National Mining University — Compliance with the Time



УДК 621.311.1 (076.3)
ББК 31.27я73
К 38

Рекомендовано редакційною радою ДВНЗ «Національний гірничий університет» як навчальний посібник з дисципліни «Електричні системи та мережі» (протокол № 6 від 17.06.2011).


Рецензенти:

А.К. Шидловський, акад. НАН України, професор (Інститут електродинаміки НАН України);

Ю.Т. Розумний, д-р техн. наук, професор, директор гірничого наукового центру академії АГН України (Державний ВНЗ «НГУ»);

кафедра електротехнічних систем електроспоживання та енергозбереження Вінницького державного технічного університету (зав. кафедри - д-р техн. наук, професор Б.С. Рогальський).

 

К 38 

Кігель, Г.А.

Електричні мережі систем електропостачання [Текст]: навч. посібник/ Г.А. Кігель, Г.Г. Півняк. - 2-ге вид., перероб. і доп. Д.: Національний гірничий університет, 2011. -318 с.

 

Розглянуто конструкції та умови функціонування електричних мереж. Наведено інженерні методи розрахунків режимів роботи та конструктивних параметрів ЛЕП. 3 метою оптимізації конструктивних параметрів та режимів роботи дано основи новітніх техніко-економічних розрахунків. Подано характеристику заходів з підвищення ефективності роботи мереж та покращення якості електричної енергії.

Для студентів напряму підготовки 0507 Електротехніка та електротехнології, також може бути корисним для інженерів та аспірантів.

Іл. 158. Табл. 8. Бібліогр.: 34 назви.

Оригинал-макет цього видання є власністю ДВНЗ “Національний гірничий університет” і його репродукування (відтворення) у будь-якому вигляді без письмової згоди власника заборонено.


© Г.А. Кігель, Г.Г. Півняк, 2011
© ДВНЗ “Національний гірничий університет”, 2011



ЗМІСТ

Передмова 3
Вступ
4
  В.1. Електричні мережі в електроенергетиці 4
  В.2. Структура електроенергетики України 5
  В.3. Характеристика та класифікація ліній електропередачі 7
  В.4. Характеристика розрахунків та розрахункові співвідношення...... 8
  В.5. Режими нейтралі електричних мереж 14
  В.6. Вимоги до рівня знань та умінь 19
  Запитання для самоперевірки 20

1. Конструктивне виконання повітряних ліній електропередачі
21
  1.1. Загальна характеристика повітряних ліній електропередачі 21
  1.2. Умови функціонування повітряних ліній 23
  1.3. Конструкція струмопровідних елементів ліній 25
  1.4. Опори повітряних ліній електропередачі 28
  1.5. Ізолятори і лінійна арматура 33
  1.6. Шинопроводи, струмопроводи і проводи з ізольованих проводів 37
  Запитання для самоперевірки 39

2. Кабельні лінії електропередачі
40
  2.1. Загальна характеристика кабелів 40
  2.2. Конструкція струмопровідних жил кабелів 40
  2.3. Ізоляція кабелів 41
  2.4. Захисні оболонки кабелів 43
  2.5. Газо- та маслонаповнені кабелі 44
  2.6. Прокладання кабельних ліній електропередачі 45
  Запитання для самоперевірки 47

3. Споживачі електричної енергії
48
  3.1. Загальна характеристика споживачів 48
  3.2. Графіки навантаження та їх характеристики 49
  3.3. Розрахунки кількості переданої електричної енергії мережею 54
  3.4. Характеристики навантаження споживачів за напругою та частотою 57
  3.5. Способи представлення навантаження споживачів при розрахунках електричних мереж 59
  Запитання для самоперевірки 62

4. Схема заміщення електричних мереж
63
  4.1. Схема заміщення повітряних ліній електропередачі 63
  4.2. Схема заміщення кабельних ліній електропередачі 75
  4.3. Аналіз впливу конструкції трансформаторів та автотрансформаторів на складання їх схем заміщення 76
  4.4. Схеми заміщення трансформаторів та автотрансформаторів 81
  4.5. Схеми заміщення мереж кількох напруг 85
  Запитання для самоперевірки 87
  Завдання для індивідуальної роботи 87

5. Усталенні режими електричних мереж з одностороннім живленням
88
  5.1. Основні завдання розрахунків та прийняті допущення 88
  5.2. Розрахунки режиму ліній електропередачі за струмом навантаження споживача 89
  5.3. Розрахунок режиму ліній електропередачі за потужністю споживача 91
  5.4. Спад і втрата напруги в лінії 93
  5.5. Розрахунки режиму для схеми з декількома ділянками 96
  5.6. Розрахунки мережі з декількома номінальними напругами 99
  5.7. Розрахунки для мережі місцевого значення 103
  5.8. Визначення площі поперечного перерізу проводів (кабелів) за допустимою витратою напруги 105
  Запитання для самоперевірки 108
  Завдання для індивідуальної роботи 108

6. Розрахунки втрат електричної енергії
109
  6.1. Загальна характеристика втрат електричної енергії 109
  6.2. Детерміновані методи розрахунків втрат енергії 112
  6.3. Імовірнісно-статистичні методи визначення втрат електричної енергії 125
  6.4. Визначення втрат енергії в мережах до 1000 В 129
  6.5. Вартість втрат енергії 132
  6.6. Заходи по зменшенню втрат потужності та електричної енергії 134
  6.7. Системний підхід до компенсації реактивної енергії 146
  Запитання для самоперевірки 148
  Завдання для індивідуальної роботи 148

7. Теплові режими проводів та жил кабелів електричних мереж
149
  7.1. Характеристика нагрівання проводів, кабелів 149
  7.2. Рівняння теплового стану голого проводу 151
  7.3. Допустиме за температурою навантаження 154
  7.4. Вибір або перевірка площі поперечного перерізу жил кабелів і проводів за умов допустимого нагрівання 156
  7.5. Застосування запобіжників для захисту мереж 158
  7.6. Застосування автоматичних вимикачів у мережах 168
  7.7. Узгодження параметрів ліній електропередачі та захисних пристроїв 173
  Запитання для самоперевірки 174
  Завдання для індивідуальної роботи 175

8. Техніко-економічні розрахунки електричних мереж
176
  8.1. Загальні положення 176
  8.2. Визначення економічної ефективності методом дисконтованого чистого прибутку 178
  8.3. Метод необхідного доходу 185
  8.4. Метод сумарних приведених витрат 189
  8.5. Розрахунок площі перерізу проводів (жил кабелів) методом економічної густини струму 190
  8.6. Метод економічних струмових інтервалів 193
  8.7. Умови забезпечення мінімуму функції загальних витрат 194
  8.8. Положення про застосування методів визначення площі перетину проводів або жил кабелів 197
  8.9. Вибір номінальної напруги 199
  8.10. Вибір схем електричних мереж 201
  8.11. Економічні інтервали для трансформаторів 206
  Запитання для самоперевірки 207
  Завдання для індивідуальної роботи 207

9. Розрахунки режимів замкнених електричних мереж
208
  9.1. Характеристика замкнених електричних мереж 208
  9.2. Розрахунки розподілу потужностей в схемах з двостороннім живленням 209
  9.3. Деякі особливості розподілу потужностей в схемах з двостороннім живленням 212
  9.4. Розрахунки режимів напруги в мережах з двостороннім живленням 215
  9.5. Методика визначення перетинів проводів (жил кабелів) в схемах з двостороннім живленням 216
  9.6. Характеристика розрахунків розподілу потужностей в складнозамкнених схемах мереж 217
  9.7. Спрощення схем електричних мереж 219
  9.8. Метод перетворення схем мережі 224
  9.9. Метод контурних рівнянь 227
  9.10. Метод вузлових напруг 228
  Запитання для самоперевірки 230
  Завдання для індивідуальної роботи 230

10. Розрахунок усталених режимів формалізованими методами матричної алгебри
231
  10.1. Специфіка розрахунків 231
  10.2. Представлення параметрів електричних мереж у матричній формі 231
  10.3. Аналітичне представлення схем електричних мереж 234
  10.4. Представлення законів електротехніки в матричній формі 237
  10.5. Загальне рівняння стану 238
  10.6. Метод вузлових напруг 239
  10.7. Метод контурних струмів 240
  10.8. Метод простої ітерації 242
  Запитання для самоперевірки 244

11. Управління режимами електричних систем і мереж
245
  11.1. Характеристика електроенергетичних систем 245
  11.2. Забезпечення режиму в електричних системах 246
  11.3. Баланс активних потужностей 250
  11.4. Баланс реактивної потужності 252
  11.5.Визначення потужності компенсуючого устаткування з балансу реактивних потужностей 260
  11.6. Розподілення компенсуючих устаткувань в електричних мережах 262
  Запитання для самоперевірки 268
  Завдання для індивідуальної роботи 268

12. Якість електричної енергії в електричних мережах
269
  12.1. Якісні показники електричної енергії 269
  12.2. Методи і засоби регулювання напруги в мережах 273
  12.3. Вибір бажаного відгалуження у трансформаторів з перемиканням без напруги (ПКН) 281
  12.4. Перевірка регулюючої спроможності трансформаторів з РПН 283
  12.5. Визначення параметрів компенсуючих устаткувань при поперечній компенсації 284
  12.6. Визначення параметрів компенсуючих устаткувань при поздовжній компенсації 286
  12.7. Техніко-економічне порівняння поперечної та повздовжньої компенсацій 287
  Запитання для самоперевірки 289
  Завдання для індивідуальної роботи 290

13. Вихідні та розрахункові величини при визначені конструктивних параметрів ЛЕП
291
  13.1. Особливості навантаження мереж 291
  13.2. Поняття розрахункового струму 291
  13.3. Закони зростання навантаження 294
  13.4. Коефіцієнт динаміки зростання навантаження 296
  13.5. Встановлення рівня впливу різних факторів на величину розрахункового струму 300
  Запитання для самоперевірки 302

14. Вихідні дані для техніко-економічних розрахунків
303
  14.1. Загальні вимоги до вихідних даних 303
  14.2. Математичне формування задачі 304
  14.3. Аналіз вихідних даних 305
  14.4. Розрахунковий та еквівалентний дисконтуючий множник 307
  14.5. Приклад розрахунку для базового варіанта вихідних даних 309
  Запитання для самоперевірки 311

Список рекомендованої літератури
312



ПЕРЕДМОВА

Електричні мережі важлива складова частина електроенергетики. Сучасна електроенергетика України являє собою сукупність електричних станцій і підстанцій, ліній електропередачі та споживачів, об єднаних практично одночасністю процесів виробництва, передачі, розподілу та споживання електричної енергії. Спільне функціонування вказаних об’єктів повинно бути не тільки технічно можливим, а і високоефективним з економічної точки зору. Зв'язуючою ланкою між джерелами енергії і споживачами є електричні мережі, що вказує на їх важливе місце в електроенергетиці. Тому дисципліна “Електричні системи та мережі” є однією із базових у підготовці фахівців для електроенергетичних підрозділів країни. Завдання вивчення дисципліни - формування знань з теорії передачі та розподілу електричної енергії, набуття навиків виконання розрахунків при проектуванні та експлуатації електричних мереж і систем з урахуванням вимог економічності, надійності електропостачання і забезпечення при цьому необхідної якості електроенергії та безпеки її використання.

Зміст дисципліни вимагає від студентів добрих знань з математики, фізики, хімії, теоретичних основ електротехніки, електричних машин, математичних задач електроенергетики та вміння використовувати ЕОМ при розрахунках і розробці систем управління енергетичними об’єктами.

Поряд з базовими теоретичними відомостями, що розкривають фізичну суть явищ, які мають місце при передачі і розподілу електроенергії, у посібнику закладено основи новітніх методів розрахунків з можливим використанням ЕОМ. Але при цьому певна увага приділяється традиційним методам, які дають змогу отримати або поглибити теоретичні знання та набути досвіду інженерних розрахунків електричних мереж. Наведені в посібнику алгоритми таких розрахунків дозволяють студентові самостійно формалізувати їх, звівши до послідовного виконанім операцій з обов’язковою перевіркою отриманих на кожному етапі результатів обчислень. Такий підхід зумовлює необхідність чітко та логічно формулювати конкретні задачі розрахунків і алгоритми їх розв’язання. При цьому студенти самостійно вирішують питання щодо використання ЕОМ. Це можливо як для розрахунків режимів мереж, так і для техніко-економічних розрахунків з вибору оптимальних конструктивних, схемних і режимних рішень.

При створені та переробці посібника автори користувалися не тільки своїми розробками, але й зверталися до робіт інших авторів, виконаних у нашій країні і за кордоном. Враховуючи навчальний характер книги, посилання на першоджерела не робилися.

Автори висловлюють щиру подяку за цінні поради та зауваження, які допомогли удосконалити цю книгу, а також студентам ЕТФ НГУ Акімовій А., Магді P., Сябі Ю., Олійнику А., Постриганю О., Помазан Н., Доброневській Ю., Кустовій Н., Гаврилюк Н., Лавреновій Н., Сейту P., Кобзисту В., Кучеру Є., Щербенку Д., Перекопському Д. за допомогу в підготовці рукопису до видання.


© 2006-2017 NMU Інформація про сайт