Автотрансформатори

У СЕП споживачів можна виділити 3 види пристроїв:

а) для виробництва електричної енергії (електростанції);

б) для передачі і розподілення (електричні мережі);

в) для використання електричної енергії (приймачі);

Схематично виробництво, розподілення і використання електричної і теплової енергії можна представити:

1-електрична частина електростанції;

2-електричні мережі;

3-споживання електричної енергії;

4-теплові мережі;

5-споживання теплової енергії.

Відповідно вказаному малюнку можна відобразити принципову електричну схему:

Енергетичною системою називається сукупність установок і пристроїв для виробництва, передачі , розподілення, перетворення і використання електричної і теплової енергії, об’єднаних загальним процесом та режимом.

До цієї сукупності відносяться електростанції, електричні і теплові мережі , споживачі, з’єднані між собою, а також пристрій захисту і управління системи.

Електроенергетичної (електричної) системою називається частина енергосистеми, без теплових мереж і споживачів теплової енергії.

Електрична мережа - сукупність електричних установок для передачі електричної енергії від електростанції споживачам і розподіл ії між споживачами.

Вона складається із пунктів прийому електричної енергії ( підстанцій), розподільних пунктів (РП) і ЛЕП (лінії електропередачі), працюючих на визначеній території.

Споживачами електричної енергії називається електричний приймач або їх група, об’єднана технологічним процесом і розташована на визначеній території.

На електростанціях для синхронізації генераторів застосовують номінальну напругу Uном =6 21 кВ.

У більш вузькому понятті під енергосистемою розуміють виробничі енергетичні об’єднання або великі виробничі одиниці.

Структура енергетики України включає в себе :

- електростанції як окремі підприємства;

- електричні мережі як окремі підприємства:

а) магістральні мережі (U >150кВ),

б) електричні мережі.

У балансі виробки електроенергії України питома вага різних електростанцій:

1. ГЕС 5%,

2. ТЕС 44%,

3. АЕС 51%.

Основні принципи побудови енергетики країни - створення об’єднаних енергетичних систем. Основні переваги об’єднаних енергосистем:

1 - підвищення надійності роботи (можливість резервування);

2 - використання більш великих агрегатів з меншими питомими затратами енергії (агрегат = турбіна - генератор);

3 - велика маневреність (тобто можливість перерозподілу енергії протягом доби).

В окремих випадках на виробництвах , де є необхідність у великій кількості теплової енергії, а також є споживачі особливої групи 1 категорії, споруджують комбіновані станції з виробництва електричної та теплової енергії – ТЕЦ (в особливої групи - 3 незалежні джерела, один з них – автономний).

Схема спільної роботи ТЕЦ і енергосистеми має такий вигляд:

Вимоги до електричних мереж.

1.Класифікація електричних мереж за ознаками і показниками.

за ознаками і показниками.

Класифікацію здійснюють за різними ознаками і показниками:

- вид струму і напруги;

- конструктивне виконання;

- за характером споживачів і виконуючих ними функцій;

- конфігурація схем тощо.

За видом струму – змінного (~) і постійного (-) струму. (Пререважно використовують трьохфазні мережі з f= 50Гц. Постійний струм головним чином використовується в електротранспорті, для глибокого регулювання швидкості і частоти, електроліз, зварювання).

Під напругою – мережі до 1кВ і вище 1кВ (за правилами пристрою електричних установок ПУЕ за техніко-економічними критеріями є стандартна шкала порівняльно невеликої кількості стандартних Uн. Для зручності всі мережі змінного струму за напругою підрозділяються на декілька класів (зон).

У різних елементів електричної системи є своя номінальна напруга. Тому розрізняють наступну номінальну (міжфазну) напругу:

- генераторів

- трансформаторів і автотрансформаторів

- електричні мережі і електричні приймачі

Для пояснення цього питання повернемося до схеми передачі електроенергії:

За конструктивним виконанням:

- повітряні;

- кабельні;

- струмопроводи (приватний випадок – шинопровод) гнучкі і жорсткі;

- проводки.

За характером споживачів і місцем розташування розрізняють мережі:

- промислові;

- сільські;

- міські;

- електрифікованого транспорту;

- електричних систем.

Мережі електропостачання підприємств, які живляться від енергосистеми , підрозділяються на мережі зовнішнього і внутрішнього електропостачання. Зовнішні – сукупність всіх елементів від точки підключення до мережі енергосистеми до шин вторинного напруження ГЗП (головна знижуюча підстанція).

Внутрішні - решта.

За призначенням електричні мережі умовно підрозділяються на дві групи:

- місцеві

- районні.

До місцевихвідносяться мережі, які характеризуються відносно невеликим районом з радіусом дії 15-20км і Uном <35кВ або Uном=35кВ.

До районних відносяться мережі, які охвачують відносно великі райони та мають Uном=110кВ або Uном>110кВ.

За виконанням функції в схемі електропостачання мережі ділять на:

- живлячі

- розподільні.

За конфігурацією (по схемі з’єднання елементів мережі) електричні мережі класифікуються за різними ознаками :

1. за принципом побудови і схемам з’єднання ділять на:

а) розімкнені

б) замкнуті.

Розімкнені – мережі, в яких живлення кожного навантаження можна здійснити тільки з однієї сторони, тобто передача енергії здійснюється тільки в одному напрямку. Такі мережі можуть бути нерезервовані або резервовані.

Нерезервовані розімкнені мережі виконують одноланцюговими лініями.

В розімкнених ланцюгах резервування здійснюють шляхом застосування або двох одноланцюгових, або однієї одноланцюгової лінії.

Ланцюг –сукупність трьох проводів – фази а, b і с.

Схеми розімкнених мереж ділять на 3 типа:

- радіальні

- магістральні

- комбіновані (змішані)

схема радіальної мережі:

В радіальній мережі кожний споживач живиться по своїй лінії.

Перевага: надійність

Недоліки: велика довжина ліній, наявність комутуючих апаратів для кожної лінії.

Умовне позначення:

Схема магістральної мережі:

В магістральній схемі мережі від однієї лінії живиться декілька споживачів, розташованих в одному напрямку.

Недоліки: низька надійність.

Перевага: мінімальна довжина ліній.

В комбінованих схемах містяться магістральні і радіальні лінії.

Замкнуті - мережі, в яких кожний споживач отримує живлення із двох або більшого числа сторін, а схема містить хоч би один замкнений контур.

Ці мережі діляться на:

- прості,

- складні (складно-замкнені).

В простих замкнених мережах, які складаються із одного контуру, кожний споживач живиться не більше ніж з двох сторін. Такі мережі поділяються на мережі з двостороннім живленням (від двох ДЖ) і кільцеві мережі (один ДЖ), де кожний споживач пов’язаний з ДЖ двома лініями.

Схеми названих мереж:

Мережа з двостороннім живленням

Мережа кільцева

Із-за складності виконання РЗіА (релейний захист і автоматика) в кільцевих мережах, то вони, як правило, працюють в нормальному режимі як розімкнені, а в аварійному як замкнуті. Тому схеми кільцевої мережі, як правило, виконують наступним чином:

Складні замкнені мережі містять декілька (2 і більше) замкнених контурів і джерел, і можуть мати різні конфігурації.

Наприклад:

В порівнянні з розімкненими, замкнуті мережі наділенні наступними перевагами:

1. Надійність електропостачання (що важко для відповідальних споживачів, які не терплять довгострокових перерв електропостачання);

2. Велика економічність завдяки можливостям мінімалізації затрат потужності і електроенергії.

Питання для самоконтролю.

1. За якими ознаками і показниками здійснюють класифікацію електричних мереж?

2. Дайте визначення розімкнених та замкнених електричних мереж.

3. Що таке радіальні і магастральні мережі?

4. В чому полягають переваги складнозамкнених мереж?

ЛЕКЦІЯ № 3. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ.

Актуальність : ознайомлення з елементами електричних мереж.

План :

1. Основні елементи ЛЕП.

2. Основні види ПС.

3. Основні елементи ПС.

Основні елементи ЛЕП.

АТ- це трансформатор, у якого обмотка середньої напруги(С)є частиною обмотки вищої напруги (В), тобто АТ – це трансформатор, дві або більше обмотки якого гальванічно (електрично) пов’язані так, що вони мають загальну частину.

Принципіальнасхема однофазного автотрансформатора:

Двухобмотковий Трьохобмотковий

Випускають однофазні і трифазні АТ.

Uв–вища напруга (загальна)

Uc–середня напруга

Іоб=Ів –Іс

Іпосл=Ів

Якщо б цю задачу вирішували за допомогою звичайного трансформатора, то схема мала б вигляд:

У трансформаторах розрізняють:

- номінальну (прохідну) потужність. Це потужність при електричному (гальванічному) з’єднанні обмоток. Вона означає граничну потужність, яка може бути передана через трансформатор на стороні ВН.

- типова потужність автотрансформатора. Це така потужність, яка була б , якщо обмотки працювали б окремо, тобто автотрансформатор отримали б з трансформатора з окремо працюючими обмотками.

.

Значення типової потужності визначає габарити, масу, затрати та інші показники

,

де К_тр – коефіцієнт трансформації;

a – коефіцієнт доцільності застосування автотрансформатору.

Зазвичай S_тип< S_ном, а коефіцієнт доцільності застосування a<1.

Значення Ктр змінює співвідношення між Sтип і Sном. При цьому, чим менше Ктр тим більш вигідно застосовувати автотрансформатор ( з точки зору маса-габаритних показників і витрат потужності ).

Наприклад: при Uв=220кВ і Uc=110кB або Uв=330кВ, Uc=150кВ, то

Ктр ≈2, α =0,5 , Sном=2Sтип

Якщо Uв=330кВ, Uс=35кВ, то

К_тр≈10, α=0,9, .

Недоліки автотрансформаторів:

1. Електричний (гальванічний) зв’язок між обмотками вищої і середньої напруги.

2. Мережі зазвичай працюють з різними режимами нейтрали, тому автотрансформатори застосовують переважно в мережах 110кВ і вище.

3. Автотрансформатор має менший індуктивний опір ніж трансформатор (а це значить, що у нього гірше обмеження струмів короткого замикання).

Порівняльні техніко-економічні показники автотрансформатора АТ 220/110/6кВ з аналогічним трьохобмотковим трансформатором дають питому економію міді (кг/кВА) ≈1525%, економію активної сталі ≈5060%, а вага приблизно в 1,5 рази менше, ніж трансформатора; втрати потужності (Σ втрати потужності) менше на ≈ 3035%.

Автотрансформатори випускають потужністью від 63 до 250 МВА, на напругу 110кВ і вище.

Умовні позначення.

Умовні позначення (маркування).

Ці позначення складаються із літер і цифр, які відображають їх конструкцію, потужність і напругу обмоток:

1. З яких основних елементів складаються повітряні лінії електропередач?

2. Для чого призначені підстанції та на які види вони підрозділяються?

3. Назвіть основні елементи підстанцій.

4. Що таке автотрансформатор, які він має переваги та недоліки?

5. Які умовні позначення та маркування мають елементи ПС?