участка n-k, км.

,

где - удельное реактивное сопротивление, ;  

      

R 01=0,306·5=1,53 Ом;

R 12=0,306·4=1,224 Ом;

R 23=0,306·7=2,142 Ом;

R 34=0,306·9=2,756 Ом;

R 15=0,306·6=1,836 Ом;

R 56=0,306·7=2,142 Ом;

Х 01=0,421·5=2,105 Ом;

Х 12=0,421·4=1,684 Ом;

Х 23=0,421·7=2,947 Ом;

Х 34=0,421·9=3,789 Ом;

Х 15=0,421·6=2,526 Ом;

Х 56=0,421·7=2,947 Ом.

Рассчитаем реактивную мощность Q и полную S в каждом узле:

                         ;                 ,  

где - узловая мощность нагрузок, .

Рассчитаем потоки мощности на участках сети:

Рисунок 9 - Потоки мощности

Определим узловые напряжения:

Суммарные потери в сети:

0,965+0,406+0,528+0,386+0,437+0,169=2,89 кВ;

 

%.

Список литературы

1. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов,- 2 изд. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

2 Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. - 3 изд. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

3 Соколов С.Е., Кузембаева P.M., Хожин Г.Х. Электрические станции и подстанции: Учебное пособие. - Алматы: 2006.

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

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

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

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

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

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

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

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

Содержание

Введение 

1 Расчетно-графическая работа №1 

1.1 Цель и задачи работы 

1.2 Объем и содержание расчетно - графической работы 

1.3 Методические указания к выполнению работы 

1.3.1 Общие сведения

1.3.2 Суточные графики нагрузок потребителей 

1.3.3 Годовой график продолжительности нагрузок 

1.3.4 Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

2 Расчетно-графическая работа №2 

2.1 Общие указания

2.2 Условие задачи

2.3 Методические указания 

2.4 Контрольные вопросы  

2.5 Пример выполнения РГР 

Список литературы 

Сводный план 2013 г., поз. 1

Елена Григорьевна Михалкова
Ирина Сергеевна Соколова
Наталья Алексеевна Генбач

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА
И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Методические указания к расчетно-графическим работам
для специальности 5В071800  – Электроэнергетика

Редактор  Н.М. Голева

Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

Подписано в печать «___»______2014г.
Формат 60х84 1/16
Тираж  150  экз.
Бумага типографская №1
Объем 1,4 уч.-изд.л.
Заказ          Цена 700 тенге

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова, 126