ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

Алматы энергетика және байланыс институты

 

Электр станциялар, тораптар және жүйелер кафедрасы

 

 

 

 

ЭЛЕКТР БЕРІЛІСІНІҢ ҚАШЫҚТЫҚ ЖЕЛІЛЕРІ

 

Дәрістер жинағы

(бакалавриат, 050718-Электр энергетика мамандығының

студенттері  үшін)

 

 

 

 

 

Алматы 2006

 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР:  Ж.К. Оржанова, К.К.Тохтибакиев.  Электр берілістің қашықтық желілері. Дәрістер жинағы (050718-Электр энергетика мамандығының студенттері үшін).-  Алматы:АЭжБИ. 2005.- 53 б.

 

 

 

 

Дәрістер жинағы “Электр берілістің қашықтық желілері оқу бағдарламасымен     құрастырылған.

Без.- 29, кесте -3, библиогр.- 6 атау.

 

 

Пікір жазушы: Джаржанова  Л.А.

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институтының 2005 жылғы жоспары бойынша басылды.                                                                                                                                 

 

 

 

                         © Алматы энергетика және байланыс институты, 2005 ж.


№1 - дәріс.Кіріспе

 

         Дәрістің мазмұны:

-                     электр беріліс желілерінің негізгі жіктеу анықтамалары.  Энергияны тасымалдау және жүйелерді біріктірген кезде пайда болатын техникалық-экономикалық есептер. 2030 ж. дейінгі Қазақстан электр энергетикасы дамуы- ның негізгі пікірі.

         Дәрістің мақсаттары:

-                     ќазіргі кездегі электр энергияны тарату және тасымалдау проблемасының жағдайымен танысу.   

 

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

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

         Техникалық кедергілер негізінен:

а) қуаттың сымдары және аппараттураларды қыздыруға кететін шығыны, соған байланысты изоляция және контакттардың жұмыс қалпының нашарлануымен және де қуаттың тәж разрядына кететін шығынынан;

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

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

г) берілістің бос және ерекше режимдерінде жұмыс жасау шарттарынан туындайды. Мысалы, кернеудің шамадан тыс артып кетуін шектеу қажеттіліктерді жатқызуға болады.

АЖК желілерін жүйеаралық байланыс ретінде қолданғанда біріктірілетін жүйелердің сипатталарымен анықталатын бір қатар есептер туындайды. Бұл жүйелер бір-бірінен генераторлардың қойылған қуаттарымен, жүктеменің өзгешелігімен, электрстанцияның түрімен, олардың агрегаттардың құрамымен, түрлі тұрақтылық қорымен ажыратылады және де жиіктіктері әр түрлі болуы мүмкін.

Мұндай шартта жүйелерді біріктіргенде ең маңызды мәселелерге мыналарды жатқызамыз:

а) бөлек жүйелердің арасында жүктеменің тиімді болуын және жүйелер бойынша қуат ағынын тарату;

б) тұтынушыларды электр энергиямен қамтамасыз ету сенімділігін арттыру;

в) байланыстырылатын жүйелердің тұрақтылығын арттыру;

г) уақыттың белдік жылжуын қолдану мүмкінділігі;

д) байланыстырылатын жүйелерде болатын қысқаша тұйықтанулардың қуатын шектеу (тек тұрақты ток электрберілістерін қолданғанда).

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

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

         Айнымалы токта жасалған жүйеаралық байланыстар төменде қарастырылған.

1 сурет.  Тұрақты ток ендірмесі

2 сурет.  Электромагнитті секциялау

 

         Тұрақты ток ендірмесі (1-сурет), немесе тұрақты ток электрберілісі біріктірілген жүйелердің жиіктік бойынша жіктелуді толық қамтамасыз етеді, олардың көмегімен номинал жиіктіктері әртүрлі, мысалы 50 және 60 Гц, жүйелерді байланыстыруға болады.

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

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

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

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

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

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

         Бірінші жағдайда қуатты электрстанциялары немесе түйін подстанциялары әрқашан да өзара байланысады (3-сурет).

 

3 сурет.  Бірыңғай байланысқан электрлік жүйе

 

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

 

4 сурет. Секцияланған бірыңғай электрлік жүйе

 

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

         Түрлі электр энергетикалық жүйелер өзара бір-бірінен гидравликалық, жылулық, конденсациялық станциялардың қуаттарының қатынасы бойынша және де жүйеаралық байланыстардың тағандайылуы бойынша ажыратылады.

         Түрлі станциялардың қуат қатынасы бойынша, немесе құрамы бойынша жүйелер бес түрге бөлінеді:

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

         б)  қуаттарына және энергияларына қарай құрамында 50%-тен көп жылуэлектрорталықтары (ЖЭО) бар жылулық жүйелер;

         в) құрамында өнімділігі 50%-тен жоғары конденсациялық агрегаттары бар конденсациялық жүйелер;

         г) конденсациялық, жылуық және гидравликалық электрстанциялар қуаттарының теңдей балансымен сипатталатын энергетикалық жүйелер;

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

         Жүйелерді энергия тұтынушылардың режиміне тәуелді жүктеменің графигі бойынша келесі көрсеткіштерге сүйене отырып бөлуге болады:

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

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

         в) жылдық графиктердің толтыру коэффициенттері;

         г) жаздық жүктеменің максимумының қысқы жүктеменің максимумына қатынасы;

         д) максимумды пайдаланған жылдық сағат саны.

         Жүйеаралық байланыстардың магистралды және маневрлі реверсивтік түрлерін бөліп алады, аталғанның соңғысы күшті және күшті емес деп бөлінеді.

         Магистралды жүйеаралық электрберілістер бір жүйеде орналасқан тірек электр станциядан немесе электр станциялар генераторлардың топтарынан қандай да бір қабылдағыш деп аталатын жүйеге қуатты энергия ағынын тасымалдауға арналған. Егер тәуліктің және жылдың әр түрлі уақытында жүйелердегі қуат балансының шарттары өзгере алса, онда жүйеаралық байланыстардағы қуат ағындары бағыттарын кері бағытқа ауыстыра алады: қабылдаушы жүйеден энергия көзіне қарай. Мұндай берілістерді реверстік жүйеаралық байланыстар деп атайды.

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

         Күшті емес байланыстарда желінің ең үлкен өткізгіштік қабілетінің реті жүйенің жұмыстық режимдердегі  қуат өзгерісінің ретімен сәйкес келеді, яғни біріктірілетін жүйелер режимдердің тұрақтылық проблемалары туындайды. Мұндай жүктеменің өзгерістері кезінде кішкене тұрақтылық запаспен жұмыс жасайтын беріліс желісі шекті режимдерге дейін жете алады (5-сүрет). 

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

5 - сурет. Жүйелердің күшті және күшсіз байланыстары:

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

 

                   Күшсіз жүйеаралық байланыстар енгенде әдейі тұрақтылық, біріктірілген жүйелердегі ауыспалы қуат және жиіктік ағындарын меңгеру есептері туындайды.

                 

№2 - дәріс. Алыс қашықтықтағы электрберілістердің техникалық сипаттамалары

 

Дәрістің мазмұны:

- айнымалы ток электрберілістер режимінің  параметрлері арасындағы негізгі қатынастар. Электрберілістің энергетикалық сипаттамалары. Ұзын желі бойынша электр энергияны тасымалдағанда өтетін процестер.

         Дәрістің мақсаттары:

         - айнымалы токпен электр энергиясын тарату технологиясын оқып білу.

 

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

Төмен номиналды кернеуге қатысты, ұзындығы 200-300 км электр берілістерінің  жұмысына анализ жасағанда, электр энергияның толқынды берілуін ескермесек те болады. Мұндай электр берілістердің жұмыс режимдерін олардың шоғырланған параметрлері бар орынбасу сұлбалардың (схемалардың) негізінде есептейді. Бұл жағдайларда оқшаулатқыштар гирляндаларынан ағу токтарын және тәжге немесе өткізгіштер арасындағы сыйымдылыққа жаратылатын токтарды ескермеуге болады.

Ұзындықтары толқын ұзындығымен шамалас ұзын желілерде, қысқа аса жоғары кернеулі желілерде сияқты, электрэнергияны  беруде (тасымалдауда), оның толқынмен таралуын ескеру қажет болады. Осындай электрберілістердің жұмысына анализ ұзындығы l желісінің dl желісінің әрбір майда элементі r0dl актив кедергіге және x0dl индуктивтілікке ие болатын, өткізгіштері арасында g0dl актив және b0dl сыйымдылық өткізгіштігі бар ұзындығы l желісінің ұсынылуына негізделуі керек (6-сурет). 

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

6-сурет

Сондықтан электрберілістердің ұзын желілеріне тән ерекшелігі тек осындай желілердің бойымен токтар мен кернеулер тұрақты болып қалатында емес және де тізбектің қандай да бір нүктесіндегі өзгеріс оның басқа нүктелерінің күйлерінде бірден байқалмайды.

Инженер үшін ең маңызды сипаттамалар: актив және реактив қуат, электрберілістің  әр  ұштарындағы,  әрі  аса  маңызды  нүктелеріндегі  кернеу мен

ток, және де электрберілістің ұштарындағы кернеулердің арасындағы ығысу бұрышы болып табылады. Электрберілістің жоғарыда аталған шамалар мен анықталатын күйі электрберілістің режимі деп аталады. Электрберілістің режимі, яғни кернеу, ток, актив және реактив қуат, өзгергенде, ауысатын сандық және сапалық параметрлер – электрберіліс режимінің параметрлері деп аталады.

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

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

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

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

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

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

Сондықтан желінің ПӘК-тің максимал мәніндегі және энергия көзінің қуаттың максимал мәнін бергендегі жұмыс режимдерін айқындап алуымыз керек. Аталған екінші режим орнаған кезде кері толқындар жоқ, ал желінің және жүктеменің параметрлері келісілген. Бір жағынан қосылған электрберілістің орналған бос жүріс режимі тұрақ толқындармен сипатталады, олар тура және кері толқындардан тұрады деп қарастырыла алады. Бұл толқындар желі бойымен актив қуатты тасымалдамайды. Бұл режимде тұрақ толқындардың амплитудасы уақыт ішінде (t1, t2, t3) өзгереді, яғни толқындар пульсациясы болады (7 б - сурет), оларға dl учаскесіндегі сыйымдылық пен индуктивтіліктің арасындағы Q реактив қуаттармен алмасуы жауап береді (7 б - сурет). Бір жақтан қосылған шығыны бар желідегі толқынның қозғалысы оның соңында нольге айналатын жылдамдықтың кемуімен қатарлас жүреді.

 

7 - сурет

а – актив қуатты желі бойымен тасымалдау ток пен кернеудің қорытқы толқындардың   қозғалуы; б – еркін жүру жолының толқын  пульсациялары, реактив қуатпен айырбастыруы

Кернеуді немесе тоқты желі бойы таратудың процесін көрнекілеу үшін 8-суретте көрсетілген механикалық тәріздес-үлгіге назар аударайық. Үлгіде тек түсуші толқын бейнелген, әрі шағылған толқындар жоқ деп торамалданған, солай болғандықтан желінің соңында толқындыққа тең

кедергімен жүктелген

мұнда x - толқындық кедергінің бұрышы. Таратудың жұмысының мұндай режимін табиғи жүктеме немесе табиғи қуат режимі деп атаймыз.

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

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

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

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

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

Модельдегі остің бойымен өтетін (8 - сурет) А-А/ жазықтығына түсірілген кез келген кернеу векторының проекциясы берілістің кез келген нүктесіндегі кернеудің лездік мәнін береді, ал кернеу векторларының модель осіне перпендикуляр В-В/ жазықтығына проекциялары кернеудің желі бойымен таралуын полярлы координатта бейнелейді. Егер толқын өшпесе, онда толқынның толық ұзындығына сәйкес келетін  немесе  тәуелділігі шеңбермен ал өшетін толқын спиральмен бейнеленеді (9 - сурет).

8 – сурет. Толқынның механикалық моделі

Толқындық кедергіге тең емес кедергімен жүктелген, немесе қабылдау ұшында ЭҚК (электр қозғаушы күш) көзі, шекті ұзындығы бар желі бойымен электр энергиясын беру процесіне тек құлама толқындар ғана емес және де желі ұшынан шағылған толқындар да қатысады. Құлама және шағылған толқындар соңында фронтты желінің жүктелгеніне тәуелді с жылдамдықпен қозғалатын қорытынды      толқынға     айналады.      Мысалы,     толқынның    желі    бойымен

9 - сурет. Кернеу желі бойымен таралуының полярлық диаграммасы

 

еркін жүзу жолы кезінде қозғалуы тоқталады, ал бұл желіні толқындық кедергі тең кедергімен жүктегенде, құлама толқынның жылдамдығы бір уақытта қорытынды жылдымдық болып табылады,    км/с жарық жылдамдығына тең болады.

Актив қуатты желі бойымен тасымалдау ток пен кернеудің қорытқы толқындардың қозғалу есебінен жүзеге асырылады (7-сурет). Ұшында ажыралған, актив шығыны жоқ желіде құлама және шағылған толқындардың қосылуының нәтижесінде тұрақ толқындар режимі қалыптасады, ол толқындар актив қуатты желі бойымен тасымалдамайды. Бұл толқындардың пульсациясы DQ реактив қуаттың беріліс индуктивтілігімен сыйымдылығы арасындағы ауысуына сәйкес келеді.

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

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

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

                                                                           (2.1)

мұндағы х – электрберілістің соңынан саналған аралық;

                Uх ,  Iх – желінің кез келген х нүктесіндегі ток пен кернеу;

                 А және В – интегралдау тұрақтылары;

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

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

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

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

                                                                             (2.2)     

мұндағы толқынның таралу коэффициенті .

 

№3 - дәріс. Аса жоғары кернеулі (АЖК) электрберіліс желілерінің жұмыс істеу ерекшелігі

 

Дәрістің мазмұны:

- электрберіліс жұмыс режимдерін бағалау. d бұрышы – ұзын электрберіліс режимін және оның ұрақтылығын сипаттайтын шама. Желінің шекті қуаты.

         Дәрістің мақсаттары:         

- жоғары кернеулі әуе желілерінің режимдерін бағалау және есептеу әдістерімен таңысу.

 

 Жұмыс режимдерін бағалау үшін электрберіліс ұштарындағы кернеулердің және қуаттардың өзара қатынасын айқындап алуымыз керек.

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

                                                                                  (3.1)

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

онда                                   .                                                        (3.2)

Беріліс жұмысына анализ бергенде (3.2) өрнегі басқаша түрде жазылады, оны натурал қуаттың үлестері ретінде келтіреді. Индуктивті жүктеме жағдайында

                                                                                   (3.3)

мұндағы  - натурал қуат және де шығынсыз желілер үшін

                                                                                      (3.4)

Берілістің және оның режимдерінің параметрлері арасында: желі ұштарындағы кернеулер, актив және реактив қуаттар және d бұрышының арасындағы қатыстар (3.1) және (3.2) көмегімен жеңіл табылады

,                                          (3.5)

мұндағы Q*2 шамасында берілістің соңындағы режиміне байланысты «±» таңбасы болады. (3.5)-ден модулі жағынан анықталған KU құлама кернеуі

                                                               (3.6а)

тең болады.

Құлама кернеуі бірінші нүктесінен ағатын қуат арқылы сипаттасақ (3.6б) аламыз

                                                                (3.6б)

(3.5), (3.6) өрнектерден берілген белсенді қуат кезінде таратудың соңы бойынша кернеулердің ара қатынастарын өзгерте отырып, (Q1,Q2) жолдары бойынша бағытталған реактивті қуаттың ағымын өзгертуге және таратудың барлық элементтерінде: желіде, трансформаторларда, генераторларда және синхрондық компенсаторларда белсенді қуаттың шығынын өзгертуге болады.

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

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

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

Реактив қуатты өзгертіп, d ұштарында кернеулердің ығысу бұрышының a0l бұрышына тең немесе тең емес етіп өзгертуге болады. Бұны диаграммадан көруге болады (10 - сурет) және ол (3.5) формуласына сәйкес. Беріліс басындағы және соңындағы кернеулердің бұрышы үшін (3.7) өрнегін аламыз

                                                                           (3.7)

(3.7)-тен Р2 қуаттың өзгермейтін мәнінде  d бұрышы беріліс желісінің a0l ұзындығына тәуелді өзгереді. Мұны график түрінде бейнелейік, яғни d=f(a0l) тәуелділігін сызайық (10-сурет).

Натурал қуатты беру кезінде *=1) d бұрышы әр қашан a0l бұрышына тең, егер Q2=0, яғни желі соңында тек актив қуат берілсе.

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

Беріліс соңындағы реактив қуаты бар болғанда Q2¹0 a0l=f(l) сипаттамасына қарағанда d=f (a0l) сипаттамасы тік  (Q2<0) немесе көлбеу(Q2>0) болып өтеді (11 сурет).

 

10 – сурет. Электр беріліс жұмыс істеуінің түсініктемесі

а – электр беріліс сұлбасы  және токтар мен қуаттардың қабылданған бағыттары; б – векторлық диаграмма

 

Желі актив қуатының тұрақты шамасында, желінің ұзындығын арттырған сайын  d бұрышы өседі және желінің шекті қуатының шамасына сәйкес келетін шамаға жақындайды. Бұл желінің ұзындығын арттырғандағы берілетін қуаттың кемуінің бір себебі болып табылады. Мұның басқа себебі -  электр беріліс ұзындығы артқан сайын шекті қуат мәні өзгереді.  Ұзындығы l желінің шекті қуатын және сәйкес келетін d бұрышын анықтау үшін шығынсыз желі үшін құрастырған векторлық диаграммаға (10-сурет) назар аударайық. Бұл диаграммадан

 

 

11-сурет. Қуатты әр түрлі қашықтыққа таратқандағы d бұрышының және a0l өзгеруі: 1-P=Pc, cosj=1; 2-R>Rc, cosj=1; 3-R<Pc, cosj=1; 4-R>Rc,  cosj¹1; 5-R<Pc, cosj¹1.

 

                           

  осыдан       немесе

                                                                                                 (3.8)

мұндағы

 Яғни, берілген шарттарда ең үлкен мүмкін қуаттың берілісіне сай келетін шекті режим желінің басы мен санындағы кернеулері мен параметрлері берілген жағдайда d=90 немесе 2700 болғанда желіде шығынсыз болып орнайды.  қисығымен шекті қуаттың желі ұзындығына тәуелділігі графикалық көрсетуі 12-суретте келтірген.

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

                                          .                                    (3.9)

(3.5) қатысынан U2 соңындағы кернеудің және оның әр түрлі  режимдері кезде кернеудің және тоқтың желі бойы өзгеретін сипаттамасын анықтаймыз.

P*=1 режимде, яғни табиғи қуатты таратқан кезде d бұрышы желінің әр нүктесінде a0l бұрышына тең болады (11-сурет) ал таратудың соңында реактивті қуат (Q2=0) тұтынбайды, сонымен бізде (3.5)

 

12-сурет. Әр түрлі қашықтағы жүйенің шекті қуаты:

1-шығынсыз жүйеде; 2-реал жүйеде

 

 

13-сурет.Q2=0 желі бойы кернеудің тарауы

 

Таратудың әр нүктесіндегі кернеуді көрсететін Ux векторының соңы 13,а- суретте көрсетілгендей шеңберде жатады.

Жолдың ұзындығын ескерте отырып, табиғидан көп белсенді қуатты жол бойы таратқан кезде алдыңғы жағдайға қарағанда (3.5) теңдікте көрсетілген шеңбері мен P*sina0l шамасы тезірек өседі, элипске ұқсап вертикал бағытына созылады (13,б-сурет). 

Табиғидан аз қуатты таратқан кезде шеңбер (13,в-сурет) вертикал өс бойы сығылады.

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

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

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

 

 

№4 - дәріс. АЖК электрберіліс желілерінің жұмыс істеу ерекшілігі

 

Дәрістің мазмұны:

- электрберіліс желісінің (ЭБЖ) ұштарындағы реактив қуаттың ағыныдарын анықтау. ЭБЖ дөңгелек диаграммасы.

         Дәрістің мақсаттары:         

- жоғары кернеулі әуе желілерінің режимдерін бағалау және есептеу әдістерімен, ЭБЖ дөңгелек диаграммасын құрастыру тәртібімен  таңысу.

 

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

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

   (3.6а) квадрат теңдеуді  Q*2-ге қатысты шешсек,  желіден жүктемеге белгілі бір актив қуатта және құлама кернеудің мәнінде қуатты табамыз

                                                                           (4.1)

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

(4.1)-ден алынған  қатынасы Q өсінде шөгілген, g=ctga0l нүктесінен   радиуспен өткізілген (14,а-сурет) шеңбердің теңдігі сияқты 14,а-суреттегі қатынастарды пайдалана отырып, 14,б-суретте көрсетілгендей шығарылады (4.1).

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

Көлденең қарымталуының бар болуы g шеңберлік диаграмманың (14,а-суретте) ортасының радиусы мен қалыпын өзгертіп,  Q=f(P) тәуелділіктерінің сипатын өзгертеді. Бойлық сыйымдылық қарымталау 14,в-суретте сызықша көрсетілгендей Q=f(P) сипатын деформациялайды.

Желі басындағы толық қуат

  

   (3.1)-тен алынған ток пен кернеудің түсіндескен комплектері үшін өрнектердің түсіндескен комплекстері үшін өрнектерінің түрі

                                                                           (4.2)

S1 үшін өрнекке токтың түйіндескен комплексінің мәнін қойсақ

Бұл жердегі I*2 шамасынан, оны (4.2) теңдеуінің екінші теңдеуінен тауып, құтылайық. Алатынымыз

                                                                                 (4.3)

   Желі соңындағы ток

   Бұл шаманы желі басы кернеудің (3.1) теңдеуіне қойсақ

Осы өрнекті (4.3) қуаттың теңдеуіне қойсақ

                                      аламыз.

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

                                                                                    (4.4)

мәніне ие болады. Натурал немесе қуат үлестерінде

                                                                                    (4.4а)

    шамасын “желдегі шығын” деп қарастыруға болады. (4.4а)-ға (4.1) өрнегін қойсақ, Q2 шамасы үшін

                                                                             (4.4б)

аламыз.

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

 

 

   14-сурет. Ұзын желі жүйенің Q2 кернеудің таралуы

                                         

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

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

Еркін жүру жолы үшін берілістің басындағы реактив қуат  өрнегімен анықталады, бұл өрнек (4.4а)-ға қою көмегімен алынған, немесе

                                                .                                                 (4.5)

Бұл өрнекте соңындағы кернеуді бастағы кернеуге  қатынасқа сәйкес алмастырсақ

                                                                                                  (4.5а)

аламыз.

   (4.5) өрнегі U2-нің тіркелген мәніне, ал (4.5а) U1-дің тіркелген мәніне сәйкес келеді.

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

Векторлық диаграммадан (10-сурет) аламыз

                                                                       (4.6)

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

                                     .                                              (4.7)

Егер (4.7)-ге KU=U1/U2 коэффициентінің мәнін қойсақ, онда аламыз

                                                                          (4.8)

 

   Шығынсыз қысқа желі үшін  жағдайда

                                                   (4.8а)

жеңіл аламыз, мұндағы

          -ден үлестерде

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

         Қорытынды. Жүргізілген анализ кейбір жалпы қорытынды жасауға мүмкіндік береді:

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

б) айнымалы ток желілері бойымен актив қуат берілісі желідегі реактив қуат циркуляциясымен қатар өтеді.

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

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

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

 P>U2/Zc  болған жағдайда реактив қуаттың таралуы өзгереді;

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

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

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

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

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

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

        

№5 - дәріс. Желідегі және жалпы электрберілістегі қуат ағындары. Желінің және электрберілістің ПӘК-ін анықтау

 

         Дәрістің мазмұны:

- желідегі және жалпы электрберілістегі қуат ағындары. Желінің және электрберілістің ПӘК-ін анықтау тәсілі.

         Дәрістің мақсаттары:

         - желідегі әр түрлі  ЭБЖ ПӘК, жүктемедегі кернеу таратуды есептеу әдістерін оқып білу.

 

Энергия көзінен тұтынушыға энергия электрберіліс желісінің бойымен тарату тек оның шығыны көп болмаса немесе берілу пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) жоғары болса ғана тиімді болады.

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

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

ПӘК-ті энергия

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

hэ үшін жазылған өрнектерде  шамасы берілген уақыт аралығындағы энергия шығыны болып табылады;

DR - берілген режимдегі қуат шығыны;

Э1, Р1 және Э2, Р2 – беріліс басындағы және соңындағы сәйкес энергия және қуат.

Желі режимі тұрақты болмаса, энергия бойынша анықталатын ПӘК ең үлкен мәнін алу үшін, желі әрбір режимде қуат бойынша анықталатын ПӘК-тің ең үлкен мәнінде жұмыс жасауды қажет.

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

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

ПӘК-тің беріліс режиміне тәуелділігіне анализ жасайық:

а) әуелде қарапайым жағдайды қарастырайық – ЭҚК Е және Zл=Rл+jXл кедергісімен берілген актив екіполюстің жұмысы Zн=Rн+jXн    (15-сурет). Жүктемемен тұтынатын актив қуатты жеңіл табуға болады 

15-сурет. Екі төртполюстың қосылуы

 

Р2 қуаттың ең үлкен мәнін берілген актив екіполюстің реактив кедергісі Xн=-Xл шамаға тең болуы керек. Жүктемеге тұтынатын актив қуатты жеңіл табуға болады

осыдан  Rн=Rл.

16-сурет. 15 суретіне қуат және кернеу диаграммасы

 

   Бұл кезде актив қуат желідегі шығын I2Rл  және желі бойынша алынған I2Rн қуаты арасында қақ екіге бөлінеді, яғни ПӘК 0,5 бөлігін құрайды (16-сурет);

   б) енді Rл=r0l, Xл=x0l кедергілерімен және Y=b0l/2 өткізгіштіктерімен алмастырылған желіні қарастырайық, бұл жағдайда толқындық кедергіні былай табамыз (17-сурет)

немесе

   17-сурет. Желінің шамамен келтірілген алмастыру сұлбасы

 

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

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

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

немесе

.

   Осыдан, ПӘК-тің максимум мәнінде берілетін Р2 қуаты желі ұзындығына (18-сурет) және толқындық кедергісінің шамасына тәуелді түрлі болады.

18-сурет. ПӘК-тің максимум мәнінде берілетін қуаттың желі ұзындығына тәуелділігі

 

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

                                                                                                           (5.1)

немесе                        (5.1а)

Беріліс соңындағы қуат былай анықталады

                                          (5.1б)

Қуат шығынын беріліс соңындағы режимнің параметрлері бойынша анықтала алады

                       (5.2)

Осындай теңдеуді берілістің басы үшін жазайық

                                (5.3)

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

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

а) - берілістің қуатқа тәуелсіз шығындары;

б) - актив қуатты тасымалдаудан пайда болатын шығындар;

в)  - реактив қуат ағынынан пайда болатын шығындар.

Электрберіліс басындағы және соңындағы кернеу берілгенде максимал ПӘК

                                                                                                      (5.4)

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

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

                                                          (5.5)

мұндағы

                                                                                        (5.6)

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

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

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

   Максимал энергия мәні бойынша ПӘК режимін жүзеге асырылуы компенсациялайтын құрылғылары бар, берілістерде осы құрылғылар қуаттарын реттегенде жетіледі, және де максимал ПӘК жұмыс кернеуінің кең шектерде өзгерген кезде қамтамасыз етіледі.   

 

№6 - дәріс. Электр берілісінің жүктемесі және өткізу қабілеттілігі. Өткізу қабілетігін арттырудың шаралары

 

         Дәрістің мазмұны:

- электр берілісінің жүктемесі және өткізу қабілеттілігі. Электрберіліс параметрлерін ретке келтіру және компенсациялау - өткізгіштік қабілетті арттыру әдісі.

         Дәрістің мақсаттары:

- ЭБЖ   өткізу қабілеттілігімен, оны арттыру тәсілімен танысу.

 

         Қазір 750-500 кВ кернеулі желі үшін өткізу қабілеті тұрақтылық шарттармен, 110кВ желі үшін – сымдардың жіберілетін қызуымен анықталады. 330-220 кВ желілер үшін тұрақтылық сияқты және жіберілетін қызуындай анықталуы мүмкін. Қуат ағындарының шарттарымен шектелген тартылған жұмыс істейтін жүктемелі желілер үшін қабылдайтын қосалқы станцияның шиналарындағы кернеудің төмендеуі жіберілуі мүмкін.  Бірақ осындай шектеулік қарымталауыш құрылғыны орнатқан кезде оңай жойылуы мүмкін,  сондықтан оны ерекшелі деп есептеуге болмайды.

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

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

 

 

 

 

1 - кесте

Uном, кВ

Ұзынды-ғы,  км

Сымдардың саны және қималары,       мм2

Табиғи қуат, Рт, МВт

Өткізу қабілеттілігі

қызу бойынша

тұрақтылық бойынша

МВт

үлестерде Рт

МВт

үлестерде          Рн

330

500

750

1150

200-300

300-400

400-500

400-500

2х300

3х300

5х300

8х300

350

900

2100

5300

760

1740

4600

11000

2,2

1,9

2,1

2,1

800

1350

2500

4500

2,3

1,5

1,2

0,85

 

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

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

 

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

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

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

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

а) желінің электрлік параметрлерін жақсарту мақсатымен фаза құрылмасын жетілдіру, алдымен – желінің меншікті реактивті кедергісінің төмендеуі және оның табиғи қуатының артуы;

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

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

г)  энергожүйенің толық және оның бөлек элементтерінің режімін  басқарудың тезәрекетті автоматикасын қолдану. Электростанцияның және энергожүйелердің тұрақты қатарлас жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін ТМД елдеріндегі электр станцияларында және синхрондық қарымталауыштарда  күшті әрекетті қозудың автоматты реттеуіштері қолданылады;

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

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

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

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

мұндағы

   Берілістің өткізгіштік қабілетін арттыруға арналған әдістердің алуан түрлілігімен байланысты тек толқындық ұзындықтың a0l немесе тек толқындық кедергінің Zc өзгеруі туралы сөз сөйлей аламыз.

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

   Желіні компенсациялаудың үш әдісі бар:

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

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

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

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

   Электрберіліс натурал жүктемеден аз жүктемемен жұмыс жасаған кезде немесе желіде реактив қуат шамадан тыс көп болса, оны реакторларды қосу арқылы компенсациялауға болады (19а-сурет).

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

   Ал натурал қуат

   Натурал қуаттан көп қуат шамасын беретін және кернеуді бір қалыпта ұстау үшін қосымша реактив қуатты қажет ететін желі конденсаторлардың қосылуымен толықтырыла алады (19б-сурет) – көлденең сыйымдылық компенсация.

   Бұл жағдайда толқындық кедергі мынаған тең         

   Ал натурал қуат

Хк кедергісі бар конденсаторларды желіге тізбектей қосу (19в-сурет) тоқындық кедергіні келесі өрнекке сәйкес кемітеді

   Ал натурал кедергінің мәні мына өрнекпен анықталады

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

Құма сыйымдылық компенсациясы желі сыйымдылығының реакторлармен компенсациясына үйлескенде (19г-сурет) толқындық ұзындықты кемітіп, желінің натурал қуатын арттырады.

 

19-сурет. Желіні статикалық құрылғылармен компенсациялаудың сұлбалары: а - көлденең индуктивті компенсация; б - көлденең сыйымдылық компенсация; в - құма сыйымдылық компенсация; г - құма сыйымдылық және көлденең индуктивті компенсация

 

Басқарылатын көлденең компенсациясының мысалы ретінде синхронды компенсаторлардың (СК) беріліс желі бойымен қосылуы бола алады (20-сурет). Егер әр синхронды компенсатордың қуаты бар болса, беріліс векторлық диаграммасының түрі 21-суретте көрсетілгендей болады. Параллель СК-мен компенсацияланған желі беріліс ұштарының арасындағы кез келген ығысу бұрышында жұмыс жасай алады.

 

20-сурет. Синхронды компенсаторлармен көлденең компенсациялау

21-сурет. Синхронды  компенсаторлар қосылған берілістің векторлық диаграммасы

 

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

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

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

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

   Реактор қуатын реттеу өзекшенің тұрақты токпен магниттеу жолымен немесе басқарылатын вентильдердің көмегімен жүзеге асырылады. Соңғы жағдайда вентильдердің басқару бұрышын өзгертіп, реактор қуатын кең шамада өзгерте аламыз. Осындай құрылғылардың біреуі үшін 22-суретте сұлбасы көрсетілген.

22-сурет. Басқарылатын статикалық компенсациялаушы құрылғы

  

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

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

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

мұндағы k=bк0/b0 желі компенсациясының дәрежесі.

   Бұл шаманы компенсацияланбаған желінің натурал қуатына бөлсек

мұнда берілетін қуаттың шегі

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

   Берілетін қуат мәні желі ұштарындағы кернеулердің арасындағы ығысу бұрышына тәуелсіз

   Қарастырып отырған жағдайға сәйкес  жаза аламыз.

   Рс,эк айнымалы шама болғандықтан, Pc=Pc,эк  шартын орындауға болады. Бұл кезде  tgd=tglэк  және d=lэк . Осыдан .

   Осыдан, қарастырып отырғанжағдайда берілетін қуат d бұрышына тәуелсіз екенін көреміз. Берілетін қуат шамасы өзгергенмен d=lэк теңдігі әр қашан орындалады.

   Берілісті тиімді жасау үшін қосымша компенсациялаушы құрылғыларды қосу қажет.

 

№7 - дәріс. Электрэнергия шығынының негізгі түсініктемесі, түрлері және құрылымы

        

Дәрістің мазмұны:

- электр энергияның техникалық шығыны. Тәжге кететін электр энергия шығынын бағалау. Талдамдық тәуелділіктер бойынша тәжге деген белсенді қуат шығындарының есептемесі.

         Дәрістің мақсаттары:

         -   жоғары кернеулі желілердегі қуат және энергия шығынын есептеу, тәж шығындарын есептеу әдістемелерін оқып білу. 

          

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

- электр жүйесінің өңтайлы режимдегі жұмысы жағдайындағы техникалық қажетті электр шығыны;

-         өңтайлы технологиялық шығын;

-         режімнің өңтайлыдан ауытқуы жағдайдағы қосалқы технологиялық шығын.

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

-         электр берілісі желісінің жүктемесі;

-         қуаттың алмасу ағыны;

-         реактивті қуат ағынын қарымталау дәрежесі;

-         режімнің өңтайлылыққа жақындау дәрежесі;

-         торап режімін жүргізуді автоматтандыру дәрежесі.

Шын (есепті) шығын Wо.с электростанциясы шинасынан торапқа жіберілген электр энергиясы мен  Wп.о тұтынушы төлеген және Wп.н энергия жүйесінің өндірістік қажеттілігіне жұмсалатын электр энергияқосындысы арасындағы айырмашылығы ретінде анықталады

                                D W= Wо.с-( Wп.о+ Wп.н).                                                  (7.1)

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

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

                                 D Wк= D W  - D Wт.                                                        (7.2)

D Wт.о экономикалық негізделген (өңтайлы) техникалық шығындар олардың D Wт  шын  мәні  мен  барлық шаралардың енгізу арқылы жасалатын

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

                                D Wт.о=D Wт  - dWо.                                                        (7.3)

D Wт.о оңтайлы шығындар бір рет анықталатын және мақсат ретінде қолданатын тұрақты өлшем емес.

Сол себептен оңтайлы шығын әрқайсысы өзіндік есептің мерзіміне сәйкес келетін мәндер қатары түрінде беріледі. Бұл қатар жүктеме мен көрніссұлбасы жөніндегі мәліметтерді анықтау бойынша реттеледі.

Энергия шығыны тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.

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

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

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

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

2 - кесте

Кернеу табалдырығы,

кВ

Айнымалы шығындар, %

Тұрақты

шығындар, %

Суммарлық

шығындар, %

1150-500

40-50

50-60

2-3

220-110

50-70

30-40

3-4

Барлығы

40-50

50-60

6-7

 

Жүйеаралық ағындардан байланыс болатын шығынның болуы энергия шығынын талдауды оңайлатады. Талдаудың негізгі түрі әр бір электр станция, аудан және бүкіл электр жүйе бойынша энергия балансын құру болып табылады.

Электр энергияның техникалық шығыны

Техникалық шығын мыналардан құралды:

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

- автотрансформатор мен трансформаторлардағы бос жүріс шығыны;

- әуе желісіндегі тәжде болатын шығын;

- электростанцияның өз қажетіне кететін шығын;

- қарымталаушы құрылғылардағы электр энергия шығыны;

-         статикалық конденсатор батареясы, генератордағы синхронды қарымталауыштағы, статикалық  тиристорлық қарымталауыштағы шығын;

-         қосалқы станция реакторындағы шығын;

-         екінші мақсаттағы ток пен кернеуді өлшеуіш трансформаторлардағы шығын (электр энергиясын өлшеуішті қоса).

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

 

3-кесте. Техникалық шығын құрылымы

Техникалық шығындар

Жүктемелік

Бос жүріс

Климаттық

Өзіндік қажеттілік

Желі, трансформатор, реактордағы, ИК, ВЧЗ

Трансформатордағы, қарымталауыш құрылғыдағы, кабель желісіндегі, оқшаулау

Тәжге, жылыстау тоғынан, оқшаулауыш бойын

Қосалқы станциядағы қондырғыларға

 

Тәжге кететін электр энергия шығынын бағалау

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

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

- желі соңындағы есептегіш көрсеткіштерінің әртүрлілігі бойынша есептелген толық шығын негізінде анықталған тәжге кететін шығынды талдау;

     - өткен жылдағы тәжге кететін шығынның ретроспективалық талдауы.

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

                                                D Wкор=SDRki*li*ti,                                                    (7.4)

мұндағы i – табиғат жағдайы индексі;

                         li – желі ұзындығы;

                         ti – табиғаттың i –түріндегі ұзақтығы.

“И 34-70-030-87 ” нұсқауы осы нұсқаудағы кестеде келтірілген табиғаттың төрт түрі үшін әртүрлі кластағы кернеулі желілерге арналған тәжге кететін қуаттың меншікті шығынын пайдалануға жол береді.

Есептеуге кестедегі меншікті тәждің мәнін қолдану тәжге кететін шығынды нақты анықтауға үнемі мүмкіндік бере бермейді. Оның себебі:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сонымен ретімен анықталады:

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

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

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

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

                             кв макс/см,                                            (7.5)                         

мұнда r – сымның радиусы, см;

                       - ауаның салыстырмалы тығыздығы;

           р – атмосфералық қысым, мм рт,ст.;

           t0 – температура, 0С;

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

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

         Желінің дара сымдарының қасындағы электр өрісінің жұмыстық кернеулігі мынадай тәуелділікпен анықталады

                                   [кв макс/см],                              (7.6)

                                                                                             

         мұнда U – сызықтық кернеудің әрекет ететін мәні, кв;

  Cn – қарастырылатын фазаның жұмыстық сыйымдылығы, пф/м.

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

Eорта max £ 0,5E0d кезде тәжге деген шығындардың есебін жүргізбеуге болады.

Eорта max ³ 0,9E0d кезде тәж шығындары өте жоғары болады.

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

                                    

мұнда n – тарамдалған желінің фазасындағы сымдар саны;

 r – сым радиусы.

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

 квт/км,

                                                                                                                         (7.7)                   

мұнда Fx, Fд, Fс, Fиз – жаңбыр, қар және қырау кезінде, жақсы ауа райында тәж шығындарының жалпыланған тәуелділіктері.

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

                                 (7.8)

 

Талдамдық тәуелділіктер бойынша тәжге деген белсенді қуат шығындарының есептемесі.

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

Мысалы ретінде белгілі Пик формуласын қарастырайық.

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

                             ,                                  (7.9)                                                             

мұнда f – айнымалы ток жиілігі, гц;

          d - ауаның салыстырмалы тығыздығы;

           r – сым радиусы, см;

          D – сымдар арасындағы қашықтық, см;

          U0 – сындық деп аталатын және төмендегі тәуелділікпен анықталатын шарттық кернеу

                        

немесе              кв действ.,                                                 (7.10)

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

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

         Сындық сызықтық кернеу төмендегі өрнектен алынуы мүмкін

                                               кв действ.                                      (7.11)     

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

         Горизонтал жазықтықта сымдар орналасқан кезде шеткі сымдардағы тәж, үлкен 6% кернеу кезде, ал (7.10) және (7.11) тәуелділіктер бойынша анықталатын 4% орта сындық  сымда пайда болады.

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

                                               [квт/км],                                        (7.12)                                                                                                           

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

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

         U < U0' кезде тәж шығындары болмайды;

         U > U0' кезде шығындардың орны болады.

Осыдан кейін (7.12) формула бойынша тәж шығындарының шамасының есептемесі жүргізіледі.

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

Тарамдалған сымның эквиваленттік радиусы мына формуладан аламыз                                   [см],                                              (7.13)       

мұнда r0 – дара сымның радиусы;

 n – тарамдалған фазадағы сымдар саны;

 a – тарамдалған фазадағы сымдар арасындағы қашықтық, см.

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

                                   кв макс./см.                                         (7.14)

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

                                        [кв макс.],                                               (7.15)

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

 

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

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

(7.10) формуланы пайдалана отырып, сындық фазалы кернеуді анықтайық:

 кв действ.

Желінің әрекет ететін фазды жұмыстық кернеуі

                             квдейств.

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

Желінің 1 км сымының қуат шығынын есептеу үшін Пик формуласын (7.9) пайдаланайық

Барлық үш сымның қуатының шығындары

Желінің берілген барлық ұзындығының қуатының шығындары

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

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

Шешімі: (7.14) тәуелділікке сәйкес электрлік өрістің сындық кернеулігін анықтайық:

(7.15) тәуелділіктен сындық кернеуді табайық:

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

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

Шешімі: Есептеу үшін (7.12) тәуелділігін қолданайық: m2=1 үшін

                         m2=0,8 үшін

 

Шығындардың салыстырмалы өсуі мына қатынаспен анықталады

мұнда U=115 кв действ;

U/0 және U0 - ашық және жауын шашынды  ауа райы үшін (7.11) тәуелділікпен анықталатын сындық кернеу:

 

№8 - дәріс. Тұрақты токтың электрберілісі

 

         Дәрістің мазмұны:

- тұрақты токтың электрберілісін қолданудың саласы мен сұлбалары.

 

         Дәрістің мақсаттары:

         -  ТТБ (тұрақты ток беру) түрлерімен, сұлбаларымен және тарату қағидаларымен танысу. 

 

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

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

мұнда w=0 жағдай үшін

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

Нөлге ұмтылатын g0 кездегі осы белгісіздікті ашсақ, онда нөл

                                                                                      (8.1)

болады.

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

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

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

         Желі бойынша таратылатын ең үлкен қуат, жалпы жағдайда былай анықталуы мүмкін

         Тұрақты токтың желісі үшін ұқсас түрлендірулерді жасап, онда

                                                                                                                 (8.2)

болады.

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

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

         Айнымалы ток желісінің режиміне желінің сыйымдылықтық өткізгіштігімен серттелген зарядтық қуаты үлкен әсер тигізеді. Жоғары және аса жоғары кернеудің созылған желілері үшін үлкен зарядтық қуат бірқатар еркінсіз құбылыстарды  - қалыпты және синхрондалған режимдерде аса жіберілетін зеңгейлерден кернеудің көтерілуін, желіден реактивті қуатпен топталатын синхрондық компенсаторлардың және генераторлардың  жүктелуін және т.б. шақырады. Бұл көлденең қарымталаудың құралдарын қолдануға қажеттілігін шақырады, қорытындысында соның режимін еңгізуді күрделендіреді және желіні қымбаттанады. Кәбіл желілері үшін үлкен зарядтық қуат соның жіберілетін ұзындығын шектейді және таратылатын белсенді қуатын төмендетеді.

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

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

         Тұрақты токтың электр берілісінің құрылымдық сұлбасы 23-суретте көрсетілген. Бұл жерде осы тарату екі электр жүйелері арасындағы байланыс сияқты көрсетілген. Осы жүйелердегі электр энергиясын генерациялау, оны тарату және тұтыну айнымалы токта іске асырылады. Тұрақты ток тек электр энергиясын транспорты үшін бір жүйеден екіншіге пайдаланылады.   

 

 

23-сурет. ТТБ құрылымдық сұлбасы

        

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

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

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

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

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

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

         Түрлендіргіштердің рөлін анықтау үшін тұрақты токты таратудың орын басу сұлбасын қарастырайық. Бұл сұлба 23-суретте келтірілген.  Оның математикалық негіздемесі төменде беріледі. Бұл жерде келесі белгілер алынған: ЕВ – түзеткіштің ЭҚК орта мәні;  RВ – таратылатын жүйенің және П1 түрлендіргіштің қасиеттерімен анықталатын түзеткіштің ішкі кедергісі;  Rл – желінің кедергісі; RИ – қабылдайтын жүйенің және П2 түрлендіргіштің қасиеттерімен анықталатын инвертордың ішкі кедергісі; ЕИ – инвертордың ЭҚК-қарсылығы.

23-сурет. ТТБ орын басу сұлбасы

 

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

         Алмастырудың келтірілген сұлбасы үшін желідегі ток мына өрнекпен анықталады

                                                                                                       (8.3)

         Тұрақты ток желісіне түзеткішпен берілетін Рd1 қуаты және желіден инвертормен алынатын Pd2 қуаты сәйкес тең болады

                                                                                                               (8.4)

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

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

                                                                                         (8.5)

         Бұл қасиеттер тұрақты ток тізбектері үшін жалпы болып табылады және қарастырылатын сұлба ерекше болмайды. Ұқсас қатыстар бірге жұмыс істейтін тұрақты ток қозғалтқыштар мен генераторлар үшін орындалады. Жетектегіш қозғалтқыштан энергияны тұтынатын генератор тұрақты ток тізбегіне оны таратады. Қозғалтқыш желіден энергияны тұтынып оның машинасы құралдарды таратады. Сонымен 23-суретте көрсетілген ток пен ЭҚК бағыттары сақталады және (8.5) өрнекте орындалады.

         Түрлендіргіш қосалқы станциялардың негізгі агрегаты вентиль көпірі болып табылады (24-сурет). Ең алдымен түрлендіргіш көпірдің негізгі элементтері вентильдер болып табылады. Олардың әрқайсысы вентиль арқылы ағатын токтың орта мәні Iср және кернеудің ең жоғары мәні Umax сипатталады.   

Бірінші қабылдауға болады

Сонда түрлендіргіш көпірдің P қуаты вентильдердің параметрлерінің функциясы

                                               P=UId»2,3IсрUmax.                                       (8.6)

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

 

24-сурет. Үшфазды көпірдың сұлбасы

        

 

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

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

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

                           

                                       25- сурет. Униполярлық ТТБ сұлбасы

 

Қандай нүкте жерлендірілгеннен және токты қайтарудың тәсіліне байланысты электр берілісін орындаудың сұлбасының екі түрі болады – униполярлық және биополярлық. Униполярлық ТТБ полюстердің біреуі жерлендірілген және желінің жерден оқшауланған бір ғана сымы болады (25 сурет). Екінші сым немесе мүлдем болмайды немесе желінің екі жағында жерлендірілген болады. Бірінші жағдайда токты қайтару жер арқылы жүргізіледі. Екінші жағдай жер бойында токтың өтуін болдырмауға қолданылады, мысалы үлкен қалаларда ТТБ енгізген кезде. Униполярлық ТТБ қолдану саласы – аз қашықтықтарға аз қуаттарды (100-200МВт) тарату. Оларды үлкен су кеңістіктерін, теңіз бұғаздарын өткен кезде пайдалану орынды болады. Бұл жағдайда тарату бірталсымды кәбіл арқылы іске асырылады, ол құралдарды жақсы үнемдейді; кері өткізудің ролін жер атқарады.

Биополярлық таратуларда (26 сурет) екі түрлендіргіш қосалқы станциялардың орта нүктелері жерлендірілген, ал полюстері оқшауланған. Бұл таратуды екі тәуелсіз жартылай тізбектерге бөлуге мүмкіндік береді. Жарты тізбектердің тең жүктелген кезінде жердегі ток, егер балансыз мәнсіз токты кеміткен кезде нөлге тең болады. Бұл  қасиет таратудың сенімділігін арттырады, өйткені полюстердің біреуі бұзылған кезде тарату жұмыстан жалпы шықпайды, яғни екінші жарты тізбек жер арқылы токты қайтарумен жұмыс істей береді. Сонымен таратылатын қуат екі есе азаяды. Жерастылық инженерлік құрылғыларға (құбырлар, кәбілдер және т.б.)  жердегі токтың зияндық әсерін жою үшін әдетте, бірнеше ондаған километрлі қашықтыққа арнайы желілер арқылы түрлендіргіш қосалқы станциялардан жерге қосылған нүктелер шығарылады.

                        

                                      26- сурет. Биополярлық ТТБ сұлбасы

 

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

ТТБ ең негізгі қасиеттері:

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

б) әртүрлі жиіліктермен жүйелердің немесе синхронсыз жұмыс істейтін жүйелердің байланысу мүмкіндігі;

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

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

д) балйнысатын жүйелердегі ҚТ қуатын шектеу.

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

 

 №9 - дәріс. Біркөпірлі түрлендіргіштің алмастыру сұлбасы.Ток және кернеулердің теңдеулері

 

         Дәрістің мазмұны:

         - түзеткіштің алмастыру сұлбасы. Көпірлі түрлендіргіштің эквиваленттік сұлбасы.

         Дәрістің мақсаттары:

         -   түзеткіш және инверторлы режімдегі бірфаздық көпірлік түрлендіргіштің жұмысымен танысу.          

 

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

Бұл үшін түрлендіргіштегі электромагниттік процестердің талдауын жүргізу, сұлбаның элементтеріндегі кернеудің және токтың теңдеуін шешіп және соның негізінде түрлендіргіштің жұмыс режімін анықтайтын сыртқы, энергетикалық және басқа сипаттамаларын оқу қажет. Бір көпірлі түзеткіштің алмастыру сұлбасы 27- суретте келтірілген. Қоректейтін жүйе Хs эквиваленттік кедергімен салынған симметриялық және синусоидалдық ЭҚК үшфазалы жүйемен келтірілген.

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

                                  

 

                               27- сурет. Түзеткіштің алмастыру сұлбасы.

 

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

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

Түрлендіргіш көпірдің шұрасы ретінде тиристорлар пайдаланылған. Тиристордың вольт-амперлік сипаты 28- суретте келтірілген.

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

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

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

         Нақты тиристордың (28,а - сурет) вольт-амперлік сипаттамасын, кілт болып табылатын ізгі шұраның (28,б - сурет) бөлшек-сызықтық сипаттамасымен ауыстырамыз.

                                       

                                                         28- сурет

 

         Ізгі шұраның келесі қасиеттері мыналар:

         а) бір мезгілде екі шарт орындалған кезде құрыш ашылады:

         1) құрыштың аноды және катоды арасындағы кернеу нөлге тең немесе одан жоғары (uқұр³0);

         2) басқарылатын электродқа басқарылатын импульс беріледі.

         Егер екі шарттың біреуі орындалмаған болса, онда құрыш ашылмайды;

б) шұра арқылы ток (iқұр > 0) аққанша, ол ашық күйде болады.

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

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

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

Біркөпірлі түрлендіргіштің режімдерін талдаған кезде келесі ұйғарулар қабылданады:

а) ЭКҚ жүйесі синусоидалдық және симметриялы;

б) түзетілген токтағы лүпіл мүлдем болмайды (Id=const);

в) нақты шұралар идеал шұралармен ауыстырылады;

г) алмастыру сұлбадағы белсенді кедергілер есептелмейді;

д) жабдықтың өзіндік сыйымдылығын ескермейміз;

е) трансформатордың магниттелу тогы.

29- сурет. Көпірлі түрлендіргіштің эквиваленттік сұлбасы

29 - суретте келтірілген сұлба үшін Кирхгоф заңына сәйкес  келесі теңдеулер берілуі мүмкін

                                                                              (9.1)

Сонымен, осы шұралар тогының бағытымен айналма бағыты сәйкес болу үшін 1 мен 2 және еа мен ес шұралармен жасалатын контур бойынша сұлбаны айналып, одан аламыз

                                                                                (9.2)

         Шұралар тогы арқылы iА және  iс  фаза токтарын көрсетіп, және еа және ес теңдеудің сол жағына ауыстырып, ал басқа қалған мүшелерін – оң жаққа өткізсек, онда болады

                                 

         Егер әр сайын контурды және айналманың бағытын таңдап, соған шұралардың 1-2, 2-3, 3-4, . ., 6-1,  ретті қостарын кіргізу үшін ұқсас контурлар бойынша 29 -  сурет сұлбаны айналсақ, онда нәтижесінде  аламыз

                                

                                

                               

                              

                                                                                   

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

                                                                             (9.3)

Ток теңдеулерінің (9.1) және кернеулерінің (9.3) жүйелері жан-жақты болып табылады және қабылданған ұйғарулардың шектерінде, түрлендіргіштің көпірлі үшфазалы сұлбасында болатын барлық процестерді сипаттауға және тармақтардағы токтарды және бізге қажетті әр кезеңдегі элементтердің әр қайсысындағы кернеулерді табуға мүмкіндік береді.

(9.1) және (9.3) теңдеулерінің жүйелері және оларды шешу әдісі біркөпірлі түрлендіргіштің инверторлы және түзетуші режімдері үшін қолайлы.  Бірақ, осы әдіс бойынша түрлендіргіштің тек түзетуші режімі талданады, ал алынған шешімдер инверторлы режімге таралады.


 

 

 Әдебиеттер тізімі

 

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

2.         Электрические системы и сети. В примерах и иллюстрациях./Под ред.Строева В.А. – М.:Высшая школа, 1999.-350с.:ил.

3.         Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения. /Г.Н.Александров, В.В.Ершевич, С.В.Крылов и др.; Под ред. Г.Н.Александрова и Л.Л. Петерсона. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр.отд-ние, 1983.-386 с., ил.

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

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

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

 

 

 

Мазмұны

№1 - дәріс.Кіріспе....................................................................................

3

№2 - дәріс. Алыс қашықтықтағы электрберілістердің техникалық сипат-тамалары.................................................................................................................

7

№3 - дәріс. Аса жоғары кернеулі (АЖК) электрберіліс желілерінің жұмыс істеу ерекшелігі.....................................................................................................

 

 

13

№4  - дәріс. АЖК электрберіліс желілерінің жұмыс істеу ерекшелігі..............

 

18

№5 - дәріс. Желідегі және жалпы электрберілістегі қуат ағындары. Желінің және электрберілістің ПӘК-ін анықтау…………………………………………

 

 

22

6  - дәріс. Электр берілісінің жүктемесі және өткізу қабілеттілігі.

Өткізу қабілеттігін арттырудың шаралары..........................................................

 

26

7 - дәріс. Электр энергия шығынының негізгі түсініктемесі, түрлері және құрылымы…………………………………………………………………………

 

 

32

8 -  дәріс. Тұрақты токтың электрберілісі........................................................

 

40

9 -  дәріс. Біркөпірлі түрлендіргіштің алмастыру сұлбасы.Ток және кернеулердің теңдеулері.......................................................................................

46

Әдебиеттер тізімі....................................................................................................

51

 

 

 

 

 

 

2005 ж. жиынтық жоспары, реті 97

 

 

 

Жанар Керімбекқызы Оржанова

Кармель Камилович Тохтибакиев

 

 

 ЭЛЕКТР БЕРІЛІСІНІҢ ҚАШЫҚТЫҚ ЖЕЛІЛЕРІ

 

Дәрістер жинағы

(бакалавриат, 050718-Электр энергетика мамандығының

студенттері  үшін)

 

 

Редакторы Ж.А.Байбураева

 

 

Басуға қол қойылды                                                           Пішімі 60 х 84  1/16

Тиражы 50  дана                                                                №1 типография қағазы

Көлемі   3,3 оқу-басп.т                                                       Тапсырыс

Бағасы    186 теңге

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институтының

көшірмелі-көбейткіш бюросы

050013 Алматы, Байтұрсынов к., 126