Схемы замещения линий электропередачи

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Принципиально расчёты электрических сетей базируются на тех же законах, что и расчёты любой иной цепи переменного тока. Однако специфика электрических сетей в энергетических системах такова, что непосредственное использование приёмов расчёта электрических цепей, известных из электротехники, является весьма затруднительным.

Следовательно, возникает объективная необходимость применить замещение реальных электрических сетей их расчётными схемами. В схемах замещения как собственно линии электропередачи, так и трансформаторы (автотрансформаторы) заменяют набором активных и реактивных сопротивлений и проводимостей. Величины этих сопротивлений и проводимостей, очевидно, должны быть такими, чтобы обеспечивать достоверные результаты расчёта режимов электрических сетей и систем.

Кроме того, введение любого элемента в схему замещения должно быть убедительно обосновано, исходя из физических процессов, сопровождающих передачу и преобразование электрической энергии. Наряду с очевидным различием между линиями электропередачи, предназначенными лишь для транспортировки электроэнергии, и трансформаторами, которые помимо передачи электроэнергии ещё обеспечивают преобразование её параметров, можно обнаружить достаточно признаков, общих для обеих категорий. Это последнее обстоятельство в известной степени обеспечивает унифицированный подход при замещении в расчётных схемах электрических сетей как собственно линий электропередачи, так и трансформаторов (автотрансформаторов), являющихся непременными звеньями на пути транспортировки электроэнергии от её производителя к потребителю.

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи или, иными словами, активные и реактивные сопротивления и проводимости равномерно распределены по её длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределённость параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное r_л и реактивное х_л сопротивления линии, активную g_л и реактивную b_л – проводимости линии.

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Кабельные линии электропередачипредставляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные линии (рис. 2.4). При этом удельные активное r_o и индуктивное х_о сопротивления определяют по справочным таблицам так же, как и для воздушных линий. Для кабельных линий расстояние между проводами (токоведущими жилами – ТВЖ) значительно меньше, чем для воздушных и согласно (2.2) х_о очень мало. Поэтому при расчётах кабельных сетей с напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротивление линии (рис. 2.4,г). В кабельных линиях напряжением 6;10 кВ и выше при малом расстоянии между жилами кабелей ёмкость на единицу длины во много раз больше воздушных аналогичных линий (2.9). Поэтому ёмкостный ток в кабельных линиях больше, чем в воздушных. Как уже отмечалось, при U_ном < 10 кВ в местных сетях сравнительно малой протяжённости b_л и Q_c согласно (2.12) невелики, а ток нагрузки значителен, что и предопределяет пренебрежение величиной Q_с (т.е. схема замещения выглядит согласно рис. 2.4,г. В кабельных линиях высокого напряжения учитывают Q_с (рис. 2.4,б), находя удельную ёмкостную мощность Q_с,о (кВАр/км) по таблицам, приведённым в справочниках. Активную проводимость «g_л» по разным литературным источникам рекомендуется учитывать в кабельных линиях с U_н > 35 кВ (U_н > 110 кВ). Потери активной мощности в изоляции кабеля на утечку и абсорбцию можно определить для заданного кабеля, зная его напряжение, реактивную проводимость «b» и тангенс угла потерь (тангенс d) по известному из курса “Электротехнические материалы” соотношению

ΔР = U² · b · tgδ = U² · g, (2.13)

где g – активная проводимость линии.

РЕЖИМНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИИ

ВЛИЯНИЕ ЗАРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

Из предыдущего рассмотрения ясно, что кроме соотношения r_л и x_л размеры треугольников, пропорциональных Р_1,2 и Q_1,2 (рис. 2.9) определяются составляющими тока I_1,2, протекающего в продольной ветви схемы замещения линии. Так как , то его величина и положение на комплексной плоскости определяются как соотношением активной и реактивной мощностей нагрузки (Р₂ и Q₂), так и относительным значением зарядного тока в ветви, связанной с узлом 2 (рис. 2.5), отвечающей примерно половине общей зарядной мощности Q_c. Величина последней, в свою очередь, определяется номинальным напряжением, типом линии и ее длиной.

Как было ранее отмечено, учет зарядной мощности для ВЛ производится при U_ном ³ 110 кВ, а для КЛ - при U_ном ³ 35 кВ. Степень влияния зарядной мощности на параметры режима линии зависит от того, какова нагрузка в конце линии ( ). Чем меньше эта мощность, тем большее влияние оказывает зарядная мощность на положение векторов и на комплексной плоскости.

Анализ показывает, что средние значения относительной величины зарядной мощности у ВЛ 110 – 150 кВ не превосходят 7,2 % от активной нагрузки линии. Для ВЛ 220 – 330 кВ эта величина возрастает до (15 - 16)%, а для ВЛ 500 – 750 кВ близка к 30 %, т.е. Q_*,ср примерно удваивается при переходе к следующему большему номинальному напряжению в данной системе.

Максимальные значения Q_*,ср закономерно растут с увеличением предельной длины линии. Характерно здесь то, что для ВЛ сверхвысоких напряжений (330 – 750 кВ) достаточно большой протяженности зарядные мощности соизмеримы или превышают передаваемые мощности в режимах максимальных перетоков. Их абсолютные значения настолько велики, что в большинстве случаев требуется установка компенсирующих устройств (реакторов) для поглощения избытков реактивной мощности в режимах малых нагрузок и при работе линии на холостом ходу.

Рис. 2.15. К определению числа часов использования

Наибольшей нагрузки

Среднестатистические величины Т_нб для различных отраслей народного хозяйства значительно отличаются друг от друга, что определяется специфичными особенностями соответствующих технологических процессов. Так, непрерывное химическое и металлургическое производства имеют средние значения Т_нб = 8500 час, а сельскохозяйственное производство – 5000 час.

Графики нагрузки потребителей эксплуатируемых электрических сетей могут быть получены по непосредственным измерениям. Такие графики будут точно соответствовать потреблению мощности именно в этот период, но не будут учитывать случайные факторы, которые могут исчезнуть в последующие периоды. Поэтому для суждения о типичном характере графика того или иного потребителя необходима обработка графиков.

Для работы потребителей электрической энергии необходима передача по сети не только активной, но и реактивной мощности. Поэтому наряду с графиками изменения активной мощности необходимо иметь также и графики реактивной мощности. Эти графики могут быть получены теми же методами, что и графики активной мощности. В общем случае эти графики не совпадают.

При проектировании требующаяся потребителю реактивная мощность учитывается приближенно. При этом для характеристики величины необходимой реактивной мощности используется коэффициент мощности (cos j_н), значение которого принимается неизменным, либо задается применительно к периодам наибольшей и наименьшей активной мощности нагрузки. Указанные значения коэффициента мощности можно взять в справочной литературе.

При перспективном проектировании реактивную мощность узла нагрузки, т.е. группы потребителей, питающихся от общих шин, определяют перемножением максимальной расчетной активной нагрузки на усредненные значения tg j_н(нб),которые учитывают компенсирующие устройства, установленные у потребителей и потери реактивной мощности в сетях предшествующих ступеней напряжения.

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Принципиально расчёты электрических сетей базируются на тех же законах, что и расчёты любой иной цепи переменного тока. Однако специфика электрических сетей в энергетических системах такова, что непосредственное использование приёмов расчёта электрических цепей, известных из электротехники, является весьма затруднительным.

Следовательно, возникает объективная необходимость применить замещение реальных электрических сетей их расчётными схемами. В схемах замещения как собственно линии электропередачи, так и трансформаторы (автотрансформаторы) заменяют набором активных и реактивных сопротивлений и проводимостей. Величины этих сопротивлений и проводимостей, очевидно, должны быть такими, чтобы обеспечивать достоверные результаты расчёта режимов электрических сетей и систем.

Кроме того, введение любого элемента в схему замещения должно быть убедительно обосновано, исходя из физических процессов, сопровождающих передачу и преобразование электрической энергии. Наряду с очевидным различием между линиями электропередачи, предназначенными лишь для транспортировки электроэнергии, и трансформаторами, которые помимо передачи электроэнергии ещё обеспечивают преобразование её параметров, можно обнаружить достаточно признаков, общих для обеих категорий. Это последнее обстоятельство в известной степени обеспечивает унифицированный подход при замещении в расчётных схемах электрических сетей как собственно линий электропередачи, так и трансформаторов (автотрансформаторов), являющихся непременными звеньями на пути транспортировки электроэнергии от её производителя к потребителю.

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи или, иными словами, активные и реактивные сопротивления и проводимости равномерно распределены по её длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределённость параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное r_л и реактивное х_л сопротивления линии, активную g_л и реактивную b_л – проводимости линии.