Ztráta napětí v elektrických vedeních s rovnoměrně rozloženou zátěží.
Místní sítě zahrnují sítě o jmenovitém napětí 6 – 35 kV. Místní sítě jsou podstatně delší než regionální sítě. Spotřeba vodičů a izolačních materiálů výrazně převyšuje jejich potřebu v regionálních sítích. Tato okolnost vyžaduje zodpovědný přístup k návrhu místních sítí.
Přenos elektřiny ze zdrojů energie do energetických přijímačů je doprovázen ztrátou napětí ve vedení a transformátorech. Proto napětí mezi spotřebiteli nezůstává konstantní.
Rozlišovat odchylky и váhání Napětí.
Odchylky napětí jsou způsobeny pomalu probíhajícími procesy změn zátěže jednotlivých prvků sítě a změnou napěťových poměrů na zdrojích. V důsledku takových změn se napětí v jednotlivých bodech sítě mění v hodnotě odchylně od jmenovité hodnoty.
Kolísání napětí rychle nastávají (rychlostí alespoň 1 % za minutu) krátkodobé změny napětí. Vznikají při náhlých poruchách běžného provozu v důsledku náhlého zapnutí nebo vypnutí výkonných spotřebičů nebo zkratu.
Odchylky napětí jsou vyjádřeny v procentech vzhledem ke jmenovitému napětí sítě
Kolísání napětí se počítá takto:
kde nejvyšší a nejnižší hodnoty napětí jsou ve stejném bodě sítě.
Pro zajištění normálního provozu elektrických přijímačů je nutné na jejich sběrnicích udržovat napětí blízké jmenovitému napětí.
GOST stanoví následující povolené odchylky v normálním provozu:
na svorkách elektromotorů – od ;
na svorkách osvětlovacích zařízení (vnitřní a vnější osvětlení) – od ;
na terminálech zbývajících přijímačů od .
V post-havarijních podmínkách je povoleno dodatečné snížení napětí o 5 % na specifikované hodnoty.
Pro zajištění správné úrovně napětí na sběrnicích elektrických přijímačů se používají následující opatření:
Transformátory se používají s transformačními poměry, které berou v úvahu ztrátu napětí jak ve vinutí transformátoru, tak v napájecí síti. Například (viz obr. 10.1) předpokládejme, že napětí na nízké straně rozvodny, normalizované na vysokonapěťovou stranu, je 105 kV. Při transformačním poměru se skutečné napětí na nízkonapěťových sběrnicích bude rovnat:
Při transformačním poměru bude skutečné napětí na nízkonapěťových sběrnicích blíže jmenovitému:
Vinutí transformátoru jsou opatřena odbočkami, které umožňují změnu transformačního poměru v určitých mezích. Napětí v uzlech obvodu umístěných blíže ke zdroji energie je obvykle vyšší než jmenovité napětí a ve vzdálených uzlech – nižší než jmenovité napětí. Pro získání požadované napěťové úrovně na sekundární straně transformátorů zapojených v těchto uzlech je nutné zvolit větve ve vinutí transformátorů. V uzlech se zvýšenou napěťovou úrovní jsou transformační poměry nastaveny nad jmenovité a v uzlech se sníženou napěťovou úrovní jsou transformační poměry transformátorů nastaveny pod jmenovité.
Schéma sítě, jmenovité napětí a průřezy vodičů se volí tak, aby napěťová ztráta nepřekročila přípustnou hodnotu.
Přípustná ztráta napětí je stanovena s určitým stupněm přesnosti na základě normalizovaných hodnot odchylek napětí na sběrnicích elektrických přijímačů:
pro sítě s napětím 220 – 380 V po celé délce od zdroje energie po poslední elektrický přijímač od 5 – 6,5%;
pro napájecí síť s napětím 6 – 35 kV – od 6 do 8% v normálním režimu; od 10 do 12 % v ponouzovém režimu;
pro venkovské sítě s napětím 6 – 35 kV – až 10 % v normálním režimu.
Tyto hodnoty přípustných ztrát napětí jsou zvoleny tak, aby při správné regulaci napětí v síti byly splněny požadavky PUE s ohledem na odchylky napětí na sběrnicích elektrických přijímačů.
Předpoklady pro výpočet lokálních sítí
Při výpočtu sítí s napětím do 35 kV včetně se vychází z následujících předpokladů:
nabíjecí výkon elektrického vedení se nebere v úvahu;
indukční reaktance kabelových silových vedení se nebere v úvahu;
výkonové ztráty v oceli transformátorů se neberou v úvahu. Výkonové ztráty v transformátorové oceli se berou v úvahu pouze při výpočtu ztrát činného výkonu a elektřiny v celé síti;
Při výpočtu výkonových toků se neberou v úvahu výkonové ztráty, tzn. výkon na začátku úseku se rovná výkonu na konci úseku;
příčná složka úbytku napětí se nebere v úvahu. To znamená, že fázový posun napětí mezi uzly obvodu se nebere v úvahu;
Výpočet ztrát napětí se provádí na základě jmenovitého napětí, nikoli na základě skutečného napětí v uzlech sítě.
Určení největší ztráty napětí
S přihlédnutím k předpokladům učiněným při výpočtu místních sítí, napětí v libovolné isíťový uzel se vypočítá pomocí zjednodušeného vzorce:
kde jsou činné a jalové výkony protékající úsekem, resp j;
respektive aktivní a indukční odpor sekce j.
Nezohlednění ztrát výkonu v místních sítích umožňuje vypočítat ztráty napětí buď výkonem sekcí nebo výkonem zátěží.
Pokud se výpočet provádí na základě výkonu sekcí, pak se bere v úvahu aktivní a jalový odpor stejných sekcí. Pokud se výpočet provádí na základě výkonu zátěží, pak je nutné vzít v úvahu celkový činný a jalový odpor od napájecího zdroje k místu připojení zátěže. Ve vztahu k Obr. 10.2 máme:
podle kapacity místa
V nerozvětvené síti je největší ztrátou napětí ztráta napětí z napájecího zdroje do koncového bodu sítě.
V rozvětvené síti je největší ztráta napětí určena následovně:
vypočítá se ztráta napětí z napájecího zdroje do každého koncového bodu;
Mezi těmito ztrátami je vybrána ta největší. Jeho hodnota by neměla překročit povolenou ztrátu napětí pro danou síť.
Speciální případy výpočtu lokálních sítí
V praxi se setkáváme s následujícími speciálními případy výpočtu místních sítí (pro výpočty na základě kapacity úseků jsou uvedeny vzorce):
Elektrické vedení je po celé délce vyrobeno z vodičů stejného průřezu, rovnoměrně rozmístěných
Elektrické vedení je po celé délce vyrobeno z vodičů stejného průřezu, rovnoměrně rozmístěných. Zátěže mají stejné cos
Elektrické vedení napájející čistě odporovou zátěž (Q = 0, cos =1), nebo kabelová elektrická vedení s napětím do 10 kV (Х = 0)
Ve většině praktických případů se musíme vypořádat s čistě aktivním, rovnoměrně rozloženým zatížením. Pro síť znázorněnou na obr. 10.3 máme:
Ztráta napětí, která vzniká proudem i po délce úseku l
Ztráta napětí po celé délce L
S celkovým zatížením elektrického vedení, proud Potom,
Z výsledného vzorce je zřejmé, že rovnoměrně rozložené zatížení může být nahrazeno celkovým soustředěným zatížením aplikovaným uprostřed elektrického vedení.
Pokud se výpočet provádí z hlediska kapacity, pak . Pak je velikost ztráty napětí
Výsledné pravidlo pro nahrazení rovnoměrně rozloženého zatížení celkovým zatížením lze použít ve složitějších případech. Například, když je zatížení rovnoměrně rozložené pouze v jedné z sekcí (obr. 10.4):
Pomocí vektorového diagramu na obrázku 4.5 definujeme pojmy pokles a ztráta napětí.
Pokles napětí je geometrický rozdíl mezi napěťovými komplexy začátku a konce vedení. Úbytek napětí je vektor AB.
Podélná složka poklesu napětí je průmět vektoru poklesu napětí AB na reálnou osu, vektor AC na obrázku 4.5.
Příčný úbytek napětí je průmět vektoru AB na imaginární osu, jedná se o vektor CB.
Obecně lze pokles napětí ve vedení reprezentovat jako (4.14)
kde je podélná složka poklesu napětí,
– příčná složka poklesu napětí.
V praxi se častěji používá pojem ztráta napětí – jedná se o algebraický rozdíl mezi napěťovými moduly na začátku a na konci vedení. V sítích s napětím U≤110kV je příčná složka velmi malá, takže se přibližně předpokládá, že úbytek napětí se rovná podélné složce úbytku napětí.
Při výpočtu režimů elektrických sítí je často nutné určit ztrátu napětí. Při takových výpočtech je nutné nastavit počáteční podmínky, které nutně zahrnují výkonové toky ve vedení a napětí na začátku nebo konci vedení.
30. Provozní režimy elektrických sítí. Rovnováha činné síly a její vztah k frekvenci.
Zvláštností elektroenergetických soustav je téměř okamžitý přenos energie ze zdrojů ke spotřebitelům a nemožnost akumulovat vyrobenou elektřinu ve znatelném množství.
Tyto vlastnosti určují simultánnost procesu výroby a spotřeby elektřiny.
V každém okamžiku v ustáleném stavu musí jeho ES systémy generovat výkon rovnající se výkonu spotřebičů a pokrývat ztráty v síti – rovnováha vyrobeného a spotřebovaného výkonu musí být zachována:
Kde SPГ– vyrobený činný výkon stanice (mínus výkon vynaložený pro vlastní potřebu);
SРН– celková spotřeba činné energie;
SРП– celkový činný výkon spotřebičů;
SDP – celkové ztráty činného výkonu.
Za předpokladu konstantního složení zátěží systému je jejich příkon vztažen k frekvenci střídavého proudu. Pokud je původní rovnováha narušena, frekvence nabude nové hodnoty. Pokles generovaného činného výkonu vede ke snížení frekvence, její zvýšení způsobuje zvýšení frekvence. Jinými slovy, když SPГFrekvence klesá, když SPГ>SPПfrekvence se zvyšuje..
Tedy kdy SРГРП frekvence klesá, kdyžSРГ>SРП frekvence se zvyšuje. (pro systém – jeden generátor a motor rotující na stejné frekvenci). Jakmile výkon generátoru začne klesat, frekvence se sníží a naopak.
Totéž platí v elektrickém systému, například když SРГ>SРП turbíny se začnou zrychlovat a otáčet rychleji, frekvencef roste.
Důvody nerovnováhy výkonu mohou být:
)nouzové vypnutí generátoru;
b) neočekávané (neplánované, nezahrnuté do výpočtů) zvýšení spotřeby energie (například zvýšení spotřeby elektrické energie elektrickými ohřívači v důsledku silného poklesu teploty);
c) nouzové odstavení komunikačních linek nebo potrubí.
Pro vysvětlení posledního důvodu uvažujme systém dvou částí spojených komunikační linkou. Když obě části spolupracují, je zachována rovnováha energie:
V první části systému však výroba převyšuje spotřebu:
Podmínka: v první části systému je výroba větší než spotřeba:
a ve druhém naopak při výpadku komunikační linky v nouzi budou obě části systému pracovat izolovaně a rovnováha sil P v každé z nich bude narušena.
Podmínka: v první části systému je generování větší než spotřeba: V první se frekvence zvýší, ve druhé sníží. Frekvenci v systému odhaduje indikátor odchylky frekvence
Frekvenční odchylka je rozdíl mezi skutečnou a nominální hodnotou základní frekvence
Při normálním provozu energetického systému je povolena odchylka v mezích ±0,1 Hzv průměru přes 10 minut. Dočasný provoz elektrizační soustavy s frekvenční odchylkou v mezích je povolen±0,2 Hz , zprůměrováno za 10 minut.V důsledku odchylek je pozorováno kolísání frekvence – změny nastávající při rychlosti 0,2 Hz/s.
Na udržování frekvence v elektrických systémech jsou kladeny zvýšené nároky, neboť velké odchylky mohou mít za následek poruchu zařízení stanice, snížení výkonu motoru, narušení technologického procesu a vady výrobku.
Přebytek SРГ přesSРП, vedoucí ke zvýšení frekvence, lze eliminovat snížením výkonu generátorů nebo vypnutím některých z nich. Snížení frekvence v důsledku nadměrné frekvenceSРП přesSРГ vyžaduje mobilizaci výkonových rezerv nebo automatické snižování frekvence (AFS).
Ve všech režimech musí existovat určitá výkonová rezerva nebo automatické snižování frekvence (AFS). V opačném případě může snížení frekvence vést nejen k vadným výrobkům od spotřebitelů, ale také k poškození EO ES a kolapsu systému. Rezerva může být horká (generátory jsou zatíženy na nižší než jmenovitý výkon a velmi rychle se zatíží, když dojde k náhlé nerovnováze R) a chlad, který vyžaduje dlouhou dobu pro vstup.
Celková požadovaná výkonová rezerva elektrizační soustavy se skládá z těchto typů rezerv: zátěžová, opravná, nouzová, národohospodářská. ZatíženíRezerva slouží k pokrytí náhodných výkyvů a nepředvídaných nárůstů zatížení nad běžné maximální zatížení zohledněné v bilanci.
NouzovýZáloha má nahradit jednotky, které byly mimo provoz v důsledku havárie.
NárodohospodářskýRezerva slouží ke krytí případného nadměrného odběru energie oproti plánované úrovni. Kromě výkonové rezervy vyžadují elektrárny systému ještě energetickou rezervu.
Tepelným elektrárnám musí být zajištěna odpovídající dodávka paliva a vodním elektrárnám musí být zajištěna dodávka vody.
Pokud je rezerva stanic vyčerpána a frekvence v systému nedosáhla nominální hodnoty, pak nastupují zařízení AFC, která jsou určena k rychlému obnovení rovnováhy výkonu v případě nedostatku vypnutím některých méně kritických spotřebitelů.
Za prvé, AChR Automatic Frequency Unloading odpojuje spotřebitele třetí kategorie. U nich jsou povoleny výpadky napájení na dobu nezbytnou k opravě nebo výměně poškozeného síťového prvku, maximálně však na jeden den. Nejkritičtější spotřebitelé jsou odpojeni jako poslední.
Automatické vypínání frekvence je diskrétní řídicí systém, který odpojuje spotřebiče v krocích (nebo ve frontách).
Když se frekvence o něco sníží DfFrekvenční relé, které je součástí zařízení AFR, se sepne a odpojí některé spotřebiče s napájením DR.
Systém AFR se skládá z automatizačních sad instalovaných na energetických zařízeních. Každá sada frekvenčních relé má vlastní nastavení frekvence, při které pracuje a odpojuje část vedení napájejících spotřebiče;
AFR odpojuje spotřebiče tak, aby frekvence neklesla pod maximální přípustnou hodnotu v provozních podmínkách technologického zařízení ES.
