Лэп схема: Схемы замещения ЛЭП

Идентификация параметров схемы замещения линии электропередачи по результатам измерения местных скалярных параметров

Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40905

Title:	Идентификация параметров схемы замещения линии электропередачи по результатам измерения местных скалярных параметров
Authors:	Кулешов, Алексей Юрьевич
metadata.dc.contributor.advisor:	Хрущев, Юрий Васильевич
Keywords:	воздушные линии электропередачи; схема замещения; синхронизированные векторные измерения; местные скалярные параметры режима; измерительные трансформаторы; overhead transmission line; equivalent circuit; synchronized phasor measurement; local scalar electric mode’s parametres; measuring transformers
Issue Date:	2017
Citation:	Кулешов А. Ю. Идентификация параметров схемы замещения линии электропередачи по результатам измерения местных скалярных параметров : бакалаврская работа / А. Ю. Кулешов ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Энергетический институт (ЭНИН), Кафедра электрических сетей и электротехники (ЭСиЭ) ; науч. рук. Ю. В. Хрущев. — Томск, 2017.
Abstract:	В настоящее время практические задачи проектирования и анализа электроэнергетических систем, в большинстве случаев, решаются при помощи схем замещения. Зачастую, значительное количество элементов ЭЭС описывается идеализированными моделями с сосредоточенными параметрами. В данных моделях не учитываются взаимовлияние отдельных элементов друг на друга, результаты температурных, механических и химических воздействий окружающей среды, неточности производства оборудования и его монтажа и т. д. Всё вышесказанное подтверждает необходимость развития мероприятий по идентификации параметров эквивалентных схем замещения объектов ЭЭС, в частности воздушных линий электропередачи. Перспективным является метод определения параметров ВЛ, базирующийся на скалярных параметров режима. Currently, the practical problems of design and analysis of electric power systems, in most cases, are resolved by using equivalent circuits. Often, a significant number of members of the EPS described by idealized models with lumped parameters. These models do not take into account the mutual influence of individual elements on each other, the results of thermal, mechanical and chemical environmental influences, inaccuracies of production equipment and its installation, etc. All of the above confirms the necessity of development of measures for the identification of parameters of equivalent circuits of the objects of the EPS, in particular overhead power lines. A promising method is the determination of the parameters overhead power lines, based on the scalar mode settings.
URI:	http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40905
Appears in Collections:	Выпускные квалификационные работы (ВКР)

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Схемы замещения воздушных линий электропередачи

Содержание страницы

1. Математические модели линии

В установившемся режиме для нахождения взаимосвязи между параметрами режима в начале и конце линии обычно используют уравнения длинной линии

где   и — соответственно линейное напряжение и фазный ток в точке х линии, удаленной на расстояние l от её конца;

 и – аналогичные напряжение и ток в конце линии длиной L;

 – волновое сопротивление линии;

− комплексные сопротивление проводимость единицы длины линии соответственно.

Уравнения длинной линии можно использовать при следующих допущениях:

• трехфазная линия электропередачи представляет собой линейную симметричную электрическую цепь;
• тройки фазных векторов токов и напряжений образуют симметричные системы и являются строго синусоидальными функциями времени.

Допущение о линейности цепи предполагает, что ее параметры принимаются постоянными, не зависящими от параметров режима. В реальной линии, например, активное сопротивление зависит от протекающего по линии тока, а активная проводимость – от напряжения.

Допущение о симметричности цепи предполагает, что параметры различных фаз одинаковы, но большинство реальных линий сооружается с таким взаимным расположением проводов, которому соответствует различие параметров фаз. (для выравнивания параметров фаз – транспозиция проводов).

Допущения о синусоидальности кривых мгновенных значений токов и напряжений фаз, по существу, предполагает отсутствие в электрической системе элементов, являющихся источниками высших гармоник, а также идеальную синусоидальность ЭДС синхронных генераторов, что в действительности не имеет места или в должной мере не обеспечивается.

Введение перечисленных допущений отвечает вполне определенной идеализации реальной линии электропередачи. Однако мероприятия, осуществляемые в электрических системах по ограничению степени несимметрии и несинусоидальности в соответствии с требованиями межгосударственного стандарта ГОСТ 13109 – 97 по обеспечению качества электроэнергии, приводят к тому, что обусловленная принятыми допущениями степень идеализации линии, как элемента реальной электрической системы оказывается приемлемой не только для качественного, но и для количественного анализа, позволяя адектватно отразить ее свойства как в нормальных, так и в послеаварийных установившихся режимах, не связанных с пофазным отключением элементов системы.

В большинстве случаев устанавливается соотношение параметров режима линии по концам электропередачи. При этом полагая l = L , получим выражения для расчета параметров режима начала линии:

При качественном анализе пренебрегают активным сопротивлением и проводимостью и рассматривают «линию без потерь». При этом волновое сопротивление является вещественным числом, а коэффициенты – затухания равен нулю и распространения электромагнитной волны – чисто мнимое число.

При этом «уравнения длинной линии» упрощаются благодаря исключению гиперболических функций с учетом соотношений:

В общем случае линии электропередачи рассматриваются как линии с равномерно распределенными по её длине параметрами. В инженерных расчетах для воздушных линий электропередачи (ЛЭП) длиной менее 300 – 350 км обычно используют упрощенные Т- и П-образные схемы замещения с сосредоточенными параметрами. При этом погрешности электрического расчета линии практически зависят только от её длины. Выбор схемы замещения линии электропередачи определяется сложностью системы электроснабжения. При расчетах сложных систем электроснабжения на ЭВМ целесообразно использовать П-образную схему замещения с целью упрощения расчетов. Схемы замещения ЛЭП с сосредоточенными параметрами приведены на рис. 1.

В схемах замещения выделяют продольные элементы – сопротивления линии электропередачи: ? = ? + ?? и поперечные элементы – проводимости: ? = ? + ??. Значения указанных параметров для ЛЭП определяются по общему выражению П = П₀?, где П₀{?₀, ?₀, ?₀, ?₀} — значение продольного или поперечного параметра, отнесенного к 1 км линии; ? — протяженность линии электропередачи (погонные параметры).

В частных случаях, в зависимости от исполнения ЛЭП и класса напряжения, используют только доминирующие (наиболее характерные) параметры, в зависимости от их физического проявления.

а)                                                                                                                                                         

б)

Рис. 1. Схемы замещения ЛЭП с сосредоточенными параметрами: — Т – образная (а) и П – образная (б)

Активное сопротивление обуславливает тепловые потери и зависит от материала токоведущих проводников и их сечения. Для ЛЭП с проводами небольшого сечения из цветных металлов активное сопротивление принимают равным омическому, поскольку погрешности от неучета поверхностного эффекта на промышленной частоте в этом случае не превышают 1 %. Для ЛЭП с сечением проводов более 500 мм² явление поверхностного эффекта на промышленной частоте значительно и его влияние необходимо учитывать.

Километрическое или погонное активное сопротивление (Ом/км) определяется по формуле

где ρ — удельное активное сопротивление металла провода, Ом ∙ мм²/км. Для технического алюминия в зависимости от его марки можно принять ρ = 29,5 ÷ 31,5 Ом ∙ мм2⁄км, для меди ρ = 18,0 ÷ 19,0

Ом ∙ мм2⁄км; ? – сечение фазного провода (жилы), мм².

Необходимо помнить, что активное сопротивление зависит также от температуры провода, которая определяется температурой окружающей среды, скоростью ветра и значением протекающего по проводу силы тока.

Зависимость активного сопротивления от температуры провода t определяется соотношением

где ?₀²⁰ – нормативное значение сопротивления ?₀ – рассчитывается по соотношению ?₀ = ρ/? при температуре проводника ? = 20℃; ? – температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/град (для медных, алюминиевых и сталеалюминиевых проводов: α = 0,00403, для стальных – α = 0,00455).

Индуктивное сопротивление проводника X обусловлено магнитным полем, возникающим внутри и вокруг проводника при протекании по нему переменного тока. В проводнике наводится ЭДС самоиндукции

направленная в соответствии с принципом Ленца, противоположно ЭДС источника. Индуктивное сопротивление проводника ? зависит от частоты тока ω = 2π? и индуктивности фазы ?

Индуктивное сопротивление фаз многофазных ЛЭП зависит также от взаимного расположения фазных проводов (жил). Кроме ЭДС самоиндукции в каждой фазе наводится противодействующая ей ЭДС взаимоиндукции, значение которой в каждой фазе зависит от конструкции ЛЭП. Например, при расположении фаз по вершинам равностороннего треугольника результирующая противодействующая ЭДС во всех фазах одинакова и одинаковы пропорциональные ей индуктивные сопротивления фаз. При горизонтальном расположении фазных проводов потокосцепление фаз неодинаково, поэтому индуктивные сопротивления фазных проводов различны. Для достижения симметрии (одинаковости) параметров фаз ЛЭП высоких напряжений (500 кВ и выше) на специальных опорах выполняют транспозицию (перестановку) фазных проводов.

Индуктивное сопротивление, Ом/км, отнесенное к 1 км линии, на частоте тока 50 Гц и циклической частоте ω = 2π? = 314

рад/с,  роводов из цветных металлов (магнитная проницаемость μ = 1) определяется по эмпирической формуле как сумма внешнего и внутреннего индуктивных сопротивлений. Внешнее индуктивное сопротивление определяется внешним магнитным потоком, образованным вокруг проводов и значениями величин ?_ср и ?_пр. Внутреннее индуктивное сопротивление определяется внутренним потоком, замыкающимся в проводах.

где — среднегеометрическое расстояние между фазными проводами (жилами), м;

– радиус многопроволочных проводов, м;

?ст – сечение стальной части провода;

? – суммарная площадь сечения токоведущей части многопроволочного провода;

μ – магнитная проницаемость материала, Гн/м.

При сближении фазных проводов влияние ЭДС взаимоиндукции возрастает, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления ЛЭП. Особенно заметно снижение индуктивного сопротивления (в 3 – 5 раз) в кабельных линиях. Разработаны компактные воздушные линии высокого и сверхвысокого напряжения повышенной пропускной способности со сближенными фазами с использованием эффекта взаимного влияния цепей и сниженным на 25 – 30 % индуктивным сопротивлением.

Из изложенного выше следует, что активное сопротивление линии электропередачи зависит от материала, сечения и температуры провода. Зависимость ?0 = ?(?) обратно пропорциональна сечению провода, ярко выражена при малых сечениях, когда ?0 имеет большие значения, и мало заметна при больших сечениях проводов. Индуктивное сопротивление ЛЭП определяется исполнением линии, конструкцией фазы и практически не зависит от сечения проводов (значение ).

Емкостная проводимость обусловлена емкостями между фазами, фазными проводами (жилами) и землей. В практических расчетах рабочую емкость трехфазной воздушной линии (ВЛ) с одним проводом в фазе на единицу длины, Ф/км, определяют по формуле

Аналогично определяется емкостная проводимость воздушной линии электропередачи, См/км

Под действием приложенного напряжения через емкости линий электропередачи протекают емкостные (зарядные) токи. Расчетное значение емкостной силы тока на единицу длины, кА/км

Зарядная мощность линии электропередачи, обусловленная током ?_?0, зависит от напряжения в каждой точке линии

Значение зарядной мощности для всей ЛЭП определяется через действительные (расчетные) напряжения начала и конца линии, Мвар:

Зарядную мощность также можно приближенно определить по номинальному напряжению линии:

где ?_? – емкостная проводимость ЛЭП, См; ?_ном – номинальное напряжение ЛЭП, кВ.

ЛЭП с поперечной емкостной проводимостью, потребляющая из сети опережающий напряжение емкостной ток, следует рассматривать как источник реактивной (емкостной) мощности (зарядной мощности). Зарядная мощность уменьшает индуктивную составляющую нагрузки, передаваемую по линии к потребителю. Поэтому в схемах замещения ВЛ, начиная с номинального напряжения 110 кВ, следует учитывать поперечные ветви (шунты) в виде емкостных проводимостей ?? или реактивную мощность ??.

Для фаз ЛЭП напряжением 35 – 220 кВ выполненных одиночными проводами индуктивное сопротивление изменяется в узких пределах: ?₀ = (0,4 ÷ 0,44)Ом/км, а емкостная проводимость находится в пределах ?₀ = (2,6 ÷ 2,8)10⁻⁶ См/км.

Среднее значение зарядной мощности на 100 км для ВЛ напряжением 110 кВ составляет около 3,5 Мвар, для ВЛ 220 кВ – 13,5 Мвар, для ВЛ 500 кВ – 95 Мвар.

Активная проводимость обусловлена потерями активной мощности ∆?? из-за несовершенства изоляции (утечки по поверхности изоляторов, токов проводимости в материале изолятора) и ионизации воздуха вокруг проводника вследствие коронного разряда. Удельная проводимость определяется по общей формуле для шунта, См/км

Доминирующими являются потери на коронирование, которые возникают только при достижении критической напряженности электрического поля у поверхности провода, кВ/см, определяемой по формуле:

Значение критической напряженности составляет 17 – 19 кВ/см, что возможно только для ВЛ напряжением 110 кВ и выше. Для снижения потерь на корону до экономически приемлемого уровня ПУЭ установлены минимальные сечения (диаметры) проводов. Например, для ВЛ напряжением 110 кВ – АС 70 (11,8 мм), для ВЛ 220 кВ – АС 240 (21,6 мм).

2. Схемы замещения ВЛ для расчетов симметричных режимов

При расчете симметричных установившихся режимов электроэнергетической системы схему замещения составляют для одной фазы, т.е. продольные параметры воздушной линии, полные комплексные сопротивления ? = ? + ?? изображают и вычисляют для одного фазного провода (жилы), а при расщеплении фазы – с учетом проводов в фазе и эквивалентного радиуса (диаметра) фазной конструкции ВЛ.

Емкостная проводимость ?? учитывает проводимости (емкости) между фазами, между фазами и землей и отражает генерацию зарядной мощности всей трехфазной конструкции в начале и конце линии:

Активная проводимость линии G, изображаемая в виде шунта между фазой (жилой) и точкой нулевого потенциала схемы (землей), включает суммарные потери активной мощности на корону (или в изоляции) трех фаз в начале и в конце линии:

Поперечные проводимости (шунты) ? = ? + ?? в схемах замещения можно не изображать, а заменять мощностями этих шунтов. Например, вместо активной проводимости показывают потери активной мощности в начале передачи

или в изоляции кабельной линии

где L – длина линии электропередачи.

Взамен емкостной проводимости указывают генерацию зарядной мощности

Указанный учет поперечных ветвей ЛЭП нагрузками упрощает оценку электрических режимов, выполняемых вручную, поэтому такие схемы замещения называют расчетными. Схемы замещения воздушных линий электропередачи различных классов напряжения, в том числе с моделированием поперечных ветвей ЛЭП нагрузками показаны на рис. 2.

Рис. 2. Схемы замещения воздушных линий электропередачи: а) – ВЛ напряжением 0,38 – 35 кВ; б) – ВЛ напряжением 110 – 220 кВ с емкостными проводимостями; в) – ВЛ напряжением 110 – 220 кВ с зарядной мощностью вместо проводимостей; г) – ВЛ напряжением 330 (220) – 500 кВ с поперечными проводимостями.

Для линий до 220 кВ при определенных условиях можно не учитывать те или иные параметры, если их влияние на работу сети несущественно. В ВЛ напряжением до 220 кВ потери на корону незначительны, поэтому в расчете электрических режимов ими пренебрегают и соответственно принимают нулю активную проводимость.

Необходимость учета емкости и зарядной мощности линии зависит от соизмеряемости зарядной и нагрузочной мощности. В сетях до 35 кВ зарядные токи и мощности значительно меньше нагрузочных, поэтому в КЛ емкостную проводимость учитывают при напряжениях 20 и 35 кВ, а в воздушных линиях электропередачи ею можно пренебречь.

3. Схемы замещения ВЛ для расчетов несимметричных режимов

Токи нулевой последовательности воздушной линии возвращаются через землю и по заземленным цепям, расположенным параллельно длинной линии (защитные тросы, рельсовые пути вдоль линии и пр.). Точное токораспределение в земле в общем виде представляет весьма сложную задачу, поскольку распределение тока в земле выражается сложной закономерностью, аналогичной закономерности распределения тока в массивных проводниках. При этом плотность тока в земле наибольшая под проводом, как это показано на рис. 3.

Рис. 3. Однородная линия «провод – земля».

Индуктивность линии «провод-земля», как показано Карсоном, может быть определена как индуктивность двухпроводной линии с расстоянием между проводниками D_з. Это расстояние называется эквивалентной глубиной возврата тока через землю и определяется по формуле Карсона, в метрах:

где — f – частота тока, Гц; λ – удельная проводимость земли, .

На частоте 50 Гц и среднем значении удельной проводимости земли   , получим ?з = 935 м. При отсутствии данных о проводимости земли обычно принимают ?з = 1000 м. Тогда значение индуктивности линии «провод-земля» для токов нулевой последовательности

где r_э – эквивалентный радиус провода, значения которого составляют:

• для витых медных проводников в зависимости от числа прядей:

• для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов марок А, АС, АСО, АСУ значение эквивалентного радиуса провода определяется с учетом соотношения:

где r – истинный радиус провода.

Для линии с расщепленными проводами вместо ?э берут средний геометрический радиус системы проводов одной фазы:

где n— число проводов в фазе; ?_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами одной фазы.

Активное сопротивление линии «провод – земля» складывается из активного сопротивления провода ?_п и дополнительного сопротивления ?_з, учитывающего потери активной мощности в земле от протекающего в ней тока:

которое при ? = 50 Гц дает ?_з = 0,05 Ом⁄км, что свидетельствует о практическом постоянстве потерь активной мощности в земле при заданной частоте.

Сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией между двумя параллельными линиями «провод-земля» с расстоянием ? ≪ ?з между осями их проводов:

После преобразований получим выражение для расчета сопротивления нулевой последовательности:

где — – средний геометрический радиус системы трех проводов линии;

– среднее геометрическое расстояние между фазными проводами фаз А, В, С.

Из изложенного следует, что взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фазы для токов прямой (обратной) последовательности и увеличивает его для токов нулевой последовательности. Взаимосвязь между сопротивлениями взаимной индуктивности, прямой и нулевой последовательностей ВЛ определяется соотношениями:

По каждой цепи двухцепной линии токи нулевой последовательности протекают в одном направлении, поэтому ?0 каждой из двух цепей увеличивается за счет взаимоиндукции и определяется по известной схеме замещения двух магнитосвязанных цепей, как показано на рис. 4. При идентичности параллельных цепей ?_?0 = ?_??0 = ?₀ сопротивление нулевой последовательности каждой из них будет: ?₀^′= ?₀ + ?_{?−?? 0}, а сопротивление на фазу двухцепной линии:

Наиболее сильно увеличение сопротивления нулевой последовательности вследствие взаимоиндукции сказывается при расположении обеих цепей на одной опоре. Если расстояние между цепями порядка 400÷500 м, то увеличение Z₀ не превышает 10 %.

а)                                                                                   б)

Рис. 4. Двухцепная линия передачи (а) и ее схема замещения (б) нулевой последовательности

При наличии грозозащитного троса заземленного на каждой опоре индуктивное сопротивление нулевой последовательности линии снижается, а активное сопротивление нулевой последовательности сильно зависит от электрических параметров троса. Одноцепная линия с заземленным тросом и ее схема замещения показана на рис. 5. Сумма токов в тросе ?_т и земле ?_з̇ образуют ток в нейтрали, равной утроенному току нулевой последовательности в фазе линии. Тогда токи нулевой последовательности в тросе и земле будут:

Для троса, как независимой однопроводной линии «провод-земля» можно записать выражение для индуктивного сопротивления:

Чтобы учесть влияние токов всех фаз линии эти составляющие необходимо увеличить в 3 раза, что при частоте f = 50 Гц даёт:

где ?_т – активное сопротивление троса; ?_эт – эквивалентный радиус троса.

Рис. 5. Одноцепная линия с заземленным тросом: а – исходная принципиальная схема; б – исходная однолинейная схема; в – схема замещения нулевой последовательности

Сопротивление взаимоиндукции нулевой последовательности между проводом линии и тросом:

где – среднее геометрическое расстояние между фазными проводами фаз А, В, С и тросом.

По известным сопротивлений нулевой последовательности переходим от схемы (рис. 30,б) с магнитной связью между цепями к схеме замещения на рис. 30,в, результирующее сопротивление которой даёт искомое сопротивление нулевой последовательности с учётом заземлённых тросов:

где ψ = 2φ_пт0 − φ_т0.

Значения аргументов сопротивлений в приведенном выражении находятся в пределах:

• при проводниках из цветных металлов φ₀ = 75 ÷ 80°;
• при стальных проводниках – φ_т0 = 30 ÷ 45°;
• при расстоянии ?_пт ≤ 100м значение φ_пт0 = 70 ÷ 80°.

По схеме замещения рис. 30,в, можно установить взаимосвязь между токами:

В приближённых практических расчётах в качестве средних соотношений между индуктивными сопротивлениями нулевой и прямой последовательностей принимают значения, указанные в табл. 1:

Таблица 1.

Характеристика линии	Отношение х0 / х1
1. Одноцепная линия без тросов	3.5
2. То же со стальными тросами	3.0
3. То же с хорошо проводящими тросами	2.0
4. Двухцепная линия без тросов	5.5
5. То же со стальными тросами	4.7
6. То же с хорошо проводящими тросами	3.0

Реактивное ёмкостное сопротивление провода ВЛ (поперечное на 1 км) определяется по следующим выражениям:

• для прямой (обратной) последовательности без учёта влияния земли:

где r – радиус провода; ?_ср – среднее геометрическое расстояние проводами фаз;

• для нулевой последовательности:

где ?_ср^′— средний геометрический радиус систем трех проводов линии;

– среднее расстояние проводов фаз А, В и С до их зеркальных отображений относительно поверхности земли; ℎ_?, ℎ_?, ℎ_? − высоты подвеса проводов фаз относительно земли.

Заземленный трос заметно влияет только на емкостное сопротивление нулевой последовательности:

где ?т – радиус троса; ?пт – среднее геометрическое расстояние между проводами и тросом; – среднее расстояние между проводами фаз А, В, С и зеркальным отражением троса, подвешенного на высоте ℎ_т.

Средние значения высоты подвеса нижнего провода зависят от значения напряжения (см. табл. 2) и составляют:

Таблица 2. Высота подвеса нижнего провода

Напряжение, кВ	35	110	220	330	500
Высота подвеса нижнего провода, м	8	9	10	15	15

Емкостное сопротивление всей линии определяется делением километрического емкостного сопротивления на полную длину линии в км.

Просмотров: 4 445

Схемы электрических соединений | Устройство ЭС, ПС и ЛЭП

Страница 43 из 62

Глава XVI
СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Электрические цепи распределительных устройств и подстанций разделяют на два основных вида: первичные и вторичные.
К первичным цепям относятся шинные соединения и токоведущие части аппаратов, соединяемые в определенной последовательности.
К вторичным относятся цепи, при помощи которых в первичных цепях РУ подстанций осуществляют электрические измерения, релейную защиту, сигнализацию, дистанционное управление, автоматику. Вторичные цепи обеспечивают контроль, защиту, удобное и безопасное обслуживание первичных цепей.
Все электрические соединения РУ и подстанций изображают на принципиальных схемах первичных и вторичных цепей.
В данной главе описаны принципиальные схемы первичных цепей; о принципиальных схемах вторичных цепей говорится в главе XX.
Принципиальные схемы первичных цепей выполняют однолинейными и трехлинейными. В изображении первичных цепей РУ и подстанций чаще всего пользуются однолинейными схемами, в которых показывают соединения только в одной фазе установки. При этом подразумевается полная аналогия соединений и в двух других фазах; участки однолинейной схемы, в которых аналогия отсутствует, показывают в трехлинейном изображении. Трехлинейные схемы составляют обычно только для отдельных элементов установки.
На принципиальных схемах первичных цепей графическими условными обозначениями показывают все основные элементы  установки: шиноустройства, разъединители, выключатели, предохранители, трансформаторы, реакторы и т. п. соединения между ними. Кроме того, чтобы лучше представить себе работу установки и ее отдельных участков, в этих схемах обычно показывают без электрических соединений основные приборы и аппараты вторичных цепей, измерительные приборы, приборы релейной защиты и автоматики.
На однолинейных схемах указывают типы и основные характеристики аппаратуры; по этим схемам составляют монтажные чертежи и схемы. Однолинейная схема является также руководством для дежурного персонала при оперативной работе на действующих установках.

§ 55. Схемы линейных присоединений

Под линейным присоединением понимают присоединенные к главным шинам РУ отходящие и приходящие линии со всеми относящимися к ним аппаратами и приборами управления, защиты, измерения и т. д.
По назначению различают линейные присоединения: в в о д о в— питающих линий; связей — между двумя РУ или подстанциями, каждые из которых имеют свои вводы; отходящих линий (направлений) — для питания других РУ и подстанций, а также для присоединения силовых и измерительных трансформаторов и разрядников.
На рис. 159 приведены сокращенные (без изображения приборов защиты и измерения) принципиальные схемы присоединений вводов, связей и отходящих линий к главным шинам РУ.
Линия (рис. 159, а) присоединена к главным шинам РУ через плавкие предохранители и шинный разъединитель. Плавкие предохранители защищают линию от сверхтоков, а разъединитель служит для отсоединения линии и предохранителей от шин РУ при замене предохранителей и ремонте линии.
Включать и отключать разъединителем линию под нагрузкой нельзя, поэтому перед отключением или включением нужно убедиться в том, что нагрузка со стороны потребителя снята. Кроме того, необходимо помнить, что отключение свободной от нагрузки линии связано с разрывом ее зарядного тока, величина которого тем больше, чем длиннее линия.
Установленный вместо разъединителя выключатель нагрузки (рис. 159, б) позволяет отключать и включать линию при нагрузке в пределах номинальной.
На схеме на рис. 159, в применен выключатель, который позволяет включать и отключать линию при любых условиях: при нормальных нагрузках, перегрузках и при коротких замыканиях. На этом присоединении установлены измерительные трансформаторы тока.  Линейный и шинный разъединители служат для снятия напряжения с выключателя и трансформаторов тока при их осмотре; ремонте, проверке и других работах.
Операции разъединителями возможны только при отключенном выключателе, который разрывает цепь тока, поэтому порядок отключения линии следующий: сначала отключают выключатель затем линейный и, наконец, шинный разъединители. Порядок включения линии обратный. 

Рис. 159. Принципиальные схемы линейных присоединений к главным шинам РУ:
а —присоединение через разъединитель и предохранители; б —  присоединение с выключателем нагрузки, в — присоединение с выключателем мощности; г — присоединение с выключателем и установкой на линии разрядников и разъединителя с заземляющими ножами; д — присоединение с включением реактора

Такой вариант присоединения применяют для ответственных линий при значительных нагрузках и большой величине тока короткого замыкания.
На рис. 159, г показано присоединение, аналогичное присоединению, изображенному на рис. 159, в, но имеющее линейный разъединитель с заземляющими ножами и разрядники. Обычно этот вариант схемы применяют при присоединении воздушных линий.
Заземляющие ножи служат для заземления и закорачивания линии после ее отключения, так как в противном случае в отключенной линии могут возникнуть электрические заряды, индуктируемые атмосферным электричеством или действием рядом проложенных линий.
Разрядники предназначены для отвода в землю электрических зарядов атмосферного электричества, создающих во включенной линии значительные перенапряжения, опасные для всей установки. В открытых РУ разрядники присоединяют непосредственно к главным шинам.
На рис. 159, д линия присоединена через линейный реактор, который служит для ограничения токов короткого замыкания. Такое присоединение применяют для линий, отходящих от РУ напряжением 6—10 кВ с мощными трансформаторами и генераторами, короткие замыкания вблизи которых вызывают большие токи.

§ 56. Схемы главных шин

Главные шины — основной элемент распределительного устройства: они принимают электроэнергию от источников питания (вводов) и распределяют ее между отходящими линиями. Надежность и бесперебойность электроснабжения в большой мере зависят от главных шин.

Рис. 160. Схемы одиночных систем главных шин РУ:
а — несекционированная система; б — секционированная разъединителем система; в — секционированная выключателем система
Схемы главных шин многочисленны (от простых до очень сложных). Ниже рассмотрены принципиальные схемы наиболее часто встречающихся систем главных шин.
На рис. 160 приведены схемы одиночных систем главных шин РУ. Наиболее простой является одиночная несекционированная система (рис. 160, а). В схеме все питающие и отходящие линии соединены с системой главных шин и представляют собой единое устройство. Приведенная схема проста, наглядна, не требует больших затрат на ее выполнение и несложна в эксплуатации. Однако эта схема имеет ряд существенных недостатков:
ремонт и ревизия главных шин, любого шинного разъединителя требуют отключения питающих линий, т. е. полного снятия напряжения и прекращения электроснабжения потребителей;
короткое замыкание на главных шинах или на любом шинном разъединителе вызывает автоматическое отключение (под действием релейной защиты) питающих линий,  а следовательно, полное прекращение электроснабжения потребителей на время, необходимое для устранения повреждения.
Обычно такую схему применяют лишь в установках небольшой мощности с одним источником питания (электроснабжение потребителей 3-й категории).
При наличии двух и более питающих линий одиночную систему целесообразно секционировать, т. е. разделить на участки, например, при помощи разъединителей, называемых секционными (рис. 160, б). При одиночной секционированной системе главных шин каждую питающую линию присоединяют к отдельной секции и от каждой секции питается своя группа отходящих линий.
В зависимости от режима и условий эксплуатации работа секций возможна с отключенным или включенным секционным разъединителем, т. е. возможна раздельная или параллельная работа питающих линий.
Секционирование главных шин позволяет:

1. поочередно отключать секции с целью профилактических ремонтов и ревизий главных шин и шинных разъединителей, для чего на данной секции отключают все отходящие линии, питающую линию и секционный разъединитель. При этом электроснабжение от других секций не нарушается;
2. при раздельной работе секций осуществлять питание отключившейся секции от соседней путем включения секционного разъединителя;
3. при совместной работе секций, в случае короткого замыкания на шинах одной из них, быстро восстанавливать питание потребителей исправной секции, отключая секционный разъединитель и включая выключатель соответствующей питающей линии.

В ряде случаев применяют секционирование шин не разъединителем, а выключателем (рис. 160, в), что в еще большей степени повышает бесперебойность электроснабжения. Например, если секции работают совместно и на шинах одной из них возникает короткое замыкание, то следует автоматическое отключение от релейной защиты секционного выключателя и выключателя питающей данную секцию линии. При этом электроснабжение потребителей от соседней секции не прекратится, так как ее питающая линия в данном случае не отключится.  
Если же секционный выключатель снабдить устройством для автоматического включения резервного питания (АВР), то с его помощью можно осуществить мгновенное включение в том случае, когда прекратится питание одной из раздельно работающих секций.
Применение устройств АПВ на выключателях питающих линий и секционном выключателе также обеспечивает бесперебойность электроснабжения потребителей.
При наличии секционного выключателя с устройствами АВР и АПВ и резервного питания на полную мощность может быть обеспечено электроснабжение потребителей 2-й и даже 1-й категорий.
Одиночные главные шины секционируют в РУ и на подстанциях с достаточно большой нагрузкой (распределительные подстанции, трансформаторные подстанции предприятий и др.).

Рис. 161. Схемы двойной системы главных шин РУ: а —схема соединений; б —оперативное положение схемы после замены выключателя на линии Л-2 шиносоединительным выключателем

 В схеме с двойными главными шинами (рис. 161, а) каждую питающую и отходящую линию присоединяют к главным шинам I и II через выключатель и развилку шинных разъединителей.
В обычном режиме система I находится в работе (рабочая), а система II — в резерве (резервная). В соответствии с этим разъединители рабочей системы включены, а резервной — отключены.
Любая система шин может быть рабочей или резервной. Для соединения рабочей и резервной систем служит шиносоединительный выключатель ВШ, разъединители которого обычно включены. Шиносоединительный выключатель оснащен релейной защитой.
Наличие двух систем главных шин с шиносоединительным выключателем обеспечивает наибольшую надежность и бесперебойность в электроснабжении потребителей, так как при ремонте любой системы шин, повреждениях и коротких замыканиях на рабочей системе главных шин электроснабжение может быть быстро восстановлено путем ввода в работу резервной системы. Ремонт любого шинного разъединителя связан с отключением только данной линии; любой выключатель можно заменить шиносоединительным (рис. 161, б).
Для ремонта рабочей системы шин включают шиносоединительный выключатель и, таким образом, ставят резервную систему под напряжение; включают на резервные шины поочередно вторые шинные разъединители каждой подключенной линии; отключаю! от рабочей системы поочередно первые шинные разъединители каждой линии.
Операции с разъединителями производят под нагрузкой, т. е. без отключения выключателей. Это вполне безопасно, так как при включении второго разъединителя и последующем отключении первого возникают две параллельные цепи питания, что исключает возможность образования дуги на контактах разъединителей.
После переключения шинных разъединителей всех линий шиносоединительный выключатель отключают, снимая с рабочей системы напряжение.
Для ремонта любого шинного разъединителя рабочей системы шин отключают выключатель данной линии и его шинный разъединитель со стороны рабочей системы шин. Все остальные присоединения установки переводят на резервную систему, оставляя рабочую систему без напряжения.
Второй разъединитель (со стороны резервной системы), в развилке с которым стоит разъединитель, подлежащий ремонту, остается отключенным.
Для замены выключателя любой линии шиносоединительным выключателем путем переключений создают схему, делящую установку на две независимо работающие части (см. рис. 161, б).
При ремонте выключателя какой-либо линии (например, Л-2), по которой необходимо сохранить электроснабжение, отключают подлежащий ремонту выключатель и его шинные и линейные разъединители. Выключатель удаляют, а концы подходящих и отходящих шин соединяют временными перемычками. Включают шинный разъединитель линии, с которой снят выключатель, на резервную систему, затем включают линейный разъединитель данной линии и шиносоединительный выключатель. Таким образом создается цепь, в которой роль линейного выключателя играет шиносоединительный.
Линию отключают только на то время, которое необходимо для удаления в ремонт выключателя и производства переключений.
Для восстановления электроснабжения после аварии в рабочей системе главных шин отключают выключатели всех линий, переключают шинные разъединители на резервную систему шин, включают выключатели питающих, а затем отходящих линий.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

 

2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

Параметры фаз линий электропередач равномерно распределены по ее дли­не, т.е. линия электропередачи представляет собой цепь с равномерно распреде­ленными параметрами. Точный расчет схемы, содержащей такую цепь, приводит к сложным вычислениям. В связи с этим при расчете линий электропередач в об­щем случае применяют упрощенные Т- и П-образные схемы замещения с сосре­доточенными параметрами (рис. 2.1). Погрешности электрического расчета линии при Т- и П-образной схемах замещения примерно одинаковы. Они зависят от длины линии.

Допущение о сосредоточенности реально равномерно распределенных па­раметров по длине ЛЭП справедливо при протяженности воздушных линий (ВЛ), не превышающей 300—350 км, а для кабельных линий (КЛ) 50—60 км. Для ЛЭП большей длины применяют различные способы учета распределенности их па­раметров¹.

Моделирование протяженных ЛЭП рассматривается в параграфе 2.5.

 

Рис. 2.1. Схема замещения ЛЭП с сосредоточенными параметрами: а — Т-образная; 6 — П-образная

Размерность схемы ЭС и, соответственно, системы моделирующих уравнений определяется числом узлов схемы. Поэтому в практических расчетах, в особенности с использованием ЭВМ, чаще используют П-образную схему замещения, имеющую одно преимущество — меньшую в 1,5 раза размерность схемы в сопоставлении с мо­делированием ЛЭП Т-образной схемой. Поэтому дальнейшее изложение будет вес­тись применительно к П-образной схеме замещения ЛЭП [24, 25].

Выделим в схемах замещения продольные элементы — сопротивления ЛЭП Z=R+jX и поперечные элементы — проводимости Y=G+jB (рис.1.1). Значения указанных параметров для ЛЭП определяются по общему выражению

П = По·L, (2.1)

где П {R₀,X_0,g₀,b₀}— значение продольного или поперечного параметра, отне­сенного к 1 км линии протяженностью L, км: Иногда эти параметры именуются погонными.

Для ЛЭП конкретного исполнения и класса напряжения используют частные случаи этих схем в зависимости от физического проявления и величины (зна­чения) соответствующего параметра. Рассмотрим кратко суть этих параметров.

Активное сопротивление обуславливает нагрев проводов (тепловые потери) и зависит от материала токоведущих проводников и их сечения. Для линий с про­водами небольшого сечения, выполненных цветным металлом (алюминий, медь), активное сопротивление принимают равным омическому (сопротивлению посто­янному току), поскольку проявление поверхностного эффекта при промышлен­ных частотах 50—60 Гц незаметно (около 1 %). Для проводов большого сечения (500 мм² и более) явление поверхностного эффекта при промышленных частотах значительно.

Активное погонное сопротивление линии определяется по формуле, Ом/км,

(2.2)

где ρ — удельное активное сопротивление материала провода, Ом-мм²/км; F— сечение фазного провода (жилы), мм². Для технического алюминия в зависимо­сти от его марки можно принять ρ = 29,5—31,5 Ом · мм ²/км, для меди ρ = 18,0— 19,0Ом·мм²/км.

Активное сопротивление не остается постоянным. Оно зависит от темпера­туры провода, которая определяется температурой окружающего воздуха (сре­ды), скоростью ветра и значением проходящего по проводу тока.

Омическое сопротивление упрощенно можно трактовать как препятствие направленному движению зарядов узлов кристаллической решетки материала проводника, совершающих колебательные движения около равновесного состоя­ния. Интенсивность колебаний и, соответственно, омическое сопротивление воз­растают с ростом температуры проводника.

Зависимость активного сопротивления от температуры провода t определя­ется в виде

(2-3)

где — нормативное значение сопротивления R_o, рассчитывается по формуле (2.2), при температуре проводника t = 20⁰C; α— температурный коэффициент электрического сопротивления, Ом/град (для медных, алюминиевых и сталеалюминевых проводов α = 0,00403, для стальных α = 0,00455).

Трудность уточнения активного сопротивления линий по (2.3) заключается в том, что температура провода, зависящая от токовой нагрузки и интенсивности охлаждения, может заметно превышать температуру окружающей среды. Необхо­димость такого уточнения может возникнуть при расчете сезонных электрических режимов [26].

При расщеплении фазы ВЛ на n одинаковых проводов в выражении (2.2) необходимо учитывать суммарное сечение проводов фазы:

(2.4)

Индуктивное сопротивление обусловлено магнитным полем, возникающим вокруг и внутри проводника при протекании по нему переменного тока. В про­воднике наводится ЭДС самоиндукции, направленная в соответствии с принци­пом Ленца, противоположно ЭДС источника

Противодействие, которое оказывает ЭДС самоиндукции изменению ЭДС источника, и обуславливает индуктивное сопротивление проводника. Чем боль­ше изменение потокосцепления dΨ/dt, определяемое частотой тока ω=2πf (ско­ростью изменения тока di / dt), и величина индуктивности фазы L, зависящая от конструкции (разветвленное™) фазы и трехфазной ЛЭП в целом, тем больше ин­дуктивное сопротивление элемента X =ωL. To есть для одной и той же линии (или просто электрической катушки) с ростом частоты питающего тока f индук­тивное сопротивление увеличивается. Естественно, что при нулевой частоте (ω=2πf=0), например, в сетях постоянного тока, индуктивное сопротивление ЛЭП отсутствует.

На индуктивное сопротивление фаз многофазных ЛЭП оказывает влияние также взаимное расположение фазных проводов (жил). Кроме ЭДС самоиндук­ции, в каждой фазе наводится противодействующая ей ЭДС взаимоиндукции. Поэтому при симметричном расположении фаз, например, по вершинам равно­стороннего треугольника, результирующая противодействующая ЭДС во всех фа­зах одинакова, а следовательно, одинаковы пропорциональные ей индуктивные сопротивления фаз. При горизонтальном расположении фазных проводов потокосцепление фаз неодинаково, поэтому индуктивные сопротивления фазных про­водов отличаются друг от друга. Для достижения симметрии (одинаковости) па­раметров фаз на специальных опорах выполняют транспозицию (перестановку) фазных проводов.

Индуктивное сопротивление, отнесенное к 1 км линии, определяется по эм­пирической формуле, Ом/км,

(2.5)

Если принять частоту тока 50 Гц, то при указанной частоте ω=2πf= 314рад/с для проводов из цветных металлов (μ = 1) получим, Ом/км,

(2.6)

а при частоте 60 Гц соответственно (ω = 376,8 рад/с), Ом/км

(2.7)

При сближении фазных проводов влияние ЭДС взаимоиндукции возрастает,

что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления ЛЭП (табл. П 1.10 – П 1.11). Особенно заметно снижение индуктивного сопротивления (в 3—5 раз) в ка­бельных линиях. Разработаны компактные ВЛ высокого и сверхвысокого напря­жения повышенной пропускной способности со сближенными фазами с исполь­зованием эффекта взаимного влияния цепей и сниженным на 25—30 % индуктив­ным сопротивлением [2, 3, 7].

Величина среднегеометрического расстояния между фазными проводами (жилами), м,

(2.8)

зависит от расположения фазных проводов (шин). Фазы ВЛ могут располагаться горизонтально или по вершинам треугольника, фазные шины токопроводов в горизонтальной или вертикальной плоскости, жилы трехжильного кабеля — по вершинам равностороннего треугольника. Значения D_cp и r_np должны иметь оди­наковую размерность.

При отсутствии справочных данных фактический радиус многопроволочных проводов r_пр можно определить по суммарной площади сечения токоведущей и стальной части провода, увеличив его с учетом скручивания на 15—20 %, т.е.

(2.9)

Отметим, что индуктивное сопротивление состоит из двух составляющих: внешней и внутренней. Внешнее индуктивное сопротивление X^’₀ определяется внешним магнитным потоком, образованным вокруг проводов, и значениями D_cp и r_пр. Естественно, что с уменьшением расстояния между фазами растет влияние ЭДС взаимоиндукции и индуктивное сопротивление снижается, и наоборот. У ка­бельных линий с их малыми расстояниями между токоведущими жилами (на два порядка меньше, чем в ВЛ) индуктивное сопротивление значительно (в 3—5 раз) меньше, чем у воздушных. Для определения Х_о кабельных линий формулы (2.5) и (2.6) не применяют, так как они не учитывают конструктивных особенностей кабелей.

Рис. 2.2. Изменение Ro и Х_о в зависимости от сечений проводов и жил кабелей из цветных металлов

Поэтому при расчетах пользуются заводскими данными об индуктивном сопротивлении кабелей [25, 27], приведенными в прил. 1 (табл. П 1.3 и П 1.4). Внутреннее индуктивное сопротивление Х^’’₀ определяется внутренним потоком, замыкающимся в проводах.

Для стальных проводов (см. параграф 2.4) его значение находится в зависимости от токовой нагрузки и дается в справочной литературе и табл. П 1.7 и П 1.8.

Таким образом, активное сопротивление ЛЭП зависит от материала, сече­ния и температуры провода. Зависимость R_o = φ(F) обратно пропорциональна се­чению провода, ярко выражена при малых сечениях, когда R_o имеет большие значения, и мало заметна при больших сечениях проводов. Индуктивное сопро­тивление ЛЭП определяется исполнением линии, конструкцией фазы (рис. 2.2) и практически не зависит от сечения проводов (значение lg(D_cp /г_пр) ≈ const).

Емкостная проводимость обусловлена емкостями между фазами, фазными проводами (жилами) и землей. В схеме замещения ЛЭП используется расчетная (ра­бочая) емкость плеча эквивалентной звезды, полученной из преобразования тре­угольника проводимостей С = C^а₀ + ЗС_аЬ в звезду (рис. 2.3, в).

Рис. 2.3. Емкости трехфазных линий электропередачи:

а—воздушной линии; б — кабельной линии; в — преобразование треугольника емкостей в звезду

В практических расчетах рабочую емкость трехфазной ВЛ с одним прово­дом в фазе на единицу длины (Ф/км) определяют по формуле

(2.10)

Рабочая емкость кабельных линий существенно выше емкости ВЛ, так как жилы кабеля очень близки друг к другу и заземленным металлическим оболоч­кам. Кроме того, диэлектрическая проницаемость кабельной изоляции значитель­но больше единицы — диэлектрической проницаемости воздуха. Большое разно­образие конструкций кабеля, отсутствие их геометрических размеров усложняет определение ее рабочей емкости, в связи с чем на практике пользуются данными эксплуатационных или заводских замеров (например, табл. 2.1).

Емкостная проводимость ВЛ и КЛ, См/км, определяется по общей формуле

b₀=ωc₀ (2.10 а)

Таблица 2.1

Рабочая емкость С_о(·10^-6), Ф/км, трехжильных кабелей с поясной изоляцией

Напря­жение,	Сечение жилы мм2
кВ
До1	0,35 0,20 -	0,40 0,23 -	0,50 0,28 0,23	0,53 0,31 0,27	0,630 0,36 0,29	0,72 0,40 0,31	0,77 0,42 0,32	0,81 0,46 0,37	0,86 0,51 0,44	0,86 0,53 0,45	0,58 0,60

 

С учетом (2.10 а) для воздушной линии при частоте тока 50 Гц имеем, См/км,

(2.11)

 

 

а для ВЛ с частотой питающего напряжения 60 Гц получим, См/км,

(2.12)

Емкостная проводимость КЛ зависит от конструкции кабеля и указывается заводом-изготовителем, но для ориентировочных расчетов она может быть оце­нена по формуле (2.11).

Под действием приложенного к линии напряжения через емкости линий протекают емкостные (зарядные) токи. Тогда расчетное значение емкостного тока на единицу длины, кА/км,

(2.13)

и отвечающая ему зарядная мощность трехфазной ЛЭП, Мвар/км,

(2.14)

зависят от напряжения в каждой точке линии.

Значение зарядной мощности для всей ЛЭП определяется через действи­тельные (расчетные) напряжения начала и конца линии, Мвар,

(2.15)

либо приближенно по номинальному напряжению линии

(2.16)

Для кабелей 6—35 кВ с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой известны генерации реактивной мощности q₀ на один километр линии (табл. П 1.4), с уче­том которой общая генерация КЛ определится в виде

Q_Cкл=q₀L. (2.17)

ЛЭП с поперечной емкостной проводимостью, потребляющая из сети опе­режающий напряжение емкостный ток, следует рассматривать как источник ре­активной (индуктивной) мощности, чаще называемой зарядной. Имея емкостной характер, зарядная мощность уменьшает индуктивную составляющую нагрузки, передаваемой по линии к потребителю.

В схемах замещения ВЛ, начиная с номинального напряжения 110 кВ, и в КЛ 35 кВ и более (рис. 2.6) следует учитывать поперечные ветви (шунты) в виде емкостных проводимостей В_с или генерируемых ими реактивных мощностей Q_c.

Расстояние между фазами ЛЭП в каждом классе напряжения, особенно для ВЛ, практически одинаково, что и определяет неизменность результирующего потокосцепления фаз и емкостного эффекта линий. Поэтому для ВЛ традиционного исполнения (без глубокого расщепления фаз и специальных конструкций опор) реактивные параметры мало зависят от конструктивных характеристик линии, так как отношение расстояния между фазами и сечения (радиуса) проводов прак­тически неизменны, что в приведенных формулах отражено логарифмической функцией.

При выполнении фаз ВЛ 35—220 кВ одиночными проводами их индуктивное сопротивление изменяется в узких пределах: Х_о =(0,40-0,44) Ом/км, а емкостная

проводимость лежит в пределах b_о = (2,6 — 2,8) • 10^-6 См/км. Влияние изменения площади сечения (радиуса) жил кабеля на Х_о более заметно, чем в ВЛ. Поэтому для КЛ имеем более широкое изменение индуктивного сопротивления: Х_о ≈ (0,06-0,15) Ом/км. Для кабельных линий всех марок и сечений напряжением 0,38—10 кВ индук­тивное сопротивление лежит в более узком интервале (0,06—0,10 Ом/км) и определя­ется из таблиц физико-технических данных кабелей.

Среднее значение зарядной мощности на 100 км для ВЛ 110кВ состав­ляет около 3,5 Мвар, для ВЛ 220 кВ — 13,5 Мвар, для ВЛ 500 кВ — 95 Мвар. Учет этих показателей позволяет исключить значительные ошибки при расчете параметров линий или использовать указанные параметры в приближенных рас­четах, например для оценки по реактивным параметрам ВЛ ее протяженности (км) в виде

(2.18)

Активная проводимость обусловлена потерями активной мощности ΔР из-за несовершенства изоляции (утечки по поверхности изоляторов, токов проводи­мости (смещения) в материале изолятора) и ионизации воздуха вокруг проводни­ка вследствие коронного разряда. Удельная активная проводимость определяется по общей формуле для шунта, См/км,

(2.19)

где U_H0M — номинальное напряжение ЛЭП в кВ.

Потери в изоляции ВЛ незначительны, и явление коронирования в ВЛ воз­никает только при превышении напряженности электрического поля у поверхно­сти провода, кВ_макс/см:

(2.19 а)

критическая величина около 17—19 кВ/см. Такие условия для коронирования возникают в ВЛ 110 кВ и более высокого напряжения.

Коронирование и, соответственно, потери активной мощности сильно зави­сят от напряжения ВЛ, радиуса провода, атмосферных условий и состояния по­верхности провода. Чем больше рабочее напряжение и меньше радиус проводов, тем больше напряженность электрического поля. Ухудшение атмосферных усло­вий (высокая влажность воздуха, мокрый снег, изморозь на поверхности прово­дов), заусенцы, царапины также способствуют росту напряженности электриче­ского поля и, соответственно, потерь активной мощности на коронирование. Ко­ронный разряд вызывает помехи на радио- и телевизионный прием, коррозию по­верхности проводов ВЛ.

Для снижения потерь на корону до экономически приемлемого уровня пра­вилами устройства электроустановок (ПУЭ) [12] установлены минимальные се­чения (диаметры) проводов. Например, для ВЛ 110 кВ — АС 70 (11,8 мм), для ВЛ 220 кВ — АС 240 (21,6 мм).

Потери мощности на коронирование учитывают при моделировании ВЛ с номинальным напряжением 330 кВ и более (рис. 2.5)².

² В технико-экономических расчетах, связанных с учетом стоимости потерь электроэнергии, потери на коронирование следует учитывать в ВЛ начиная с напряжения 220 кВ, диэлектриче­ские потери в КЛ — с напряжения 35 кВ.

 

В КЛ под влиянием наибольшей напряженности находятся слои поясной изоляции у поверхности жил кабеля. Чем выше рабочее напряжение кабеля, тем заметнее токи утечки через материал изоляции и нарушение ее диэлектрических свойств. Последние характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg5, принимаемым по данным завода-изготовителя.

Активная проводимость кабеля на единицу длины

(2.20)

и соответствующий ток утечки в изоляции кабеля, А,

(2.21)

Тогда диэлектрические потери в материале изоляции КЛ, МВт,

(2.22)

Их следует учитывать для КЛ с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

 

2.2. ВОЗДУШНЫЕ ЛЭП С РАСЩЕПЛЕННЫМИ ФАЗАМИ

Если каждая фаза выполнена двумя и более проводами, то такая конструк­ция фазы считается расщепленной. В линиях традиционного исполнения с номи­нальным напряжением 330 кВ фазы расщеплены на два провода, в линиях 500 кВ — на три провода, в линиях 750 кВ — на четыре-пять проводов. В Краснояр­ской энергосистеме эксплуатируется ВЛ 220 кВ Дивногорск — Красноярск с расщеплением фазы на два провода. Существуют экспериментальные ВЛ [2, 7] по­вышенной пропускной способности с 6—8 и более проводами в фазе.

Основным назначением расщепления фаз является увеличение пропускной способности и снижение (ограничение) коронирования ВЛ до экономически при­емлемого уровня. Увеличение пропускной способности достигается при неизмен­ном номинальном напряжении и сечении путем снижения индуктивного сопро­тивления ЛЭП. Так, при выполнении фазы n одинаковыми проводами погонное активное сопротивление фазы уменьшается в n раз, т. е.

Однако для ВЛ указанных номинальных напряжений характерны соотно­шения между параметрами R_o«X_o. Поэтому увеличение пропускной способно­сти достигается в основном снижением индуктивного сопротивления. При n про­водах в фазе увеличивается эквивалентный радиус расщепления конструкции фа­зы (рис. 2.4):

(2-23)

где а — расстояние между проводами в фазе, равное 40—60 см.

Анализ зависимости (2.23) показывает, что эквивалентный радиус фазы из­меняется в диапазоне от 9,3 см (при n = 2) до 65 см (при n = 10) и мало зависит от сечения провода. Основным фактором, определяющим изменение ,является количество проводов в фазе [2, 7, 8]. Так как эквивалентный радиус расщепленной фазы намного больше действительного радиуса провода нерасщепленной фа­зы ( »r_пр), то индуктивное сопротивление такой ВЛ, определяемое по преоб­разованной формуле вида (1.6), Ом/км, уменьшается:

(2.24)

Рис. 2.4. К определению радиуса конструкции расщепленной фазы

Снижение Х_о достигаемое, в основном, за счет уменьшения внешнего со­противления Х’_о,относительно невелико. Например, при расщеплении фазы воз­душной линии 500 кВ на три провода — до 0,29—0,30 Ом/км, т. е. примерно на треть. Соответственно с уменьшением сопротивления Z =(R_o + jX₀)L = Ze^jΨ уве­личивается пропускная способность (идеальный предел) линии:

(2.25)

Естественно, что с увеличением эквивалентного радиуса фазы снижа­ется напряженность электрического поля вокруг фазы и, следовательно, потери мощности на коронирование. Тем не менее, суммарные значения этих потерь для ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения (220 кВ и более) составляют заметные величины, учет которых необходим при анализе режимов линий указанных клас­сов напряжений (рис. 2.5).

Расщепление фазы на несколько проводов увеличивает емкость ВЛ и соот­ветственно емкостную проводимость:

(2.26)

Например, при расщеплении фазы ВЛ 220 кВ на два провода проводимость

возрастает с 2,7·10^-6 до 3,5·10^-6 См/км. Тогда зарядная мощность ВЛ 220 кВ сред­ней протяженности, например 200 км, составляет

Q_c = b₀LU²_н; = 3,5 10^-6 · 200 ·220²= 33,88 Мвар,

что соизмеримо с передаваемыми мощностями по ВЛ данного класса напряжения, в частности, с натуральной мощностью линии

(2.27)

 

 

Характерные данные и соотношения для параметров ЛЭП различного класса напряжения приведены в табл. 2.2.

 

Таблица 2.2

Конструктивные и схемно-режимные параметры воздушных линий

Uh,kB	0,22 — 0,38	6—10
D,m	0,4 — 0,5	0,7 — 0,9	2,5 — 3,0	4,0 — 4,5	5,5 — 6,0	7,0 — 7,5	8,5 — 9,0	10,0 — 12,0
*nиз,шт			3 — 4	6 — 7	9—10	12—14	19 — 22	31 — 34
Длина пролета, м	35 — 45	60 — 80	150 — 200	170 — 250	200 — 250	250 — 300	300 — 400	350 — 450
Х0, Ом/км	0,29 — 0,35	0,33 — 0,37	0,40 — 0,41	0,41—0,43	0,42 — 0,44	0,42 — 0,44	0,32	0,29
bо·10-6 См /км	2,6 — 2,8	3,4 — 3,5	3,6 — 3,9
Qc·10-2Мвар/ км	—	—	—	3 — 4	6 — 7	12—13	40 — 42	90 — 95
**ΔРо кВт/км	—	—	—	—	—	1 —2	4 — 5	8—10

^*n_из— количество изоляторов; ^** ΔР₀ — потери на коронирование при хорошей погоде

 

2.3. СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Выше приведена характеристика отдельных элементов схем замещения ли­ний. В соответствии с их физическим проявлением при моделировании электри­ческих сетей используют схемы ВЛ, КЛ и шинопроводов, представленные на рис.2.5 — 2.7. Приведем некоторые обобщающие пояснения к этим схемам.

При расчете симметричных установившихся режимов ЭС схему замещения составляют для одной фазы, т. е. продольные ее параметры, сопротивления Z = R + jX изображают и вычисляют для одного фазного провода (жилы), а при расщеплении фазы — с учетом количества проводов в фазе и эквивалентного ра­диуса фазной конструкции ВЛ.

Емкостная проводимость В_с, как отмечено в параграфе 2.1, учитывает про­водимости (емкости) между фазами, между фазами и землей и отражает генера­цию зарядной мощности всей трехфазной конструкции линии:

и

Активная проводимость линии G, изображаемая в виде шунта между фазой (жилой) и точкой нулевого потенциала схемы (землей), включает суммарные по­тери активной мощности на корону (или в изоляции) трех фаз:

и (2.28)

Поперечные проводимости (шунты) Y = G + jB в схемах замещения можно не изображать, а заменять мощностями этих шунтов (рис. 2.5, би рис. 2.6, б). Например, вместо активной проводимости показывают потери активной мощности в ВЛ

(2.29)

или в изоляции КЛ

(2.30)

Взамен емкостной проводимости указывают генерацию зарядной мощности

(2.30 а)

Указанный учет поперечных ветвей ЛЭП нагрузками упрощает оценку электрических режимов, выполняемых вручную. Такие схемы замещения линий именуют расчетными (рис. 2.5, б и рис. 2.6, б).

В ЛЭП напряжением до 220 кВ при определенных условиях можно не учи­тывать те или иные параметры, если их влияние на работу сети несущественно. В связи с этим схемы замещения линий, показанные на рис. 2.1, в ряде случаев мо­гут быть упрощены.

В ВЛ напряжением до 220 кВ потери мощности на корону, а в КЛ напряже­нием до 35 кВ диэлектрические потери незначительны. Поэтому в расчетах элек­трических режимов ими пренебрегают и соответственно принимают равной нулю активную проводимость (рис. 2.6). Учет активной проводимости необходим для ВЛ напряжением 220 кВ и для КЛ напряжением 110 кВ и выше в расчетах, тре­бующих вычисления потерь электроэнергии, а для ВЛ напряжением 330 кВ и выше также при расчете электрических режимов (рис. 2.5).

 

 

Рис. 2.5. Схема замещения ВЛ 330(220)—500 кВ и КЛ 110—500 кВ:

а — полная с поперечными проводимостями; б — расчетная

 

Рис. 2.6. Схема замещения ВЛ 110—220 кВ и КЛ 35 кВ:

а — с емкостными проводимостями, б — с зарядной мощностью вместо проводимостей

Необходимость учета емкости и зарядной мощности линии зависит от соиз­меряемости зарядной и нагрузочной мощности. В местных сетях небольшой про­тяженности при номинальных напряжениях до 35 кВ зарядные токи и мощности значительно меньше нагрузочных. Поэтому в КЛ емкостную проводимость учи­тывают только при напряжениях 20 и 35 кВ, а в ВЛ ею можно пренебречь.

В районных сетях (110 кВ и выше) со значительными протяженностями (40—50 км и больше) зарядные мощности могут оказаться соизмеримыми с нагрузочными и подлежат обязательному учету либо непосредственно (рис. 2.6, б), либо введением емкостных проводимостей (рис. 2.6, а).

Рис. 2.7. Схема замещения: а — ВЛ 0,38—35 кВ и КЛ 0,38—20 кВ;

б — КЛ 0,38—10 кВ малых сечений

В проводах ВЛ при малых сечениях (16—35 мм²) преобладают активные сопротивления, а при больших сечениях (240 мм² и более в районных 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, и в таком случае индуктивные сопротивления могут не учитываться (рис. 2.7, б).

Необходимость учета индуктивных сопротивлений зависит также от доли реактивной составляющей тока в общей электрической нагрузке. При анализе электрических режимов с низкими коэффициентами мощности (cosφ<0,8) индук­тивные сопротивления КЛ необходимо учитывать. В противном случае возможны ошибки, приводящие к уменьшению действительной величины потери напряже­ния (см. гл. 5).

Схемы замещения ЛЭП постоянного тока могут рассматриваться как част­ный случай схем замещения ЛЭП переменного тока при X = 0 и b = 0.

 

2.4. ЛЭП СО СТАЛЬНЫМИ ПРОВОДАМИ

Основное достоинство стальных проводов — их высокие механические свойства. В частности, временное сопротивление на разрыв стальных проводов достигает 600—700 МПа (60—70 кг/мм²) и более. Поэтому стальные провода применяют при выполнении больших переходов через естественные препятствия (широкие реки, горные ущелья

и т. п.).

Однако сталь обладает значительно более высоким электрическим сопро­тивлением (удельное сопротивление ρ достигает величины 130 Ом·мм²/км) по сравнению с медью и алюминием, которое зависит от сорта стали, способа изготовления провода и от величины тока, протекающего по проводу. Поэтому передача больших мощностей на значительные расстояния затруднена вследствие больших потерь напряжения и электроэнергии.

При передаче по распределительным сетям 6, 10 кВ небольших мощностей (до нескольких сотен кВт), в слабо загруженных сетях до 1000 В монтируют ВЛ со стальными проводами. Кроме того, провода из стали (тросы) используют как элементы повторного заземления низковольтных сетей и устройств грозозащиты высоковольтных ВЛ.

Стальные провода изготавливают из оцинкованных проволок. Без оцинков­ки срок службы стальных проводов мал, провода ржавеют и становятся непригод­ными для работы на воздушных линиях электропередачи [11].

Сталь — это ферромагнитный материал, и поэтому стальные провода обла­дают большой внутренней индуктивностью. Активные сопротивления стальных проводов, так же как и реактивные, зависят от величины протекающего в них то­ка. При токах, близких к нулю, когда магнитный поток в проводе очень мал, ак­тивное и омическое сопротивления проводов практически одинаковы. Разница между этими сопротивлениями тем больше, чем больше магнитная проницае­мость стали и диаметр провода. Стальные провода на линиях переменного тока подвергаются постоянному перемагничиванию, что связано с затратами энергии, возрастающими с увеличением тока. Кроме того, растут потери на вихревые токи и резко проявляется поверхностный эффект. Названные потери активной мощно­сти учитывают соответствующими составляющими активного сопротивления стальных проводов:

где R’_o— сопротивление постоянному току (омическое),

Сталь обладает большей магнитной проницаемостью (μ> 1), чем цветные металлы (медь и алюминий). Активное сопротивление переменному току ЛЭП со стальными проводами выше активного сопротивления ЛЭП того же сечения из меди или алюминия. Величина дополнительных потерь зависит от магнитного по­тока Ф в сечении провода, а магнитный поток определяется магнитной проницае­мостью материала провода р. и напряженностью магнитного поля Н:

Ф = BF = μHF,

где В — магнитная индукция, a F — площадь поперечного сечения провода.

Напряженность магнитного поля пропорциональна току в проводе (H~I), a^{магнитная индукция определяется как током, так и степенью насыщения стали. Поэтому при малых значениях тока магнитный поток, а значит, и дополнительное сопротивление провода растут пропорционально его значению. При некоторой величине тока магнитная индукция становится практически постоянной величи­ной (насыщение стали) и сопротивление стабилизируется. При дальнейшем уве­личении протекающего тока сопротивление начинает уменьшаться вследствие уменьшения магнитной проницаемости стали. Кривые изменения активного со­противления стальных однопроволочных и многопроволочных проводов от тока нагрузки представлены на рис. 2.8 (кривая 1).}

Активное сопротивление стальных проводов зависит от многих факторов (хи­мического состава стали, токовой нагрузки и др.), является очень сложной функцией и его трудно выразить математической формулой. Для определения активных со­противлений стальных проводов используют табличные данные (прил. 1, табл. П 1.7, П 1.8), составленные на основании измерений для разных марок и сечений проводов в зависимости от величины тока.

Индуктивное сопротивление стального провода также определяется двумя составляющими: внешним индуктивным сопротивлением и внутренним ин­дуктивным сопротивлением , Ом/км:

Внешнее индуктивное сопротивление, Ом/км, обусловлено внешним маг­нитным потоком, зависит от геометрических размеров линии и рассчитывается по формуле

 

Рис.2.8. Активные (1) и индуктивные (2) сопротивления стальных проводов;

сопротивление постоянному току (3) и индуктивное сопротивление алюминиевых проводов (4)

Внутреннее индуктивное сопротивление обусловлено магнитным потоком, замыкающимся внутри провода, и определяется магнитной проницаемостью, ко­торая, в свою очередь, зависит не только от конструкции и химического состава стали провода, но и от тока, протекающего в проводе:

Для определения внутреннего индуктивного сопротивления пользуются экспериментальными данными (прил. 1, табл. П 1.7—П 1.8), внешнее индуктив­ное сопротивление определяется по формуле (2.31).

Внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов по своей вели­чине значительно превышает внешнее индуктивное сопротивление и значительно больше, чем у проводов из цветных металлов. У линии передачи с проводами из цветного металла индуктивное сопротивление в основном обусловлено внешним магнитным потоком. Например, у трехфазной линии с проводами А 50 при сред­негеометрическом расстоянии между ними D_cp=l,5 мдоля внутреннего индуктив­ного сопротивления Х’_ов полном Х_о составляет всего 4,1 %. Для ВЛ со стальны­ми проводами ПМС 50 при токе 25 А она составляет 58 %, т. е. в 14 раз больше.

На рис. 1.8 показаны для провода ПС 25 кривые изменения активного (кри­вая 1) и реактивного (кривая 2) сопротивлений в зависимости от величины пере­менного тока. Для сравнения слабовыраженная кривая 3 показывает изменение сопротивления провода постоянному току, а прямая 4 — индуктивного сопротив­ления для алюминиевых проводов.

Активные и реактивные сопротивления однопроволочного провода быстро растут с увеличением его диаметра. Поэтому в электрических сетях однопроволочные провода применяют с диаметром не более 5 мм. Провода с сечением 25 мм и выше выполняют многопроволочными.

Многопроволочные провода имеют значительно лучшие электрические ха­рактеристики, чем однопроволочные, и почти не зависящие от сечения провода. В многопроволочных проводах, благодаря воздушным промежуткам между от­дельными проволоками, из которых свит провод, сопротивление магнитному по­току резко возрастает. Магнитный поток внутри провода уменьшается — умень­шаются активное и реактивное сопротивления провода [11]. В целом удельные активное и реактивное сопротивления стальных проводов в несколько раз превы­шают аналогичные величины проводов из цветного металла. Это означает, что в таких ЛЭП с увеличением тока нагрузки увеличивается сопротивление стального провода, значительно выше потери напряжения и, соответственно, снижается пропускная способность электропередачи. Вследствие этих причин применение стальных проводов ограничено.

 

2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛИНИЙ

Рассмотренное выше моделирование линий электропередачи схемой заме­щенияс сосредоточенными параметрами, допустимое для воздушных линий длиной до 300—350 км и кабельных линий — 50—60 км, вносит в расчетные пара­метры более протяженных (длинных) линий ощутимые погрешности, возрас­тающие с ростом длины ЛЭП.

Однородная ЛЭП представляет собой электрическую цепь с равномерно распределенными параметрами: с сопротивлением Z₀=R₀+jX₀ и проводимо­стью Y_o=g₀+jb₀, неизменными по длине цепи (рис. 2.9, а). Такое представле­ние линий справедливо при условии полной электростатической и электромаг­нитной симметрии фаз, что в реальных условиях обеспечивается их транспозици­ей [10, 11]. Ток и напряжение в линии непре

Что такое однолинейная схема?

Независимо от того, есть ли у вас новый или уже существующий объект, однолинейная схема является жизненно важной дорожной картой для всех будущих испытаний, обслуживания и технического обслуживания. Таким образом, однолинейная диаграмма похожа на балансовый отчет для вашего объекта и дает снимок вашего объекта в определенный момент времени. Он должен меняться по мере изменения вашего объекта, чтобы обеспечить адекватную защиту ваших систем.

Посмотреть продукты и услуги

Эффективная однолинейная схема четко покажет, как связаны основные компоненты электрической системы, включая резервное оборудование и доступные запасные части.Он показывает правильный путь распределения мощности от входящего источника питания к каждой последующей нагрузке, включая номинальные значения и размеры каждого элемента электрооборудования, его проводников и защитных устройств.

На многих технологических объектах нагрузки постоянно добавляются или удаляются с небольшими приращениями. Чистый эффект не всегда виден до тех пор, пока какая-то часть системы не перегрузится или не обнаружат другие проблемы. Часто цепи добавляются без соответствующих модификаций стандартных настроек соответствующих автоматических выключателей.Используемые защитные устройства должны быть согласованы с их кривыми время/ток и друг с другом. Однолинейная схема представляет собой дорожную карту для обеспечения надлежащего проектирования оборудования, резервирования и защиты.

Требования

NFPA-70E требуют наличия точных и актуальных однолинейных схем.

Чтобы выполнить эти требования, Vertiv может провести всестороннее обследование объекта, чтобы разработать однолинейные схемы для вашего объекта или обновить существующие схемы. В опрос включено:

• Провести инвентаризацию оборудования
• Проверить наличие исполнительных чертежей и их адекватную доступность
• Проверка наличия процесса, обеспечивающего поддержание исполнительных чертежей в текущем состоянии
• Подтверждение подключения нагрузок к аварийным/резервным фидерам
• Проверка потенциальных единых точек отказа
• Оценка проектной избыточности критических систем (N, N+1, N+2…) и можно ли обслуживать все критическое оборудование без остановки
• . Создайте отчет с описанием результатов по сайтам вместе с рекомендуемыми действиями
.
• Обновление предоставленных заказчиком однолинейных чертежей вплоть до распределительных щитов 480 В
• Предоставить копию однолинейной электрической схемы в формате AutoCAD
• Размещение исполнительных чертежей на каждом объекте

Актуальная однолинейная схема жизненно необходима для различных видов обслуживания, включая:

• Расчет короткого замыкания
• Координационные исследования
• Исследования потока нагрузки
• Исследования по оценке безопасности
• Все прочие инженерные исследования
• Процедуры электробезопасности
• Эффективное обслуживание

Преимущества

• Помощь в определении места неисправности и упрощение поиска и устранения неисправностей
• Выявление потенциальных источников электроэнергии при проведении процедуры ЛОТО
• Обеспечение безопасности персонала
• Оставайтесь в соответствии с требованиями NFPA 70E
• Обеспечение безопасной и надежной работы объекта

Объем

Чтобы дать вам точную картину вашей электрической системы, информация об однолинейной схеме обычно включает:

• Входящие линии (напряжение и размер)
• Вводные главные предохранители, клеммные колодки, выключатели, выключатели и главные/связные выключатели
• Трансформаторы силовые (параметры, соединение обмоток и средства заземления)
• Выключатели фидеров и выключатели с предохранителями
• Реле (функция, использование и тип)
• Трансформаторы тока/потенциала (размер, тип и коэффициент трансформации)
• Трансформаторы управления
• Все основные кабельные и проводные трассы с соответствующими разъединителями и муфтами (размер и длина трассы)
• Все подстанции, включая встроенные реле и главные панели, а также точный характер нагрузки в каждом фидере и на каждой подстанции
• Напряжение и размер критического оборудования (ИБП, батарея, генератор, распределитель питания, автоматический переключатель, кондиционер машинного зала)

Конфигурация энергосистемы и однолинейная схема корабля

Выбор архитектуры энергосистемы корабля в первую очередь зависит от задачи в течение срока службы и желаемой надежности.Обсуждая архитектуру судовой энергосистемы, мы часто используем термин электрическая шина, под которым подразумеваются параллельные токопроводящие стержни большого сечения, к которым подключаются все судовые генераторы и нагрузки.

Корабельные генераторы подают питание на шину, а нагрузки потребляют энергию от шины. Судовые шины обычно изготавливаются из тонких прямоугольных медных стержней, сплошных или иногда полых для циркуляции охлаждающей воды в мощных системах. Эти стержни на корабле часто называют шинными стержнями, или просто автобусом, или линиями, или рельсами из-за их внешнего вида.
В современных судовых энергосистемах широко используются преобразователи силовой электроники, которые по своей природе потребляют несинусоидальные токи, вызывающие высокочастотные гармоники в напряжении на шине.
Для этих гармоник требуются фильтры гармоник. Некоторым кораблям военно-морского флота требуется очень чистое питание без гармоник для чувствительных к гармоникам нагрузок. В этом случае предусмотрена отдельная чистая судовая силовая шина с использованием мотор-генераторной установки, которая также обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузок.

Базовая однолинейная силовая схема обычных судов

Базовая архитектура, показанная на однолинейной схеме для обычного корабля
с механической силовой установкой.На нем показаны два основных генератора на 460 В и
один аварийный генератор на 460 В с батареей для запуска и питания основных нагрузок, которые должны быть включены все время. Он имеет розетку для подключения к береговой сети, когда судно стоит на якоре в порту и генераторы выключены.

Нагрузки делятся на две основные группы: тяжелые нагрузки 450 В и нагрузки 115 В для небольшого оборудования и освещения. Холодильные агрегаты имеют собственную панель управления. Зарядные устройства питаются от аварийной шины 120 В.

Однолинейная силовая схема большого грузового корабля

Большое грузовое судно с обычной механической силовой установкой обычно имеет архитектуру энергосистемы с силовыми нагрузками главного генератора на главном распределительном щите, а распределительный щит аварийного генератора обслуживает основные нагрузки
, освещение, внутреннюю связь и электронные цепи.

Судовой аварийный распределительный щит обычно связан с главной шиной судна, с источником аварийного питания от судового аварийного генератора или аккумуляторной батареи через автоматический переключатель шины, имеющий две блокировки с электрическими силовыми выключателями.

При автоматически запускаемом аварийном генераторе переключение происходит при наборе генератором номинального напряжения на номинальной частоте. При ручном запуске аварийного генератора устанавливается батарея временного аварийного источника питания или источник бесперебойного питания (ИБП).

Автоматическая автобусная пересадка на судно

Все автоматические выключатели резерва имеют две блокировки с силовыми выключателями с электрическим приводом.

Допускаются только блоки, маркированные для использования на борту судна, поскольку они не заземлены и оснащены переключателем для разрыва обеих линий
L1 и L2.

Схема

и ее работа

Коммуникация по линиям электропередачи (PLCC) или связь по линиям электропередач (PLC) позволяет экономично и быстро построить систему, используя сеть электроснабжения в качестве сети связи. Сетевые технологии PLCC используют существующие линии электропередач, поскольку их средство связи устраняет необходимость прокладки проводов, чтобы обеспечить связь между продуктами, подключенными к сети переменного тока. Связь по линиям электропередач — это сетевая технология, использующая минимум ресурсов и дающая максимальные преимущества.Он широко используется в целях промышленной связи. Краткое объяснение PLCC обсуждается ниже.

Что такое связь по линиям электропередач?

Связь по линиям электропередач или связь по линиям электропередач — это одна из технологий, которая используется для передачи и приема сигналов, т. е. сигналов связи. Краткая форма связи по линиям электропередач — PLCC, также известная как основная связь, цифровая абонентская линия по линиям электропередач и сеть по линиям электропередач.Частотная манипуляция (FSK), амплитудная манипуляция (ASK), OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) и фазовая манипуляция (PSK) являются некоторыми из методов модуляции, которые используются для целей связи.

Схема цепи связи держателя линии электропередач

Принципиальная схема связи по линиям электропередач состоит из коаксиальных кабелей, защитных реле, линии передачи, линейной ловушки, линейного тюнера, катушек стока и разделительных конденсаторов. Принципиальная схема связи по линии электропередач показана на рисунке ниже.

Схема цепи связи несущей линии электропередач

Коаксиальные кабели: Коаксиальный кабель — это один из типов электрических кабелей, передающих высокочастотные сигналы с малыми потерями.

Защитное устройство: Это устройство используется для защиты волнового или линейного уловителя от повреждений.

Линейная ловушка: Линейная ловушка используется для предотвращения нежелательных потерь мощности несущего сигнала, а также для предотвращения передачи несущего сигнала. Линейная ловушка, также известная как волновая ловушка, доступна для широкополосных и узкополосных блокирующих приложений.

Линейный тюнер: Линейный тюнер соединен последовательно с разделительным конденсатором.

Катушки стока: Катушка стока на приведенном выше рисунке предназначена для обеспечения высокого и низкого импеданса несущей частоты и частоты сети.

Конденсаторы связи: Конденсатор связи предназначен для обеспечения высокого и низкого импеданса частоты сети и несущего сигнала.

Блок-схемы передатчика и приемника линии электропередачи

Блок-схема преобразователя PLCC состоит из ПК, микроконтроллера, модемов PLCC и розеток линии электропередач.Блок-схема передатчика PLCC показана на рисунке ниже.

Схема связи несущей линии электропередачи

ПК: ПК в блоке передатчика PLCC действует как хост для передатчика и приемника.

Микроконтроллер: Микроконтроллер используется для управления бытовой техникой

Модемы PLCC: Модем PLCC представляет собой коммуникационный модуль линии электропередач, который действует как приемопередатчик.

Для управления бытовой техникой компьютер посылает команду микроконтроллеру.Микроконтроллер получает команду и преобразует информацию в последовательные цифровые сигналы. После этого последовательные цифровые данные отправляются на модем PLCC. Последовательные цифровые сигналы данных преобразуются в сигналы ASK (амплитудная манипуляция) модемами PLCC, и эти данные сигналов ASK объединяются в розетку линии электропередач.

Блок-схема приемника несущей линии электропередачи

На приведенном выше рисунке показана блок-схема приемника PLCC. В секции приемника разъем линии питания подает сигналы ASK на модем PLCC.Модем PLCC преобразует полученные сигналы ASK в последовательные цифровые сигналы и передает данные цифрового сигнала на микроконтроллер, чтобы дать команду драйверу реле для управления конкретным оборудованием.

Характеристики канала линии электропередач

Характеристики канала PLCC равны

.

Характеристическое сопротивление: Характеристическое сопротивление линии передачи определяется как

.

Z ₀ =√L/√C

Где «L» — индуктивность, а «C» — емкость.Единицей индуктивности является Генри (Гн), а единицей измерения емкости является Фарад (Ф). Для связи по линиям электропередач оно варьируется от 300 до 800 Ом.

Затухание: Затухание измеряется в децибелах (дБ), а потери затухания возникают в ловушке линии, тюнере и в линиях электропередач из-за несоответствия импеданса, связи, ограничительных потерь и любых других потерь.

Шум: На принимающей стороне высокое отношение сигнал-шум (S/N).

Ширина полосы: Диапазон полосы пропускания составляет от 1000 Гц до 1500 Гц для целей ретрансляции и диапазон полосы пропускания от 500 Гц до 600 Гц для FSK (частотная манипуляция).

Сетевые адаптеры Power Line

Некоторые из лучших сетевых адаптеров Power Line —

.

Actiontec 500: Чрезвычайно компактная конструкция и отсутствие поддержки Gigabit Ethernet

Linksys PLEK 500: Предлагает относительно низкую задержку и часто охватывает оба сокета.Не имеет проходной розетки

Netgear PLP 1200-100PAS: Сохраняет скорость на больших расстояниях, а энергосберегающий режим вызывает падения

Comtrend Bridge: Идеально подходит для систем видеонаблюдения

Comtrend GCA 6000: Использует менее популярный протокол ghn и не работает с кабельным телевидением или Интернетом

Zyxel-AV2000: Он относительно прост в настройке и обеспечивает хорошую реальную производительность

TP-Link AV1000: Не блокирует другие розетки и имеет встроенный двухдиапазонный Wi-Fi

TP-Link AV1300: Подходит для потоковой передачи видео 4K

Приложения

Приложения для связи по линиям электропередач:

• Сеть передачи и распределения
• Управление домом и автоматика
• Развлечения
• Телекоммуникации
• Системы безопасности
• Автоматическое считывание показаний счетчика
• Телеметрия
• Телефония
• Релейная защита

Ограничения

Ограничения связи по линиям электропередач:

• Требуется высокое отношение сигнал/шум
• Связь по линии электропередачи не защищена

Преимущества

Преимущества связи оператора по линиям электропередач:

• Комплекс
• Надежность
• Экономичный
• Уменьшение затухания

Часто задаваемые вопросы

1).Какова цель PLCC?

Между электрическими подстанциями PLCC используется для телекоммуникаций, контроля и защиты при высоких напряжениях.

2). Что такое оператор связи?

Несущая связь передает информацию о высокочастотном сигнале в виде электромагнитной волны через пространство.

3). Что такое несущая система?

Несущая система — это тип телекоммуникационной системы, которая передает информацию о голосовых и видеосигналах.

4). Что является примером перевозчика?

Почтовая служба, доставляющая почту, является примером перевозчика.

5). Что такое сокет PLCC?

Разъемы PLCC, используемые для соединения печатных плат и интегральных схем.

В этой статье обсуждается, что такое связь по линиям электропередач (PLCC), области применения, преимущества, ограничения, блок-схемы передатчика и приемника PLCC, лучшие сетевые адаптеры по линиям электропередач. Вот вам вопрос в чем главный минус PLCC?

Что нужно знать о технических схемах инверторных энергосистем?

Однолинейная схема

Однолинейная схема (SLD) должна содержать информацию об установочной проводке от точки подачи от сети Western Power до всех инверторов на объекте, в том числе там, где подключена нагрузка заказчика.

Он также должен содержать информацию обо всех устройствах защиты и переключателях, а также о любых коммуникациях, необходимых для достижения желаемой работы системы (например, собственное потребление, ограничение экспорта и т. д.).

SLD должны использовать правильные электрические символы и должны содержать, по крайней мере, но не ограничиваясь, следующую информацию, относящуюся к рассматриваемому сайту:

• Точка питания от сети Western Power
• Измеритель мощности Western
• показывает, что главный выключатель на объекте — это автоматический выключатель, рассчитанный на распределение питания на объекте (или будет на момент установки)
• любые частные/клиентские умные счетчики
• распределительные щиты
• загрузок
• все инверторы – новые и существующие
• источник энергии (солнечная батарея, аккумуляторы и т. д.))
• любое оборудование связи и контроля/мониторинга*
• защитные устройства
• размер кабеля и длина между всеми вышеперечисленными
• описание принципа работы предлагаемой системы

* В тех случаях, когда требуется контрольное оборудование для ограничения генерации или контроля собственного потребления, в SLD необходимо указать следующее:

• контрольное оборудование, такое как трансформаторы тока (ТТ) или счетчики электроэнергии
• фаза/ы, которые контролирует оборудование
• любые связи между устройством мониторинга и аккумулятором (см. раздел 2.1 требований к аккумуляторной инверторной энергетической системе (IES) для более подробной информации)

Электрические символы — AS/NZS 3000:2018

Переключатель (общий символ)

Трансформатор (однолинейный)

Переключатель с механической блокировкой

Выключатель-разъединитель (разъединитель под нагрузкой)

Разъединитель (изолятор)

Предохранитель

Генератор

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель с утечкой на землю, токовый (УЗО)

Солнечная батарея

Аккумулятор

Инвертор

3-контактная розетка или шнур
удлинительная розетка

Защитный нулевой (PEN) проводник

3-контактная розетка или вилка

Нейтральный провод (N)

Защитный заземляющий проводник (РЕ)

Заземление

Соединение рамы генератора

Заземляющая или нейтральная шина

Счетчик полного тока (с прямым соединением) (без трансформатора тока)

Счетчик трансформатора тока НН (ТН НН)

Блок учета трансформаторов тока ВН (ТТ ВН)

Соединительный блок

Комбинированный предохранитель

Линии низкого напряжения или разъединитель нагрузки высокого/низкого напряжения

Плавкий предохранитель (DOF)

Генератор

Схема объекта

Обозначить на схеме аэродрома e.грамм. Фото поиска недвижимости Landgate:

• тип подачи (воздушный или подземный)
• границ собственности/участка
• точка питания для частной установки:
  • если под землей, колонна/купол Western Power
  • , если накладная, коробка подключения к сети (обычно рядом с точкой крепления) или
  • Распределительная подстанция Western Power напр. трансформаторный киоск (пластовый и крупный коммерческий)
• при воздушном питании кабель обслуживания Western Power проходит от сети до точки подключения
• трансформатор для сельского или индивидуального использования
• Измеритель мощности Western

Примеры схем объектов

 

 

Часто задаваемые вопросы по теме

Однолинейная схема электрической системы

Однолинейная схема электрической системы:

Функция структуры электроэнергетической системы заключается в подключении электростанции к нагрузкам потребителей посредством взаимосвязанной системы передающих и распределительных сетей.Таким образом, электроэнергетическая система состоит из трех основных компонентов: электростанции, линий электропередач и распределительных систем. Линии электропередачи являются связующим звеном между электростанцией и распределительными системами. Распределительная система соединяет все отдельные нагрузки в данной местности с линиями электропередачи. На рис. 3.1 показана однолинейная схема электрической системы очень простой электроэнергетической системы.

Электростанция обычно содержит два или более трехфазных генератора переменного тока, работающих параллельно.По техническим причинам напряжение генерации _: не очень высокое; обычно это от 11 кВ до 25 кВ. Электростанции расположены в благоприятных местах, как правило, достаточно далеко от потребителей. По экономическим причинам электроэнергию приходится передавать по линиям электропередач с очень высоким напряжением. Поэтому напряжение на электростанции ступенчато повышается до высокого значения (скажем, 220 кВ) повышающим трансформатором.

Электроэнергия передается по линиям электропередачи с таким высоким напряжением.На окраине города это напряжение значительно снижается (скажем, на 11 кВ) с помощью понижающего трансформатора (также называемого передающей подстанцией). Фидеры передают мощность на распределительную подстанцию. Кормушки не должны использоваться для прямой подачи. На распределительной подстанции понижающий трансформатор снижает напряжение до 400 В (трансформатор 11 кВ/0,4 кВ — линейное напряжение 400 В и фазное напряжение 230 В). Распределители используются для подачи питания к различным потребителям.

Можно отметить следующие пункты:

1.Для простоты мы показываем трехфазную цепь на однолинейной схеме электрической системы.

2. Трехфазные генераторы переменного тока на электростанции предназначены для получения симметричных напряжений.

Поскольку сбалансированная трехфазная система всегда рассматривается как однофазная цепь, состоящая из одной из трех линий и нейтрали, редко требуется показывать более одной фазы и нейтраль при рисовании схемы цепи.