Коммерциялық емес  акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электр станциялары, тораптары және  жүйелері кафедрасы

 

 

 

ЭЛЕКТРЛІК ТОРАПТАР МЕН ЖҮЙЕЛЕР

Дәрістер жинағы

5В071800- Электр энергетикасы мамандығының барлық оқу түрінде оқитын студенттерге арналған


Алматы 2011

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Ж.К. Оржанова., Н.А. Генбач, В.Н. Сажин. Электрлік тораптар мен жүйелер. 5В071800 - Электр энергетика мамандығының барлық оқу түрінде оқитын студенттерге арналған дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2011.– 44 б. 

 

  Әдістемелік нұсқауда жай тұйықталған және тұйықталмаған электрлік тораптардың жұмыс режимдерін есептеу, күрделі конфигурацияға ие тораптарды есептеу, электр энергетикалық жүйелердің жұмыс режимдері, сонымен қатар электр энергия сапасы сұрақтары мен электрлік тораптардағы кернеуді реттеу қарастырылған.  

Без.-28, әдеб.көрсеткіші- 6 атау

 

Пікір жазған: техн. ғыл. канд., доцент Тохтибакиев К.К.

 

«Алматы энергетика және байланыс институтының» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011 ж. баспа жоспары бойынша басылады.  

 

© «Алматы энергетика және байланыс институтының» КЕАҚ, 2011 ж.   

                                                              2011ж. жиынтық жоспары, реті 317

 

 Кіріспе

Электр энергиясы – энергияның ең жан-жақты түрі. Бұл энергияны басқа энергияның түрлеріне (жылың, механикалық, жарықтық және т.б.) өте жеңіл өзгертуге болады. Электр энергия автоматиканың және электрониканың қондырғыларында едәуір қолданылады. Сондықтан, қазіргі уақытта біздің республиканың шаруашылықтың барлық салаларында электр энергия кең пайдаланылады.

Энергетиканың балансын құрастыруды, жеке аймақтардың көрінісін белгілеуді, шикізат қорын пайдалануды, электр станциялардың қуатын таңдауды, оларды орналастыруды және электр жүйелерді біріктіру мәселелерін электр тораптарды есепке алмай шешуге болмайды. Сонымен бірге электр станциялардың және электр тораптардың ең пайдалы параметрлерін бөлек таңдауға болмайды. Бұл мәселелерді бар энергетикалық қорларды, орынды және ең нәтижелі пайдалануды қамтамасыздандыру үшін жинақты шешу керек. Тек содан кейін электр жүйелердің бөлек элементтерінің (электр станциялардың, әртүрлі кернеуі бар электр тораптарын, қорғаныс және автоматика қондырғыларының) жұмыс жобалауын бастауға болады. Электр жеткізу желілердің, электр станциялардың, қосалқы станциялардың жабдықтары жұмыс істеуі уақыт аралығында әртүрлі әсер етуден бүлінуі мүмкін. Параллельді жұмыс істеуге электр станцияларды біріктірген кезде, желілер арқылы берілетін қуаттардың шекті мәндерін есепке алу керек. Шекті мәндерден шетке шығу, тұтынушылардың электрлік жабдықтарын, аппараттарын, құрылғыларын және ток өткізгіштерін бұзады.

Сонымен, электр тораптарың жұмыс жағдайлары мен электр жүйеге кіретін барлық объектілердің жұмыс жағдайлары бір-бірімен байланысты. Электр тораптарының жұмыс жағдайларына байланысты, барлық қорғаныс және автоматика құрылғыларына, найзағайдан қорғауға және коммутациялық асқын кернеулерге қойылатын талаптар белгіленеді.

 

1 Дәріс.  Ажыратылған электр тораптарының режімін есептеу

 

Дәрістің мазмұны:

- 110 – 220 кВ тораптарды басындағы және соңындағы берілгендер бойынша есептеу.

 

Дәрістің мақсаты:

-  ажыратылған электр тораптарының есептеу әдістерін оқып-үйрену.

 

110 – 220 кВ тораптардың режімін есептегенде екі ерекше есептеу жағдайына бөлуге болады: желінің соңындағы берілген кернеу бойынша торапты есептеу (немесе соңғы мәліметтері бойынша есептеу) және желінің басындағы берілген кернеу бойынша есептеу (бастапқы мәліметтер бойынша есептеу).

1.1  суретте n жүктемелері бар ажыратылған тораптың сұлбасы (а) және оның алмастыру сұлбасы (б) келтірілген.

 

1.1 сурет

 

Соңғы мәліметтер бойынша есептеуді қарап шығайық. Бастапқы берілген мәліметтер: Желінің соңындағы U кернеу, жүктемелердің есептік қуаттары және желінің параметрлері. Есептеу желінің соңынан өткізіледі. Белгілі U кернеу бойынша желінің соңғы n бөлігінде қуат шығындары белгіленеді:

                                                                                 (1.1)

 n бөлігінің басындағы қуатты табамыз

                  

       ,                                            (1.2)

        

 мұнда Q - n бөлігіндегі зарядтық қуат.

 

 (n-1) түйіндегі қуат балансы бойынша (n-1) бөліктің соңындағы қуат

 

             .                                             (1.3)

           

n соңғы бөлігінде кернеудің түсуі белгіленеді

        

               D= DU+ jdU=  + j.                (1.4)

 

 Белгілі U кернеу және n бөліктің кернеуінің түсуі бойынша n-1 түйіндегі U кернеу белгіленеді

 

                       = + D= U+ DU+ jdU                                           (1.5)

 

немесе кернеудің шамасы төмендегідей болады:

 

                         U=.                                                      (1.6)

           

 кернеуді анықтаумен тораптың соңғы бөлігінің режімін есептеу аяқталады. Сонымен, келесі бөлікті  есептеуге барлық қажетті мәліметтер белгілі болып қалады. n-1 бөлікті есептеу n бөлікке қолданған өрнектер бойынша өткізіледі.

Барлық қалған бөліктер үшін есептеу әдісі де сол сияқты болады. Есептеудің соңы  қуатты және  анықтаумен бітеді.

Қоректендіру нүктедегі  кернеуі белгілі кезде, яғни бастағы мәліметтер бойынша есептеу кезінде, жүйелілік жақындау әдісі қолданады және есептеу екі кезең бойынша өткізіледі.

Бірінші жақындау ретінде (есептеудің бірінші кезеңінде) барлық түйіндердегі кернеулер тораптың номиналды кернеуіне тең деп алынады. Бұл жағдайға сәйкес тораптағы қуаттардың таралуы табылады.

1.1 суреттегі белгілерге сәйкес есеп келесі түрде өткізіледі. Тораптың соңғы бөлігіндегі қуат шығындары анықталады

 

                                

                                        DP=,     

                                                    

                                       DQ=.                                             (1.7)

 

Содан кейін, (1.2) сәйкес бұл бөліктің басындағы  қуат белгіленеді.   (n-1) түйіндегі қуат балансы бойынша (1.3) өрнегі арқылы n-1 бөліктің соңындағы қуат белгіленеді. Барлық қалған бөліктер үшін есеп сол сияқты өтеді. Есептеу  қуат белгіленгенге дейін өтеді.

Есептеудің екінші кезеңінде, екінші жақындауда жүктеменің түйіндеріндегі кернеулер белгіленеді. Есептеу үшін бастапқы мәліметтер:  кернеу және әрбір бөліктің соңындағы алдыңғы кезеңде табылған қуаттар, белгілі болуы керек.

Тораптың басты бөлігі үшін

                          

                                          =  - D,                                                    (1.8)

 

мұнда D - тораптың басты бөлігіндегі кернеудің түсуі.

 

                                         =  - DU - jdU                                             (1.9)

         

немесе ашық түрде

 

                         = U -  - .                                (1.10)

        

1 нүктедегі кернеудің модульдік шамасы

 

                          U = .                                                    (1.11)

 

Тораптың басқа түйіндеріндегі кернеулер сол сияқты табылады.

                 

 

 

 

 2 Дәріс.  Сақиналық тораптардың режімдерін есептеу

 

Дәрістің мазмұны:

-                    сақиналық тораптардың жұмыстық режімдерін есептеу.

 

Дәрістің мақсаты:

-  жай тұйықталған тораптарды есептеудің әдістерімен танысу.

 

Сақиналық торап – ең жай тұйықталған торап. Ол бір тұйықталған контурдан құралады (2.1, а суретті қара). Қоректендіру орталық ретінде электростанция немесе жүйенің қосалқы станциялары болады. Егер де мұндай торапты қоректендіру көзін үзіп және жазып жіберсе, онда желінің соңындағы кернеулер шамасы және фазасы бойынша тең, екі жақтан қоректенетін желінің түрі болады (2.1, б  суретті қара).

2.1 сурет

          

Торапты есептеу үшін 2.2  суретте келтірілген сұлбаны аламыз. Мұнда ,, қуаттар - қосалқы станциялардың есеп айыратын жүктемелері. Қуаттардың ағындарының бағыттары жағдайға байланысты алынған. Нақтылы бағыттарды есептеу нәтиже арқылы белгіленеді.

             

2.2 сурет

 

Торапты есептеу үшін бастапқы мәліметтер – қоректендіру орталықтың кернеуі, жүктемелердің қуаттары, тораптың параметрлары белгілі болу керек.

Жүктемелердің түйіндерінің кернеулері белгісіз болғандықтан есептеу жүйелілік жақындау әдісімен өткізіледі. Ажыратылған тораптарды есептеген кезіндей желінің ұзыны бойынша кернеулердің теңдігі алынады. Бұл кернеу номиналды кернеуге тең деп алынады. Мұндай жорамалда тораптың бөліктеріндегі ток келесі өрнекпен анықталынады

            

.

 

Желінің соңындағы кернеулердің теңдігі туралы шарт, сұлбада кернеудің түсуінің нөлге тең екенін көрсетеді.

Кирхгофтың екінші заңы бойынша келесі өрнекті жазамыз

 

 

       ++-=0

 

немесе

                            ++-=0.                                      (2.1)

            

Бұл теңдеуге кіретін 2,3 және 4 желінің бөліктерінің қуаттарын  қуаты және жүктемелердің , , қуаттар арқылы көрсетейік.

Қуат шығындарын есепке алмағанда төмендегідей жазуға болады.

 

                                                     +=++,

 

ал бұдан келесі өрнек шығады

 

                                               =++-.                                           (2.2)

          

Кирхгофтың бірінші заңы бойынша

 

                                           =-       ,                                                      (2.3)

 

                                              =--.                                                     (2.4)

           

(2.2 – 2.4) бастапқы (2.1) теңдеуге қойып түрлендіруді өткізгеннен кейін, мынаны табамыз

            

    (+++)-(++)-(+)-=0

 

ал одан, сұлбадағы белгілерді есепке алсақ, мынадай өрнек шығады

 

                                     ==.                                 (2.5)

Оған сәйкес төмендегі өрнек табылады

 

                                 ==.                              (2.6)

Жалпы жағдайда, шеңберлік торапта n жүктемелер кезінде, қуатты келесі өрнекпен анықтауға болады

                                                                                       (2.7)

 

мұнда  және  - аралық жүктеме қосылған m нүктеден А           және В қоректендіру нүктелеріне дейінгі кедергілер.

 

Тораптың басты бөліктерінде өтетін қуаттар белгіленгеннен кейін Кирхгоф заңымен басқа бөліктердегі қуаттар белгіленеді. Бұл желінің ережесін есептеудің бірінші кезеңі осымен бітеді. Екінші кезеңінде тораптың түйіндеріндегі кернеулер және қуат шығындары белгіленеді. Бірінші кезеңдегі есептеудің нәтижесінде 2.6, а суретте көрсетілген қуаттардың таралуы болсын деп ұйғарайық.

                    

2.3 сурет

 

2 нүктеге қуат екі жақтан келеді. Бұл нүкте токты бөлу нүктесі деп аталып, суретте қара үшбұрышпен көрсетілді.

Түйіндердегі кернеулерді есептеу үшін сұлбаны (2.3, а суретті қара) токты бөліну нүктесін (2.3, б  суретті қара) шартты кесейік.

Екі тәуелсіз бөліктері бар сұлба болды. Әр қайсысы жалпы қоректендіру көздерінің шиналарындағы берілген жүктемелері және UA=UB кернеулері бар ажыратылған торапты сипаттайды. Сонымен, шеңберлік торапты есептеу ары қарай бастағы мәліметтер бойынша ажыратылған торапты есептеу сияқты өтеді. 110 – 220 кВ тораптар үшін қуат шығындары есепке алынады және түйіндердегі кернеулер белгіленеді. Кернеуі 35 кВ және одан төмен тораптар үшін, кернеулер қуат шығындары есепке алмай белгіленеді.

Кейбір жағдайда, бірінші кезең есептелгеннен кейін ток бөлінудің екі нүктесі болуы мүмкін: біреуі активтік екінші реактивтік қуат бойынша (2.4, а  суретті қара).

2.4 сурет

 

2 нүкте – активтік қуат үшін токты бөліну нүктесі, 3 нүкте  – реактивтік қуат үшін токты бөлу нүктесі. Бұл жағдайда шеңберлік торап токты бөлу нүктелерінде шартты кесіледі де екі ажыратылған желімен көрсетіледі. (2.4, б  суретті қара).

Бұл жағдайда токты бөлу нүктелердің арасындағы бөлікте қуат шығындары төмендегі өрнекпен анықталады

 

DР=,

DQ=.

2 нүктедегі жүктемені мынаған тең деп аламыз

 

+ jQ=P+ j(Q+DQ).

3 нүктедегі жүктеме

 

+ jQ= P+ DP+ jQ.

 

  Содан кейін есепті, екі ажыратылған желілерге есептеп өткіземіз.

 3   Дәріс.    Торапты түрлендіру әдісімен күрделі – тұйықталған тораптарды есептеу

 

Дәрістің мазмұны:

-                    күрделі тұйықталған тораптардың орынбасу сұлбасын есептеу.

 

Дәрістің мақсаты:

түрлендіру әдісі көмегімен күрделі – тұйықталған тораптарды есептеумен танысу.

 

 Жобалаудың кейбір жағдайларында және күрделі емес тораптарды пайдаланғанда бір реттік есептеуді, қолмен есептеудің таратылған әдісімен өткізудің қажеті болады. Бұл жағдайда, күрделі сұлбаны  торапты түрлендіру әдісімен желіні оңайландырады.

Түрлендіру әдісінің маңызы – тапсырылған күрделі сүлбені біртіндеп түрлендіру арқылы екі жақтан қоректенетін желіге келтіру, ал бұл желіде қуаттардың таралуын белгілі әдіспен табады. Содан кейін, түрлендірген сұлбаның қандай да болған бөлігінде желілік қуаттарды белгілеп, желілерді кері түрлендірудің көмегімен, тораптың бастапқы сұлбасындағы қуаттардың нақтылы тарауларын табады.

Егер де бұл желілерге қосылған жүктемелері жоқ болса, онда параллельді желілерді, тұйықталған тораптың қандайда болған бөлігінде баламалауға мүмкіндік бар. Екі параллельді жүйелері бар тұйықталған тораптың бөлігі үшін (3.1  суретті қара) төмендегі өрнекті пайдалануға болады

                  

                                       =+;    .

3.1 сурет

 

Егер де сұлбада аралық жүктемелері болса, онда баламалауға болмайды. Бұл үшін жүктемелерді тораптың басқа нүктелеріне тасымалдайды. Сонымен бірге, тасмалдаудың алдындағы және соңындағы тораптың ережесі өзгермей қалуы керек.

Егер де жүктемені тасымалдауға керек тораптық нүктелер арасында бірнеше энергия тұтынушылары болса (3.2 суретті қара), онда ауыспалы жүктемелердің шамаларын белгілейтін тәуелділіктердің қорытындыларын жалпы жағдай үшін істеуге болады.

 

3.2 сурет

 

Торапты екі жақтан қоректенетін желі деп қарап және барлық түйіндердегі кернеулердің фазасы және шамалары бірдей деп алып, А және В нүктелерден шығатын қуаттарды белгілейміз    

              

                                    =,                         (3.1)

                  

                                    =.                         (3.2)

 

Егер де  жүктемені А және В нүктелерге тасымалдасақ, онда торап бөлігінің сұлбасының түрі (3.2, б суретті қара) болады, ал және қуаттары былай белгіленеді

               

                         =,                                  (3.3)

                 

                              =,                 (3.4)

 

мұнда  ==0.

 

Қаралып жатқан бөліктің жүктемелерінің қолдануы, шекарадан асып жатқан тораптың ережесін өзгертпеуі керек, сондықтан = и =. (2.32) және (2.34), (2.33) және (2.35) теңдеулерді теңестіріп, келесі өрнектерді табамыз

 

= и =.

 

Жалпы жағдайда, сол сияқты қандай да болған аралық жүктеме үшін қуаттарды төмендегі өрнектермен табуға болады

                         

 

                                                                                           (3.5)

 

 Кейде торапты есептегенде, үшбұрышты сұлбаны баламалы жұлдызша және кері түрлендіру керек болады (3.3  суретті қара).

 

 

3.3 сурет

          

 Баламалы жұлдызша, сұлбаның сәулелерінің кедергілері былай белгіленеді

 

 

       ==;    =.              (3.6)

 

Кері түрлендіру

                

                                                                                (3.7)

 

 

Түрлендірген сұлбаны бастапқы түрге айналдыру кезінде баламалы жұлдызша сұлбаның сәулелеріндегі қуаттардың таралулары бойынша үшбұрыштың жақтарындағы қуаттардың таралуын табу керек.

Шартпен, жұлдызша сұлбаның сәулелеріндегі қуаттардың таралуы 3.3 – суретке сәйкес алынған деп есептелінеді. Үшбұрыштың жақтарындағы қуаттарды қандайда болған үшбұрыштың жағында және оған көршілес жұлдызша сұлбаның сәулелеріндегі кернеудің түсу векторларының теңдеулерінен аламыз.

Үшбұрыштың жақтарындағы қуаттардың бағыттарын таңдап және номиналды кернеу бойынша бөліктердегі токтарды белгілеп, келесі өрнектермен табамыз

 

,

 

бұдан

                

                                                                                    (3.8)

 

Егерде нәтиже теріс таңбамен шықса, онда үшбұрыштың оң жағында шартпен алынған қуаттың бағытын теріске аудару керек.

 

4 Дәріс.  Активтік қуат балансы және оның жиілікті реттеумен байланысы

 

Дәрістің мазмұны:

- энерго жүйедегі жиіліктің өзгеруі кезінде активтік қуат балансының бұзылуы.

 

Дәрістің мақсаты:

 -  активтік қуат балансының бұзылу себептерін оқып-үйрену  және оның нәтижелері.

 

 Энергожүйеде кез келген уақыт мезетінде активтік қуат балансы сақталынады

 

                                *   ∑Рг = ∑Рн + ∑∆Рс ,

 

мұндағы ∑Рг – электрлік станса генераторларының жиынтық қуаты;

               ∑Рн  - энергожүйе тұтынушыларының қуаты;

               ∑Рн  - электрлік тораптардағы жиынтық қуат шығыны.  

 

Егер, мысалға, турбинаға энерготасымалдауды (су, бу) төмендетсе, онда  ∑Рг қуаты азаяды және сол ∑Рн тұтынушылар жүктемесінде қозғалтқыштарды бастапқы  жылдамдықпен  айналдыра  алмайды.  Олар  тежеле  бастайды  және

P =  f (f) (4.1 суретті қара) жиілігі бойынша жүктеменің статикалық сипатына сай аз активтік қуатты пайдалана бастайды. Сонымен бастапқы fн жиілігінен аз f1 жиілігінде активтік қуат балансы орнайды.

 

                                        

4.1   сурет

 

 

Сонымен, электр стансалары өндіретін қуат кез келген жиілікте тұтынатын қуатқа тең. Соның ішінде энергожүйедегі номиналдық жиілік электр қабылдағыштардың қалыпты қажеттілігін қанағаттандыруға өндірілетін қуаттың жеткіліктілігіне кепілдік береді. Төмендетілген жиілік номиналдықпен салыстырғанда, өндірілетін қуаттың жеткіліксіздігін, ал жоғарылатылғаны – электр стансалары қуатының артықшылығын көрсетеді. Бұдан, жиіліктің номиналдықтан ауытқуы мына жағдайларда болуы мүмкіндігін көреміз:

  а) станса қуатының электр қабылдағыштардың қосылған қуатының өзгеріске ұшырамай өзгеруі;

  б) электр қабылдағыштар қуатының өзгеруі және өндірілетін қуаттың тұрақтылығы;

  в) станса және тұтынушылар жүктемелерінің бір уақытта келісімсіз өзгеруі.

Активтік қуат балансының күрт бұзылуы кезінде жиілік өзгерісінің сипатын қарастырайық (4.2 суретті қара)  Жиіліктің күрт төмендеуі қуат өндірушінің аяқ астынан істен шығуы кезінде және  резервтің (қордың) болмауынан немесе жүктелген жүйеаралық желілердің апаттық өшуі және жүйенің қуат жетіспейтін синхрондық емес бөліктерге бөлінуі кезінде болады.

Бастапқы уақыт мезетінде энергожүйедегі номиналды жиілік fн Р барлық генераторлар жүктемесіне тең Р тұтынушылар жүктемесіне сәйкес келеді.

 

           

4.2  сурет

 

 

Барлық генераторлар толық жөнделген және жүйеде активтік қуат резерві жоқ деп алайық. Енді кейбір себептерден t1 (нүкте 1) уақыт мезетінде  Р – Р (нүкте 3) тең өндірілетін активтік қуаттың жетіспеушілігі туды делік. Ол баланстың бұзылуына алып келеді және жиіліктің статикалық сипаттамасы бойынша оны төмендетілген жиілікте қалпына келтіруге тырысады. Егер де станса қуаты жиілікке тәуелсіз болса, онда бұл үрдіс 1 – 2 қисығы бойынша жүреді. Мұнда жүктеменің және тұтынушылардың баяу өзгеруі жүйе инерциясымен түсіндіріледі. Тұтынушылар жүктемесі Р = Р жеткенде төмендетілген жаңа f2 жиілігінде баланс қалпына келер еді.

Алайда жиіліктің төмендеуі және өндірілетін қуаттың резервінің болмауы 3 – 4 қисығы бойынша барлық жылу стансаларының қуатының төмендеуіне алып келеді, бірақ 3 – 4 қисығы 1 – 2-ге қарағанда электр стансалардың өзіндік мұқтаждық механизмдеріндегі үлкен статикалық екпіні арқасында өте қисығырақ. Сондықтан тұтынушы және өндіруші қуаттарының арасындағы айырмашылық жоғарылайды да, ары қарай жиіліктің 1 – 5 қисығы бойынша төмендеуіне әкеледі. Жылу стансаларының қуаты fк критикалық жиілікке жетуі кезінде нөлге дейін төмендейді және жиілік күрт құлайды  ( 4 – 6 және 5 – 7 қисықтар). Жиіліктердің тасқын үрдісі туады.

       

5 Дәріс. Электрлік жүйелердегі жиілікті реттеу

 

Дәрістің мазмұны:

-  жүйедегі жиілікті біріншілік және екіншілік реттеу.

 

 Дәрістің мақсаты:

 -  қалыпты жұмыс режимінде электрлік жүйелердегі жиілікті реттеу процестерімен танысу.

 

Энерго жүйенің қалыпты режимінде негізгі реттелуші болып, тұтынушылардың қуаты мен құрамының өзгеруінен туатын жиіліктің ауытқуы саналады. Қуаттың бұл өзгерістері тәулік бойы 20–50% құрайды.

Электр стансасының турбина жиілігін реттеу үшін, жылдамдық реттеуіштермен жабдықталады. Турбинаның реттеуіштік қабілеті жылдамдық сипатымен анықталады.  5.1 суретте жылдамдық реттеуіштің статикалық сипаттамасы көрсетілген.

 

                                

                                            

5.1  сурет

 

Реттеу принципі жиіліктің өзгерісі кезінде турбина қуаты бастапқы жиілікті қалпына келуге сәйкес өзгереді. Мысалы, fн ден f1  дейін жиіліктің төмендеуі кезінде Ро дан Р1 дейін  жүктеменің автоматикалық жиынтығы жүреді. Ал жиіліктің әрі қарай төмендеуі кезінде генератор қуаты Рном – ға тең болғанша өседі.

 

 5.1 Жиілікті біріншілік реттеу

 

Жиілікті реттеу процесін бір сызбада турбинаның жылдамдық реттеуіш сипаттамасы мен Р = f(f) және тұтынушыдағы активтік жүктеменің жиіліктік статикалық сипаттамасын  Рн = f(f)  тұрғызу арқылы қарастырайық (5.2 суретті қара). 

 

                 

                      5.2 сурет                                      5.3 сурет

  

Номиналдық fн жиілік кезінде (О) нүктесінде жүктеме қуаты генератор қуатына тең: Рн = Рг. Қандай да бір себептен (мысалы, кейбір стансаның жүктемесінің азаюынан) жиілік ∆f1төмендеді және f1 жиілігіне тең болды. Онда статикалық сипаттама бойынша Рн жүктеме қуаты ∆Рн шамасына төмендейді, ал генераторлар қуаты ∆Рг - ға өседі және жалпы қуат жетіспеушілігі мынаны құрайды

          

                                        ∆Р = ∆Рг + ∆Рн .

 

Жиіліктің ауытқуы кезінде, жиіліктің бастапқы мәнін сақтап қалуға тырысатын генератор және тұтынушы қуаты өзгеру үрдісін біріншілік реттеу деп атайды. Бұдан шығатын маңызды практикалық қорытынды: қуаттың толықтай жетіспеушілігіндегі жиіліктің төмендеуі кезінде генератор қуатының өсуі бойынша қарастыруға болмайды. Сонымен қатар тұтынушы жүктемесінің статикалық сипаттамасы бойынша өзгеруіні де есепке алу керек.

Егер жиіліктің төмендеу мезетінде генераторлардағы қуат резерві болмаса, онда ∆Р өндіруші қуаттың солай төмендеуі ∆f2 жиіліктің біраз төмендеуіне алып келеді  (5.3 суретті қара). Стансаның қуатының толықтай пайдаланылуы кезінде жиілікті біріншілік реттеу тек тұтынушы қуатының өзгеруі есебінен жүреді.

5.2 Жиілікті екіншілік реттеу

 

Статикалық сипаттамалы турбина жылдамдық реттеуіштің орындалуы кезінде жиілікті біріншілік реттеу жүйедегі номиналдық жиілікті ұстап тұруды қамтамасыз етпейді. Сондықтан, қосымша екіншілік реттеуді пайдаланады. Ол турбина жылдамдығын реттеуіштердің сипаттамасының  өзөзіне параллель араласуынан тұрады. Екінші реттік реттеу қолмен немесе автоматты түрде іске асуы мүмкін.

Жиілікті біріншілік және екіншілік реттеу бірлескен үрдісін қарастырайық (5.4 суретті қара).

  

                               

5.4   сурет 

 

Жүйе генераторларының Рго  жылдамдығын реттеуішінің орташа сипаттамасы және Рно жүктемесінің статикалық сипаттамасы белгілі. О нүктесінде fн жиілігі кезінде активті қуаттар балансы сақталады. Егер жылдамдықты біріншілік реттеу болмаса, онда тұтынушылар жүктемесінің өсуі кезінде генератор қуаты Рг өзгеріссіз қалады және жиілік f1–ге дейін төмендейді, ал жүктеме сипаттамасы 1 нүктеге орын ауысады және Рн жағдайына көшеді.

Жылдамдық реттеуіштері қосылған жағдайда, генераторлар жүктеменің бір бөлігін өзіне алады және Рго және Рн сипаттамаларының қиылысы 2 нүктеден табылады, ал жиілік f2 болады, сонымен f1 < f2  < fн. Екіншілік реттеу реттегіштері қосылғанда  Рго генераторлар сипаттамасы, жиілік fн номиналдыққа тең болғанша ығыса береді (3 нүкте, Рго сипаттамасы). Қорытындысында ∆Р жүктеменің барлық өсуін станса генераторлары өзіне алады.

Жүйеде жиілікті екіншілік реттеуді орындау үшін, әдетте бір немесе бірнеше стансаны бөліп алады, ал барлық қалғандары тұрақты жүктемені ұстап тұрады және тек жиілікті біріншілік реттеу үрдісіне қатысады.                  

                                  

6 Дәріс. Электр энергиясының сапасы

 

Дәрістің мазмұны:

- электр қабылдағыштар мен электр аппараттарының жұмыстарына электр энергиясы сапасының ықпалы.

 

Дәрістің мақсаты:

 - электрлік тораптардағы электр энергиясы сапасының көрсеткіштерін есептеу және оқып- үйрену.

 

 6.1 Электр энергиясы сапасының, электр қабылдағыштардың және электр аппараттардың жұмыстарына әсерін тигізуі

          

Электр энергиясының сапасы айнымалы токтың жиілігіне және кернеулердің ережесіне жататын белгілі көрсеткіштермен сипатталады.

Электр энергиясының сапасы электр торапқа қосылған қабылдағыштардың және электр аппараттардың жұмыстарына әсер етеді. Барлық электр қабылдағыштар және электр аппараттар белгілі номиналды параметрлармен (f, U, I және т.б.) сипатталады. Бұл параметрлар жұмыс кезінде техникалық және үнемділік жағынан ең жөнді деп саналады. Қазіргі уақытта өте көп электр қабылдағыштардың (прокат стандары, доғалық электр пештері, түзеткіш қондырғылар, электрленген транспорт, электролиз, т.б.) жүктемелері кенет ауыспалы немесе фазалар бойынша біркелкі емес таратылған және токтар мен кернеулері синусоидалды емес болады. Мұның бәрі электр энергиясының сапасын бұзады.

        

6.2 Электр энергиясы сапасының көрсеткіштері

 

 Электр энергиясы  сапасының көрсеткіштері екі топқа бөлінеді: негізгі және қосымша. Негізгі көрсеткіштер сапасын сипаттайтын электр энергияның қасиеттерін белгілейді.

Рұқсат етілген маңыздары бар электр энергиясы сапасының негізгі көрсеткіштеріне жататындар: жиіліктің ауытқып кеткендігі, кернеудің ауытқып кеткендігі, кернеудің тербеле луі, g  гармоникалық құрастырушының коэффициенті, кернеудің кері тізбектеліну және нөлдік тізбектеліну коэффициенттері.

Жиіліктің ауытқуы – жиіліктің нақтылы және номиналды мәндерінің айырымы

 

                                                      Df = f – f .

 

Желінің ауытқуы барлық энергетикалық жүйеге бірдей, өйткені осы уақыт мезгілінде жиіліктің мәні генераторлардың айналу жиілігінен белгіленеді. Әдеттегі қалыптасқан ережелерде барлық генераторлар синхронды жиілікке ие болады. Сондықтан, жиіліктің ауытқып кетуі – электр энергиясы сапасының жалпы жүйелік көрсеткіші.

Электр тораптың іс жүзіндегі ережелерде, түйіндегі кернеулері номиналды көрсеткіштерден өзгеше болады. Сондықтан, электр тораптың әртүрлі нүктелерінде, кернеу сапасының көрсеткіштерінің әртүрлі мәндері болады.

Кернеудің ауытқуы – кернеудің нақтылы және номиналды мәндерінің айырымы

 

δUу = U - U

          

немесе номиналды мәнімен пайыз бойынша

                                               

                                              δUу = .                                           (6.1)

 Кернеудің тербелуі – номиналды мәнінен пайыз бойынша ең үлкен және ең кіші кернеудің мәндерінің айырымы

                      

                                         ΔUt%=.                                           (6.2)

Кернеудің кері тізбекті коэффициенті – пайыз бойынша кернеулердің симметриялы еместігін белгілейтін сапаның көрсеткіші

 

                                           ,                                                    (6.3)

 

мұндағы U - кернеулердің үш фазалы жүйесінің негізгі жилігінің кері тізбектелуін кернеудің әрекет мәні.

 

Сол сияқты, үш фазалы төрт сымды жүйенің, кернеулерінің нөлдік тізбектелінуінінің Kкоэффициенті белгіленеді, яғни (6.3) өрнек арқылы, бірақ U орнына нөлдік тізбектелінудің U әрекет мәні пайдаланады.

Кернеу қисығының синусоидалды еместігінің коэффициенті

 

,

мұндағы U - кернеудің  g-ші гармоникалық құрастырушысының  әрекеттік мәні;

                  g - кернеудің гармоникалық құрастырушысының реті;

n кернеудің есепке алынатын соңғы гармоникалық                                                           құрастырушысының реті.

 

          Электр энергиясы сапасы көрсеткіштерінің рұқсат етілетін мәндері:

                                                                                    

 

Қалыпты

Максималды

Қалыптасқан кернеудің ауытқып кетуі, %                                 

±5

±10

Синусоидалды еместігінің коэффициеті % бойынша одан көп емес, тораптың кернеуі

 

 

 

1кВ дейін

8

12

 

6-10 кВ

5

8

 

35 кВ

4

6

 

110 кВ және одан жоғары

2

3

Кернеулердің кері тізбектеліну коэффициенті             % одан көп емес                                                                         

2

4

Кернеудің нөлдік коэффициенті,

% - дан көп емес

2

4

Жиіліктің ауытқып кетуі, Гц                                                          

      ±0,  2

±0,4

                                                                                     

 

7 Дәріс.  Реактивті қуаттың теңдігі және оның кернеуді          реттеумен байланысы

 

 Дәрістің мазмұны:

          - жүктеме тораптарында кернеу өзгерген кезде реактивті қуат теңдігінің бұзылуы.

 

 Дәрістің мақсаты:

          -  жүктелген тораптарда реактивті қуат теңдігінің бұзылу себебін және оның салдарын зерттеу.

 

    Энергожүйеде реактивті қуаттардың оперативті теңестірілуі сақталу керек

 

                       ∑Qг + ∑Qв +∑Qк.у = ∑Qп +∑∆Qс ,                                      (7.1)

 

          мұндағы ∑Qг – станса генераторларының реактивті қуаты;

                          ∑Qв – электр берілісі желісінің зарядтық қуаты;

                          Qк.у- есесін қайтаратын құрылғылардың қуаты;

                          ∑Qп – тұтынушылардың реактивті қуаты;

                          ∑∆Qс – электр тораптардағы реактивті қуаттың шығындары.

 

 

                        

 

                   7.1 сурет                                                     7.2 сурет

 

 

           Бұл баланс генерацияланатын қуат жүктеменің кернеуі бойынша статикалық сипаттамасына сәйкес өзгеруімен тұрақталып тұрады (7.1 суретті қара).

           Реактивтік қуат теңдігінің шарты электр торабындағы кернеудің шамасына тікелей байланысты. Осы байланысты тораптағы бір элементтің  мысалында қарастырайық (7.2 суретті қара). Уақыттың алғашқы кезеңінде реактивтік қуат теңестірілген және желінің басындағы кернеу U1, ал оның соңындағы  U2 болды делік. Статикалық сипаттамалар бойынша осы кернеулерге тұтынушылардың жүктемесі Pн + JQн сәйкес. Желінің соңындағы кернеуді келесідей анықтауға болады

 

                                          U2 = U1

Егер реактивтік қуат көзінен жүктемені түсіру арқылы U1 кернеуін  U1' дейін түсірсек, онда жүктеме торабындағы U2 кернеуі U2' дейін төмендейді. Сонымен статикалық сипаттама бойынша тұтынушылардың қуаты Pн' + JQн' дейін азаяды да (7.2  суретті қара) желінің соңындағы кернеу келесідей болады  

 

                                          U2' = U1'

 

Желінің басындағы кернеу төмендегенде және кернеу шығындарынының өзгергенде U2 кернеуі өзгереді. Реактивтік қуаттың статикалық сипаттамасы белсенді қуаттың сипаттамасынан үлкен айырмашылығы бар. Кернеу өзгерген сайын белсенді қуат 0,6–2%, ал реактивтік қуат  2-5% өзгеріп тұрады. Сондықтан  U1 кернеуі төмендеген кезде кернеу шығыны төмендейді. Нәтижесінде U1 өзгеруіне қарағанда, U2 өзгерісі аз болады

 

                                                U2U2' < U1U1'.

 

        Сөйтіп, статикалық сипаттамаға сәйкес тұтынушылардың жүктемесі өзгергенде, U2 кернеуін біраз реттеуге болады. Осы процесті кернеу бойынша жүктемені реттеу эффектісі деп атайды. Осылай реттеудің нәтижесінде U1' және U2' кернеулердің жаңа мәндеріне реактивтік қуатты теңестірудің жаңа шарты сәйкес келу керек.                            

 

 

 

7.3 сурет

 

 

Жүктемені реттеудің әсері тек кейбір шектік кернеуге Uкр дейін ғана пайда болады. Егер U2 кернеуі шектік кернеуден төмен болса, онда кері құбылыстар болуы мүмкін: жүктеменің төмендеуі тұтынушылардың реактивтік жүктемесін күрт өсіреді, және ол кернеу шығындарын өсіріп, U2 кернеуін төмендетеді. Кернеу тасқыны пайда болады да реактивтік қуаттың балансы бұзылады (7.3  суретті қара). Мұндағы  t1- кернеудің Uкр дейін төмендеу кезеңі, ал t2t1 уақыт аралығы – тасқынның даму процесі (бірнеше секунд). Кернеу тасқынының нәтижесінде жүктеме тұрақтылығы бұзылады, сөйтіп тұтынушылар өздігінен жүктелетін болады. Оларды істен шығарғаннан кейін кернеу қалпына келе бастайды.

Аралас тұтынушылардың тораптары үшін шектік кернеу желінің номиналдық кернеуінен 0,8 – 0,75 құрайды. Кернеу тасқыны қалай барлық энергожүйе бойынша болса, жеке тораптарда да болуы мүмкін, солай реактивтік қуаттың жеткіліксіздігі пайда болады. Кернеу тасқынын болдырмау үшін арнайы шаралар қолданады.

 8 Дәріс. Электр тораптарындағы реактивтік қуат көздері

 

         Дәрістің мазмұны:

         - синхрондық (компенсаторлар) қарымталауыштар, статикалық конденсаторлардың батареялары.

 

Дәрістің мақсаты:

        -  электр тораптарындағы реактивтік қуаттың қосымша көздерімен жұмыс істеумен танысу.

 

Генераторлардан басқа, электр энергиясын тұтынушыларында немесе қосалқы станцияларда орнатылған басқа құрылғылар да реактивтік қуаттың көзі болуы мүмкін. 

          Осындай құрылғыларға қоздыру орамасы орнатылған анық полюстік роторы бар айналып тұратын машиналар – синхрондық компенсаторлар жатады. Синхрондық компенсатордың режіміне синхрондық қозғалтқыштың режімі ұқсайды, ол бос жүріс режімінде жұмыс істейді.

 

                                    

8.1 сурет

 

          8.1 суретте синхрондық компенсатордың векторлық диаграммасы мен алмастыру сұлбасы келтірілген, оның негізінде синхрондық компенсатордың тогы келесідей анықталады

 

                                        Iс.к =

 

демек, оның қыспақтарындағы қуаты

 

                                        Sс.к = Qс.к = √3Uс.кIс.к =                           (8.1)

 

         (8.1) өрнегінде синхрондық компенсатордың қуатының белгісі мен шамасы компенсатордың э.қ.к. мен оны желіге қосатын кернеуі арасындағы қатынасқа байланысты екені көрсетілген. Электр қозғалтқыш күші қоздыру тогының шамасымен анықталады, яғни қоздыру тогының көтерілуі э.қ.к. өсуіне сәйкес келеді.

          Қоздыру тогы үшін Eq = Uс.к мәнін алуға олады. Осы жағдайда синхрондық компенсатордың қуаты Qс.к = 0. Ток аздап өскен кезде компенсатор белгілі реактивтік қуатты Qс.к > 0 жібереді. Синхрондық компенсатордың осындай режімін өздігінен қозатын режім деп атайды. Қоздыру тогын азайта отырып, жеткіліксіз қоздыру режімін Eq < Uс.к и Qс.к < 0 алуға болады. Бір режімнен екінші режімге синхрондық компенсаторды ауыстыруда, сондай-ақ оның қуатын өзгерту қоздыру тогын сәйкесінше өзгерту арқылы алынады, сонда компенсатор режімін басқаруды қалай қолмен де, солай автоматты түрде де реттеу сияқты – ешқандай секіртпелерсіз жайлап іске асыруға болады.

          Синхрондық компенсатордың номиналдық қуаты желіге реактивтік қуатты жіберіп тұратын компенсатордың асқын қоздырылу режімін көрсетіп тұрады. Жеткіліксіз қозатын режімдегі компенсатор желіден реактивтік қуатты тұтынады. Сонымен оның шектік қуаты келесідей анықталады

                    

                                                 Qс.к(ндв) =  -                                                (8.2 )

 

Компенсаторлардың реактивтік қуаты салыстырмалы бірлікте Хd = 1,7-2,0%, сондықтан базистік шамасы ретінде компенсатордың номиналдық қуаты мен номиналдық кернеуін келесідей қабылдаймыз

 

                                        Qс.к(ндв)

 

         Асқын қоздырылған режімде жұмыс істейтін синхрондық компенсатор желіде кернеуді төмендеткен кезде желіге жіберілетін реактивтік қуатты көтереді. (8.1) өрнегі Uс.к  кернеуі төмендеген кезде Eq э.қ.к. бір уақытта жоғарылайтынын көрсетеді. Осындай тиімділік компенсатордың қоздыру тогын реттеген кезде маңызды болады. Кейбір кезде оң реттеуіштік эффектісі деп аталатын синхрондық компенсаторлардың көрсетілген ерекшелігі, оларды пайдаланған кезде электр желісінің және толық жүйенің режімінің сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді. 

         8.2 суретте желінің соңындағы учаскенің сұлбасы көрсетілген. Тұтынушының шиналарында реактивтік кедергісі бар Хк статикалық конденсаторлардың батареясы қосылған, оның қуатын келесідей анықтаймыз

 

                                                 Qк                                                       (8.3)

 

Осы сұлба (8.3 суретті қара) үшін құрылған векторлық диаграмма желідегі реактивтік қуат конденсаторлар батареясының әсерінен қуаты өзгермеген кезде жүктемесі азаятынын көрсетеді.  

  

           

            8.2 сурет                                                       8.3 сурет

 

Синхрондық компенсаторларға қарағанда, конденсатордың батареясы  тек реактивтік қуатты шығара алады.  Конденсатор батареясының басқа ерекшеленетін қасиеті желіге батареяны қосатын нүктедегі жіберілетін реактивтік қуаты кернеумен байланысты болып табылады. (8.3) формуласында осы кернеуді төмендеткенде Qк азаятыны көрсетілген. Демек, синхрондық компенсаторға қарағанда конденсаторлардың батареясы теріс реттеуші эффектісімен сипатталынады.

Кернеу күрт төмендеген кезде батарея қуатының кішірейген көрсеткішін өзгерту немесе оң реттеуіш эффектісін алу үшін Хк кедергісін азайту керек. Ол үшін қосымша конденсаторларды қосу керек. Жеке конденсаторлардың кернеуін өсіретін қайта қосулармен жүзеге асырылатын батареяларды еселеген кезде батарея қуатын күрт өзгертуге болады. Мысалы, 8.4 суретте көрсетілген бойынша қосылған статикалық конденсаторлардың үш фазалық батареясын үшбұрышқа қоса отырып, батареяның әр фазасындағы кернеуді  есе ұлғайтуға болады.

        

 

                      

                        

                                                  8.4 сурет

 

 

 

9 Дәріс. Электр тораптарында кернеуді реттеу

 

Дәрістің мазмұны:

- электр тораптарында кернеуді реттеу және өзгерту әдістері.

    

Дәрістің мақсаты:      

электр тораптарында кернеуді реттеу тәсілдерімен танысу.

         

9.1 Электр тораптарында кернеуді реттеудің мәселелері

 

Электр қабылдағыштардың және электр аппараттарының кернеуінің сапасына қойылатын талаптарды қамтамасыз ету үшін электр тораптың әрбір нүктесінде кернеулердің мәндері рұқсат етілген белгілі шектерде болуы керек. Арнайы реттеуіш құрылғыларды қолданбай, кернеулердің рұқсат етілетін ережесін қамтамасыздандыру үшін тораптағы қосынды кернеу шығындары шамалы болған жағдайда орындалады. Бұны тек аралық трансформациялары аз, ұзындығы үлкен емес электр тораптарда орындауға болады.

Қазіргі электр жүйелері көп сатылы трансформациямен және әртүрлі кернеулері бар үлкен ұзындығы бар желілермен сипатталады. Кернеу шығындарының қосынды мәні электроэнергияны көздерінен тұтынушыларға жеткізгенде үлкен болады. Жүктемелер ең кіші шамадан ең үлкен шамаға өзгергенде кернеудің қосынды шығындылары да өзгереді. Нәтижесінде электр қабылдағыштардың қысқыштарында рұқсат етілетін мәндерден асатын едәуір шектерде кернеу өзгерісі орын алады. Бұл жағдайда кернеудің талап етілген кернеу сапасын арнайы реттеуіш құрылғыларды қолданбай, қамтамасыздандыруға мүмкіншілік жоқ.

Кернеуді реттеудің мақсаты – тораптың бөлек орындарында алдын - ала тапсырылған заңдар бойынша ережені әдейілеп өзгерту. Көбірек сенімді және үнемдісі – кернеуді автоматты реттеу болады. Кернеуді реттеу заңдары бойынша реактивтік қуаттың көздері, электр тораптардың және оларға қосылған электр қабылдағыштардың ең үнемді бірлескен жұмыстарын қамтамасыз ету жағдайларымен белгіленеді. Кернеуді реттеудің бастапқы жағдайлары жергілікті жайға, тораптың түріне, электр қабылдағыштардың құрамына тәуелді.

Кернеуді реттеудің мәселелері электр тораптарды жобалау және жұмыс істеу кезінде әртүрлі шешіледі.

Электр тораптарды жобалау кезінде реттеу құралдары, реттеу сатылары, сәйкес құрылғылардың қойылатын жерлері, автоматты реттеудің жүйелері таңдалады.

Электр тораптарын жұмыс процесі кезіндегі кернеуді реттеудің мәселелері, бар құралдарды толық және үнемді пайдаланумен байланысты. Электр тораптың күнделікті жұмыс жағдайлары өзгеруіне байланысты (тораптық жүктемелері, құралдары, олардың параметрлері және қосылу сұлбалары өзгереді) кернеулердің ережесін жақсарту үшін сәйкес шаралар өткізіледі. Оларға жататындар: жүктелген трансформаторлардың трансформация коэффициентін өзгерту, бар құралдарды қосымша автоматтандыру, кернеуді автоматты реттеуіштердің және қолданып тұрған автоматты реттеу жүйелердің тағайыншыларын өзгерту. Кейде торапты қайта құру қажет болады.

        

9.2  Торапта кернеуді өзгерту және реттеу әдістері

 

 Қоректендіру орталығының (ҚО) шиналарына қосылған таратқыш тораптың электр қабылдағыштарында, кернеудің рұқсат етілетін ауытқуын қамтамасыз ететін, кернеуді өзгертетін және реттейтін қандай әдістерді қолдануға мүмкіншілік болатынын қарайық. Бұл ауытқулардың шамалары көп жағдайға тәуелді: ҚО-тың кернеу ережесінен, тораптық элементтеріндегі кернеу шығындарынан, торапта қосымша реттейтін құралдардың болуынан.      9.1 суретте таратушы тораптың сұлбасы көрсетілген.

 

 

 

9.1 сурет

          

Берілген сұлба үшін ҚО-тың шиналарындағы V кернеудің ауытқуын және электр қабылдағыштардағы (ЭҚ) рұқсат етілетін ауытқуын байланыстыратын өрнекті жазайық

                                                  ,                                      (9.1)

 

          мұнда V және V - номиналды кернеуден ауытқудың кезектегі мәндері;

                       -    ҚО және ЭҚ арасындағы тізбектеп қосылған тораптық

                                         n элементтеріндегі (желілер, трансформаторлар) кернеу шығындарының қосынды мәндері.

               

                                    =,                                        (9.2)

 мұнда    -   ОҚ және ЭҚ бөлігінде m тізбектеп қосылған реттелмейтін және реттелетін трансформаторлардың әртүрлі трансформация коэффициенттерін таңдаумен табылатын кернеу қосымшаларының қосындысы;

Р және Q -       тораптың “к” бөлігіндегі, сәйкесінше, активтік және реактивтік қуаттары;

R және Х - тораптың. к -ші элементінің активтік және реактивтік кедергілері

(9.1) өрнек максималды және минималды ережелерге дұрыс пайдаланылады

 

                                  ,                                    (9.3 а)

                                  .                                    (9.3 б)

 

(9.3 а) өрнектен (9.3 б) өрнекті алсақ, қаралып жатқан жағдайларда ҚО шиналарындағы кернеулердің ауытқуларының болатын диапазоны үшін келесі өрнекті табамыз

 

  .   (9.4)

 

Келтірілген өрнектерді талдағанда ҚО-тың кернеу ауытқуларының алдын-ала берілген мәндерін қамтамасыз ету үшін келесі тәсілдерді пайдалануға мүмкіншілігі бар екені көрінеді:

а) кернеулердің ережесін өзгерту немесе ҚО–тың шиналарындағы кернеуді реттеу;

б) тораптың бөлек элементтерінде (желілерде, трансформаторларда) немесе тораптың бірнеше бөліктерінде бір уақытта кернеу шығындарының мәндерін өзгерту;

в) ҚО–ЭҚ тораптың бөлігінде қосылған реттелмейтін және реттелетін жүктемесі бар трансформаторлардың және автотрансформаторлардың трансформация коэффициентін өзгерту.

ҚО-та кернеуді реттеу әдетте ҚО-қа қосылған тораптың кернеу ережесін өзгертуге әкеледі. Сондықтан, бұл реттеу тәсілі, кернеуді орталықтанған реттеу деп атайды. Барлық басқа тәсілдер, таратқыш тораптың шектелген бөлігінде кернеу ережесінің өзгеруіне келтіретін, кернеудің жергілікті реттеуі деп аталатын тәсілдерге жатады. Кернеудің жергілікті реттеуін топтық және жекелік реттеуге бөледі. Топтық реттеу тұтынушылардың тобына өткізіледі, ал жекелік – негізінде арнайы мақсаттарға пайдаланылады.

Тұтынушылардың жүктемелері тәулік ішінде ғана емес, жыл ішінде де өзгереді. Мысалы, жыл ішінде ең үлкен жүктеме күздік – қыстық максимум кезінде, ең аз – жаз кезінде болады. Бұл жағдайда кернеудің қарсылас реттеуі деп аталатын реттеу орын алады. Кернеудің өзгеруі тәулік жүктемеден ғана емес, онымен бірге жыл ішіндегі мерзімдік жүктеменің өзгеруіне тәуелді болады. Электр станцияның шиналарында ең үлкен жүктеме мерзімінде көтеріңкі кернеу ұсталады, ал ең аз жүктеме мерзімінде кернеу номиналды мәніне дейін төмендейді.

Ең үлкен жүктемеде кернеуді үлкейту мәні, келесі өрнекпен анықталынады

                                    

                                                 U=1,05U,                                                         (9.5)

 

      ал ең аз жүктеме режімінде төмендегідей өрнекпен белгіленеді

                            

                                                U=1,0U.                                                             (9.6)

 

                                      

         10 Дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың трансформация коэффициенттерін өзгертіп кернеуді реттеу

 

Дәрістің мазмұны:

-                    трансформаторлар мен автотрансформаторлар көмегімен жүктеме түйіндеріндегі кернеуді өзгерту.

Дәрістің мақсаты:

- трансформаторлар мен автотрансформаторлар көмегімен кернеуді реттеу үшін арналған құрылғылар конструкциясын оқып үйрену.

 

Трансформаторларда және автотрансформаторларда негізгі тармақтармен бірге қосымша реттеуіш тармақтар бар. Бұл тармақтардың өзгертіп трансформация коэффициентін өзгертеді (10-20% шектерде).

Құрылысының орындалуы бойынша трансформаторлардың екі түрі бар: Қоздырусыз реттеуіш тармақтарын ауыстырып қосу, яғни трансформаторлар-ды тораптан ажыратумен (ҚАҚ-бар трансформаторлар); жүктелген трансформатордың реттеуіш тармақтарын ауыстырып қосу (жүктемені ажыратпай, кернеуді реттейтін құрылғылары ЖАКРҚ-бар трансформаторлар). Реттеуіш тармақтар трансформаторлардың жоғары кернеу жағынан орындалады. Бұл жағдайда ауыстырып қосу жеңілденеді.

Қазіргі уақытта, кернеуі 35 кВ және одан жоғары трансформаторларда ЖАКРҚ құрылғылары бар. ҚАҚ-бар трансформаторларда реттеуіш тармағын ауыстырып қосу үшін оны тораптан ажырату керек. Мұндай ауыстырып қосулар сирек,  тек мерзімді жүктемелердің өзгергенінде болады.

ҚАҚ-бар трансформаторлар негізгі және кейбір қосымша тармақтармен орындалады. Негізгі тармақтың кернеуі тораптың номиналды кернеуіне тең (6,10 кВ). Негізгі тармағы бар кезде трансформация коэффициенті номиналды деп аталады. Төрт қосымша тармақтарды пайдаланғанда трансформация коэффициенті номиналдыдан +5; ±2,5; -2,5 және -5% айырмашылығы болады.

ЖАКРҚ-бар трансформаторлардың ҚАҚ-бар трансформаторлардан мынандай айырмашылықтары бар: оларда арнайы ауыстырып қосу құрылғысы бар, реттеуіш тармақтардың сатылар саны үлкейген және реттеу шегінің мәні кеңейтілген. Мысалы, ЖК орамасының негізгі тармағының кернеуі 115 кВ трансформатор үшін реттеу шектері ±16% тең, оның ±9 сатылары бар (әрбірі 1,78% тең).

10.1-суретте ЖАКРҚ-ы бар трансформатордың принціптік сұлбасы келтірілген. ЖК орама екі: реттелмейтін “а” және реттелетін “б” бөліктен құрылған.

            

10.1 сурет

 

Реттелетін жақта 1-4 жылжымайтын түйіспелерге қосылған бірқатар тармақтар бар. 1-2 тармақтарды қосқан кезде трансформаторлардың трансформация коэффициенті үлкейеді. 3-4 тармақтар ораманың негізгі орамдарына кері қосылған бөлігіне жатады. Оларды қосқанда трансформация коэффициенті азаяады, себебі олар негізгі ораманың орам бөлімдерінің әсерін теңестіреді. Трансформатордың ЖК орамының негізгі шықпасы 0 нүктеде болады. Негізгі ораманың орамдарымен сәйкес және кері әсер ететін орам сандары бірдей болуымауы мүмкін.

Орамның “б” реттелетін бөлігінде жылжымалы “в” және “г” түйіспелерден, К1 және К2 түйістіргіштерден және Р реактордан құрылған ауыстырып қосатын құрылғы бар. Реактордың орамасының ортасы реттелмейтін ораманың “а” бөлігімен қосылған. Ауыспалы ережеде ЖК ораманың жүктеме тогы реактор ораманың бөліктерінде бірдей болып таралады. Сондықтан, магнит ағыны шамалы, ал реакторда кернеу шығындары кішкентай. ҚАҚ құрылғыны 2 тарамнан 1 тарамға ауыстырып қосу қажет деп ұйғарсақ, К1 түйістіргішті ажыратады да “в” жылжымалы түйіспені 1 тармақтық түйіспесіне ауыстырып қайтадан К1 түйістіргішті қосады. Сонымен, ораманың 1-2 секциясы Р реактордың орамасына тұйықталып қалады. Ораманың 1-2 секциясында кернеу бар болғандықтан пайда болатын теңдеу топты реактордың едәуір индуктивтігін шектейді. Содан кейін К2 түйістіргішті ажыратады, «2» жылжымалы түйіспені 1 тармақтық түйіспесіне ауыстырады да К2 түйістіргішті қосады.

Реакторды және барлық жылжымайтын, сонымен қатар жылжымалы түйіспелер, ауыстырып қосатын құрылғы трансформатордың сауытында орналасады. Түйістіргіштер май құйылған және трансформатордың сыртында бекітілген бөлек болат қамтамаға орнатылады. Мұндай құрылыс түйіспелерді тексеруді және майды алмастыруды жеңілдетеді.

Жүктемені ажыратпай кернеудің деңгейін реттейтін құрылғысы (ЖАКРҚ) жоқ трансформаторлары бар тораптарды қайта құру кездінде желілік реттеуші трансформаторлар (ЖР) қолданады. Кернеуді реттеу үшін олар реттелмейтін трансформатормен тізбектеп қосылады (10.2 суретті қара).

           

                  

        

                                                   

10.2 сурет

     

Кернеуі 220 кВ және одан жоғары автотрансформаторлар орта кернеулі ораманың желілік соңында орнатылған ҚАҚ - бар етіп шығарылады. Бұл жағдайда жүктеме бар кезде трансформация коэффициентін тек жоғары және орта кернеулі орамалар үшін өзгертуге болады. Егер де жүктеме бар кезде бір уақытта жоғары және төмен кернеулі орамалардың арасындағы трансформация коэффициентін өзгерту керек болса, онда төменгі кернеулі орамамен тізбектеп қосымша желілік реттеуішті қою керек. Орнатылған екі ҚАҚ-бар автотрансформаторларды жасағанға қарағанда мұндай шешім үнемділік ұғыныс бойынша лайықты.

 

11 Дәріс. Тораптың параметрлерін өзгерту арқылы кернеуді реттеу

 

Дәрістің мазмұны:

- тораптағы реактивтік кедергісін өзгерту арқылы кернеуді реттеу.

 

Дәрістің мақсаты:

 - электрлік тарату тораптарындағы бойлық қарымталау (УПК) құрылғысын оқып-үйрену.

 

Тұтынушылардағы кернеу торапта кернеу шығындарын мәніне тәуелді, ал олар тораптың параметрлеріне тәуелді. Қоректендіруші тораптарда, х>r  болғандықтан, кесіндіден шамалы тәуелді желінің реактивтік кедергісі кернеу шығындарын белгілейді. Сондықтан, реактивтік кедергіні өзгертіп, кернеуді реттеуге болады. Тораптағы кернеу шығындары былай белгіленеді

                             

                                           .

 Реактивтік кедергіні өзгерту үшін желіге конденсаторларды қосу керек. Бұл жағдайда желідегі кернеу шығындары келесі өрнекке тең

   

                                .                                                    (11.1)

 

Желіге конденсаторларды тізбектеп қосу бойлық теңелту деп аталады. Бойлық теңелту қондырғысы (БТҚ) индуктивтік кедергіні теңестіруге мүмкіншілік береді және желідегі кернеудің шығындарын азайтады (11.1 суретті қара).

 

 

11.1 сурет

 

          

11.1 б суретте БТҚ бар желінің токтар және кернеулердің векторлық диаграммасы келтірілген. Конденсатордағы кернеудің түсу векторы U= jIX (СС1 кесінді) желінің индуктивтік кедергісіндегі кернеудің түсу векторынан U= jIX  (вс кесінді) фаза бойынша 1800 ығысқан. Бұған сәйкес, желідегі кернеу шығыны кесіндімен белгіленеді (конденсаторы жоқ желідегі аd орнына).

Сонымен желіге тізбектеп қосылған конденсаторлар индуктивтік кедергінің бөлігін теңелтеді, ал онымен бірге желідегі кернеу шығынының реактивтік құрастырушысын азайтады.

БТҚ үшін конденсаторлардың сыйымдылық кедергісінің, желінің индуктивтік кедергісіне қатынасы, пайызбен көрсетілген, теңелтудің дәрежесі деп аталады.        

                  

                                          .                                                    (11.2)

 

Іс жүзінде желінің реактивтік кедергісінің бірен - саран теңелту қолданады (С>100%). Толық және артық теңелту (С>100%) таратқыш тораптарда қолданбайды, себебі торапта асқан кернеулер пайда болуы мүмкін.

БТҚ қолдану тораптардағы кернеу ережелерін жақсартады. БТҚ тиімді қолайлы пайдалануы – асыра жүктелген радиалды желілерде кернеудің ауытқыларын азайту.

               

12 Дәріс. Тораптағы реактивтік қуаттың ағындарын өзгертіп кернеуді реттеу

 

Дәрістің мазмұны:

-                    тораптарда реактивтік қуат көздерін пайдаланғандағы қуат пен кернеудің векторлық диаграммасы.

 

Дәрістің мақсаты:

- реактивтік қуат көздерін пайдаланып, тораптардағы кернеуді реттеумен танысу.

 

Реактивтік қуат станциялардың генераторларымен бірге басқа да реактивтік қуаттың көздерімен өндіріледі. Олар ретінде, конденсаторлық батареялар және синхронды компенсаторлар (қозғалтқыштар) пайдаланады.

Торапта қойылатын теңелту құрылғының (ТҚ) қуаты электр жүйесінің сәйкесті түйінде реактивтік қуаттың балансын есепке алып, арнайы техника – үнемділік есептермен белгіленеді. ТҚ орнатқанда торапта және электр энергияның тұтынушыларында кернеудің режімі жақсарады.

        

 

 

 

 

12.1сурет

12.1 а – суретте R және Х кедергілері бар желіден құралатын электр тораптық сұлбасы келтірілген. Желінің соңында жүктемеге параллельді jQреактивтік қуатты өндіретін КБ конденсаторлық батарея қосылған.

              

                    .                                                      (13.1)      

 

КБ – ны қосқанда желі арқылы Q-Qтең азайған реактивтік қуат беріледі, ал бұл жағдай кернеудің шығынын төмендетеді және тораптың режімін өзгертеді.

КБ қойылғанда желідегі кернеу шығыны былай белгіленеді             

12.1 б, в – суреттерде, сәйкесінше, максималды және минималды жүктемелер кезіндегі кернеулердің және қуаттардың векторлық диаграммалары келтірілген.

Диаграммадан КБ болғанда, максималды жүктеме режімінде торапта кернеудің түсуінің мәні азайғаны көрініп тұр (КБ жоқ кезде ое және оа кесінділердің, ал ҚБ бар кезде ос және оа кесінділердің геометриялық айырымына тең). Сонымен, кейбір берілген желінің Uкернеуі кезінде КБ барда желінің соңындағы кернеулердің режімі жақсарады.

Жүктеме минималды болғанда, жүктеме қуатына сәйкес кернеу түсуінің, авс үшбұрыштың мөлшері кенет азаяды. Сол кезде ҚБ қуатына сәйкесті кернеу түсуінің, сdе үшбұрыштың мөлшері шамалы өзгереді. Бұл режімдерде желінің соңындағы  кернеу желінің басындағы Uкернеуден асып кетуі мүмкін, ал бұл жағдай жарамсыз және орынсыз болуы мүмкін.

Бұдан шығатын қорытынды – желінің кернеуін реттеу мақсатында КБ қуатын автоматты өзгерту лайық және мүмкін болады.

         Тораптық кернеу режімін өзгерту үшін, сол сияқты теңелту құрылғы ретінде синхронды компенсаторлар (қозғалтқыштар) қолданылады. Асқын қоздыру ережеде СК реактивтік jQқуатты өндіреді, ал қоздыру жетпегенде jQ  қуатты тұтынады.

СК бұл қасиеті жүктеменің шиналарында кернеуді үлкейту және азайту үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Тораптағы кернеу режіміне СК әсер етуі 12.1 в, г- суреттерде көрсетілген. Максималды жүктеме кезде ТҚ қуаты ҚБ қуатына тең етіп алынған, яғни jQ= jQминималды жүктеме кезде СК реактивтік jQқуатты тұтынады (12.1, г  суретті қара).

 

 

Әдебиеттер тізімі 

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

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

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

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

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

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

           

                                                   Мазмұны 

Кіріспе

3

1 Дәріс. Ажыратылған электр тораптарының режімін есептеу

4

2 Дәріс. Сақиналық тораптардың режімдерін есептеу

7

3 Дәріс. Торапты түрлендіру әдісімен күрделі – тұйықталған тораптарды есептеу

 11

4 Дәріс. Активтік қуат балансы және оның жиілікті реттеумен байланысы

15

5 Дәріс. Электрлік жүйелердегі жиілікті реттеу

17

6 Дәріс. Электр энергиясының сапасы

20

7 Дәріс. Реактивті қуаттың теңдігі және оның кернеуді реттеумен байланысы

 22

8 Дәріс. Электр тораптарындағы реактивтік қуат көздері

25

9 Дәріс. Электр тораптарында кернеуді реттеу

28

10 Дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың трансформация коэффициенттерін өзгертіп кернеуді реттеу

 31

11 Дәріс. Тораптың параметрлерін өзгерту арқылы кернеуді реттеу

33

12 Дәріс. Тораптағы реактивтік қуаттың ағындарын өзгертіп кернеуді реттеу

 35

Әдебиеттер тізімі

38

2011ж. жиынтық жоспары, реті 317