Лекция 2.   Расчетные схемы электрических сетей

Основные определения

 Электрическая система – это совокупность генераторов, трансформаторов, линий электропередач (ЛЭП), коммутационных аппаратов, компенсирующих устройств, а также средств защиты и автоматики, обеспечивающая производство, передачу и распределение электрической энергии

Схемой замещения электрической сети называется графическое изображение сети, показывающее последовательность соединения её элементов и отобража-ющее свойства рассматриваемой электрической системы и её элементов.

Схема замещения содержит  ветви, узлы, контуры.

Ветвью называется участок электрической сети, в котором ток в любой точке имеет одно и тоже значение (действующее).

Узлом  называется место соединения двух и больше ветвей (одной из ветвей может быть источник тока).

Контур – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

В зависимости от наличия контуров схемы бывают разомкнутые (без контуров) и замкнутые (при наличии хотя бы  одного контура).

Выделяют активные и пассивные элементы схемы замещения.

Рекомендуемые материалы

Пассивные элементы схемы замещения - создают путь для протекания тока. Это сопротивления и проводимости ЛЭП, трансформаторов и т.д.

Выделяют продольные и поперечные элементы.

Продольные элементы – ветви расположенные между двумя узлами и соединяющие их. Включают активные и реактивные сопротивления ЛЭП, трансформаторов, емкости устройств продольной компенсации и т.д.

 Поперечные элементы – ветви включенные между узлами схемы и нейтралью.

 Соответствуют проводимостям ЛЭП на землю, поперечным проводимостям трансформаторов(потери в стали) и т.д.

  Активные элементы схемы замещения – источники ЭДС и тока. Они опре-деляют величины напряжения или тока в точках присоединения этих элемен-тов в сети независимо от её остальных параметров. Речь идет в основном об источниках тока - генераторах электростанций и нагрузках потребителей. Активные элементы схемы влияют на режим роботы электрической сети.

Общие допущения и соглашения при формировании схем замещения

электрических сетей

   Полные точные модели электрической сети учитывают большинство параметров объекта и их взаимосвязи, при этом модели обладают большой размерностью, описываются сложными уравнениями и требуют больших объёмов информации. При моделировании  установившихся  режимов эле-ктрической системы принято ряд допущений, позволяющих значительно упростить  модели при незначительном (допустимом) снижении их точнос-ти.

      1. При моделировании трехфазных электрических сетей рассматриваем симметричные установившиеся режимы, при которых используется расчетная схема только одной  фазы (однолинейная схема).

В реальных трехфазных электрических сетях наблюдается несимметрия нагрузок в фазах ( вследствие неравномерного распределения их мощности между фазами и различия в режимах их работы) и несимметрия  параметров проводов фаз (вследствие различного расположения проводов в ЛЭП отно-сительно земли, взаимного влияния проводов фаз, различных марок проводов и т.д.). Т.е. нагрузки в каждой из фаз различаются, сопротивления проводов фаз тоже. Это требует моделирования режимов каждой из фаз.

  Принятое допущение предполагает одинаковость нагрузок в фазах и одинаковость параметров проводов фаз, что обеспечивает симметричный ре-жим и позволяет рассматривать модель одной фазы. Полученные результаты моделирования переносятся на оставшиеся фазы. Размерность такой модели уменьшается более чем в 3 раза, но снижается точность моделирования.

  2. Все пассивные элементы  электрических сетей (ЛЭП, трансформато-ры, реакторы, устройства емкостной компенсации и др.)  линейны, то есть их параметры не зависят от режима и считаются  постоянными.

Хотя известно, что некоторые параметры   схем замещения зависят от параметров режима. Например, активное сопротивление провода зависит от величины протекающего тока.

  3. Активные элементы электрической сети – источники тока, соответ-ствующие нагрузкам потребителей и генераторам электростанций – как правило  нелинейны.

  4. Рассматриваются схемы с сосредоточенными параметрами.

Основные элементы электрических сетей и схемы их замещения

  1.  Модель линии электропередач ( ЛЭП)

  Назначение ЛЭП – передача электрической энергии от источников к   потребителям. Виды ЛЭП – воздушные,  кабельные, воздушно – кабельные.

В схе мах  замещения ЛЭП представляется П – образной схемой замещения.

Параметры схемы замещения ЛЭП: Характеризуется сопротивлением и проводи-мостью.

Сопротивление Z=R+jX – продольный эле-мент схемы  замещения. R – активное сопро-тивление, X – реактивное (имеет индуктив-ный характер).

R – соответствует тепловым потерям в проводе; X – соответствует процессам, связанным с созданием электромагнитного поля  вокруг провода.

Поперечная проводимость на землю Y=g+jb – поперечный элемент схемы замещения.

q– активная составляющая проводимости. Соответствует потерям на “корону “;

b– реактивная составляющая проводимости. Отражает процессы генерации реактивной мощности в ЛЭП. Имеет емкостной характер.

Значения параметров схемы замещения R, X, g, b можно определить по

справочным данным.

В расчётах часто используется значение продольной проводимости – это величина, обратная сопротивлению .

В развёрнутом виде схема замещения ЛЭП может быть представлена:

Параметры режима ЛЭП, которые рассматриваются (анализируются) при моделировании на ЭВМ:

  2). Ток в линии.

                                                          Имеет одно и тоже значение  в любой  точке участка ЛЭП.

       3). Токи в поперечных проводимостях

I_i = U_{i *} Y_i  ;   I_j = U_{j *} Y_j ;

       4). Потоки мощности в линии

Рекомендация для Вас - 3 Рациональное конструирование соединений лидеров.

           Потоки мощности в разных точках линии различны. В начале и конце линии они отличаются на величину потерь мощности в линии.

Поток мощности в начале линии  , в конце линии   .

5). Потери мощности  в ЛЭП   

   ;  ; 

   Потери активной и реактивной мощности:  ;