Схемы замещения электрических сетей

Электрические сети состоят из множества элементов, электрически соединённых между собой. Это генераторы электростанций, повышающие и понижающие трансформаторы, ЛЭП, компенсирующие устройства.

При проектировании и эксплуатации электрических сетей требуются решение и анализ их режимов работы на основе математических моделей, составленных для схем замещения.

Расчётные схемы электрических сетей состоят из П-образных схем замещения ЛЭП и Г-образных схем замещения трансформаторов.

П-образная схема замещения трёхфазной ЛЭП состоит из трёх продольных ветвей с сосредоточенными R и Х фаз линии и поперечных ветвей, содержащих ёмкостные связи между фазами и нейтралью. Нейтраль всегда имеется в моделях электрических сетей, даже если в сети физически не существует такой точки. Ёмкостные связи в схеме замещения ЛЭП разделены пополам и сосредоточены по концам схемы.

Поскольку в симметричной схеме параметры фаз одинаковые, удобно пользоваться так называемым однолинейным представлением схем замещения с изображением только одной фазы (рис. 12).

Рис. 12. Однолинейная П-образная схема замещения
трёхфазной ЛЭП

Для ВЛ низкого напряжения и КЛ схема замещения упрощается за счёт исключения ёмкостной проводимости или одного из сопротивлений R₁ , Х₁.

О схемах замещения трансформаторов подробно рассказывается в разделе 2.

Схемы замещения батарей статических конденсаторов (БСК) и реакторов очень просты, так как в них малы потери на нагрев и они моделируются только ёмкостью или индуктивностью соответственно.

Важно отметить, что элементы схем замещения типа R, Х, G и В (сопротивления и проводимости) даются для одной фазы, так как схемы, если это не оговаривается специально, считаются симметричными. Однако элементы типа отбора мощности (потери холостого хода и на корону) даются для всей трёхфазной системы.

Нагрузки, заданные в виде сопротивлений или проводимостей, также задаются для одной фазы, но как отбор мощности – для трёх фаз.

3.2. Пример составления схемы замещения
электрической сети

Составим схему замещения электрической сети для принципиальной схемы (рис. 13).

Рис. 13. Принципиальная схема сети

Полная схема замещения включает в себя все элементы сети: каждую цепь линии, каждый трансформатор и т.п. (рис. 14). Эквивалентная схема замещения более простая, чем полная схема: в ней преобразованы в одну параллельные ветви (как продольные, так и поперечные) и там, где это возможно, объединены в одну последовательные ветви (рис. 15). При параллельном сложении схем замещения трёхобмоточных трансформаторов (в виде двух трёхлучевых звёзд) предполагается, что потенциалы нулевых точек одинаковы и эти точки можно совместить.

Рис. 14. Полная схема замещения сети (сопротивления в Ом, проводимости в мкСм, мощности в МВА, коэффициенты
трансформации в о.е.)

Схема замещения БСК мощностью 10 МВАр представлена в виде ёмкости со значением ёмкостной проводимости в мкСм.

Рис. 15. Эквивалентная схема замещения сети
(сопротивления в Ом, проводимости в мкСм, мощности в МВА, коэффициенты трансформации в о.е.)

Расчётные схемы содержат те же данные, что и схемы замещения, но для удобства подготовки и чтения схем в них не прорисовываются отдельные элементы, а все ветви представляются сплошными линиями с указанием элементов трансформации, а для поперечных ветвей изображается вид элемента (рис. 16).

В отличие от схемы замещения в расчётной схеме ёмкостная проводимость ЛЭП даётся в целом для линии, а ветки холостого хода трансформаторов и отводы активной мощности на корону в ЛЭП указываются в прилегающих узлах как мощности нагрузок.

Рис. 16. Расчётная схема сети (сопротивление в Ом,
мощности в МВА, коэффициенты трансформации в о.е.)

Упражнение

Задайтесь несложной схемой электрической сети (4-5 узлов), для которой составьте полную и эквивалентную схемы замещения, на которых представьте численные значения параметров и нагрузок. Все узловые точки пронумеровать. В подрисуночной надписи к схемам указать единицы измерения.