Некоммерческое акционерное  общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических  станций, сетей и систем

                       

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ И СИСТЕМЫ

Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических

работ для студентов специальностей 5В071800 – Электроэнергетика,

5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства

 

 

Алматы 2012 

         СОСТАВИТЕЛИ: В.Н. Сажин, Н.А. Генбач. Электрические сети и системы. Методические указания и  задания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальностей 5В071800 – Электроэнергетика, 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства.  – Алматы: АУЭС, 2012. –  15 с.

  

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

Ил.-  4,  табл. - 5, библиогр. - 8 назв.

 

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент Черемисинов Ю.Г.зав. каф. ЭПП, канд. техн. наук, доцент Бакенов К.А.

 

           Печатается по плану издания некоммереского акцонерного общества  «Алматинскй  университет энергетики  и связи» на 2012 год.      

            © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

  

        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 проводятся расчет режимов работы замкнутой электрической сети сложной конфигурации, а также выбор регулировочных ответвлений трансформаторов с устройством РПН.

 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

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2011/12

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2012/13

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2013/14

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2014/15

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2015/16

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2016/17

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

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

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2011/12

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

2012/13

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

2013/14

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

2014/15

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

2015/16

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

2016/17

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

 

Т а б л и ц а 3

Учебный год

                                      Первая буква фамилии

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

2011/12

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2012/13

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2013/14

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

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

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

     

           Определить распределение мощностей и уровни напряжения в узловых точках сети, изображенной на рисунке 1.1. Напряжение источников питания принять равными Ua=Ub=115 кВ. Исходные данные приведены

в таблице 4. 

          

                                                        Рисунок 1.1                                                       

       

Т а б л и ц а 4

№ варианта

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

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

  0

  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

 

1.3              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 1.2)

                  

                                        =+;    .

                     

                                                   Рисунок 1.2

 

        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 1.3).

                 

                                                 Рисунок 1.3

         

        Сопротивления лучей эквивалентной звезды определяются

 

         ==;   =.              (1.1)

 

        Обратные преобразования

                

                                                                             (1.2)

 

       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 UВ  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=,     

                                                                                                                            (1.3)

                                              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,                                             (1.4)

 

где D - падение напряжения на головном участке сети.

 

                                  =  - DU - jdU                                              (1.5)

         

           или в раскрытой форме

 

                                    = U -  - .                             (1.6)

       

           Модуль напряжения в точке 1

 

                                   U = .                                                   (1.7)

 

            Аналогично определяются напряжения в других узловых точках сети.

 

 

               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

 

        Районная подстанция «Б» с двумя трансформаторами питается по двум параллельным линиям от электростанции «А» (см. рисунок 2.1). Параметры сети и мощность нагрузки в максимальном режиме указаны в таблице 5. Наименьшая нагрузка составляет 50% от наибольшей. Коэффициент мощности в обоих режимах равен 0,93. При наибольшей нагрузке на шинах электростанции поддерживается напряжение UА max, а при наименьшей –UА min. При наименьших нагрузках один из трансформаторов отключается.

       Определить необходимый диапазон регулировочных ответвлений на трансформаторах. При необходимости рекомендовать дополнительные мероприятия по улучшению качества напряжения.

         

            

                 

 

                                                  Рисунок 2.1

 

     

        2.2 Методические указания

 

         Трансформаторы и автотрансформаторы, кроме основных ответвлений, имеют еще и дополнительные регулировочные ответвления. Изменяя эти ответвления, можно изменить коэффициент трансформации (в пределах 10–20 %).

         По конструктивному исполнению различают трансформаторы двух типов: с переключением регулировочных ответвлений без возбуждения, т.е. с отключением от сети (трансформаторы с ПБВ); с переключением регулировочных ответвлений под нагрузкой (трансформаторы с РПН). Регулировочные ответвления выполняются на стороне высшего напряжения трансформатора. При этом облегчается переключающее устройство.

        В настоящее время все трансформаторы 35 кВ и выше имеют устройства РПН. Чтобы переключить регулировочное ответвление в трансформаторе с ПБВ, его необходимо отключить от сети. Такие переключения производятся редко только при сезонном изменений нагрузок.

       Трансформаторы с ПБВ изготавливаются с основным и дополнительными ответвлениями. Основное ответвление имеет напряжение, равное номинальному напряжению сети, к которой присоединяется данные трансформаторы (6,10 кВ). При основном ответвлении коэффициент трансформации трансформатора называется номинальным. При использовании четырех дополнительных ответвлений коэффициент трансформации отличается от номинального на +5; +2,5;-2,5 и -5%.

       Трансформаторы со встроенным устройством РПН отличаются от трансформаторов с ПБВ наличием специального переключающего устройства, а также увеличенным числом ступеней регулировочных ответвлений и величиной диапазона регулирования. Например, для трансформаторов с номинальным напряжением основного ответвления обмотки ВН на 115 кВ предусматриваются диапазоны регулирования ±16% при ±9 ступенях регулирования по 1,78% каждая.

       Для выбора необходимого коэффициента трансформации требуется найти напряжение U1 на стороне высокого напряжения трансформатора, которое определяется

 

                                          ,                                                         (2.1)

 

 где ΔUA-1- потеря напряжения на участке сети А-1.

       Напряжение U2 на стороне низкого напряжения трансформатора можно определить

 

                                          ,                                                           (2.2)

 

 где ΔUт – потеря напряжения в трансформаторе;

      кт – коэффициент трансформации.

       На основании (2.2) определим желаемый коэффициент трансформации, когда известно напряжение  U1 и желаемое напряжение на стороне низкого напряжения трансформатора

 

                                         ,                                                             (2.3)

 

 где U – желаемое напряжение на стороне низкого напряжения трансформатора, равное 10,5 кВ в режиме наибольших нагрузок и 10 кВ в режиме наименьших нагрузок.

        Учитывая то, что трансформаторы, подключенные к сети 110 кВ, имеют регулировочный диапазон  ±9 × 1, 78%, необходимо составить таблицу коэффициентов трансформации для всех ответвлений и выбрать коэффициент трансформации, ближайший к расчетному.         

              

                Т а б л и ц а 5

вари-

анта

 

 

Исходные данные 1 группы

Исходные данные 2 группы

Исходные данные 3 группы

Тип трансформатора

 

Мощность

нагрузки,

МВА

Номинальный коэф. трансформации

  КТ

Длина линии L,        км

Марка провода

UА max,

   кВ

UА min

  кВ

   I

  II

  III

  IV

  V

  VI

  VII

  VIII

  IX

  X

 

ТРДН – 40000/110

ТДН – 10000/110

ТДН – 16000/110

ТРДН – 25000/110

ТРДН – 40000/110

ТДН – 10000/110

ТДН – 16000/110

ТРДН – 25000/110

ТРДН – 40000/110

ТДН – 16000/110

 

     55

     14

     23

     35

     50

     15

     22

     35

     60

     21

    115/10,5/10,5

    115/10,5

    121/11

    115/10,5/10,5

    115/10,5/10,5

    121/11

    115/11

    115/11/11

    115/10,5/10,5

    115/11

 

    40

    30

    45

    50

    48

    35

    25

    20

    40

    35

    АС-150/24

    АС-70/11

    АС-95/16

    АС-95/16

    АС-150/24

    АС-120/19

    АС-120/19

    АС- 120/19

    АС-150/24

    АС-95/16

 

  117

  120

  118

  116

  116

  115

  118

  115

  117

  115

  113

  112

  111

  110

  112

  111

  113

  110

  113

  112

 


           2.3  Контрольные вопросы

 

Вариант 1

 

1 Что такое число часов использования максимума и максимальных потерь? В чем различие между этими величинами?

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

 

Вариант 2

 

1 Как проводится регулирование напряжения изменением реактивной мощности в сети?

2 Как происходит регулирование частоты в послеаварийных режимах?

 

Вариант 3

 

1 Как выбирается мощность батарей статических конденсаторов?

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

 

Вариант 4

 

1  Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях.

2 Как проводится технико-экономическое сравнение вариантов электрической сети?

 

Вариант 5

 

1 От чего зависят потери холостого хода и короткого замыкания в трансформаторах? Как они определяются?

2 Как  осуществляется регулирование напряжения изменением параметров

сети?

 

Вариант 6

 

1 Кратко охарактеризуйте методы расчета замкнутых электрических сетей.

2 Как проводится выбор сечений проводов и кабелей по нагреву?

 

Вариант 7

 

1 Как влияет качество электроэнергии на работу электроприемников?

2 Как проводится выбор номинального напряжения сети?

  

Вариант 8

 

1 Регулирование напряжения в сети изменением коэффициента трансформации трансформаторов.

2 Как выбирается сечение проводов и кабелей по экономической плотности тока?

 

Вариант 9

 

1 Как выбирается сечение проводов  и кабелей по допустимой потере напряжения?

2 Из каких составляющих складывается баланс реактивных мощностей?

 

Вариант 10

 

1 Как проводится расчет сети нескольких   номинальных напряжений?               

2 Какие составляющие включают в себя ежегодные издержки на эксплуатацию сети?

 

                                      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                                                                                       8

2 Расчетно-графическая работа №2                                                                      10

2.1 Условие задачи                                                                                                  10

2.2 Методические указания                                                                                    10

2.3 Контрольные вопросы                                                                                        13      

Список литературы                                                                                                   15       

Сводный  план 2012г, поз.10