Розрахунок режимів електричних мереж з двостороннім живленням

Істотним недоліком розімкнутих нерезервованих електричних мереж є те, що у разі виходу з ладу якої-небудь ділянки цих мереж значна частина споживачів буде знеструмлена. Тому для забезпечення надійного електропостачання приймачів електричної енергії застосовуються замкнуті електричні мережі. В таких мережах електроенергія до споживачів подається не менше ніж з двох сторін.

Розрізняють прості замкнуті мережі, в яких приєднані до них споживачі живляться з двох сторін (рисунок 6.1) і складні замкнуті мережі, до вузлових точок яких електроенергія може подаватись не менш ніж з трьох сторін (рисунок 6.2). Проста замкнута мережа може мати одне джерело живлення (така мережа називається кільцевою мережею (рисунок 6.1, а), або два джерела живлення (мережа з двостороннім живленням (рисунок 6.1, б)). Кільцева мережа є окремим випадком мережі з двостороннім живленням. Кільцеву мережу можна привести до мережі з двостороннім живленням шляхом її розрізання по джерелу живлення.

а)

б)

а) кільцева мережа; б) мережа з двостороннім живленням

Рисунок 6.1 – Схеми простих замкнутих мереж

Рисунок 6.2 – Схема складної замкнутої мережі

Розрахунок мереж з двостороннім живленням проводиться для двох режимів роботи:

– нормального, коли живлення навантажень здійснюється одночасно з двох сторін;

– післяаварійного, коли одне з джерел живлення відключене.

Замкнуті електричні мережі мають наступні переваги перед розімкнутими:

– більша надійність електропостачання споживачів;

– більш економічна робота мережі при передачі електричної енергії;

– менші витрати потужності та енергії в замкнутих однорідних мережах;

– більша пристосованість до різних експлуатаційних режимів;

– більші можливості для проведення технічного обслуговування та ремонтних робіт без вимикання споживачів.

До їх недоліків слід віднести:

– значні капітальні вкладення для спорудження резервних зв’язків;

– збільшення перерізів за умовами післяаварійних режимів;

– більш складний релейний захист та автоматика;

– ускладнення розрахунків нормальних, аварійних та післяаварійних режимів роботи.

Розглянемо методику розрахунку електричних мереж з двостороннім живленням. Розрахункова схема такої мережі з трьома навантаженнями зображена на рисунку 6.3.

Рисунок 6.3 – Розрахункова схема мережі з двохстороннім живленням

Тут , і – навантаження у вузлах 1, 2 і 3 мережі; , , і – повні потужності на ділянках мережі; , , і , , , і – повні опори та довжини ділянок відповідно; А і В – джерела живлення; і – напруга джерел живлення.

Потужність, яка витікає в мережу з пункту А визначається за формулою:

. (6.1)

Позначивши опір від пункту В до навантажень 1, 2, 3 відповідно , , , а повний опір лінії між пунктами А і В через , отримаємо:

. (6.2)

В загальному випадку для декількох навантажень формула для розрахунку потужності, що витікає в мережу з пункту А має вигляд:

. (6.3)

Аналогічний вигляд буде мати формула для розрахунку потужності, яка витікає з пункту В:

, (6.4)

де – опір від пункту А до кожного з навантажень.

Інші навантаження на ділянках легко знайти, користуючись першим законом Кірхгофа для вузлів 1, 2, 3 та виходячи з припущення про відсутність втрат потужності в мережі:

; ; . (6.5)

В деякій точці мережі виявиться, що потужності до неї підтікають з обох сторін. В даному випадку такою точкою є точка 2. Ця точка називається точкою поділу і позначається значком .

Друга складова у формулах (6.3) і (6.4) називається зрівнюючою потужністю, яка протікає по лінії АВ внаслідок різниці напруг між цими пунктами. Ця потужність не залежить від навантажень ліній, оскільки вона буде мати місце і при , ,..., =0.

При рівності напруг в точках живлення (або для кільцевої схеми, коли точки А і В співпадають) = зрівнюючої потужності не буде, і режим буде розраховуватися за формулою:

. (6.6)

Представляючи вектори потужностей та опорів в алгебраїчній формі, отримуємо:

(6.7)

Розподіл активної та реактивної потужностей можна визначати окремо, замінивши в формулі (6.6) опір відповідною провідністю:

,

де і .

(6.8)

Формули (6.8) дозволяють вести розрахунок окремо для активного і реактивного навантаження, користуючись абсолютними значеннями дійсних і уявних складових навантажень і опорів. Ці формули можна використовувати для розрахунку потокорозподілу в мережах з двостороннім живленням і з різними рівнями напруги джерел живлення. Однак в цьому випадку у формулі (6.8) для результатів потокорозподілу необхідно враховувати зрівнюючу потужність.