Электрические системы и сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопрос 1. Общие сведения об энергетических системах

Электроснабжение промышленных, коммунальных и других потребителей производится от электрических станций, вырабатывающих электроэнергию. Электрические станции могут находиться вблизи потребителей либо удалены на значительные расстояния. В обоих случаях передача и распределение электрической энергии осуществляется по проводам электрических линий. Накапливать электрическую энергию в больших количествах сегодня практически нельзя, поэтому с помощью современных автоматических средств управления постоянно поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией. Когда потребители удалены от электрических станций, передачу электроэнергии осуществляют на повышенном напряжении. Тогда между электрической станцией и потребителями сооружаются повышающие и понижающие (преобразовательные) подстанции. Гидроэлектростанции (сооружаемые на створах рек) редко располагаются у крупных центров нагрузки. Тепловые электростанции выгодно располагать вблизи залежей топлива. Крупные электрические станции связываются с центрами нагрузок линиями электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения. Исключение могут представлять отдельные промышленные электрические станции небольшой мощности или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ могут быть и крупными, но располагаются они вблизи потребителей, т.к. передача пара и горячей воды обычно осуществляется на относительно небольшие расстояния.

Совокупность электростанций, линий электропередач, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии называется энергетической системой (энергосистемой). Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных подстанций, линии энергетической сети и приемников электроэнергии, называется электроэнергетической системы (ЭЭС).

Электрическими сетями называются части электроэнергетической системы, состоящие из подстанций и линий электропередачи постоянного и переменного тока различных напряжений. Электрическая сеть служит для передачи и распределения электрической энергии от места ее производства к местам потребления.

Важными характерными свойствами ЭЭС являются: одновременность процессов производства, распределения и потребления электрической энергии (выработка электрической энергии жестко определяется ее потреблением и наоборот).

Преобразование и передача энергии происходит с потерями энергии во всех элементах ЭЭС. Необходимо своевременно развивать ЭЭС, ее рост должен опережать рост потребления энергии. Отдельные энергетические системы связываются между собой электрическими сетями и это объединение их называется объединенной энергетической системой (ОЭС).

ОЭС могут охватывать значительные территории и даже всю страну.

Преимущества ОЭС:

Уменьшение величины суммарного резерва мощности.

Наилучшее использование мощности ГЭС одной или нескольких электроэнергетических систем и повышения их экономичности.

Снижение суммарного максимума нагрузки объединяемых электроэнергетических систем.

Взаимопомощь систем в случае неодинаковых сезонных изменений мощности электрических станций и в частности ГЭС.

Облегчение работы систем при ремонтах и авариях.

В настоящее время применяются стандартные номинальные (междуфазные) напряжения трехфазного тока частот 50 Гц в диапазоне 6-1150 кВ, а также напряжения 0,66; 0,38(0,22) кВ.

Стандартные “U” для сетей и приемников электрической энергии:

(3), 6,10,20,35,110,(150),220,330,550,750,1150 кВ

(Напряжения 0,22; 3; 150 не рекомендуется для вновь проектируемых сетей).

Для генераторов применяют Uном 3-21 кВ.

Передача электрической энергии от электрических станций по ЛЭП чаще всего осуществляется на напряжениях 110-1150 кВ, т.е. значительно превышающих напряжения генераторов.

Вопрос 2.Основные технические и экономические задачи при передаче электроэнергии

Снижение потерь за счет повышения КПД

Должна обладать большой пропускной способностью

Вопрос 3. Основные проблемы при передаче и распределении электроэнергии

В ряде случаев крупные электростанции могут быть расположены на значительном расстоянии от приемной системы. Это относится к любым видам электроэнергии: ГЭС, ТЭС, АЭС. В этом случае возникает проблема передачи энергии на большие расстояния, измеряемые многими сотнями, а в ряде случаев и тысячами километров. Эта задача решается только с помощью ВЛЭП СВН большой протяженности, которая должно отвечать следующим требованиям:

· Должна обладать высокой пропускной способностью

· Система должна быть статически и динамически устойчивой

· Должна работать устойчиво при параллельной работе

· Нагрев проводов не должен превышать допустимой температуры

Вопрос 4. Линия электропередач (ЛЭП) переменного тока, электрические сети переменного тока

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям -- одна из важнейших задач энергетики. Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока. Необходимость Передача электроэнергии на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии. Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности Передача электроэнергии на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.

Одной из основных характеристик электропередачи является её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников и т.д. Мощность, передаваемая по ЛЭП переменного тока, связана с её протяжённостью и напряжениями зависимостью

где U₁ и U₂ -- напряжения в начале и в конце ЛЭП, Z_c -- волновое сопротивление ЛЭП, a -- коэффициент изменения фазы, характеризующий поворот вектора напряжения вдоль линии на единицу её длины (обусловленный волновым характером распространения электромагнитного поля), l -- протяжённость ЛЭП, d -- угол между векторами напряжения в начале и в конце линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость. Предельная передаваемая мощность достигается при d = 90°, когда sind = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения, а стоимость сооружения ЛЭП пропорциональна напряжению. Поэтому в развитии электропередач наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности ЛЭП. Предельные значения напряжении ЛЭП, связанные с возможными перенапряжениями, ограничиваются изоляцией ЛЭП и электрической прочностью воздуха (см. Высоких напряжений техника). Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём усовершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств. Так, например, на ЛЭП напряжением 330 кв и выше используется «расщепление» проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Z_c и уменьшению а. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение «разомкнутых» линий, у которых на опорах подвешиваются провода двух цепей таким образом, что провода разных фаз оказываются сближенными между собой.

Вопрос 5. Линия электропередач (ЛЭП) постоянного тока, электрические сети постоянного тока

ЛЭП постоянного тока применяются для дальнего транспорта электрической энергии и связи электрических сетей с разными номинальными частотами или с различными подходами к регулированию при одной номинальной частоте (вставки линии постоянного тока или ну левой длины). В России ЛЭП постоянного тока почти не используется (Волгоград-Донбасс на 800 кВ, 376 км).

Для связи с другими странами применяют вставки из линий постоянного тока. За рубежом в разных странах существует несколько десятков ЛЭП постоянного тока, среди которых самой мощной является Итанпу-Сан Паулу (Бразилия) с номинальным напряжением 1200 кВ. длиной 783 км и пропускной способностью 6.3 млн кВт.

Воздушные и кабельные линии постоянного тока. Основное оборудование преобразовательных подстанций

Воздушная линия постоянного тока отличается от линии переменного тока главным образом конструкцией опор Эскизы возможных конструкций опор для различных типов линий постоянного тока приведены на рис 12 21 Для этих опор требуется меньший расход стали, и они проще по конструкции по сравнению с опорами линии переменного тока сопоставимого класса напряжения и пропускной способности

На рис 12.22 приведены конструкции промежуточных опор линии 1150 кВ переменного тока и линии +-750 кВ постоянного тока, изображенные в одном масштабе Эти линии имеют примерно одинаковую пропускную способность (около 6000 МВт) Масса опоры линии переменного тока 19,8 т, опоры линии постоянного тока 9,4 т. Примерно такие же соотношения существуют и для других сопоставимых линий переменного и постоянного тока При этом для линии

постоянного тока ширина полосы отчуждения на 25--30 % меньше, чем для линии переменного тока. Отсюда меньшая стоимость линии постоянного тока при прочих равных исходных данных.Условия работы линейной изоляции на постоянном напряжении существенно отличаются от условий ее работы на переменном напряжении. В линиях переменного тока распределение напряжения по гирлянде изоляторов определяется главным образом собственными емкостями каждого изолятора и его емкостями между изолятором и проводом, а также между изолятором и землей В результате этого загрязнение поверхности изоляторов мало сказывается на распределении напряжения по ним.В линиях постоянного тока емкости изоляторов не участвуют в распределении напряжения полюс--земля по гирлянде. Это распределение определяется поверхностными утечками тока по изоляторам, которые связаны с загрязнением их поверхностей При чистых сухих изоляторах распределение напряжения по ним равномерное, но при загрязнении или увлажнении отдельных изоляторов эта равномерность нарушается, и на других изоляторах гирлянды напряжение повышается, что может привести к их выходу из работы Решение этой проблемы состоит в применении изоляторов с увеличенной длиной пути утечки или увеличении их количества в поддерживающих гирляндах. Однако при этом возрастает стоимость линии.Конструкция полюса линии постоянного тока идентична конструкции фазы линии переменного тока Здесь также применяются расщепленные провода Причины этого такие же, как в линиях СВН переменного тока Первая заключается в больших токах полюса, что предопределяет и большое суммарное сечение проводов полюса (несколько тысяч квадратных миллиметров) Проводов таких сечений заводы не выпускают, потому что доставка их на трассу и последующий монтаж крайне затруднительны Поэтому используется пучок проводов меньших сечений, с которыми легче работать

Вторая причина заключается в необходимости исключить общее коронирование проводов, для чего необходимо снизить напряженность электрического поля на их поверхности. Методика расчета этой напряженности практически такая же, как для линий СВН переменного тока. Исключение составляют некоторые расчетные выражения, связанные с определение емкости полюса (иная конструкция опоры) и напряженности электрического поля на поверхности провода.Для кабельных линий постоянного тока могут быть использованы различные типы кабелей: кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой, кабели с маслом под давлением, кабели с газом под давлением. До недавнего времени наиболее широко применялись кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой Электрическая прочность такого кабеля много выше, чем кабеля переменного тока при той же толщине изоляции. Это объясняется тем, что этот тип изоляции состоит из двух слоев -- бумаги и вязкой пропитки, основу которой составляет масло. Вследствие различий в их диэлектрической проницаемости при постоянном напряжении большая напряженность электрического поля приходится на бумагу, электрическая прочность которой выше, чем у масла. При переменном напряжении распределение напряженности поля обратное. Поэтому эти кабели и получили широкое применение при сооружении кабельных линий постоянного тока. В настоящее время создан кабель на напряжение 400 кВ и ток 1,25 кА наружным диаметром 128 мм.

Кабели с изоляцией из вулканизированного (сшитого) полиэтилена для линий постоянного тока стали применять сравнительно недавно, с конца 90-х годов прошлого столетия. Кабели высокого напряжения с такой изоляцией для линий переменного тока начали применять значительно раньше, так как полиэтиленовая изоляция по-разному реагирует на постоянное и переменное напряжение.

При работе на постоянном напряжении в этой изоляции возникает объемный заряд того же знака, что и у токопроводящей жилы, который настолько искажает электрическое поле кабеля, что его напряженность превышает допустимые пределы и в кабеле присходит пробой изоляции Потребовались длительные исследования, чтобы этот недостаток был устранен. Сейчас кабели с полиэтиленовой изоляцией созданы на напряжение до 300 кВ относительно земли. Такие кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами кабелей: они имеют меньшие размеры и массу, могут быть уложены на поверхности с уклоном, поскольку нет опасности стекания вязкой пропитки, удобнее в монтаже. Поэтому кабели с полиэтиленовой изоляцией получают все большее применение при сооружении линий постоянного тока.Поскольку кабельные линии применяются в основном для пересечения водных преград, то одной из важных задач снижения стоимости и повышения надежности линии является возможно большее увеличение строительной длины кабеля, чтобы сократить число соединительных муфт, которые всегда являются источником повышенной опасности для кабеля. Для этой цели используются специальные суда-кабелеукладчики с горизонтальной катушкой большого диаметра, который определяется шириной судна На эту катушку непрерывно подается кабель с завода, расположенного в том же городе, где швартуется судно. Наибольшая длина кабельной линии,сооруженной с помощью такого судна, составляет 200 км с одной соединительной муфтой посередине Рассматриваются проекты сооружения подводных кабельных линий длиной 500--600 км.Первые кабельные линии укладывались непосредственно на дно моря, однако они часто повреждались рыболовными тралами или якорями судов Сейчас при глубинах менее 70 м кабель укладывается в траншею Эта траншея имеет глубину до 1,5 м и прокладывается с помощью подводных траншеекопателей, управляемых с судна.

Вопрос 6. Понижающие и преобразовательные подстанции (ПС)

Преобразовательная подстанция, подстанция электрическая для преобразования электрического тока, преимущественно по частоте и числу фаз. Трёхфазный ток промышленной частоты, вырабатываемый электростанциями, на П. п. преобразуется в постоянный ток -- например для питания мощных электролизных установок, регулируемых электроприводов станков и прокатных станов, гальванических ванн, контактных сетей электрифицированного транспорта и т.п., в переменный ток пониженной или повышенной частоты (по отношению к промышленной) -- для питания регулируемых электроприводов переменного тока, установок индукционного нагрева, индукционных печей и т.д., либо в однофазный переменный ток -- для питания мощных дуговых электрических печей, контактных сетей однофазного тока и др. На линиях электропередачи постоянного тока П. п. служат для преобразования трёхфазного тока в постоянный в начале линии (выпрямление) и обратного преобразования в конце линии (инвертирование). Кроме того, инвертирование применяется в тех случаях, когда источник энергии, генерирующий постоянный ток (например, МГД-генератор или аккумуляторная батарея), включается в сеть переменного тока.На П. п. применяют электромашинные и статические преобразователи, причём электромашинные установки повсеместно вытесняются более экономичными и надёжными статическими вентильными преобразователями. В состав мощной П. п. входят распределительное устройство переменного тока, машинный зал с преобразовательными устройствами, распределительное устройство выпрямленного (преобразованного) тока, системы охлаждения и вентиляции, а также вспомогательное оборудование.

Понизительные Т. п. преобразуют первичное напряжение электрической сети в более низкое вторичное. В зависимости от назначения и от величины первичного и вторичного напряжений понизительные Т. п. подразделяются на районные, главные понизительные и местные (цеховые). Районные Т. п. принимают электроэнергию непосредственно от высоковольтных ЛЭП и передают её на главные понизительные Т. п., а те (понизив напряжение до 6, 10 или 35 кв) -- на местные и цеховые подстанции, на которых осуществляется последняя ступень трансформации (с понижением напряжения до 690, 400 или 230 в) и распределение электроэнергии между потребителями.В состав Т. п. входят трансформаторы силовые (обычно 1 или 2), распределительные устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательные сооружения. На ряде мощных понизительных Т. п. (на 220--330--500--750 кв) применяют автотрансформаторы, что снижает потери электроэнергии (на 30--35%), расход меди (на 15--25%) и стали (на 50--60%). Распределительное устройство Т. п. может иметь 1 или 2 системы сборных шин либо не иметь их. Наиболее распространены Т. п. с одной системой сборных шин, обычно секционированной выключателями и разъединителями; на некоторых Т. п. дополнительно устанавливают обходную (байпасную) систему шин, позволяющую вести профилактические и ремонтные работы, не прекращая электроснабжение потребителей.Местоположение Т. п. определяется её назначением и характером нагрузок. Т. п. с вторичным напряжением 6, 10, 35 и 110 кв размещают, как правило, в центре территории, на которой находятся потребители электроэнергии, что сокращает потери электроэнергии при её передаче и расход материалов при устройстве электросетей. При размещении цеховых Т. п. учитываются конфигурация производственных помещений, расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, требования пожарной безопасности и др. Оборудование Т. п. может размещаться на открытой площадке либо в закрытом помещении (например, в отдельном здании).

Вопрос 7. Классификация ЛЭП и электрических сетей

По ряду признаков электрические сети подразделяются на большое количество разновидностей, для которых применяются различные методы расчета, монтажа и эксплуатации.

Электрические сети делятся:

1. По напряжению: а) до 1 кВ; б) выше 1 кВ.

2. По уровню номинального напряжения:

а) сети низкого (напряжения (до 1 кВ);

б) сети среднего напряжения (выше 1 кВ и до 35 кВ включительно);

в) сети высокого напряжения (110 ... 220 кВ);

г) сети сверхвысокого напряжения (330 ... 750 кВ);

д) сети ультравысокого напряжения (выше 1000 кВ)

3. По степени подвижности:

а) передвижные (допускают многократное изменение трассы, свертывание и развертывание) - сети до 1 кВ;

б) стационарные сети (имеют неизменяемую трассу и конструкцию):

- временные - для питания объектов, работающих непродолжительно (несколько лет);

- постоянные - большинство электрических сетей, работающих в течение десятилетий.

4. По назначению:

а) сети до 1 кВ: - осветительные;

- силовые;

- смешанные;

- специальные (сети управления и сигнализации).

б) сети выше 1 кВ: - местные, обслуживающие небольшие районы, радиусом действия 15... 30 км, напряжением до 35 кВ включительно;

- районные, охватывающие большие районы и связывающие электростанции электрической системы между собой и с центрами нагрузок, напряжением 110 кВ и выше.

5. По роду тока и числу проводов:

а) линии постоянного тока: - однопроводные,

- двухпроводные,

- трехпроводные (+, -, 0);

б) линии переменного тока: - однофазные (одно- и двухпроводные),

- трехфазные (трех- и четырехпроводные),

- неполнофазные (две фазы и нуль).

6. По режиму работы нейтрали:

- с эффективно заземленной нейтралью (сети выше 1 кВ),

- с глухозаземленной нейтралью (сети до и выше 1 кВ),

- с изолированной нейтралью (сети до и выше 1 кВ).

7. По схеме электрических соединений:

а) разомкнутые (нерезервированные): Рис. 1.1.

а)

б)

Рис.1.1. Схемы разомкнутых сетей

а) радиальные (нагрузка только на конце линии);

б) магистральные (нагрузка присоединена к линии в разных местах).

б) замкнутые (резервированные). Рис.1.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) Размещено на http://www.allbest.ru/

б)

Размещено на http://www.allbest.ru/

в)Размещено на http://www.allbest.ru/

г)

Рис.1.2. Схемы замкнутых сетей

а) сеть с двухсторонним питанием;

б) кольцевая сеть;

в) двойная магистральная линия;

г) сложнозамкнутая сеть (для питания ответственных потребителей по двум и более направлениям).

8. По конструкции:

- электропроводки (силовые и осветительные ),

- токопроводы - для передачи электроэнергии в больших количествах на небольшие расстояния,

- воздушные линии - для передачи электроэнергии на большие расстояния,

- кабельные линии - для передачи электроэнергии на далекие расстояния в случаях, когда сооружение ВЛ невозможно.

Вопрос 8. Основные типы конфигураций электрических сетей ЭЭС

Типы конфигурации электроэнергетических сетей

Схемы питания потребителей зависят от удаленности источников энергии, общей схемы электроснабжения данного района, территориального размещения потребителей и их мощности, требований, предъявляемых к надежности, живучести и т.п.Выбрать тип и конфигурацию сети очень сложно, т.к. они должны удовлетворять условиям надежности, экономичности, удобства в эксплуатации, безопасности и возможности развития. Конфигурация сети определяется взаимным расположением элементов линий, а тип сети зависит от категории потребителей и степени их надежности и живучести. Потребители 1 категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания по двум отдельным линиям. Они допускают перерыв в электроснабжении на время автоматического включения резервного источника питания.Для потребителей 2 категории в большинстве случаев также предусматривается питание по двум отдельным линиям, либо по двухцепной линии. Так как аварийный ремонт воздушных линий непродолжителен, правила допускают электроснабжение потребителей 2 категории и по одной линии. Для потребителей 3 категории достаточно одной линии. В связи с этим применяют не резервированные и резервированные схемы. Не резервированные - без резервных линий и трансформаторов. К ним относятся радиальные схемы (рис. 4.1., а), питающие потребители 3 категории (иногда 2 категории). Резервированные схемы питают потребителей 1 и 2 категории. К ним относятся кольцевые (рис.4.1., б), с двухстронним питанием (рис.4.1., г) и сложно замкнутая с узловыми точками I, II, III, IV (рис.4.1., д).

Рис.4.1. Конфигурации электроэнергетических сетей ПС - подстанция; А₁ и А₂ - питающий узлы (станции или подстанции)

а) - радиальная конфигурация; б) - кольцевая конфигурация; в - одноцепная с) двухсторонним питанием; г) - двухцепная магистральная конфигурация; д) - сложно замкнутая конфигурация.

В ряде случаев строительство линий в резервированных линиях проводится в два этапа. Строится одна линия и только при росте нагрузки до проектной сооружается вторая. Могут применяться и смешанные конфигурации линий электропередач - резервированные совместно с не резервированными. Графически электрические сети представляют в виде принципиальных схем, на которых все элементы изображают условными знаками, соединенными между собой в той же последовательности, как и в действительности. Принципиальные схемы электрических сетей обычно составляют в наиболее наглядном виде, чтобы легко можно было проследить все цепи питания. При этом взаимное расположение на схеме ТП и РП, форма и длина ЛЭП могут не соответствовать масштабу и истинному расположению их на местности, а коммутационные аппараты, измерительные приборы и средства защиты на этих схемах могут отсутствовать.

Вопрос 9. Характеристика оборудования ЛЭП и ПС

Характеристика оборудования ЛЭП и ПС.

Линия электропередачи (ЛЭП) -- один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачиэлектроэнергии

посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи.

По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов (по оценкам в России используется порядка 60 тыс. ВЧ-каналов по ЛЭП) и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) -- устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам).

Состав ВЛ. 1)Провода. 2)Траверсы. 3)Изоляторы. 4)Арматура. 5)Опоры. 6)Грозозащитные тросы. 7)Разрядники. 8)Заземление. 9)Секционирующие устройства. 10)Волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод). 11)Вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи, ёмкостного отбора мощности и др.). 12)Элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полетов судов гражданской авиации. Опоры маркируются сочетанием красок определенных цветов, провода - авиационными шарами для обозначения в дневное время. Для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения. Для светомаркировки проводов в ночное время используются сигнальные лампы Бализор

Документы, регулирующие ВЛ. Конструкция ВЛ, её проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНИП).

Классификация ВЛ

По роду тока

§ 1)ВЛ переменного тока. 2) ВЛ постоянного тока

В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (напр., для связи энергосистем, питания контактной сети и др.) используют линии постоянного тока.

Для ВЛ переменного тока принята следующая шкала классов напряжений: переменное -- 0.4, 6, 10, (20), 35, 110, 150, 220, 330, 400 (Выборгская ПС - Финляндия), 500, 750 и 1150 кВ; постоянное - 150, 400 и 800 кВ.

По назначению

§ сверхдальние ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем)

§ магистральные ВЛ напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем -- к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами)

§ распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов -- соединяют распределительные пункты с потребителями)

§ ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям

По напряжению

§ ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений)

§ ВЛ выше 1000 В

§ ВЛ 1--35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)

§ ВЛ 110--220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)

§ ВЛ 330--500 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)

§ ВЛ 750 кВ и выше (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

Эти группы существенно различаются, в основном -- требованиями в части расчётных условий и конструкций.

По режиму работы нейтралей в электроустановках

§ Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с большим сопротивлением). В России такой режим нейтрали используется в сетях напряжением 3-35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.

§ Трехфазные сети с резонансно-заземлёнными (компенсированными) нейтралями (нейтральная шина присоединена к заземлению через индуктивность). В России используется в сетях напряжением 3-35 кВ с большими токами однофазных замыканий на землю.

§ Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление). В России это сети напряжением 110, 150 и частично 220 кВ, в которых применяются трансформаторы (автотрансформаторы требуют обязательного глухого заземления нейтрали).

§ Сети с глухозаземлённой нейтралью (нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление). К ним относятся сети напряжением менее 1 кВ, а также сети напряжением 220 кВ и выше.

По режиму работы в зависимости от механического состояния

§ ВЛ нормального режима работы (провода и тросы не оборваны)

§ ВЛ аварийного режима работы (при полном или частичном обрыве проводов и тросов)

§ ВЛ монтажного режима работы (во время монтажа опор, проводов и тросов)

Основные элементы ВЛ

§ Трасса -- положение оси ВЛ на земной поверхности.

§ Пикеты (ПК) -- отрезки, на которые разбита трасса, длина ПК зависит от номинального напряжения ВЛ и типа местности.

§ Нулевой пикетный знак обозначает начало трассы.

§ Центровой знак на трассе строящейся ВЛ обозначает центр расположения опоры.

§ Производственный пикетаж -- установка пикетных и центровых знаков на трассе в соответствие с ведомостью расстановки опор.

§ Фундамент опоры -- конструкция, заделанная в грунт или опирающаяся на него и передающая ему нагрузку от опоры, изоляторов, проводов (тросов) и от внешних воздействий (гололёда, ветра).

§ Основание фундамента -- грунт нижней части котлована, воспринимающий нагрузку.

§ Пролёт (длина пролёта) -- расстояние между центрами двух опор, на которых подвешены провода. Различают промежуточный пролёт (между двумя соседними промежуточными опорами) и анкерный пролёт (между анкерными опорами). Переходный пролёт -- пролёт, пересекающий какое-либо сооружение или естественное препятствие (реку, овраг).

§ Угол поворота линии -- угол б между направлениями трассы ВЛ в смежных пролётах (до и после поворота).

§ Стрела провеса -- вертикальное расстояние между низшей точкой провода в пролёте и прямой, соединяющей точки его крепления на опорах.

§ Габарит провода -- вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды.

§ Шлейф (петля) -- отрезок провода, соединяющий на анкерной опоре натянутые провода соседних анкерных пролётов.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) -- линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

По классификации кабельные линии аналогичны воздушным линиям.

Кабельные линии делят по условиям прохождения

§ 1)Подземные. 2)По сооружениям, 3)Подводные, 4)К кабельным сооружениям относятся

§ Кабельный туннель -- закрытое сооружение (коридор) с расположенными в нём опорными конструкциями для размещения на них кабелей и кабельных муфт, со свободным проходом по всей длине, позволяющим производить прокладку кабелей, ремонт и осмотр кабельных линий.

§ Кабельный канал -- непроходное сооружение, закрытое и частично или полностью заглубленное в грунт, пол, перекрытие и т. п. и предназначенное для размещения в нём кабелей, укладку, осмотр и ремонт которых возможно производить лишь при снятом перекрытии.

§ Кабельная шахта -- вертикальное кабельное сооружение (как правило, прямоугольного сечения), у которого высота в несколько раз больше стороны сечения, снабженное скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съемной полностью или частично стенкой (непроходные шахты).

§ Кабельный этаж -- часть здания, ограниченная полом и перекрытием или покрытием, с расстоянием между полом и выступающими частями перекрытия или покрытия не менее 1,8 м.

§ Двойной пол -- полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съемными плитами (на всей или части площади).

§ Кабельный блок -- кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.

§ Кабельная камера -- подземное кабельное сооружение, закрываемое глухой съемной бетонной плитой, предназначенное для укладки кабельных муфт или для протяжки кабелей в блоки. Камера, имеющая люк для входа в неё, называется кабельным колодцем.

§ Кабельная эстакада -- надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяженное кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.

§ Кабельная галерея -- надземное или наземное закрытое полностью или частично (например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяженное проходное кабельное сооружение.

По типу изоляции

Основная статья: Кабель

Изоляция кабельных линий делится на два основных типа:

1)жидкостная. 2)кабельным нефтяным маслом. 3)твёрдая. 4)бумажно-масляная

поливинилхлоридная (ПВХ). 5)резино-бумажная (RIP). 6)сшитый полиэтилен (XLPE). 7)этилен-пропиленовая резина (EPR)

Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи.

Высокотемпературные сверхпроводники

HTS кабель.

Технология высокотемпературной суперпроводимости (HTS), разработанная Sumitomo Electric, применяется в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 в США (Лонг-Айленд). При напряжении в 138кВ передается мощность в 574МВА на длину 600 метров.

Потери в ЛЭП

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления. В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.

Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около ДР=9-11 кВт/км).

Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери на корону.

Потери в ЛЭП переменного тока

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии -- cosц. Активная мощность -- часть суммарной энергии, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; реактивная мощность -- это энергия, отразившаяся от нагрузки или искажённая нагрузкой (например, ток непропорционален напряжению или сдвинут от него по фазе). В радиотехнике аналогом этого явления служат стоячие волны, а вместо cosц применяется КСВ.

При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь -- радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц, провод работает как антенна.

Электрическая подстанция

Электримческая подстамнция -- электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств

Устройство

Основные элементы электроподстанций:

§ Силовые трансформаторы, автотрансформаторы.

§ Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи.

§ Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая:

§ Системы и секции шин;

§ Силовые выключатели;

§ Разъединители;

§ Измерительное оборудование (измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы);

§ Оборудование ВЧ-связи между подстанциями (конденсаторы связи, фильтры присоединения);

§ Токоограничивающие, регулирующие устройства (конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр.).

§ Преобразователи частоты, рода тока (выпрямители).

§ Система питания собственных нужд подстанции:

§ Трансформаторы собственных нужд;

§ Щит переменного тока;

§ Аккумуляторные батареи;

§ Щит постоянного (оперативного) тока;

§ Дизельные генераторы и другие аварийные источники энергии (на крупных и особо важных подстанциях).

§ Системы защиты и автоматики:

§ Устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики для силовых линий, трансформаторов, шин.

§ Автоматическая система управления.

§ Система телемеханического управления.

§ Система технического и коммерческого учёта электроэнергии.

§ Система технологической связи энергосистемы и внутренней связи подстанции.

§ Система заземления, включая заземлители и контур заземления.

§ Молниезащитные сооружения.

§ Вспомогательные системы:

§ Система вентиляции, кондиционирования, обогрева.

§ Система автоматического пожаротушения.

§ Система освещения территории.

§ Система охранно-пожарной сигнализации, управления доступом.

§ Система технологического и охранного видеонаблюдения.

§ Устройства плавки гололёда на воздушных линиях.

§ Системы аварийного сбора масла.

§ Системы питания маслонаполненных кабелей.

§ Бытовая, ливневая канализация, водопровод.

§ Бытовые помещения, склады, мастерские и пр.

Классификация подстанций

Функционально подстанции делятся на:

§ Трансформаторные подстанции - подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов.

§ Преобразовательные подстанции - подстанции, предназначенные для преобразования рода тока или его частоты.

Электрическое распределительное устройство, не входящее в состав подстанции, называется распределительным пунктом. Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты называется вставкой постоянного тока.

По значению в системе электроснабжения:

Главные понизительные подстанции (ГПП); Подстанции глубокого ввода (ПГВ);

Тяговые подстанции для нужд электрического транспорта, часто такие подстанции бывают трансформаторно-преобразовательными для питания тяговой сети постоянным током; Комплектные трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ (КТП). Последние называются цеховыми подстанциями в промышленных сетях, городскими - в городских сетях.

В зависимости от места и способа присоединения подстанции к электрической сети нормативные документы не устанавливают классификации подстанций по месту и способу присоединения к электрической сети. Однако ряд источников даёт классификацию исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций^.

§ Тупиковые -- питаемые по одной или двум радиальным линиям

§ Ответвительные -- присоединяемые к одной или двум проходящим линиям на ответвлениях

§ Проходные -- присоединяемые к сети путём захода одной линии с двухсторонним питанием

§ Узловые -- присоединяемые к сети не менее чем тремя питающими линиями

Ответвительные и проходные подстанции объединяют понятием промежуточные, которое определяет размещение подстанции между двумя центрами питания или узловыми подстанциями. Проходные и узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между узлами сети, называют транзитными.

Также используется термин «опорная подстанция», который как правило обозначает подстанцию более высокого класса напряжения по отношению к рассматриваемой подстанции или сети.

В связи с тем, что ГОСТ 24291-90 определяет опорную подстанцию как «подстанцию, с которой дистанционно управляются другие подстанции электрической сети и контролируется их работа», для указанного выше значения целесообразнее использовать термин «центр питания».

По месту размещения подстанции делятся на:

§ Открытые -- оборудование которой расположено на открытом воздухе.

§ Закрытые -- подстанции, оборудование которых расположено в здании.

Электроподстанции могут располагаться на открытых площадках, в закрытых помещениях (ЗТП - закрытая трансформаторная подстанция), под землёй и на опорах (МТП - мачтовая трансформаторная подстанция), в специальных помещениях зданий-потребителей. Встроенные подстанции -- типичная черта больших зданий и небоскрёбов.

Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.

Необходимость в повышении передаваемого напряжения возникает в целях многократной экономии металла, используемого в проводах ЛЭП, и уменьшения потерь на активном сопротивлении. Действительно, необходимая площадь сечения проводов определяется только силой проходящего тока и отсутствием возникновения коронного разряда. Также уменьшение силы проходящего тока влечёт за собой уменьшение потери энергии, которая находится в прямой квадратичной зависимости от значения силы тока. С другой стороны, чтобы избежать высоковольтного электрического пробоя, применяются специальные меры: используются специальные изоляторы, провода разносятся на достаточное расстояние и т. д. Основная же причина повышения напряжения состоит в том, что чем выше напряжение, тем большую мощность и на большее расстояние можно передать по линии электропередачи.

Вопрос 10. Схемы замещения ЛЭП и методы определения их параметров при различных конструктивных исполнениях

Параметры и схемы замещения линий электропередачи

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_л и X_л, активную и емкостную проводимости линии G_л иB_л.

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

Рис. 3.1. П-образная схема замещения воздушной линийэлектропередачи

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

R_л=r_oL, (3.1)

Где

r_o - удельное сопротивление, Ом/км, при температурепровода +20°С;

L - длина линии, км.

Удельное сопротивление г₀ определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. При температуре провода, отличной от 20⁰С, сопротивление линии уточняется.

Реактивное сопротивление определяется следующим образом:

X_л=x_oL, (3.2)

x_o - удельное реактивное сопротивление, Ом/км.

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



rпр - радиус провода, см;

Dср - среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением:

D_ab, D_bc, D_ca - расстояния между проводами соответственно фаз a, b, c, рис.3.2.

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение x_o из-за влияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния между цепями. Отличие x_o одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 5--6 % и не учитывается при практических расчетах.

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

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. Воздухвокруг 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_ном?ЗЗ0кВ при определении потерь мощности и при расчете оптимальных режимов необходимо учитывать потери на корону:

?Р_к0 - 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:

B_л= b_oL, (3.7)

b_о - удельная емкостная проводимость, См/км, котораяможет быть определена по справочным таблицам или последующей формуле:

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:

U_Ф и U - фазное и междуфазное напряжение, кВ

I_b - емкостный ток на землю

Рис. 3.3. Схемы замещения линий электропередачи:а, б - воздушная линия 110-220-330 кВ; в - воздушная линия U_ном ?35 кВ; г -кабельная линия U_ном?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 ? ЗЗ0 кВ при длине более 300-400 км учитывают 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_oопределяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных линий. Из (3.3), (3.7) видно, что x_o уменьшается, а b_o растет при сближении фазных проводников. Для кабельных линий расстояния между проводниками значительно меньше, чем для воздушных, поэтому x_o мало 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). Активнуюпроводимость G_л учитывают для кабелей 110 кВ и выше.

Вопрос 13 Схемы замещения, трансформаторов, автотрансформаторов и методы определения их параметров при различных конструктивных исполнениях?

Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов

Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения - высшее Uв, среднее Uc и низшее Uн. Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора (рис.3.5,а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применять один трехобмоточный трансформатор (рис.3.5,б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис.3.6,а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис. 3.5, в.

...