Повышение пропускной способности и надежности трехфазных электрических сетей в условиях севера
Схемы расщепления трехфазной линии электропередачи переменного тока на три трехфазные, процессы между которыми, сдвинуты друг относительно друга на 120 электрических градусов. Пяти- и семипроводные системы электропередачи с трехфазными трансформаторами.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.04.2018 |
| Размер файла | 386,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
9
Размещено на http://www.allbest.ru/
Повышение пропускной способности и надежности трехфазных электрических сетей в условиях севера
Афанасьев Д.Е. доктор технических наук
Васильев П.Ф. кандидат технических наук
Кобылин В.П. доктор технических наук
Давыдов Г.И. младший научный сотрудник
Хоютанов А.М. ведущий инженер, Институт физико-технических проблем Севера им.В.П. Ларионова СО РАН в г. Якутске
Аннотации
Рассмотрены и предложены схемы расщепления трехфазной линии электропередачи переменного тока на три трехфазные, процессы между которыми, сдвинуты друг относительно друга на 120 электрических градусов. Представлены пяти - и семипроводные системы электропередачи с трехфазными трансформаторами, которые являются дальнейшим развитием схем, в которых, в качестве одного из фазных проводов используется земля. Сохраняя все преимущества системы "Два провода - Земля", она лишена ее недостатков, вытекающих из-за распространения многолетнемерзлых грунтов, и может быть применена для реконструкции существующих сетей, а также для сооружения новых для районов с малыми плотностями электрических нагрузок, к которым относятся Север и Арктика России. Эксплуатация шестифазной линии увеличивает пропускную способность по сравнению с двухтрансформаторной двухцепной ЛЭП. Представлено увеличение возможных схем подключения потребителей от питающей подстанции.
Ключевые слова: линия электропередачи, переменный ток, расщепление, многолетнемерзлые грунты, надежность, пропускная способность.
Considered and proposed schemes for the splitting of the three-phase alternating current transmission line into three three-phase, the processes between which are shifted relative to each other by 120 electric degrees. Five - and seven-wire power transmission systems with three-phase transformers are presented, which are a further development of circuits in which earth is used as one of the phase conductors. Preserving all the advantages of the “Two wires - Earth" system, it lacks its disadvantages resulting from the proliferation of permafrost soils, and can be used to reconstruct existing networks, as well as to construct new electric loads for regions with low densities, which include the North and the Arctic of Russia. The operation of the six-phase line increases the capacity compared to a two-transformer double-circuit power line. An increase in the possible schemes of connecting consumers from the power substation is presented.
Keywords: power line, alternating current, splitting, permafrost soils, reliability, throughput.
Введение
Север и особенно Арктические регионы России характеризуются значительной удаленностью потребителей от источников электроэнергии, удаленным размещением производства, большой разбросанностью населенных пунктов на большой территории. Электросетевое хозяйство характеризуется широким диапазоном классов напряжения, большой протяженностью сетей, сложными природными, климатическими и инфраструктурными условиями эксплуатации, такие как труднодоступность, непроходимость участков в летний период, недостаток техники и механизмов, а также не развитость ремонтных и эксплуатационных баз.
При объединении энергосистем Восточной Сибири и Дальнего Востока к ЕНЭС России будут вовлечены электрические мощности крупного кластера гидроэлектростанций, себестоимость выработки электрической энергии, которых значительно ниже в сравнении с традиционными тепловыми источниками электрической энергии. При этом дальнейшее развитие системы транспорта электроэнергии должно сопровождаться разработками новых или адаптацией известных, но в силу сложившихся обстоятельств, не востребованных технических решений, необходимых для совершенствования элементной базы системы передачи электрической энергии. Увеличение вариативности схем подключения к подстанциям, которые позволяют в конечном итоге получить более экономичные и надежные линии, обеспечивающие требуемое качество напряжения и пропускную способность [1].
трехфазная линия электропередача переменный ток
Расщепление передачи трехфазного тока
Л.Е. Эбин в своей в заявке от 8.03.1950 г. "Передача трехфазного тока", защищенной авторским свидетельством СССР [2, С.1], говорит о расщеплении трехфазной линии электропередачи переменного тока "…что для уменьшения расхода цветного металла, три разноименные фазы трех трехфазных или девяти однофазных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в звезды, соединяются вместе и заземляются, а к оставшимся шести фазам присоединяется шестипроводная линия передачи" [2, С.3]. Далее, в описании изобретения, сказано "…в схеме передачи на передающей и понижающей подстанциях три одинаковые трехфазные трансформатора с низкой стороны включены параллельно на трехфазные шины. С высокой стороны три разноименные фазы (по одной в каждом из трансформаторов) соединяются вместе и заземляются наглухо; остальные 6 фаз трех трансформаторов включаются на шестипроводную линию передачи. Эту систему можно представить в виде трехфазной системы, отдельные "фазы" которой являются трехфазными системами" [2]. Описанная схема передачи представлена на рис.1.
Рис.1 - Схема передачи трехфазного тока
Необходимо отметить, что схема представляет собой одну из модификаций системы "Два провода - земля" (ДПЗ) [3], [4], [5], которая применялась в 30-50 гг. прошлого столетия и от которой отказались ввиду повышенной электроопасности заземленной фазы, а в условиях Севера и Арктики электроопасность повышается в разы, из-за повсеместного распространения многолетнемерзлых грунтов (мощность мерзлой толщи достигает 1,5 км), которые не проводят электрический ток [6, С.6].
С учетом изложенного, предлагается общую точку соединения разных фаз трех трансформаторов присоединить к одному из семи проводов, а к шести фазам присоединить оставшиеся шесть проводов линии передачи трехфазного тока.
Векторная диаграмма напряжений расщепленной трехфазной линии приведена на рис.2. Предлагаемая схема позволяет осуществить схему подстанции с тремя трансформаторами и семью шинами, от которой могут отходить линии разных типов и напряжений для питания рассредоточенных потребителей в сельской местности в зависимости от характера, мощностей нагрузок, их расстояний от питающей подстанции [7, С.128].
Рис.2 - Векторная диаграмма напряжений расщепленной трехфазной линии электропередачи
Пяти-, семипроводные системы трехфазного тока
Пятипроводная система электропередачи. Один трансформатор каждой пары трехфазных трансформаторов имеет группу соединений звезда-треугольник 11 и другой - звезда-треугольник 1. допускаются и другие группы соединений, если сдвиг между ними равен 60°, 180° и т.д. Со стороны треугольника фаза а одного из трансформаторов соединяется с фазой с другого. Остальные четыре вывода трансформаторов присоединяются к сборным шинам или непосредственно к линии электропередачи.
Рис.3 - Принципиальная схема пятипроводной электропередачи
Пятипроводная система электропередачи является симметричной. При помощи простейших устройств в необходимых случаях может автоматически преобразовываться в симметричную трехфазную систему электропередачи. По сравнению с обычными трехфазными линиями имеют большую пропускную способность [8, С.15-16].
Семипроводная система электропередачи. В нашем случае представляет собой утроенную систему ДПЗ, отличающуюся тем, что "земляной" токопровод заменяется седьмым воздушным токопроводом. Этот служит общим для трех трехфазных систем с такими же фазными и линейными напряжениями, что и исходная трехфазная линия (рис.4) [9].
Рис.4 - Принципиальная схема семипроводной электропередачи
Предлагаемая схема позволяет осуществить схему подстанций с тремя трансформаторами и семью шинами (рис.5), от которой могут отходить линии разных типов и напряжений для питания рассредоточенных потребителей в сельской местности в зависимости от характера, мощностей нагрузок, их расстояний от питающей подстанции.
Рис.5 - Схема подстанции с трема трансформаторами, семью шинами
При повышении напряжения на шестифазных проводах линии в раз, ток в этих проводах снижается в раз. Допустим, что при по проводу фазы ток равен. При ток примет значение (). Пропускная способность по току данного провода увеличится на. То есть увеличится в 1,42 раза, чем при.
Пропускная способность этого же провода по мощности станет равной.
Таким образом, трехтрансформаторная шестифазная семипроводная линия передачи будет иметь пропускную способность по мощности в 2,46 раз большую, чем двухтрансформаторная двухцепная линия.
По сравнению со схемой двухтрансформаторной подстанции с тремя шинами повышение числа трансформаторов до трех, числа шин до семи по данной схеме оправдывается следующими ее преимуществами: во-первых, существенным повышением числа возможных вариантов схем подключения к подстанции линий электропередачи, отличающихся друг от друга по протяженности, категориям надежности, мощности и по режимам работы питаемых от них потребителей электроэнергии, в конечном итоге, приводящим к повышению маневренности и надежности электроснабжения; во-вторых, возможным снижением потерь активной мощности в линиях путем реализации схем электропитания удаленных потреблений на повышенном напряжении.
Заключение
Предложенная расщепляемая трехфазная система не имеет тех недостатков, присущих системе ДПЗ и ее модификациям, вызванных наличием "земляного" токопровода (электромагнитная несовместимость с системами электросвязи, радио-, телепередачи, автоматики и управления, низкая надежность работы и повышенная электроопасность), невозможностью выполнения последнего возлагаемых на нее функций в местах распространения криолитозоны в определенный период времени. Также данные схемы дают возможность осуществить переход на более высокие напряжения без замены установленного оборудования, при этом повышается пропускная способность линии и ее надежность.
Список литературы / References
1. Нестеров А.С., Давыдов Г.И., Васильев П.Ф. Альтернативное решение развития электроснабжения потребителей Арктической зоны Республики Саха (Якутия) / А.С. Нестеров, Г.И. Давыдов, П.Ф. Васильев // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. - 2013. - № 4. - С.54-58.
2. А. с.91036 СССР, МПК H 02 J 3. Передача трехфазного тока / Эбин Л. Е (СССР). - 413738; опубл.01.01.1950. - 3 с.
3. Фильштинский А.А. Четырехпроводная электропередача как средство повышения экономичности и надежности высоковольтных сетей / А.А. Фильштинский // Электричество. - 1952 - №1. С.17-22.
4. Эбин Л.Е., Алукер Ш.А. Электрический расчет сетей с использованием земли в качестве одного из фазных проводов (два провода - земля) / Л.Е. Эбин, Ш.А. Алукер // Госэнергоиздат. - 1949.
5. Орошкинский П.С. Передача энергии трехфазным токов по системе два провода - земля / П.С. Орошкинский // Изд. Академия наук СССР. - 1935.
6. Васильев П.Ф. Методы снижения сопротивления заземляющих устройств в многолетнемерзлых грунтах / П.Ф. Васильев // Изд-во СО РАН. - 2013. - 83 с.
7. Афанасьев Д.Е. Расщепление передачи трехфазного тока. Развитие идеи Л.Е. Эбина применительно к условиям Крайнего Севера / Д.Е. Афанасьев // Современные проблемы теплофизики и теплоэнергетики в условиях Крайнего Севера. - Якутск: Изд-во Якутского ун-та. - 2010. - С.128.
8. Андреев В.В. Четырехфазная схема электропередачи с трехфазными трансформаторами / В.В. Андреев // Электричество. - 1952 - № 1. - С.15-17.
9. Афанасьев Д.Е., Давыдов Г.И., Васильев П.Ф., Ли-Фир-Су Р.П., Хоютанов А.М. Энергоэффективные схемы электропередачи для районов с малыми плотностями электрических нагрузок (Север и Арктика) / Д.Е. Афанасьев, Г.И. Давыдов, П.Ф. Васильев, Р.П. Ли-Фир-Су, А.М. Хоютанов // Научный альманах. - 2016. - №5-3 (19). - С.21-26.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Модели нагрузки линии электропередачи. Причины возникновение продольной несимметрии в электрических сетях. Емкость трехфазной линии. Индуктивность двухпроводной линии. Моделирование режимов работы четырехпроводной системы. Протекание тока в земле.
презентация [1,8 M], добавлен 10.07.2015Сопоставление сопротивлений и проводимостей линии электропередачи, расчет ее волновых и критериальных параметров. Определение типов проводов. Работа системы электропередачи в режиме максимальных и минимальных нагрузок, повышение ее пропускной способности.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.03.2012Виды режима нейтрали в трехфазных электрических сетях переменного тока. Особенности резистивного заземления нейтрали в системах с различными номинальными напряжениями. Меры электробезопасности при эксплуатации трехфазных систем переменного тока до 1 кВ.
презентация [1,2 M], добавлен 10.07.2015Шкала напряжений для сетей и приемников. Сооружение линии электропередачи переменного тока. Компенсация параметров длинной линии. Электропередача с заземленной точкой у конца. Общее понятие о подстанциях. Открытые и закрытые распределительные устройства.
лекция [73,9 K], добавлен 14.08.2013Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012Расчет электрических цепей переменного тока и нелинейных электрических цепей переменного тока. Решение однофазных и трехфазных линейных цепей переменного тока. Исследование переходных процессов в электрических цепях. Способы энерго- и материалосбережения.
курсовая работа [510,7 K], добавлен 13.01.2016Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях. Комплектующие персонального компьютера.
курсовая работа [393,3 K], добавлен 10.01.2016Проектирование электропередачи переменного тока сверхвысокого напряжения с одной промежуточной подстанцией для транспорта электрической энергии от удалённой гидроэлектростанции. Технически возможные варианты схемы электропередачи, расчет лучшего варианта.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.09.2010Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 14.05.2010Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009Исследование электрических полей нестандартных многоцепных высоковольтных линий электропередач. Инструкция по ликвидации аварийных режимов работы на подстанции 110/35/10 кВ. Программа расчета электрических полей трехфазной линии на языке Turbo Pascal.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 29.04.2010Энергетический процесс и распределение напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.
лабораторная работа [71,4 K], добавлен 22.11.2010Трехфазная цепь как совокупностью трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120o, создаваемые общим источником. Общая характеристика используемого генератора.
контрольная работа [754,3 K], добавлен 25.07.2013Расчёт коэффициента полезного действия, максимальной, наибольшей и натуральной мощности, коэффициентов компенсации и увеличения пропускной способности линии, распределение напряжения, тока. Вычисление параметров элементов компенсирующего четырёхполюсника.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 04.05.2014Знакомство с основами разработки системы электропередачи. Правила выбора номинального напряжения и экономически обоснованных количества линий, сечений проводов и конструкций фаз. Электрические расчёты характерных режимов и технических показателей.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 17.02.2014Расчет падения напряжения на резисторе. Сущность метода пропорциональных величин. Определение коэффициента подобия. Расчет площади поперечного сечения проводов линии электропередачи. Вычисление тока потребителя. Векторная диаграмма тока и напряжения.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 30.09.2013Составление схемы замещения электропередачи и определение ее параметров. Определение волнового сопротивления. Определение радиуса расщепления фазы. Отыскание границ области по ограничениям на радиус провода. Расчеты режима работы электропередачи.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 31.08.2011Анализ повышения надежности распределительных электрических сетей. Оптимизация их режимов, обеспечивающая минимум затрат при заданной в каждый момент времени нагрузке потребителей. Ключевые технологии, развиваемые в секторе магистральных сетей за рубежом.
реферат [197,2 K], добавлен 27.10.2015Основные элементы трехфазных электрических цепей, а также напряжение между фазными выводами. Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме "звезда" с нулевым проводом. Соединение приемника по схеме "треугольник".
презентация [742,4 K], добавлен 22.09.2013
