Параметры и схемы замещения электрической сети

Классификация электрических сетей

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителей, конфигурации схемы сети и т.д.

По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока.

По напряжению: сверхвысокого напряжения - U_ном ³ 330 кВ, высокого напряжения - U_ном = 3 - 220 кВ, низкого напряжения - U_ном < 1 кВ.

По конфигурации сети делятся на замкнутые и разомкнутые.

	б) а)
	Рис.1.2. Пример замкнутой (а) и разомкнутой (б) сети

По выполняемым функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети.

Системообразующие сети напряжением 330-1150 кВ осуществляют функции формирования объединенных энергосистем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления, и одновременно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных электростанций. Системообразующие сети осуществляют системные связи, т.е. связи большой протяженности в энергосистемах. Режимом системообразующих сетей управляет диспетчер объединенного диспетчерского управления (ОДУ). Сети напряжением 330-1150 кВ, связывающие энергосистемы, называют межсистемными.

Питающие (районные) сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110-220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП) распределительных сетей – районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые.

Распределительные (местные) сети предназначены для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие сети обычно работают в разомкнутом режиме. Различают распределительные сети напряжением выше 1 кВ(U_ном > 1 кВ) и ниже 1 кВ (U_ном <lкВ). По характеру потребителей распределительные сети подразделяются на промышленные, городские и сети сельскохозяйственного назначения.

Для электроснабжения больших промышленных предприятий и крупных городов осуществляются глубокие вводы высокого напряжения, т. е. сооружение подстанций с первичным напряжением 110—500 кВ вблизи центров нагрузок

Параметры и схемы замещения электрической сети

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи (активное и реактивное сопротивления, активная и емкостная проводимости) равномерно распределены по ее длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное и реактивное сопротивления линии R_ли X_л, активную и емкостную проводимости линии G_л и B_л.

Воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВи выше длиной до 300 - 400 км обычно представляются П-образной схемой замещения (рис.3.1).

	R X G B G B
	Рис. 3.1. П-образная схема замещения воздушной линий электропередачи

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

Rл=roL,

(3.1)

где	ro - удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20°С;
	L - длина линии, км.

Удельное сопротивление г₀определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. При температуре провода, отличной от 20⁰С, сопротивление линии уточняется.

Реактивное сопротивление определяется следующим образом:

Xл=xoL,

(3.2)

где

xo-удельное реактивное сопротивление, Ом/км.

Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. При расчетах симметричных режимов используют средние значения x_o:

Ом/км,

(3.3)

где	rпр – радиус провода, см;
	Dср – среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением:

,

(3.4)

где

Dab, Dbc, Dca – расстояния между проводами соответственно фаз a, b, c, рис.3.2.

При размещении параллельных цепей на двухцепныхопорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение x_oиз-завлияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния между цепями. Отличие x_oодной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 5—6 % и не учитывается при практических расчетах.

	Рис.3.2. Расположение проводов линии электропередачи: а - по углам равностороннего треугольника; б - при горизонтальном расположении фаз

В линиях электропередачи при U_ном ³ ЗЗ0кВ провод каждой фазы расщепляется на несколько (N) проводов. Это соответствует увеличению эквивалентного радиуса.Эквивалентный радиус расщепленной фазы:

,

(3.5)

где

a – расстояние между проводами в фазе.

Для сталеалюминиевых проводов x_o определяется по справочным таблицам в зависимости от сечения и числа проводов в фазе.

Активная проводимость линии G_л соответствует двум видам потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы и на корону.

Токи утечки через изоляторы малы, поэтому потерями мощности в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности провода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свечение - корону. Короне соответствуют потери активной мощности. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода. Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных линий нормируются по условию образования короны: 110кВ — 70 мм²;220кВ —240 мм²; 330кВ –2х240 мм²; 500кВ – 3х300 мм²; 750кВ – 4х400 или 5х240 мм².

При расчете установившихся режимов электрических сетей напряжением до 220кВ активная проводимость практически не учитывается. В сетях с U_ном³ЗЗ0кВ при определении потерь мощности и при расчете оптимальных режимов необходимо учитывать потери на корону:

DРк = DРк0L=U2g0L,

(3.6)

где

DРк0- удельные потери активной мощности на корону, g0 - удельная активная проводимость.

Емкостная проводимость линии B_л обусловлена емкостями между проводами разных фаз и емкостью провод - земля и определяется следующим образом:

Bл= boL,

(3.7)

где	bо - удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:
		(3.8)

Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рис.3.3,б). В этой схеме вместо емкостной проводимости (рис.3.3,а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Половина емкостной (зарядной) мощности линии, Мвар, равна:

(3.9)

где	UФ и U – фазное и междуфазное напряжение, кВ;
	Ib – емкостный ток на землю.

	rл xл а)	б) rл xл ½.jQb ½.jQb
	в) rл xл	г) rл
	Рис. 3.3. Схемы замещения линий электропередачи: а, б - воздушная линия110-220-330 кВ; в - воздушная линия Uном£35 кВ; г -кабельная линия Uном£10 кВ

Из (3.8) следует, что мощность Q_b, генерируемая линией, сильно зависит от напряжения. Для воздушных линий напряжением 35 кВ и ниже емкостную мощность можно не учитывать (рис.3.3, в).Для линий U_ном ³ ЗЗ0кВ при длине более 300-400 кмучитывают равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии. Схема замещения таких линий – четырехполюсник.

Кабельные линии электропередачи также представляют П-образной схемой замещения.Удельные активные и реактивные сопротивления r_o, x_o определяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных линий. Из (3.3),(3.7) видно, что x_oуменьшается, а b_o растет при сближении фазных проводников. Для кабельных линий расстояния между проводниками значительно меньше, чем для воздушных, поэтому x_oмало и при расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление (рис.3.3, г).Емкостный ток и зарядная мощность Q_b в кабельных линиях больше, чем в воздушных. В кабельных линиях высокого напряжения учитывают Q_b (рис.3.3, б). Активную проводимость G_л учитывают для кабелей 110 кВ и выше.