Понятие об электрической системе.

На рис. 1-1 видно, что передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи Л-1—Л-8 при напряжениях, значительно превышающих напряжения генераторов. Для преобразования электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения сооружаются трансформаторные подстанции. Узловые подстанции (П-1; П-2; П-3) связывают источники энергии или отдельные части системы. Объединение электрических станции общей сетью позволяет снабжать электроэнергией потребителей от разных станций и осуществлять обмен потоками электроэнергии между участками системы.

В Советском Союзе применяется (ГОСТ 721-62) следующая шкала стандартных номинальных напряжений (междуфазных) трехфазного тока частотой 50 Гц: 750, 500, 330; 220; 150; 110; 35; 20; 10; 6; 3; 0,66; 0.38; 0.22;

0.036 кВ.

Передача электроэнергии на напряжениях 35—750 кВ осуществляется, как правило, с помощью воздушных линий электропередачи, на напряжениях ниже 35 кВ с помощью кабельных линий. В ряде случаев кабельные линии устраивают на 35, 110 и 220 кВ (глубокие вводы в городах, выводы электроэнергии от трансформаторов мощных ГЭС па открытые подстанции).

Для генераторов применяют следующие номинальные напряжения: 27; 24; 20; 18; 16,5; 15,75; 13.8; 11.5; 10.5; 0.3; 3.15 кВ.

Уровень применяемого напряжения в каждом случае его использования определяется технико-экономическим обоснованием по минимуму расчетных затрат [Л. 1] с учетом дальности передачи электроэнергии и величины передаваемой мощности.

При технико-экономическом обосновании уровня принимаемого для электропередачи напряжения существенное влияние оказывает величина потерь электроэнергии, выражаемая произведением потерь мощности на продолжительность этих потерь:

A=Pt

Как известно из электротехники, полная мощность для трехфазной цепи переменного тока, активное сопротивление которой равно r, а реактивное -x, в комплексной форме выражается в виде суммы активной Р и реактивной Q мощностей.

S=P+jQ

Потери активной мощности в цепи с учетом (1-2) — (1-5) можно представить в виде

Ниже символом U обозначается междуфазное напряжение.

Потери реактивной мощности определяются аналогично

Из выражения (1-6) видно, что потери активной мощности обратно пропорциональны квадрату напряжения, пропорциональны длине линии (r пропорционально длине линии) и зависят не только от передаваемой активной мощности Р, но и от передаваемой реактивной мощности Q. Поэтому часто оказывается выгодно не передавать реактивную мощность от электрических станций к потребителям, а генерировать ее на месте, устанавливая для этой цели синхронные компенсаторы СК (как это показано на П-1 рис. 1-1) или батареи конденсаторов. Действие этих элементов, потребляющих опережающий (емкостной) ток, эквивалентно генерированию отстающего (индуктивного) тока, необходимого большому числу потребителей, использующих асинхронные двигатели, выпрямительные устройства и т. п.

Одним из основных показателей работы электрической системы является напряжение у потребителя электроэнергии.

На рис. 1-2 видно, что для передачи потребителю мощности P₂+jQ₂ при напряжении U₂ необходимо иметь на передающем конце линии напряжение U₁. Величина его находится известным из электротехники построением векторной диаграммы

Геометрическую разность векторов U₁ и U₂ принято называть падением напряжения, алгебраическую разность напряжений U₁ и U₂—потерей напряжения в линии электропередачи (отрезок АD). Величина отрезка АD с небольшой погрешностью может быть определена по величине отрезка AC=AB+BC=Ircosф+Ixsinф=U_ф.Чтобы получить значение междуфазной потери напряжения, последнее выражение надо умножить на .Если дополнительно полученный результат умножить и разделить на линейное напряжение U₂,то получим:

Согласно полученному выражению потеря напряжении зависит от передаваемых, активной и реактивной мощностей, от активного и индуктивного сопротивлений линии передачи и обратно пропорциональна напряжению U₂.

Рис. 1.2 Векторная диаграмма для определения потери напряжения в линии электропередач