Понятие падения и потери напряжения в элементе электрической сети

Схема замещения автотрансформатора для расчета режима электрической сети.

Схема замещения трехобмоточного трансформатора для расчета режима электрической сети.

Схема замещения двухобмоточного трансформатора для расчета режима электрической сети.

Конструкция силового кабеля.

Силовой кабель состоит из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Кабели до 10 кВ могут включать в себя защитную оболочку, броню и защитные покровы, а кабели 20 и 35 кВ – отдельные для каждой фазы свинцовые оболочки или экраны.

Жилы кабелей могут быть медными или алюминиевыми, однопроволочными и многопроволочными, круглыми и секторными. Кабели до 1 кВ изготавливаются четырехжильными, 6-35 кВ – одножильными и трехжильными, 110 кВ и выше – одножильными.

На рисунке 13.1 представлено типовое сечение трехжильного кабеля 6-10 кВ.

Рисунок 13.1 – сечение жилы кабеля 6-10 кВ

1 – жила кабеля;

2 – фазная изоляция;

3 – поясная изоляция;

4 – оболочка;

5 – подушка;

6 – броня;

7 – наружный защитный покров;

8 – заполнение.

Существуют также газонаполненные и маслонаполненные кабели, используемые при высоких напряжениях. В этих кабелях инертный газ (обычно азот) или масло находятся под некоторым избыточным давлением, что повышает электрическую прочность изоляции. Маслонаполненные кабели подразделяют на кабели высокого и низкого давления (МН и МВД соответственно).

Двухобмоточным называется трансформатор, который имеет одну обмотку высшего напряжения (первичную) и одну обмотку низшего напряжения (вторичную). Условное обозначение двухобмоточного трансформатора представлено на рисунке 14.1.

При расчете режимов электрических сетей используется упрощенная Г-образная схема замещения двухобмоточного трансформатора (рисунок 14.2). Параметры схемы замещения: R_m и Х_m – активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора, приведенные к высшему напряжению; k_тр – коэффициент трансформации; G_m и В_т – активная и индуктивная проводимости ветви намагничивания.

Ветвь намагничивания обычно заменяется потерями холостого хода . Схема замещения в этом случае упрощается и принимает вид, показанный на рисунке 14.3.

Параметры схемы замещения определяются на основе данных опытов холостого хода и короткого замыкания. Опыт холостого хода состоит в том, что обмотка низшего напряжения размыкается, а на обмотку высшего напряжения подается номинальное напряжение. При этом определяются активные потери холостого хода P_xx и ток холостого хода I_x%.

Опыт короткого замыкания состоит в том, что обмотка низшего напряжения замыкается накоротко, а на обмотку высшего напряжения подается такое напряжение, чтобы в трансформаторе протекали номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания U_к%. В данном опыте также фиксируется активная мощность, потребляемая трансформатором. Она называется потерями короткого замыкания и обозначается Δ Р_кз.

При расчете электрических сетей часто приходится рассматривать не один трансформатор, а подстанцию, на которой установлено несколько одинаковых трансформаторов. Если эти трансформаторы работают параллельно или в одинаковом режиме, то схема замещения подстанции будет такой же, как для одного трансформатора. Однако сопротивления и потери холостого хода необходимо определять с учетом числа трансформаторов на подстанции п_m по формулам

, , (14.1)

, , (14.2)

где S_ном – номинальная мощность трансформатора, МВА;

U_в,ном –номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ;

Р_{xx (1)}– активные потери холостого хода одного трансформатора, кВт;

n_т – число трансформаторов.

Номинальное значение коэффициента трансформации равно

, (14.3)

где U_н,ном – номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ.

Трехобмоточным называется трансформатор, у которого имеется 3 обмотки: высшего, среднего и низшего напряжений. Условное обозначение показано на рисунке 15.1, а схема замещения – на рисунке 15.2. Обозначения на рисунках: U_в, U_с, U_н –соответственно высшее, среднее и низшее напряжения; R_в, R_с, R_н –активные сопротивления обмоток соответственно высшего, среднего и низшего напряжений, приведенные к высшему напряжению; Х_в, Х_с, Х_н –индуктивные сопротивления обмоток; k_трвс – коэффициент трансформации со стороны высшего напряжения на сторону среднего напряжения; k_трвн –коэффициент трансформации со стороны высшего напряжения на сторону низшего напряжения.

В отличие от двухобмоточных, у трехобмоточных трансформаторов производится не один, а три опыта короткого замыкания.

Опыт №1: обмотка низшего напряжения размыкается, обмотка среднего напряжения замыкается накоротко, а на обмотку высшего напряжения подается такое напряжение, чтобы в трансформаторе протекали номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания обмоток высшего и среднего напряжений. Оно выражается в процентах от номинального напряжения трансформатора и обозначается U_квс%. Как и у двухобмоточных трансформаторов, в данном опыте фиксируется потребляемая трансформатором активная мощность. Она называется потерями короткого замыкания в обмотках высшего и среднего напряжений и обозначается Δ Р_квс.

Опыт №2: обмотка среднего напряжения размыкается, обмотка низшего напряжения замыкается накоротко, а на обмотку высшего напряжения подается такое напряжение, чтобы в трансформаторе протекали номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания обмоток высшего и низшего напряжений и обозначается U_квн%. Соответствующие потери короткого замыкания обозначаются Δ Р_квн.

Опыт №3: обмотка высшего напряжения размыкается, обмотка низшего напряжения замыкается накоротко, а на обмотку среднего напряжения подается такое напряжение, чтобы в трансформаторе протекали номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания обмоток среднего и низшего напряжений и обозначается U_ксн%. Соответствующие потери короткого замыкания обозначаются Δ Р_ксн.

У трехобмоточных трансформаторов все три обмотки выполняются одинаковой мощности. Поэтому потери короткого замыкания и активные сопротивления обмоток одинаковы. Поскольку , то .

Тогда

, (15.1)

где S_ном – номинальная мощность трансформатора, МВА;

U_в,ном –номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ;

Р_{xx (1)}– активные потери холостого хода одного трансформатора, кВт;

n_т – число трансформаторов.

Индуктивные сопротивления трехобмоточного трансформатора (по аналогии с двухобмоточным) равны

, (15.2)

где под i понимаются индексы в, с или н;

U_кi% – напряжение короткого замыкания в i -й обмотке, выраженное в процентах от номинального напряжения.

Выражения для расчета величин U_кв%, U_кс% и U_кн%:

, (15.3)

, (15.4)

. (15.5)

Потери холостого хода трехобмоточных трансформаторов определяются так же, как у двухобмоточных трансформаторов.

, , (15.6)

где Р_{xx (1)}– активные потери холостого хода одного трансформатора, кВт;

Номинальные коэффициенты трансформации равны

, , (15.7)

где U_в,ном –номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ;

U_с,ном –номинальное среднее напряжение трансформатора, кВ;

U_н,ном –номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ.

Автотрансформатором называется трехобмоточный трансформатор, у которого обмотка среднего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. Условное обозначение автотрансформатора показано на рисунке 16.1, а его принципиальная схема – на рисунке 16.2.

Обмотка среднего напряжения называется также общей обмоткой, так как принадлежит одновременно сторонам высшего и среднего напряжения (обозначена на рисунке буквой "О"). Оставшаяся часть обмотки высшего напряжения называется последовательной обмоткой (обозначена на рисунке буквой "П").

Наибольшая мощность, которую можно передать через автотрансформатор без его перегрузки из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения при разомкнутой обмотке низшего напряжения, называется номинальной. Эта мощность равна

. (16.1)

Часть номинальной мощности передается из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения чисто гальванически. Оставшаяся часть мощности передается электромагнитным путем и называется типовой мощностью. Определим ее как мощность, проходящую через последовательную обмотку:

, (16.2)

где U_в,ном –номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ;

U_с,ном –номинальное среднее напряжение трансформатора, кВ;

U_н,ном –номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ.

a – коэффициент выгодности, который всегда меньше единицы.

Общая и последовательная обмотка рассчитываются на типовую мощность, которая меньше номинальной. Поэтому автотрансформатор имеет меньшие габариты и потери мощности, чем аналогичный трехобмоточный трансформатор. Чем меньше типовая мощность (коэффициент выгодности), тем экономичнее автотрансформатор.

К недостаткам автотрансформатора можно отнести следующее:

1) В сетях высшего и среднего напряжений должны быть одинаковые режимы работы нейтрали;

2) В некоторых режимах ток в общей обмотке I₀ может превысить допустимое значение даже при передаче мощности меньше номинальной.

Схема замещения автотрансформатора такая же, как у трехобмоточного трансформатора. Ее параметры рассчитываются так же за исключением активного сопротивления обмотки низшего напряжения, которое равно

, (16.3)

где S_н,ном –номинальная мощность обмотки низшего напряжения (каталожные данные), МВА.

Рассмотрим линию электропередачи, по которой протекает ток I и передается мощность S, а напряжения в начале (со стороны источника питания) и в конце (со стороны нагрузки) соответственно равны U₁ и U₂ (рисунке 17.1).

Падением напряжения называется разность комплексов напряжений в начале и в конце элемента сети (в данном случае линии) .

Потерей напряжения называется разность модулей напряжений в начале и в конце элемента сети .

Падение напряжения – величина векторная, а потеря напряжения – скалярная.

На рисунке 17.2 изображена векторная диаграмма линии. Напряжения на этой диаграмме по модулю равны линейным, а по фазе – фазным.

Построение векторной диаграммы начинается с векторов и при условии, что ток имеет активно-индуктивный характер. Затем строятся падения напряжения на активном, реактивном и полном сопротивлении линии , и . Прибавив последний вектор к , получим напряжение в начале линии .

Вектор представляет собой падение напряжения в линии , а отрезок CD – потерю напряжения .

Выразим падение напряжения через передаваемую мощность

, (17.1)

где U –напряжение, в качестве которого может быть принято напряжение либо в начале, либо в конце данного элемента сети (при приближенных расчетах может использоваться также номинальное напряжение).

Величина Δ U_np называется продольной составляющей падения напряжения и представляет собой действительную часть падения напряжения (вектор ).

Величина Δ U_non называется поперечной составляющей падения напряжения и представляет собой мнимую часть падения напряжения (вектор ).

Значения продольной и поперечной составляющей падения напряжения зависят от того, через какое напряжение они рассчитаны. В случае, рассмотренном на рисунке 17.2, этим напряжением является U ₂. Модуль и фаза напряжения U ₁равны

, (17.2)

. (17.3)

Дата добавления: 2015-04-24