Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

 

 

 

                      ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических

работ для студентов специальности 5В081200 – Энергообеспечение

сельского хозяйства

 

 

Алматы 2012 

СОСТАВИТЕЛИ: С.Е. Соколов, В.Н. Сажин. Передача электрической энергии. Методические указания и  задания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства. – Алматы: АУЭС, 2012. – 16 с. 

 

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

Ил.- 6,  табл.-5, библиогр. - 8 назв.

 

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Ю.Г. Черемисинов.ст. преподаватель кафедры ЭПП Н.Н. Арыстанов

 

 

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

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

 

        1 Расчетно-графическая работа №1

 

        1.1 Общие указания

 

         Цель расчетно-графических работ – закрепить умения и систематизировать знания, полученные при изучении дисциплины «Передача электрической энергии», научить студентов применять эти знания при решении инженерных задач, привить им навыки к самостоятельной работе.

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

        В работах определяются параметры схем замещения линий, трансформаторов, определяются уровни напряжения в узловых точках, а также рассчитывается режим распределительной сети режим сети 35 кВ.

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

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

 

    Т а б л и ц а 1

   Учебный год

                               Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2011/12

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2012/13

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2013/14

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2014/15

V

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

2015/16

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2016/17

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

 

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

 

   Т а б л и ц а 2

Учебный год

                               Предпоследняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2011/12

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

2012/13

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

2013/14

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

2014/15

VI

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

2015/16

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

2016/17

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

 

Т а б л и ц а 3

Учебный

  год

                                      Первая буква фамилии

А,Д

В,Г,Я

Б,Е

Ж,З

И, Л

К,Ы

М,О

Н,П

Р,Т,У,

Ф

 

С,Ч

Х,Ц,Щ,Ш,Э,Ю

2011/12

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2012/13

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2013/14

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

2014/15

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

2015/16

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

2016/17

VII

VIII

IX

X

I

II

III

IV

V

VI

 

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

  

       1.2 Условие задачи

 

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

       Число цепей линии равно количеству трансформаторов на подстанции  (см. рисунок 1.1). Данные для решения задачи принять по таблице 4.

       Требуется:

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

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


                                             Рисунок  1.1

 Т а б л и ц а 4

№ вар-

рианта

Исходные данные 1 группы

Исходные

 данные 2

 группы

Исходные данные 3 группы

Тип трансформатора (автотрансформатора)

n

Марка

провода

D,м

a

b

L,км

cosj

Расположение

фазных проводов

I

ТДТН-

40000/110/35/6

2

АС-185/24

5.0

0.6

0.3

70

0.85

Горизонтальное

II

АТДЦТН-    125000/220/110/10

1

АС-300/39

8.0

0.55

0.4

100

0.88

По вершинам равносторонего треугольника

III

ТДТН-16000/110/35/10

2

АС-95/16

4.5

0.65

0.3

50

0.9

Горизонтальное

IV

АТДЦТН-     63000/220/110/10

1

АС-240/39

8.0

0.55

0.4

120

0.88

По вершинам равно-

сторонего треугольника

V

ТДТН-25000/220/110/6

2

АС-240/39

8.0

0.5

0.35

80

0.83

Вертикальное

VI

ТДТН-40000/220/110/10

2

АС-300/39

8.0

0.55

0.3

60

0.85

Вертикальное

VII

ТДТН-10000/110/10

1

АС-70/11

4.5

0.6

0.3

40

0.87

Горизонтальное

 

VIII

ТДТН-40000/220/10

2

АС-240/39

8.0

0.5

0.3

55

0.85

Вертикальное

 

IX

АТДЦТН-63000/220/110/10

1

АС-300/39

8.0

0.6

0.3

70

0.88

По вершинам равно-

сторонего треугольника

X

АТДЦТН- 125000/220/110/10

2

АС-300/39

8.0

0.5

0.3

90

0.86

Вертикальное

  

        1.3 Методические указания

 

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

 

                            

                                                      Рисунок 1.1

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

 

                                                    r= ,                                                                 (1.1)            

 где r - удельное сопротивление материала проводника ();

     F - сечение провода, мм.

       Активное сопротивление линии, длиной l определяется

                            

                                               R=r×l .                          

 

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

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

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

       Величина погонного индуктивного сопротивления линии определяется

 

                                   х= w×(4,6×lg + 0,5m)×10,                                  (1.2)

где  w = 314 - угловая частота при 50 Гц;

      D - среднегеометрическое расстояние между проводами;

       r - радиус провода.

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

                                   х= 0,144×lg + 0,016 .                                          (1.3)

       Среднегеометрическое расстояние между проводами одноцепной трехфазной линии

                                D= ,

 

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

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

       При горизонтальном расположении проводов (см.рисунок 1.3).   

                  Рисунок 1.2                              Рисунок 1.3                                      

 

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

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

 

                                                  ,                                                          (1.4)

   

 где   - потери мощности на корону, кВт/км;

        U - номинальное напряжение.

 

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

 

                                                    b=w×С,

 

 где  С - рабочая емкость линии, Ф/км.

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

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

 

                                         С=.                                                             (1.5)        

       При частоте переменного тока 50 Гц

      

                                           b=.                                                             (1.6)

 

       Емкостная проводимость всей линии

 

                                              B = b×l.

 

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

                     

                                                Рисунок 1.4

 

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

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

 

                                           R=R=R=0,5R.

          

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

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

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

 

                                               .                                           (1.7)

 

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

                       

                                        .                                       (1.8)

 

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

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

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

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

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

 

          1.4  Контрольные вопросы  

         

        Вариант 1

 

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

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

 

          Вариант 2

 

            1  Какие существуют источники реактивной мощности в электрических сетях ?

            2 В чем заключается сущность метода «расщепления сети»?

 

          Вариант 3

 

           1 Как проводится расчет линий с двухсторонним питанием?

         2 Какие существуют показатели качества электроэнергии?                                        

Приведите их нормированные значения.

 

          Вариант 4

 

           1  В чем заключается сущность первичного регулирования частоты ?

           2 Какие причины могут вызвать несимметрию напряжения ?

 

         Вариант 5

 

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

2        Как определяются потери мощности и энергии в линиях?

 

         Вариант 6

 

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

           2 Какие существуют способы и средства регулирования напряжения в сети ?

 

          Вариант 7

 

           1 Как расчитывается кольцевая сеть, имеющая две точки потокораздела?

         2 Как проводится выбор сечений проводов в электрических сетях?

 

         Вариант 8

 

          1 Как определяется величина ущерба от перерывов электроснабжения потребителей ?

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

 

        Вариант 9

 

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

          2  Какие существуют способы повышения пропускной способности протяженных электропередач?  

 

          Вариант 10

 

            1 Как производится выбор ответвлений трансформаторов с РПН ?

            2 Как осуществляется вторичное регулирование частоты ?

 

           2 Расчетно – графическая работа №2

 

           2.1 Условие задачи

 

           Найти распределение мощностей на участках  и определить напряжения в узловых точках разомкнутой сети напряжением 35 кВ, изображенной на рисунке 2.1

             

                                                          Рисунок 2.1

 

Т а б л и ц а 5

№ варианта

 

Исходные данные 1 группы

 

Исходные данные 2 группы

 

Исходные данные 3 группы

           Длина участков, км

Марка провода

cosj

Мощность нагрузок, Мвт

0-1

1-2

2-3

3-4

1-5

5-6

Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р6

I

 6

7

8

5

5

9

 АС-95/16

0.88

2.2

2.5

2.4

3.5

2.8

3.1

II

8

6

7

5

8

6

 АС-70/11

0.82

2.5

2.7

1.6

1.4

2.2

1.8

III

5

4

7

9

6

7

  А-95

0.85

1.5

2.8

3.1

2.7

1.6

1.4

IV

3

8

4

8

6

3

 АС-95/16

 0.8

1.4

2.2

1.8

2.2

2.5

2.4

V

4

6

7

4

8

5

 АС-70/11

0.83

1.8

2.2

2.5

1.4

2.2

1.8

VI

7

9

5

7

5

9

 А-70

0.78

2.4

3.5

2.8

3.1

1.6

1.4

VII

5

5

8

6

8

7

 АС-120/19

0.81

2.8

3.1

1.6

1.4

2.2

1.8

VIII

7

8

7

5

8

6

 А-70

0.76

2.5

1.4

2.2

1.8

2.8

3.1

IX

6

4

8

6

5

4

 АС-95/16

0.86

2.5

2.7

1.6

1.4

2.2

1.8

X

9

5

4

8

6

5

 АС-95/16

0.80

2.2

1.8

2.2

2.8

3.1

1.6

 

2.2   Методические указания

 

          Основную задачу расчета режима сети составляет определение параметров режима. Как уже указывалось, к таким параметрам относятся: токи на участках сети, активные и реактивные мощности, напряжение в узлах сети, частота и др.

           Исходными данными для расчета служат: расчетные мощности нагрузок, заданные величины напряжения в отдельных точках, схема электрических соединений сети, характеризующая взаимную связь ее элементов и другие величины.

 Основным методом для электрического расчета сети является метод последовательных приближений (итераций), который предусматривает постепенный переход от более грубых ответов на поставленную задачу к более точным решениям. Первое приближение (нулевая итерация) при этом может быть получено на основании тех или иных представлений о возможных значениях искомых величин. Применительно к электрическим сетям в качестве первого приближения принимают равенство напряжений во всех точках сети номинальному напряжению. Это позволяет определить токи нагрузок и остальные параметры режима сети, в том числе и напряжения на зажимах нагрузки. Найденные напряжения являются уже вторым приближением к истинному решению. На основании этого можно снова найти токи и продолжать выполнять расчеты до тех пор, пока результаты последующих приближений не будут с заданной точностью отличаться от результатов предыдущих.

         В распределительных сетях 35 кВ и ниже длины участков и их нагрузки относительно невелики. Напряжения в узлах очень мало различаются по значению и фазе, потери мощности на каждом участке сети также очень малы, поэтому расчеты режимов для этих сетей ведутся упрощенно. В схемах замещения таких сетей можно не учитывать поперечную составляющую, напряжение в конце линии определяют не по падению напряжения, а по потере напряжения. Под потерей напряжения понимают алгебраическую разность абсолютных значений напряжений в начале и в конце линии.        

        Часто при расчетах напряжение у потребителей бывает неизвестно, тогда вместо действительного в конце линии можно принимать номинальное напряжение

         

                                            DU = .                                                  (2.1)

           

          При расчетах сети с несколькими нагрузками величина потери напряжения определяется как сумма потерь напряжений на всех участках сети

                  

                                   DU = .                                                     (2.2)

 

       Для решения задачи необходимо составить схему замещения электрической сети.

       Значение мощностей Рi и Qi для каждого участка сети получаем последовательным суммированием соответственно активных и реактивных нагрузок, присоединенных к линии, начиная от наиболее удаленной точки и до источника питания. При расчете сети емкостной проводимостью линий пренебречь. Расчет проводить по номинальному напряжению линии.

        При определении уровней напряжения в узловых точках сети принять напряжение в начале линии, равное 1,05 Uном .

 

         2.3 Контрольные вопросы

     

         Вариант 1

 

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

        2  В чем заключается отличие автотрансформатора от трехобмоточного ?

 

           Вариант 2

 

          1  В чем заключается сущность метода ”расщепления сети”?

          2 Какие типы изоляторов применяются на воздушных линиях ?

 

          Вариант 3

 

         1 Какие существуют опоры воздушных линий электропередачи ?

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

 

         Вариант 4

 

        1  Какие существуют способы прокладки силовых кабелей ?

        2  Приведите порядок расчета сети по данным начала.

 

        Вариант 5

 

        1 Линейная арматура воздушных линий. Дайте краткую характеристику.

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

 

        Вариант 6

 

  1  Конструкции и марки проводов воздушных линий.

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

 

        Вариант 7

 

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

        2 Какие существуют конструкции силовых кабелей ?

 

         Вариант 8

 

         1 Что называется зарядной мощностью линии и как она определяется ?

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

 

           Вариант 9

 

    1 Как проводится расчет сетей со стальными проводами ?                                                                                                         

2 Назовите основные преимущества объединенных энергосистем.

 

          Вариант 10

  

          1 Как определяются потери мощности и энергии в линиях ?

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

 

                                           Список литературы

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

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

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

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

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

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

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

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

 

                                             Содержание 

1 Расчетно-графическая работа №1                                                                       3

1.1 Общие указания                                                                                                 3

1.2 Условие задачи                                                                                                   4

1.3 Методические указания                                                                                     5

1.4 Контрольные вопросы                                                                                       9

2 Расчетно-графическая работа №2                                                                      11

2.1 Условие задачи                                                                                                  11

2.2 Методические указания                                                                                    12

2.3 Контрольные вопросы                                                                                     13  

Список литературы                                                                                                 15      

           

                                                                                Сводный  план 2012г, поз.6