Одноцепные системы передачи электроэнергии

1. Энергетический факультетКафедра “Электрические системы”Профессор Федин Виктор ТимофеевичИнновационные технические решения в системах производства, передачи и распределения энергии

2. Тема3.Системы передачи электроэнергии с сокращенным количеством линейных проводов и уменьшенным расстоянием между ними

3. Одноцепные системы передачи электроэнергии

4. Минимальные допустимые расстояния между фазами ограничиваются условиями : • - коронного разряда; • - грозовых и коммутационных перенапряжений с учетом принятой допустимой кратности перенапряжений; • - приближения проводов при их раскачивании к заземленным частям опор при рабочем напряжении линии и безопасного подъема на опору. • Разработаны различные технические решения, позволяющие уменьшить расстояния между фазами. К ним относятся: • - различные варианты воздушных компактных линий электропередачи со сближением проводов только в пролете или как в пролете, так и на опорах ; • - воздушные линии с самонесущими (до 1 кВ) и покрытыми (при напряжении до 60 кВ) проводами ; • - воздушные линии с опорами охватывающего типа, в которых провода трех фаз расположены по одну сторону от стоек опор; • - кабельные линии.

5. 4 5 2 3 1 6 4 8 7 7 Рис. 1. Воздушная линия электропередачи без традиционных опор

6. Объем газа в аэростате для обеспечения требуемой подъемной силы определяется по формуле: где – М1 ‑ масса провода трех фаз, кг/м; М2 ‑ масса оболочки и крепежной арматуры, кг/м; Н ‑ высота подъема аэростата, м; Т ‑ время подъема, с; P1 ‑ плотность воздуха, кг/м3; Р2 ‑ плотность газа, кг/м3; G = 9,8 м/с2.

7. a b с a b с 0 Рис. 2. Схема системы “два провода ‑ земля”

8. А В С А В С 1 4 4 2 7 8 5 5 3 6 6 12 13 14 9 10 10 9 11 Рис. 3. Принципиальная электрическая схема одноцепной электропередачи переменного тока с независимым изменением фазового сдвига напряжений в каждой фазе

9. А В С А В С 1 4 4 2 3 6 6 10 10 10 10 10 10 15 16 Рис. 4. Схема системы электропередачи с фазосдвигающими устройствами в двух фазах

10. А В С А В С 4 4 2 5 5 1, 3 6 6 Рис. 5. Схема системы электропередачи двумя объединенными линейными проводами

11. a b с 0 а b с Н1 c Н2 a х 3 Н3 6 7 10 у b 3 5 6 8 11 z 3 5 9 6 c 12 5 2 1 4 Рис. 6. Схема электропередачи переменного тока с фазосдвигающим устройством на передающем конце

12. a b с a, b c a 3 х 7 6 10 у н 8 b 6 z 11 9 3’ 6 4 12 c 5 Рис. 7. Схема одноцепной трехфазной электропередачи с двумя линейными проводами

13. c а) б) в) c z’ с’ c z’ с’ yz x yz x b’ b’ b а’ а’ а 60o 60o 60o 60o х’ y’ х’ y’ b b а а Рис. 8. Векторные диаграммы напряжений: а – на шинах передающей подстанции;б, в – на выводах фазосдвигающего устройства

14. Рис. 9. Первый вариант схемы электропередачи с углом 120 градусов

15. Рис. 10. Второй вариант схемы электропередачи с углов 120 градусов

16. Рис. 11. Первый вариант схемы электропередачи с углом 60 градусов

17. Рис. 12. Второй вариант схемы электропередачи с углом 60 градусов

18. c b a A B C 16 X' 17 A' X'' 20 A'' X''' 23 A''' x' 7 a' x'' 10 a'' x''' 13 a''' 3 6 6 3 y' 8 b' y'' 11 b'' y''' 14 b''' 16 Y' 18 B' Y'' 21 B'' Y''' 24 B''' z' 9 c' z'' 12 c'' z'''15 c''' 16 Z' 19 C' Z'' 22 C'' Z''' 25 C''' 6 3 4 2 1 Рис.13. Схема одноцепной электропередачи со сдвигом векторов напряжений каждой из двух фаз относительно третьей фазы на угол 30градусов

19. У’’’ X’’ a’ B’’ b’’ b’’ а А z’ x’ Y’ B’ z’’ C’ x’ X’ y’ C’ Z’ X’ c’’ X’’ a’’’ B’’ c’’ y’ C’’ a’’’ с b С В y’’ Y’ x’ A’ x’ Y’ Z’’’ Y’’ c’ x’’ Z’ b’ Z’ а б в г д Y’’ b’’ Рис. 14. Векторные диаграммы напряжений: а – на шинах передающей подстанции; б – на выводах фазосдвигающего устройства передающей подстанции; в – на линии; г – на выводах фазосдвигающего устройства приемной подстанции; д – на шинах приемной подстанции

20. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С УМЕНЬШЕННЫМИ МЕЖДУФАЗНЫМИ РАССТОЯНИЯМИ • Наиболее важные электрические параметры и технические характеристики электропередачи следующие : • активное сопротивление; • реактивное сопротивление; • активная проводимость; • реактивная проводимость; • волновое сопротивление; • натуральная мощность; • зарядная мощность; • напряженность электрического поля; • потери мощности на корону.

21. Индуктивность i-го провода в системе из n проводов: (1) где – токи в i-м и j-м проводах, А; – собственная индуктивность i-го провода, Гн/км; – взаимная индуктивность между i-м и j-м проводами, Гн/км; – угол между векторами токов в i-м и j-м проводах, рад. Если токи во всех проводах равны , то: (2)

22. Собственная и взаимная индуктивности провода определяются по формулам: (3) (4) где ri– радиус i-го провода, м; Dij ‑ расстояние между i-м и j-м проводами, м; μ ‑ относительная магнитная проницаемость материала провода, предполагаемая постоянной (для алюминия μ 1).

23. Удельные емкости находятся на основании системы уравнений Максвелла, связывающих электрические заряды и потенциалы проводов: (5) где – напряжения и заряды проводов 1, 2, …, n; – потенциальные коэффициенты проводов.

24. Потенциальные коэффициенты проводов определяются по формулам: (6) (7) где – диэлектрическая постоянная; – среднее расстояние от i-го провода до земли(hcpi и ri в одних единицах); hi– высота точки подвеса i-го провода над землёй; f ‑ стрела провеса проводов; Dij– расстояние между i-м проводом и зеркальным отражением j-го провода относительно земли (Dij и Dij) в одних единицах).

25. Далее решается система уравнений (5) относительно зарядов: (8) Наконец, определяется удельная ёмкость проводов: (9)

26. Напряжённость электрического поля E на проводе, как и в любой точке пространства, определяется по горизонтальной Ex и вертикальной Ey составляющим градиента электрического поля: (10) (11) (12) где n – число проводов; вещественная и мнимая составляющие заряда i-го провода; Bi, Ai - коэффициенты для i-го провода, определяемые геометрическими расстояниями:

27. (13) (14) где - расстояния от расчётной точки с координатами (x,y) до соответственно i-го провода с координатами (xi, yi) и его зеркального отображения относительно земли (координаты x, xi, y, yi в метрах): (15) (16)

28. (17) • Начальная напряжённость короны определяется по формуле : где mn – коэффициент негладкости для скрученного провода, равный 0,82; r – радиус провода, см. Потери мощности на корону рассчитаем с учётом продолжительности основных групп погоды (хорошая погода, сухой снег, дождь, изморозь) по обобщённым характеристикам Θ, которые являются функцией отношения k = E/E0, где E и E0 выражены в одних единицах. Значения Θi с высокой степенью точности могут быть аппроксимированы выражениями : (17) (18) (19) (20)

29. Среднегодовые потери мощности на коронуi-го провода определяются по заданным вероятностям групп погоды ψx.n, ψc.c, ψд ψиз: (22) где ri– радиус i-го провода, см; • ψx.n, ψc.c, ψд ψиз - вероятности групп погоды (соответственно хорошей погоды, сухого снега, дождя и изморози). Вероятности групп погоды для европейской средней полосы равны: ψx.n= 0,806, ψc.c= 0,086, ψд = 0,071, ψиз = 0,037. Активная проводимость i-го провода: (23) Активное сопротивление проводов при частоте 50 Гц приблизительно равно омическому сопротивлению, т. е. можно пренебречь явлением поверхностного эффекта. Активное сопротивление i-го провода Ri определяется по справочным данным.

30. Полное сопротивление Z и проводимость Y линии электропередачи, содержащей mодинаковых цепей, определим по формулам: (24) (25) где угловая частота синусоидального тока; - номинальная частота системы. Волновое сопротивление линии: (26)

31. (27) • Натуральная мощность линии: где U – номинальное линейное напряжение линии электропередачи, В. Зарядная мощность линии: (27) Среднегодовые потери мощности на коронирование проводов: (28)

32. Примеры расчетов для электропередачи с углом 60 градусов Рис.15 – Конструкция опоры и схема расположения проводов

33. Таблица 1 – Варианты исходных данных

34. Таблица 2 – Варианты расчета параметров при напряжении 110 кВ

35. Таблица 3 – Варианты расчета параметров при напряжении 220 кВ

36. Таблица 4 – Варианты расчета параметров при напряжении 330 кВ

37. Двухцепные системы передачи электроэнергии

38. Еа1 Еа2 m Еc1 Еb1 Еb2 Еc2 Ia1 Ia2 Ic1 Ib1 Ib2 Iс2 zb2 zс2 zc1 zb1 zа1 zа2 n а)

39. Еа1 Еа2 m Ia1 Еc1 Еb1 Еb2 Еc2 Ic1 Ib1 Ib2 Iс2 Ia2 zb2 zс2 zc1 zb1 zа1 zа2 n б) Рис. 1. Принципиальная схема двухцепной системы передачи электроэнергии: а – с синфазной системой напряжений источников; б- с противофазной системой

40. Ua1 Ua1 Uc Ub Uc Ub a b с a b с Uc1 Ub1 Uc1 Ub1 a1 a1 ‑ 12 b1 b1 с1 с1 a2 a2 ‑ 6 b2 b2 с2 c2 Ub2 Uс2 Ub2 Uс2 Ua2 Ua2 Рис. 2. Схема двухцепной электропередачи с сокращенным количеством проводов

41. Рис.3. Схема двухцепной электропередачи с нулевым фазовым сдвигом между линейными проводами каждой из цепей и углом 120 градусов между проводами разных цепей

42. Рис.4. Векторные диаграммы напряжений: а – первой цепи; б – второй цепи

43. Рис. 5. Схема двухцепной электропередачи с сонаправленными векторами напряжений всех фаз каждой цепи и со сдвигом векторов напряжений фаз разных цепей, равном 60 градусов (вариант 1)

44. Рис. 6. Векторные диаграммы напряжений первой цепи на передающем конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии; е – на всех фазах.

45. Рис.7. Векторные диаграммы напряжений второй цепи на передающем конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора 5; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии; е – на всех фазах.

46. Рис.8. Векторные диаграммы напряжений первой цепи на приемном конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии; е – на всех фазах.

47. Рис. 9. Векторные диаграммы напряжений второй цепи на передающем конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора 5; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии;е – на всех фазах.

48. Рис. 10. Схема двухцепной электропередачи с сонаправленными векторами напряжений всех фаз каждой цепи и со сдвигом векторов напряжений фаз разных цепей, равном 60 градусов (вариант 2)

49. Рис. 11. Векторные диаграммы напряжений первой цепи на передающем конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии;е – на всех фазах.

50. Рис.12.Векторные диаграммы напряжений второй цепи на передающем конце линии: а – на шинах передающей подстанции; б – на полуобмотках трансформатора; в – на фазе a линии; г – на фазе b линии; д – на фазе c линии;е – на всех фазах.