Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии

Различие в напряжениях U и U в П-образной схеме определяется падением напряжения на сопротивлении Z12 (Z12+jx12), вызванным током I12. Определяется это падением напряжения как сумма вектора I12r12, совпадающего по фазе с вектором I12 и вектора I12´jx12, опережающего вектор I12 на 90о.

 
  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

Падение напряжения – геометрическая (векторная) разность между комплексами напряжений начала и конца линий.

На рис. падение напряжения это вектор Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru , т.е. Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

разность комплексных знач ений по концам линий, используется для характеристики режима линии.

Продольной составляющей падения напряжения DUк12 называют проекцию падения напряжения на действительную ось или на напряжение U2, DUк12=АС. Индекс “к” означает , что Uк12 – проекция на напряжение конца линии U2.

Обычно DUк12 выражается через данные в конце линии: U2, Pк12, Qк12.

Поперечная составляющая падения напряжения dUк12 – это проекция падения напряжения на мнимую ось, jdUк12=СВ. Т. о. U1-U2= Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru ´I12´Z12=DUк12+jdUк12.

Величина dUк12 определяет сдвиг вектора напряжения в начале линии (U1) на угол d по отношению к вектору напряжения в ее конце (U2).

Часто используют понятие потеря напряжения – это алгебраическая разность между модулями напряжений начала (U1) и конца (U2) линий.

На рис. çU1ê– êU2ê=АД.

Если поперечная составляющая dUк12 мала (например, в сетях Uном £ 110кВ), то можно приближенно считать, что потеря напряжения равна продольной составляющей падения напряжения.

Потеря напряжения является показателем изменения относительных условий работы потребителей в начале и в конце линии.

Векторная диаграмма токов и напряжений строится в соответствии с выражениями 1-5.

 
  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

Вначале строим известные U и I2.

Напряжение U направлено по действительной оси. Емкостный ток Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru опережает на 90о напряжение U. Ток I12 соединяет начало первого и конец второго суммируеммых векторов в правой части урав.(2) [I12=I2+ Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru ]

Затем строим отдельно два слагаемых в правой части (3) [U=U+I12´Z12]. I12´Z12=I12´r12+I12´jx12 (7)

Вектор I12´r12 êê I12, вектор I12´jx12 опережает на 90о ток I12

Напряжение U соединяет начало и конец суммируемых векторов U, I12´r12, I12´jx12.

Ток Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru опережает Uна 90о.

I1 соответствует (5) I1=I12+ Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

В линии с нагрузкой напряжение в конце линии по модулю меньше, чем в начале U<U.

Вопрос 17 Критерии предварительного-и окончательного выбора вариантов построения сети.

Вопрос 18, 19

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru  
  Рис. 3.4. Двухобмоточный трансформатор: а - условное обозначение; б - Г-образная схема замещения; в - упрощенная схема замещения  

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из активной и реактивной проводимостей Gт и Bт. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничивания Im (рис.3.4, б). Реактивная проводимость определяется магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.

В расчетах электрических сетей двухобмоточные трансформаторы при Uном£220 кВ представляют упрощенной схемой замещения (рис.3.4, в). В этой схеме вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потери мощности в стали трансформатора или потери холостого хода DPX+jDQX.

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные): Sном - номинальная мощность, МВ.А; Uв.ном, Uн.ном - номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; DРХ - активные потери холостого хода, кВт; Iх% - ток холостого хода, % Iном; DРК - потери короткого замыкания, кВт; uK % - напряжение короткого замыкания, % Uном. По этим данным можно определить все параметры схемы замещения трансформатора (сопротивления и проводимости), а также потери мощности в нем.

Проводимости ветви намагничивания определяются по результатам опыта холостого хода (XX). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено Uном. Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода, т. е.

  SХ=DPХ+jDQХ. (3.12)

Потери реактивной мощности холостого хода в трансформаторе:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru . (3.13)

Активная проводимость трансформатора:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru . (3.14)

Реактивная проводимость трансформатора:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru . (3.15)

Сопротивления трансформатора Rт и Xт определяются по результатам опыта короткого замыкания (КЗ). В этом опыте замыкается накоротко вторичная обмотка, а к первичной обмотке подводится такое напряжение, при котором в обеих обмотках трансформатора токи равны номинальному. Это напряжение и называется напряжением короткого замыкания uK % . Потери в стали в опыте короткого замыкания DPСТ.К очень малы, так как uK % намного меньше UНОМ. Поэтому приближенно считают, что все потери мощности DPК в опыте КЗ идут на нагрев обмоток трансформатора.

Активное сопротивление двухобмоточного трансформатора:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru . (3.16)

Реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru . (3.17)

Вопрос 20, 21, 22 Схема замещения трехобмоточного трансформатора. Обозначение автотрансформаторов. Схема соединения обмоток автотрансформатора. Определение параметров схемы замещения автотрансформатора.

Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

  Рис.3.5. Схемы подстанции с тремя номинальными напряжениями: б - трехобмоточный трансформатор; в - автотрансформатор    
  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru (3.24)
             

Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность Sном. В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность Sтип<Sном, а обмотки низшего напряжения - на aннSном<Sном. Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодностиa= Sтип/Sном, тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше a и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При UC = UB a = 0 .

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru  
     
  Рис.3.6. Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор: а, б – схемы соединения обмоток; в, г – Г-образная и упрощенная схемы замещения.  
         

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с приведена на рис. 3.6, в, г. Как и для двухобмоточного трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации.

Потери холостого хода ΔPХ и ΔQХ определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора.

Из опыта короткого замыкания определяются сопротивления обмоток:

  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru (3.26)
  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru (3.27)
  Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru (3.28)

В (3.26) - (3.28) величины DPК.В, DPК.С, DPК.Н, соответствующие лучам схемы замещения, определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:

  кВ = 0,5(DРкВН + DРкBC – DРкCH); (3.29)
     
  кC = 0,5(DРкВC + DРкCH – DРкBH); (3.30)
     
  кH = 0,5(DРкВH + DРкCH – DРкBC). (3.31)

Аналогично этому по каталожным значениям напряжений КЗ для пар обмоток UкВН%, UкBC%, UкCH% определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения:

    UкВ% = 0,5(UкВН + UкBC – UкCH); (3.32)
       
  UкC% = 0,5(UкВC + UкCH – UкBH); (3.33)  
       
  UкH% = 0,5(UкВH + UкCH – UкBC). (3.34)  
             

По найденным значениям UкВ% ,UкC% ,UкH% определяются реактивные сопротивления обмоток XТВ, XТС, XТН по выражениям, аналогичным (3.17) для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно среднего напряжения) близко к нулю.

Вопрос 23

Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

В отличие от трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически.

Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru
Схема соединения обмоток и работа однофазного автотрансформатора

Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку Ry показана на рис. Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора. Подведенное к первичной обмотке напряжение иг равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение U2 пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.
Ток во вторичной цепи при нагрузке состоит из двух слагаемых: тока 1\ первичной стороны, проходящего по обмотке Аа, минуя обмотку ах, и тока 1ах, проходящего по общей части обмотки ах, равного разности токов.
Мощность S2 вторичной цепи на стороне нагрузки также состоит из двух слагаемых: электрической мощности 5Э, передаваемой непосредственно из первичной сети во вторичную через обмотку Аа, и электромагнитной мощности 5ЭМ, передаваемой во вторичную цепь трансформаторным преобразованием, таким образом 52 = 5э + 5эМ.
Вторичную обмотку автотрансформатора рассчитывают на разность токов h—h, витки первичной обмотки — на разность напряжений UЛ—U2. Этим и обусловливается экономическая целесообразность применения автотрансформаторов.
В автотрансформаторе различают проходную мощность 5= = UiIl и типовую (расчетную) ST^U2-(l2—Л). Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности а:а=(1 — l/k), где k — коэффициент трансформации автотрансформатора.
Выражая типовую мощность через а и S, имеем ST=aS= = (l—l/k)S.

Таблица 3. Стандартные схемы и группы соединения трехфазных двухобмоточных автотрансформаторов
Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru

Отсюда следует что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 MB-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 MB-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 MB-А.
Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено, так как использование их экономически оправдано только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания, и поэтому для защиты автотрансформатора от разрушения
приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор сетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение.

Таблица 4. Стандартные схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов
Вопрос 16 Падение и потеря напряжения в линии - student2.ru
Автотрансформаторы так же как и трансформаторы могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. Стандартные схемы и группы соединения обмоток для трехфазных двух- и трехобмоточных автотрансформаторов приведены в табл. 3 и 4.

Наши рекомендации