характеристики и параметры элементов электрических сетей

Параметры электрической сети

Базовые параметры любой электрической сети — это напряжение, мощность, номинальная частота тока. Большая часть бытовых электросетей сейчас работает от генераторов переменного тока с выходным напряжением 380/220 Вольт. Если замерить эти значения в реальных домах, то можно заметить, что цифры постоянно изменяются в течение суток. Так, в ночное время, когда бытовыми приборами пользуется малое количество потребителей, напряжение существенно возрастает и, в зависимости от месторасположения населённого пункта, может достигать значения 240 В и даже выше. В то же время, в «час пик» активности потребителей тока, оно становится меньше, чем 220 В, до 210 и ниже.

Безусловно, такие колебания очень вредны для бытовых электроприборов, поскольку каждая техника может работать правильно в строго регламентированном диапазоне напряжений.

Другой важный параметр электросети — это частота тока. В большинстве стран, в том числе и в Российской Федерации, стандартным считается частота 50 Гц. В США, Канаде и некоторых других странах используется 60 Гц. На данный момент, считается, что для современного уровня технологического развития, наиболее эффективно было бы использовать электроэнергию, подаваемую с частотой 170-240 Гц. Однако, применение таких параметров тока потребует значительных расходов для реконструкции существующих электросетей. Номинальная частота в сети должна всё время оставаться постоянной, допускается лишь незначительное отклонение в пределах 0,4 Гц.

Мощность электросети важна при подключении новых потребителей, поскольку нельзя, чтобы совокупная потребляемая мощность превышала возможности источника ЭДС.

Общие параметры сети определяются совокупностью свойств всех элементов, входящих в неё. Каждый элемент, в свою очередь, обладает своим набором параметров, среди которых активное и реактивное сопротивление, активная и реактивная проводимость, коэффициент трансформации.

В современных бытовых трёхфазных сетях может возникнуть аварийный режим работы, когда одна из фаз оказывается замкнутой на землю. Такое может произойти, например, если провод оказался заземлён на металлическую конструкцию или в водный бассейн.

Источник

Электрические параметры электроэнергетических систем

При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов.
Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты.

Под режимом сети понимается ее электрическое состояние. Рассмотрим возможные режимы работы электрических систем.

При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы
электростанций и сетей и удержание основных параметров в пределах допустимых норм. Отметим, что нормальным считается режим и при включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также для резкопеременных (ударных) нагрузок. В этих случаях после завершения переходного процесса, который продолжается доли секунды, вновь наступает установившийся нормальный режим, когда значения параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых пределах.

В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося
нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей.

Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.

Источник

Параметры сети и характер нагрузки

Параметры сети и характер нагрузки

Номинальным напряжением приемников электрической энергии называется напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приемников электрической энергии, в том числе и трансформаторов, которые от нее питаются. Отличие действительного напряжения на выводах приемника электрической энергии от номинального напряжения является одним из основных показателей качества электрической энергии. Напряжение у потребителя (подстанция, завод, трансформаторный пункт) или у отдельного приемника (электродвигатель, лампа накаливания) никогда не остается постоянным в течение суток. В процессе нормальной эксплуатации электрической сети наблюдаются плавные, закономерные отклонения напряжения от среднего уровня или резкие кратковременные колебания напряжения, вызванные внезапным изменением режимов работы приемников. Поддержать напряжение у потребителей неизменным и равным номинальному практически невозможно. Пределы допустимых отклонений напряжения, которые удобно выражать в процентах от номинального напряжения (δU), пользуясь формулой:

Очевидно, что отклонение напряжения положительно, когда напряжение у приемника U₂ выше номинального U_н и отрицательно — в противоположном случае. Ответить на вопрос, какое из отклонений, положительное или отрицательное, лучше, в ряде случаев весьма трудно. Для этого каждый приемник рассматривают с точки зрения его назначения, места установки и режима работы, так как совсем не безразлично, применена ли лампа накаливания в светильнике наружного освещения или над рабочим местом в цехе. Во всех случаях следует руководствоваться нормами предельно допустимых отклонений напряжения у приемников.

Из таблицы видно, для одних и тех же приемников, например ламп накаливания, в условиях жилых помещений можно допустить отклонения в пределах ± 5%, так как это практически не отразится на жителях, в то время как снижение напряжения больше чем на 2,5 % у ламп рабочего освещения недопустимо из-за возможного брака. При снижении напряжения на 5 % номинального светового потока лампы накаливания снижается до 82,5 %, а люминесцентные лампы перестают работать устойчиво. При повышении напряжения, например, на 5 % срок службы лампы снижается до 350 часов вместо нормальных 1000 часов. Мощность нагревательных приборов, вращающий момент асинхронных двигателей и мощность конденсаторов изменяются пропорционально квадрату, то есть второй степени напряжения. Поэтому даже незначительные изменения напряжения резко ухудшают основные характеристики этих приемников.

Параметры электрической сети включают в себя параметры линейных элементов (индуктивные) сопротивления проводов и кабелей, и те же параметры трансформаторов. При решении вопросов, связанных с регулированием напряжения сети, составляется расчетная схема замещения, в простейшем случае представляющая собой последовательное соединение всех активных и индуктивных сопротивлений. для превращения схемы сети в схему замещения необходимо определить параметры линейных элементов, для чего необходимо знать протяженность линий, марку провода и его сечение, а также расстояние между проводами. К параметрам линейных элементов сети, оказывающим влияние на величину напряжения у приемников, относятся величины:

r₀ — активное сопротивление на каждый километр, Ом;

x₀ — индуктивное (реактивное) сопротивление на каждый километр линии, Ом.

Индуктивное сопротивление x₀ для трехфазной линии тем больше, чем чем больше расстояние между проводами. Это объясняется тем, что соединение провода своим магнитным потоком уменьшают ЭДС самоиндукции в проводах и тем в большей степени, чем они ближе друг к другу. Для кабельных линий или проводов, расположенных в одной трубе, расстояние между отдельными жилами незначительно и поэтому x₀, близко к 0,08 Ом/км. В линиях постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует, так как там нет переменного магнитного поля. Для заводских сетей, проложенных на изоляторах или роликах, при расстояниях между проводами 50-150 мм индуктивное сопротивление составляет примерно 0,3 Ом/км, а для воздушных сетей близко к 0,4 Ом/км.

Сопротивления линий могут быть легко получены по формулам:

где l — протяженность линии, км.

В заводских сетях схема замещения силового трансформатора, связывающего сеть высокого и низкого напряжений, принимаются состоящей только из последовательно соединенных активного R_т и индуктивного X_т сопротивлений. Для определения этих параметров необходимо воспользоваться следующими данными заводского паспорта трансформатора или по данным ГОСТ: номинальная мощность трансформатора S_н, кВА; номинальное линейной напряжение обмотки низшего или высшего напряжения U_н, кВ; потери в обмотках или потери короткого замыкания ΔPкз, кВт; напряжение короткого замыкания, u_к, %.

Для расчета используются формулы:

Электроснабжение промышленных предприятий осуществляется, как правило, по распределительной воздушной или кабельной сети 6, 10 или 35 кВ. Распределительная сеть высокого напряжения через трансформаторы связана с сетью низкого напряжения. параметры сети высокого, низкого напряжений и самого трансформатора можно только тогда связывать электрической схемой замещения, когда все они предварительно будут рассчитаны или, как говорят, приведены к одному напряжению, принятому за базисное. Пересчет сопротивлений на «базисное» напряжение и получение «приведенных» сопротивлений производится по формулам:

где R’, X’ — приведенные величины активного и реактивного сопротивлений; U’ — базисное, обычно высшее напряжение трансформатора; Uн — номинальное напряжение того участка сети, на котором находится пересчитываемое сопротивление.

После приведения сопротивлений к одному напряжению сеть, имеющую одну ступень трансформации, можно рассматривать как сеть одного базисного напряжения. Схема замещения для сети с одной ступенью трансформации приведена на рисунке ниже.

Приемники электрической энергии могут быть разделены на две группы.

К первой из них следует отнести приемники, в которых электрическая энергия целиком переходит в тепло, например лампы накаливания, дуговые печи, нагревательные приборы обычного типа.

Ко второй группе относятся приемники, действие которых невозможно без наличия переменного магнитного поля. К ним относятся все электродвигатели переменного тока, индукционные печи, трансформаторы и т.д. В этих приемниках энергии в течение четверти периода накапливается магнитное поле, в течение следующей четверти уходит из магнитного поля обратно к источнику. Эти чередующиеся перемещения энергии в линии вызывают протекание по линии дополнительного тока, называемого намагничивающим или реактивным Iр. Ток этот отстает по времени от напряжения на четверть периода (0,005 секунд). Для пояснения процессов, происходящих в цепях переменного тока, принято пользоваться тригонометрическим соотношением между сторонами прямоугольного треугольника ОАВ (рисунок ниже).

При этом ток I рассматривается как вектор, совпадающий с гипотенузой треугольника, а катеты рассматриваются как составляющие тока — активная Iа и реактивная Iр. Амперметр, включенный в рассечку линии, показывает величину тока I, проходящего по цепи, из которого только часть Iа обеспечивает развитие активной мощности. Реактивная слагающая тока Iр есть следствие процесса перетока энергии магнитного поля, которая загружает сеть, создавая в ней дополнительные потери энергии и напряжения. Чтобы судить об экономичности использования сети и оборудования по величине тока и напряжения при наличии реактивной составляющей тока, используется как называемый коэффициент мощности, который из векторной диаграммы определяется как:

cosф = P/ S или cosф = Iа / I.

Подобные соотношения справедливы и для мощности одной фазы трехфазной системы. Активная слагающая тока Iа = I·cosф входит в выражение активной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:

Реактивная слагающая тока Iр = I· sinф входит в выражение реактивной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:

Коэффициент мощности для осветительной или, как говорят, чисто активной нагрузки близок к единице. При выборе способа и средств регулирования напряжения на зажимах трехфазного приемника с симметричной нагрузкой фаз необходимо, кроме параметров питающей линии, установить характер самой нагрузки, то есть активную и реактивную составляющие тока (мощности). проще всего это можно осуществить с помощью имеющихся практически у каждого потребителя электросчетчиков «активной» и «реактивной» энергии.

Источник

Параметры элементов электрических сетей

Электрическая система характеризуется параметрами, зависящими от свойств, входящего в нее оборудования, в основном от сопротивлений и проводимостей линий и трансформаторов.

Для проведения расчетов различных режимов электрической сети составля­ются схемы замещения сети. Схемой замещения называют графическое изображение электрической цепи, показывающее последовательность соединения ее участков и отображающее свой­ства рассматриваемой электрической цепи. Схема замещения сети содержит схемы замещения линий, трансформаторов (АТ), реакторов, батарей конденсаторов.

Перед изучением параметров линий электропередачи повторите классифика­цию электрических сетей на «местные» и «районные».

В общем случае параметры линий электропере­дачи равномерно распределены по ее длине. Для линий сравнительно небольшой длины (до 300 км) распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточен­ные параметры: активное R и реактивное X сопротивления, активную G и емко­стную B проводимости. ЛЭП обычно представляются П-образной схемой замещения, показанной на рис. 5.1.

Рис. 5.1. П-образная схема замещения ЛЭП.

Активные и реактивные (индуктивные) сопротивления в схеме замещения отражают потери активной мощности на нагрев проводов и по­тери реактивной мощности на создание магнитных потоков рассеяния.

Активное сопротивление определяется по формуле:

,

где r₀ – удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20 °С; l – длина линии, км. При температуре провода, отличной от 20°С, сопротивление линии уточня­ется по соответствующим формулам. Для сталеалюминевых проводов она выглядит следующим образом:

.

Активное сопротивление проводов и кабелей при часто­те 50 Гц обычно примерно равно омическому сопротивле­нию. При этом не учитывается явление поверхностного эф­фекта. Удельное сопротивление r₀ для сталеалюминевых и других проводов из цветных металлов определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. Для стальных проводов нельзя пренебрегать поверхностным эффектом, для них r₀ зависит от сечения и протекающего тока и также находится по таблицам. Также при выполнении расчетов пренебрегают отличием среднеэксплуатационной температуры провода от 20°С.

Реактивное сопротивление определяется следующим об­разом:

,

где x₀ – удельное реактивное сопротивление, Ом/км.

Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. Их равенство достигается либо при расположении проводов по вершинам равностороннего тре­угольника, либо (при других расположениях) благодаря транспозиции проводов. При расчетах симметрич­ных режимов используют среднее значение x₀, которое может быть определено по справочным таблицам или по следующей формуле:

,

где r_пр – радиус провода, мм; D_ср – среднегеометрическое расстояние между фазами, мм, определяемое следующим выражением:

,

Рис. 5.2. Расположение проводов фаз: а – по углам равностороннего треугольника, б – горизонтально.

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода опреде­ляется токами обеих цепей. Изменение x₀ из-за влияния второй цепи, в первую очередь, зависит от расстояния меж­ду цепями. Отличие x₀ одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 5–6 % и не учитыва­ется при практических расчетах.

Активная проводимость линии соответствует потерям активной мощности на корону:

,

где g₀ – удельная активная проводимость, См/км:

,

где ΔP_кор – потери на корону, кВт/км, которые зависят от погоды и, в зависимости от характера задач, принимаются максимальными или среднегодовыми, U_ном – номинальное напряжение, кВ. Значения ΔP_кор определяются экспериментально для различных районов страны и приводятся в справочной литературе.

Емкостная проводимость линии B обусловлена емко­стями между проводами разных фаз и емкостью провод-земля и определяется следующим образом:

,

где b₀ – удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:

.

Наличие емкости в линии обуславливает протекание, кроме токов нагрузки, емкостного тока, который изменяется вдоль линии, от ее конца к началу, пропорционально длине линии. Линия при этом становится источником или генератором реактивной мощно­сти, равной Q_c. Величина этой мощности в схемах замещения линий 110 – 220 кВ рассматривается как сосредоточенная и приложенная двумя равны­ми половинами в начале и в конце линии. Эта мощность называется зарядной мощностью линии и определяется по выражению:

.

Запомните, что зарядная мощность, имея противоположный знак, уменьшает индуктивную составляющую нагрузки, передаваемой по линии к потребителю.

Обратите внимание, что с увеличением сечений проводов активные и реак­тивные сопротивления уменьшаются, при этом уменьшение активного сопротивле­ния более заметно. Расчетные данные ВЛ 35–150 кВ со сталеалюминевыми проводами (на 100 км) приведены в следующей таблице.

Табл. 5.1. Расчетные данные ВЛ 35–150 кВ со сталеалюминевыми проводами (на 100 км).

Анализ удельных параметров П-образной схемы замещения позволяет упростить схему замещения. Для ВЛ напряжением 110 кВ и менее потери на корону пренебрежимо малы, поэтому их схемы замещения не содержат поперечных ветвей с активной проводимостью. Лишь начиная с напряжения 220 кВ, потери на корону становятся более или менее заметной вели­чиной в суммарных потерях мощности, что влечет за собой необходимость их учета в технико-экономических расчетах. Однако в расчетах режимов электри­ческих сетей 220 кВ при проектировании обычно используют схемы замещения линий без активных проводимостей, так как возникающая при этом погреш­ность в определении режимных параметров не превышает погрешности исход­ных данных. Следовательно, в схеме замещения можно принять G = 0 (g_л). Схема замещения примет вид, изображенный на рисун­ке 5.3а. В се­тях с напряжением 330 кВ и выше необходимо учитывать по­тери на корону.

Рис. 5.3. Схемы замещения ЛЭП.

Для большинства расчетов в сетях 110–220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рис. 5.3б). В этой схеме вместо ем­костной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Погонное значение зарядной мощности при незначительном изменении b₀ в основном определяется номинальным напряжением линии. При напряжении 35 кВ это значение составляет лишь 3–4 квар/км, что, в свою очередь, вообще позволяет отказаться от учета поперечных ветвей в схеме замещения. Тогда схема замещения ВЛ местной сети примет вид, изображенный на рис. 5.3в. При напряжениях 110–220 кВ такой учет необходим, так как значение зарядной мощности с ростом напряжения увеличивается.

КЛ представляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные ли­нии. Удельные активные и реактивные сопротив­ления определяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных линий. Из формул видно, что x₀уменьшается, а b₀ растет при сближении фазных прово­дов. Для кабельных линий расстояния между проводами значительно меньше, чем для воздушных, и x₀ очень мало. При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ (при относительно небольших сечениях линий) и ниже можно учитывать только активное сопротив­ление (рис. 5.3г). Емкостный ток и зарядная мощность в кабельных лини­ях больше, чем в воздушных. Активную проводимость учитывают для кабелей 110 кВ и выше.

В линиях электропередачи при номинальных напряжениях 330 кВ провод каждой фазы расщепляется на несколько проводов. В результате исследования установлено, что оптимальным для линий 330 кВ является расщепление фазы на два провода (N = 2) с расстоянием между проводами а = 40 см (шаг расщепления), для линий 500 кВ – на 3 провода с а = 40 см, для линий 750 кВ – на 4–5 проводов с а = 40–60 см, для линий 1150 кВ – на 8–10 проводов с а = 40 см, при размещении проводов фазы по вершинам правильного многоугольника.

Удельное активное сопротивление расщепленной фазы (r_0ф) в соответствии с параллельным соединением ее проводов определяется как

,

где r_0пр – погонное сопротивление одиночного провода.

Удельное реактивное сопротивление расщепленной фазы:

где r_э – эквивалентный радиус расщепленной фазы:

,

где r_ф – радиус, описанный вокруг правильного многоугольника окружности (радиус расщепления):

.

Удельная емкостная проводимость расщепленной фазы:

.

Для линий напряжением 330 кВ и выше при длине более 300 км для оп­ределения параметров П-образной схемы замещения учи­тывают равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

Силовые трансформаторы, как и линии электропередачи, при расчетах должны быть представлены схемами заме­щения, состоящими из активных и реактивных сопротивлений и проводимостей. В расчетах обычно применяется Г-образная схема замещения трансформаторов, изображенная на рис 5.4.

Рис. 5.4 Схемы замещения двухобмоточного трансформа­тора при представлении ветви намагничивания: а – комплексной проводимостью; б – мощностью потерь холосто­го хода.

Продольная часть схемы замещения содержит r_т и x_т – активное и реактивное сопротивления трансформа­тора. Эти сопротивления равны сумме соответственно ак­тивных и реактивных сопротивлений первичной и приведен­ной к ней вторичной обмоток. Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) со­стоит из активной и реактивной проводимостей g_т и b_т. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничива­ния. Реактивная проводимость определяет­ся магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках транс­форматора.

В расчетах электрических сетей транс­форматоры при номинальных напряжениях до 220 кВ представляют упрощенной схемой замещения (рис. 5.3б). В этой схеме вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной на­грузки потери мощности в стали трансформатора или по­тери холостого хода: ΔP_х + jΔQ_х.

В схемах замещения включен идеальный трансформатор, не имеющий сопротивлений и магнитных потоков рассеяния.

Для вычисления расчетных параметров схемы замещения трансформатора используются паспортные данные. К ним относятся для двухобмоточного трансформатора:

– номинальная мощность (S_тном, МВА);

– номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений (U_вном, U_нном, кВ);

– потери короткого замыкания (ΔP_к, кВт);

– напряжение короткого замыкания (U_к*, о.е.);

– потери холостого хода (ΔP_х, кВт);

– ток холостого хода (I_х*, о.е.).

Перед тем как записать расчетные формулы для определения параметров схем замещения трансфор­маторов, полезно вспомнить из курса «Элек­трические машины и трансформаторы», что называется потерями короткого замы­кания ΔP_к, потерями холостого хода ΔP_х, током холостого хода I_х, напряже­нием короткого замыкания ΔU_к* и как эти величины определяются.

В опыте короткого замыкания 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 U_к*. Потери в стали в опыте короткого замыкания очень малы, так как U_к* намного меньше U_ном. Поэтому приближенно считают, что все потери мощности в опыте КЗ ΔP_к идут па нагрев обмоток трансформатора, т.е.

и .

Рис. 5.5. Схемы замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора при представлении ветви намагничивания: а – комплексной проводимостью; б – мощностью потерь холосто­го хода.

Активные сопротивле­ния лучей схемы замещения определяются по формуле:

.

Реактивные сопротив­ления лучей схемы замещения рассчитываются по формуле:

.

Современные трехобмоточные трансформаторы выпускаются с одинаковыми номинальными мощностями обмоток (хотя раньше выпускались трансформаторы с соотношениями мощностей обмоток ВН, СН, НН 100%/100%/66,7% и 100%/66,7%/66,7%). Это, в свою очередь, означает, что

В установках напряжением 220 кВ и выше широко применяются авто­трансформаторы. Автотрансформатором (АТ) принято называть такой трансфор­матор, у которого обмотка среднего напряжения (СН) является частью обмотки высшего (ВН) напряжения. Автотрансформаторы устанавливаются на мощных узловых подстанциях системообразующих и районных сетей. Схема замещения автотрансформатора также представляется трехлучевой звездой и приведена на рис. 5.5.

Состав каталожных данных для автотрансформаторов такой же, как и у трехобмоточных трансформаторов, однако дополнительно указывается номинальная мощность обмотки низшего напряжения (S_{н ном}, МВА).

При выполнении расчетов электрических сетей должны быть учтены основные характери­стики всех их элементов, в том числе нагрузок.

Потребление мощности в электрических системах изменяется при изменении параметров режима, т.е. при изменении значения и частоты напряжения, питающего потребителей. Эти изменения отражаются в изменениях потоков мощности в линиях, что, в свою очередь, влияет на распределение напряжений в сети и, в частности, на напряжение на зажимах электроприемников. По­этому при расчетах режимов сетей весьма существенное значение имеет учет характеристик, от­ражающих изменение мощности, потребляемой нагрузкой при изменениях подведенного к ней напряжения по величине и частоте. Такие характеристики, отвечающие установившемуся режи­му, называются статическими характеристикаминагрузки по напряжению , и по частоте , .

Для расчетов электрических сетей, как правило, представляют интерес характеристики не отдельных потребителей электроэнергии, а их совокупностей, определяющих потребление мощ­ности заводами, фабриками, а в ряде случаев достаточно крупными районами, на территории ко­торых расположен ряд разнохарактерных предприятий и других потребителей. Такие обобщенные статические характеристикиопределяются свойствами отдельных потребителей и их относи­тельной мощностью в общей совокупности нагрузки. Поэтому с наибольшей точностью статиче­ские характеристики могут быть получены по данным натурных испытаний в электрических сис­темах для тех или иных характерных видов нагрузки.

При расчетах установившихся режимов для каждого заданного момента времени такой ос­новной характеристикой нагрузки является ее статическая характеристика по напряжению, по­скольку предполагается, что в этих режимах (рис. 5.6). При этом можно наиболее полно учесть свойства нагрузки.

Рис. 5.6. Статические характеристики нагрузки по напряжению.

Несмотря на значительное облегчение учета нагруз­ки введением обобщенных характеристик, рассчитывать режимы электрических систем с помощью этих характе­ристик все же достаточно затруднительно, так как они оп­ределяют нелинейную зависимость между напряжением и током нагрузки. Поэтому рабочие режимы электрических сетей с учетом обобщенных или действительных характе­ристик нагрузки рассчитываются сравнительно редко, причем обычно в тех случаях, когда отказ от учета этих характеристик может привести к качественно неверному результату. Чаще же ограничиваются менее строгим ото­бражением в расчете свойств нагрузки.

При расчетах рабочих режимов электрических сетей нагрузка обычно характеризуется неизменными активной и реактивной мощностями. Представле­ние нагрузки неизменной мощностью соответствует замене действительных характеристик на­грузки условными (рис. 5.6), представляющими собой прямую линию АВ,идущую параллельно оси абсцисс. Нетрудно видеть, что расхождение условных характеристик с действительными сравнительно невелико только в небольшом диапазоне изменения напряжения. Эти изменения обычно соответствуют условиям, принимаемым при проектных расчетах электрических сетей, для потребителей которых требуется обеспечить малые отклонения напряжения от номинального значения.

При необходимости учета изменения мощности нагрузки в функции напряжения в ря­де случаев пользуются представлением нагрузки неизменным током .

Активная и реактивная слагающие этого тока вычисляются по заданным значениям мощ­ности нагрузки и напряжению в исходном режи­ме. Изменение напряжения в точке подключения нагрузки при рассматриваемом способе ее пред­ставления определяет изменение мощности, по­скольку

.

Таким образом достигается определенное качественное соответствие с действительной статиче­ской характеристикой нагрузки, определяющей снижение ее мощности при уменьшении напря­жения и рост при повышении напряжения в точке включения нагрузки.

При расчетах режимов, для которых характерны значительные изменения напряжения в уз­лах сети, нагрузку удобно представить параллельно или последовательно соединенными неизмен­ными активным и реактивным сопротивлениями (рис. 5.7). Величины этих сопротивлений выби­раются таким образом, чтобы определяемая ими мощность при напряжении нормального режима была равна заданной мощности нагрузки. Тогда при последовательном соединении

, ,

а при параллельном соединении сопротивлений

, ,

где , , .

Рис. 5.7. Представление нагрузки постоянным сопротивлением: а) параллельное, б) последовательное соединение активного и реактивного сопротивления.

При представлении нагрузки неизменными сопротивле­ниями ее мощность меняется пропорционально квадрату приложенного напряжения. На рис. 5.8 характеристика такой нагрузки (кривая 3)нанесена на одном графике с обобщен­ными статическими характеристиками комплексной нагруз­ки (кривая 1 для активной мощности, кривая 2 для реактивной мощности). Их сопоставление показывает, что близкое совпадение характеристик реактивной мощности имеет место в значительно большем диапазоне изменения напряжения, нежели при учете нагрузки постоянной мощ­ностью.

Рис. 5.8. Зависимость потребления активной и реактивной мощности нагрузкой при изменении напряжения.

Источник