Схемы замещения элементов систем передачи электрической энергии (глава 4)

1.

Глава 4
Схемы замещения элементов систем
передачи электрической энергии
1. Общие сведения
2. Схемы замещения воздушных линий
3. Параметры схемы замещения воздушной линий с расщепленными фазами
4. Схема замещения кабельных линий
5. Схемы замещения ЛЭП и области их применения
6. Особенности схем замещения силовых трансформаторов
электроэнергетических систем
1

2.

§1 Общие сведения
Электрические сети переменного тока:
трехфазные;
симметричные, т.е. при необходимости - транспонированные;
при симметричных и синусоидальных токах и напряжениях;
длиной до 400 км и напряжением до 500 кВ включительно.
Сосредоточенные параметры СЗ ЛЭП определяются ее длиной и
удельными значениями сопротивлений и проводимостей.
Параметры СЗ зависят от:
• номинального напряжения;
• конструктивного выполнения ( воздушные или кабельные линии);
• числа цепей;
• взаимного расположения фаз и цепей;
• материала токоведущих элементов и изоляции.
2

3.

§2 Схемы замещения воздушных линий
Воздушные линии электропередачи напряжением 110 - 500кВ, длиной до 300- 400 км обычно представляются П-образной схемой замещения
rл
xл
U фн
gл
2
bл
2
gл
2
bл
2
U фк
В СЗ различают продольные и поперечные ветви:
• продольные – по которым проходит ток нагрузки и величиной
которого определяются потери мощности в этих ветвях.
• поперечные – включены на фазное напряжение и соединены с
нейтралью схемы. Потери мощности в этих ветвях определяются
приложенным напряжением.
3

4.

Параметры П-образной схемы замещения:
1. rл - активное сопротивление линии:
1
rл lл
lл r0lл
F
F
r0 r020 1 t 20 ,
где
1
- температурный коэффициент
Cu Al 0,004
0
C
сопротивления материала провода.
4

5.

2.
xл - индуктивное сопротивление линии:
xл x0lл
2 Dср
2 Dср
x0 0,144lg
0,0157 x0' x0'' ,
12500 0,144lg
dпр
dпр
где Dср - среднегеометрическое расстояние между фазами;
d пр - диаметр провода;
- магнитная проницаемость материала провода:
Al Cu 0 4 10 7 Гн ;
м
x0' - индуктивное сопротивление обусловленное внешним потоком
образованным вокруг провода;
x0'' - индуктивное сопротивление обусловленное потоком внутри
провода.
5

6.

Dcp 3 Dab Dbc Dca
Dcp Dмф
Dcp 3 Dмф Dмф 2Dмф 1,26Dмф
6

7.

Для проводов из цветных металлов
x0 x0
Для стальных проводов x0 x0
3. g л - активная проводимость:
g л g0lл
g0
Pкор
U н2
4. bл - ёмкостная проводимость:
bл b0lл
7

8.

В практических расчётах рабочую ёмкость трёхфазной ВЛ с одним
проводом в фазе на единицу длины (Ф/км) определяют по формуле
С0
0,024
2 Dср
lg
d пр
7,58 10 6
b0
2 Dcp
lg
d
пр
b0 C0
Ic 0 U фb0
Ub0
3
Qc 0 3U ф Ic 0 3U ф2 b0 U 2b0
1 н 2
1 к 2
Qc U
b0l U
b0l
2
2
U
rл
н
jQсн
н 1
н 2
Qс U
bл
2
xл
Uк
jQск
к 1
к 2
Qс U
bл
2
8

9.

§3 Параметры схемы замещения воздушной линии
с расщепленными фазами
При U н 330кВ провод каждой фазы расщепляется на nф
несколько проводов, что соответствует увеличению эквивалентного
диаметра провода. Тогда:
nф d0пр nф 1
dэкв 2
acp ,
2
2 Dcp 0,0157
x0 0,144lg
nф
d экв
nф 1
nф 2
nф 3
nф 4
7,58 10 6
b0
2 Dcp
lg
d
экв
r0
x0
0,81x0
0,72x0
0,68x0
r0пр
nф
9

10.

§4 Схемы замещения кабельных линий
Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной
схемой замещения, что и воздушные линии.
Удельные активные и реактивные сопротивления r0, x0определены в
справочной литературе или находят по тем же формулам, что и для
воздушных линий.
Очевидно, что х0 уменьшается, а b0 растет при сближении фазных
проводов.
10

11.

Емкостный ток и зарядная мощность в кабельных линиях больше, чем в
воздушных.
Величины удельной активной проводимости для кабельных линий
обусловлены процессами, происходящими в изоляции.
Ubлtg Ug л
Iу
3
3
Pиз U 2bлtg U 2 g л
Удельные параметры схемы замещения кабеля r0 , х0 , также QC 0 ,
приведенные в справочных таблицах, ориентировочны, более точно их
можно определить по заводским характеристикам кабеля.
11

12.

§5 Области применения различных схем
замещения линий
Обобщающие пояснения и основные выводы к схемам замещения:
1. При расчете линий протяженностью менее 400км и рабочим напряжении
500кВ и ниже применяют упрощенную П-образную схему замещения с
сосредоточенными параметрами.
2. При расчёте симметричных установившихся режимов ЭС схему
замещения составляют для одной фазы.
3. Емкостная проводимость учитывает проводимости (емкости) между
фазами, между фазами и землёй и отражает генерацию зарядной мощности
всей трёхфазной конструкции линии.
4. Активная проводимость линии, изображаемая в виде поперечной связи
между фазой (жилой) и точкой нулевого потенциала схемы (землёй),
включает суммарные потери активной мощности на корону (или в
изоляции) трёх фаз.
12

13.

5. Поперечные проводимости в схемах замещения можно не изображать, а
заменять соответствующими мощностями, табл.2. Например, активную
проводимость заменить потерями активной мощности в ВЛ или в изоляции
КЛ. Емкостную проводимость - зарядной мощностью.
6. Применение в ВЛ с расщепленной фазы уменьшает индуктивное
сопротивление, потери на «корону» и увеличивает зарядную мощность
линии.
7. В ВЛ напряжением до 220 кВ включительно, табл.2, а в КЛ до 35кВ
включительно, табл.1, при определённых условиях можно не учитывать те
или иные параметры, если их влияние на работу сети несущественно.
8. В проводах ВЛ при малых сечениях (16–35 мм2) преобладают активные
сопротивления, а при больших сечениях (180мм2 и более в питающих сетях
напряжением 220 кВ и выше) свойства сетей определяются их
индуктивностями Активные и индуктивные сопротивления проводов
средних сечений (50 – 185 мм2) близки друг к другу. В КЛ напряжением до
10 кВ небольших сечений (50 мм2 и менее) определяющим является
активное сопротивление.
13

14.

Таблица 1
Вид
ЛЭП
КЛ
Схема замещения
U н , кВ
≤ 10 кВ
rл
20,35 кВ
xл
jQсн
rл
jQск
xл
110,220 кВ
gл
2
bл
2
gл
2
bл
2
14

15.

Вид
ЛЭП
Схема замещения
U н , кВ, км
ВЛ
rл
≤ 35 кВ
110, 220 кВ
rл
500 кВ
300 ≤ l ≤ 1000 км
> 500 кВ
xл
jQсн
330 ÷ 500 кВ
l ≤ 400 км
xл
jQск
Полная П-образная СЗ
Для определения параметров П-образной СЗ
используются поправочные коэффициенты на
длину линии.
Для определения параметров СЗ учитывается
равномерное распределение сопротивлений и
проводимостей вдоль линии.
15

16.

§6 Особенности схем замещения силовых
трансформаторов электроэнергетических систем
16

17.

U1 220кВ
U1 35кВ
17

18.

Параметры Г-образной СЗ могут быть определены результатами опытов
холостого хода и короткого замыкания или по паспортным данным
трансформатора, к которым относятся:
Sн - номинальная мощность, МВА;
• U вн ,U нн - номинальные напряжения обмоток высшего и низшего
напряжений, кВ;
• Pх - активные потери ХХ, кВт;
• I х % - ток ХХ, %I н ;
Pк - потери короткого замыкания, кВт;
uк % - напряжение короткого замыкания, %U н
.
18

19.

rт
PкU н2
Sн2
, Ом ;
Px
uк %U н2
xт
, Ом ;
100Sн
I x % Sн
bт
, См .
, См ;
2
2
100U н
Uн
напряжения выражены в кВ, а мощности – в МВт и МВА.
gт
При S2 Sн и U 2 U 2н :
S22
2
r;
Pт 3I 2 rт
2 т
U2
P Px Pт = Px
Pк S22
Sн2
;
2
2
u
%
S
I
%
S
u
%
S
2
2 . Q Q Q
x
н к
2.
Qт 3I 2 xт
xт к
x
т
100Sн
100
100Sн
U 22
S22
19