Электр желісімен жүйелер схемалары

10- дәрістің тақырыбы. Электр желісімен жүйелер схемалары

Әртүрлі объектілерінің жұмыс істеу жағдайларының алуан түрлілігі олардың электрмен жабдықтау схемасының алуан түрлі болуына себепші болады. Тұтынушылардың қоректену схемалары энергия көзінің қашықтығына, берілген ауданның электр жабдықтаудың жалпы схемасына, тұтынушылардың территориялық орналасуымен олардың қуатына, сенімділіген қойылатын талаптарға және т.б. тәуелді.

Ж елі схемасы мен конфигурациясының (пішім үйлесімділігі) таңдап алу өте күрделі, өйткені желі сенімділік, үнемділік, пайдалануға қойылатын, қауіпсіздіктерімен даму мүмкіндігігін шарттарын қанағаттандыру тиіс.

Ж елінің пішім үйлесімділігі элементтердің өзара орналасуымен анықталады (ЭС, ПС, РП, желінің); желінің схемасы тұтынушы катигориясына және олардың сенімділік дәрежесіне тәуелді. Оның негізгі құрылу идеясымен анықталады. I категория тұтынушылар электр энергиясымен екі тәуелсіз қоректену көзімнен екі жеке желілер бойынша қамтамасыз етілуі тиіс. Олардың электрмен жабдықтау үзілісі тек резервті қоректенудің автоматты қосылу уақытында ғана жіберіледі. Екі тізбекті желі қажетті сенімділігі жиі қамтамасыз ете бермейді, өйткені тіреуіш бүлінгенде, мұз тайғақта, желіде және т.б. кезінде қоректену толық үзілуі мүмкін. II категориялы тұтынушылар үшін көп жағдайларда екі жеке желілер бойынша, не екі тізбекті желілер бойынша қоректену де қарастырылады. Әуе желісінің апатты жөндеу жұмысы ұзақ болмағандықтан, ереже II категория тұтынушыларын бір желі бойынша да электрмен жабдықтауға жол береді. III категория тұтынушылары үшін бір ғана желі жеткілікті. Осыған байланысты резервті емеспен резервті схемалар қолданылады.

Резервтелмеген – резервті желімен трансформаторсыз, III категория тұтынушыларын қоректендіретін бұл топқа (кейде II) радиалды схема жатады (сурет 1,а). Резервтелген I және II категория тұтынушыларын қоректендіреді. Оларға сақиналы (сурет 1,б), екі жақтан қоректенуші (сурет 1,в), екі тізбекті магистральды (сурет 1,г) және /, //, /// және IV үзбелі жүктемелері бар күрделі тұйықталған схемалар жатады (сурет 1,д).

Көп жағдайларда желінің резервтелген схемалардағы құрылысы екі кезеңде жүргізіледі. Бірінші желі салынады және тек жүктеме өскен кезде жобаға дейін екіншісі салынады. Аралас схемаларда қолданылуы мүмкін – резервтелмегенмен біріккен резервтелгендер. Жоғары және асқын кернеудің (330 кВ және одан жоғары ) электр беріліс желілері блокты немесе байланыс схемасы бойынша орындалады (сурет 2. а, б).

Блоктық схемада (сурет 2. а), мысалы, R нүктесіндегі апат барлық желілер – барлық блоктың (генератор, трансформатор және желілердің) істен шығарады. Байланыс схемасында (сурет 2,б) R нүктесіндегі апат тек В1—В2 аймағының өшуін ғана тудырады. Қуат В3—В4 ажыратқышты желі арқылы қалған аймақтарға беріле береді. Байланыс схемасы КСРО-да кеңінен тараған, өйткені ол өте сенімді және станцияның параллель түрде жұмыс істеуінің үлкен тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Үшфазалық жүйе бір фазалыға қарағанда металдың бірдей шығындалуы кезінде қуаттың аз шығынын (шамамен 30%-ға) тудырады, сондықтан ол көп тараған.

Төменгі вольттық қондырғылар көп жағдайларда төрт өткізгіштік үш фазалы жүйелермен жасалады (сурет 3. а), бейтарап (Н) мықтап жерге қосылады.

Н ольдік өткізгіш тек қана жарықтандыру қабылдағыштарда фазалық кернеуге қосу үшін ғана емес, бірдей емес тиелген фаза кезінде пайда болған симметриялық емес токтарын теңестіру үшін де қызмет етеді. Ток нольдік өткізгіш бойымен ағып өтпейді.

Мұндай желілердің номиналды кернеулері 220/127 В немес 380/220 В болып белгіленеді, мұндағы бөліміндегі сызықты, ал алымы фазалық кернеуге сәйкес келеді.

Дегенмен, бұрын көрсетілгендей және 1-мысалда көрсетілгендей кернеу көп болған сайын, энергияның сол шығынында металл шығыны сонша аз болады. Мұндай желілердің кернеуі жоғары болуыда мүмкін еді. Фазалық кернеу 220 В мәнмен шектеледі, өйткені өнеркәсіп 220 В-тан жоғары кернеумен қадалу шамдарын әлі шығара алмайды. Бұл сонымен қатар бір мезетте техника қауіпсіздігімен байланысты. Қарастырылып жатқан желінің векторлық диаграммасы (сурет 3. б)-да көрсетілген.

Қ азіргі уақытқа дейін 1000 В дейінгі бөлектетілген бейтараптама (сурет 4) нольдік өткізгішсіз үнемсіз үш өткізгіштік желілер сақталып қалған. Бұл жүйелерде желі кернеуін. 220 В–тан қадау шамдарының шектелген кернеуінің салдарынан асырып жоғарлату мүмкін емес. Жоғары вольттық қондырғылар (1000 В-тан жоғары), оларға тікелей қыздыру шамдары қосылмайды, ереже бойынша, үш өткізгіштермен жасалады (сурет 5), өйткені нольдік өткізгіш қажет болмайды.

Беріліс кернеуін жоғарлату үшін үлкен қашықтыққа және үлкен беруші қуат кезінде желілерді екі сатылы кернеу және бұрын көрсетілгендей одан да жоғары жасау мақсатқа сай.

Желінің тиімді түрдегі схемасын таңдап алу үшін бір қатар нұсқалар (4—5) ұйғарылған. Нұсқалар бір-бірімен салыстырылып, келтірілген шығындардың минимумын беретін ең пайдалысы таңдап алынады. Желінің ұйғарылған схемасы қосалқы станцияның қуатымен схемасы едәуір дәрежеде әсер ететінін және де нұсқалар салыстырылғанда ескерілу қажет екенін ұмытпаған жөн. Алайда қосалқы станция схемалары бұл жерде қарастырылмайды.

Энергияны айнымалы мен тұрақты токпен үлкен қашықтыққа беру.

Жүздеген және одан да көп километрлі ұзын желілер айнымалы да тұрақты да токпен 220-дан 1150 кВ-қа және одан да жоғары кернеуде жүзеге асырылады.

Энергяның айнымалы ток желілері бойынша берілісі. Энергия ірі жүктеме аралығынан алшақтатылған қуатты жылумен гидравликалық электр станциясынан өте жоғары кернеуде өзгерте отырып, тұтынушыларға желі бойынша беріледі. Бір уақытта мұндай желілер энергия жүйелері арасындағы байланыс үшін құрылады (жүйе аралық ұсыныстар). Берілетін қуат пен электр берудің тағайындалуына байланысты бұл желілер бір және екі тізбекті және үлкен мөлшердегі тізбекпен құрылады. Байланыс схемасының принципі бойынша орындалған мұндай берілістің мүмкінді екі тізбекті схемасы сурет 6-да көрсетілген.

П с1 – аралық жүйе қосылатын қосалқы станция; Пс2 және Пс3 – аралық жүйенің лаустанциялары; Р- реакторлар; Г- беруші станцияның генераторлары; Тр – трансформаторлар; АТ- автотрансформаторлар; УПК – ұзын сыйымдылық компенсациялау қондырғысы. Ұзындығы 1000—1300 км асқан кернеулі мұндай желілердің өткізу қабілеттілігі жоғарлату үшін компенсациялау құрылғылары (КУ) қолданылады. Олардың көмегімен желі параметрлерін (индуктивті кедергімен сыйымдылық өткізгіштігі) өзгеруге болады. Бұл құрылғылар берілістің беруші ұшына, қабылдау жүйесінің қосалқы станцияларына және аралық қосалқы станцияларға тізбектей және параллель қосыла алады. 6-шы суретте көрсетілгендей желінің индуктивті кедергісінің бір бөлігін компенсациялаудың ұзын сыйымдылық компенсация қондырғысы көрсетілген. УПК – конденсаторының реактивті қуатымен желі аймақтарының сыйымдылық өткізгіштігін сіңіру үшін реактор (Р) түріндегі көлденең компенсациялау құралдары орнатылады. Үлкен қуаттарды аса ұзық қашықтыққа беру бірқатар шаралар арқылы жүзеге асырылады, соның ішінде:

1) аралық Пс 200—400 км қашықтықта орнатумен, олар мынандай қызмет атқарады а) ұзындығы жүздеген километрдегі аралықты желілер кезінде өте маңызды қуатты іріктеу үшін; б) бүлінген кездегі электр берілістің өткізу қабілеттілігін жоғарлату үшін. Шынында, электр станцияның параллель түрде жұмыс істеуінің тұрақтылық шарты бойынша ең жоғары беруші қуат, бізге белгілі, мына өрнекпен анықталады.

Р=ЕU/Хпер, (1)

мұндағы Е және U — беруші станция генераторларың ЭҚК және қабылдау жүйесінің кернеуі; Хпер — барлық беріліс жүйесінің қорытынды кедергісі.

Х пер аз болған сайын, сонша көп қуатты келесі жері арқылы жіберуге болады. Арасында, R нүктесінде зақымдану кезіңде көрсетілгендей, барлық бүлінген Л1 желісі істен шығады. Қоректену тек Л2 желісі бойынша жалғасады. Хпер кедергісі басқа тең шарттар кезінде 2 есе өседі де, көрсету бүліну кезіндегі өткізу қабілеті 2 есе азаяды. В1 және В2 ажыратқыштар арасындағы зақымдану кездегі ПП айырып-қосқыш пунктісі бар схемасында желінің тек осы аймақта ғана жұмыс істейді. Екі айырып-қосқышы пунктеріндегі Хпер кедергісі енді 2 есе емес, ал 1,33 есеге өседі, яғни өткізу қабілеті де 1,33 есеге кемиді. ПП үлкен болған сайын желі аймағы бүлінген кездегі Хпер аз және өткізу қабілеттілігі жоғары. Көрініс, егер ПП саны жоғарлаған және Хпер азайған кездегі өткізу қабілетінің жоғарлаған, бірақ әрбір қосымша ПП қымбат тұратын ажыратқыштар қажет ететін ескермесек, толық болмайды. Ең тиімді шешім ПП-ны аралық қосалқы станциялармен алмастыру болып табылады, ол қазіргі кезде жаппай жүргізілуде. Шындығында, ұзын желі жүктемесі үлкен аудандардың жанынан өтеді және бұл желідегі аралық қосалқы станциялар кернеуі өте төмен желінің кейінгі сотысындағы қосалқы станциялар санын азайтады. Тиімді қуатпен осындай аралық қосалқы станциялар санын таңдап алу арнайы техника-экономикалық негіздерді талап етеді;

2) кернеулігі 330 кВ және оданда жоғары барлық желілерде қолданылатын желілердің әрбір фаза өткізгіштерін ыдыратып;

3) беріліс өткізу қабілетін әрі қарай жоғарлататын желінің индуктивті кедергісін бойлық сыйымды компенсациялау қондырғысымен. Реактивті кедергі 25%-ға компенсациялаған кезде өткізу қабілет 30—40%-ке, ал 50%-ке компенсациялағанда 1,7—2 есе өседі. Бір уақытта ұзына бойлы сыйымдылық компенсациялау кернеуді берілістік тармақтауына әсер етеді. Ұзын бойлы сыйымдылық компенсациялау қондырғысы арқылы қосалқы станциялар немесе ПП-да орналастырылады.

Шунтты реакторлар түріндегі көлденең индуктивті компенсация Qc желісімен генерацияланатын қуатты компенсациялайды. Желі бойындағы кернеу Qс желісімен генерацияланатын қуат және желі бойымен өткен қуаттын қатынасына байланысты өзгеретіндіктен, желі ортасындағы немесе жетіктегі кернеу едәуір өсуі мүмкін. Мұдай жағдай желі бойынша берілетін қуат кішкене болған немесе желінің бір ұшында жүктеме (бос) болмаған жағдайларда қадағаланады. Соңғысы, мысалы, синхронизациялау алдында болуы мүмкін, ол тежеу заттарының бұзылуына әкелуі мүмкін. Артық қуат пен реактор тұтынады, кернеу мүмкін аралықта ұстап қалынады да, апаттан сақтап қалынады. Бұл реактор реттегіштерімен орындалады.

К өлденең сыйымдылық компенсациясы қабылданушы қосалқы станцияларда орнатылады. Мұндай компенсациялауға синхронды компенсациялау (СК), конденсаторлар батареялар (УБК) және басқа жатады. Олар кернеуді реттеу мен қуат шығынын қосу үшін айнымалы ток желілерінде синхронды қажет болады, яғни элементтің жиілігі, кернеуі және фазасы шамамен бірдей болуы үшін.

Элементтерді параллель жұмысқа қосар алдында сызықты айнымалы токты синхронизациялау керек. Онда екі элементте де жиілік, кернеу және фаза жобамен тең болуы керек.

Энергиядағы тұрақты ток желісі бойынша генераторлармен жүргізіледі және содан кейін аса жоғары кернеуде тасмалданады.

Түзеткіштердің көмегімен айнымалы ток тұрақтыға түрленеді де, желі арқылы ұзақ қашықтыққа беріледі. Берілістің басқа шетінде тұрақты токты айнымалыға түрлендіргіш көмегімен (инверторлар) айнымалы ток энергиясы қайтадан өтеді. Кішкене кернеумен тасмалданып, қабылдану жүйесіне беріледі. Мұндай берілістің жеңілдетілген схемасы 7 суретте көрсетілген.

Тұрақты ток желісінің ерекшеліктері:

1. Олар тұрақтылық есебін қажет етпейді. Жеке жүйелердің тұрақты ток желілерімен байланысы олардың синхронизациясыз бірлескен жұмысы әр түрлі жиіліктерде мүмкін.

2. Мұндай желілердегі кернеу өте біртегіс, өйткені тұрақты режимде олар Qс реактивті қуатты генерациялайды.

3. Тұрақты ток желісіндегі еселік ішкі артық күш жұмсалу айнымалы желіге қарағанда төмен. Бұл тұрақты ток берілісінің бірдей деңгейде оқшалауы кезінде аса жоғары кернеуді пайдалануға болатынын білдіреді.

4. Тұрақты ток желісінің құрылысы айнымалыға қарағанда қарапайым, оқшаулатқыштар тіркесі саны аз, металл шығыны аз.

5. Қуатынының бағытын вентельдерді торлы басқару құрылғыларындағы автоматты айырып-қосқышпен өзгертуге болады (түзеткіштер мен инверторлар). Мұндай жүйелер реверсивтігі деп атайды.

Түрақты ток желісінің максималды өткізу қабілетттілігі вентельдік қуатына тәуелді түрлендіргіш қосалқы станциялардың өткізу қабілеттілігімен шектеледі.

Тұрақты тоқтын электр бірлестіктің номиналды кернеуі болып полюспен жер астындағы кернеу саналады.

Алайда тұрақты ток желілерінің елеулі кемшіліктері де бар:

1) кернеуі жоғары көп түрлендіргішті және әлі сенімділігі жеткіліксіз және көптеген құралдар шығынын қажет ететін аппаратуралы күрделі шеткі қосалқы станциялар құрылысын қажеттілігі. Шынында, түзеткіштер мен инверторлардың әзірше үлкен қуаттылығы элеметтері болып табылатын диодтар мен тиристорлар, кернеулер мен токтар жоқ. Сондықтан оларды кернеуді жоғарлату үшін тізбектей және токты жоғарлату үшін параллель қосуға тура келеді. Олардың саны өте көп және жайғастыруға көп шығын мен орынды қажет етеді. Сонымен қатар түзеткіштер мен инверторлар айнымалы ток жағындағы қисық кернеудің түрін қатты бұрмалайды. Сондықтан қуатты тегістеуші құралдарды тұрғызуға тура келеді. Соның барлығы беріліс бағасын едәуір қымбаттатады және сенімділікті төмендетеді, өйткені осы жабдықтардың сенімді түрде жұмыс істеуін қамтамасыз ету өте күрделі;

2) тұрақты ток желісінен қуатты іріктеп алу әзірге ауыр;

Жабдықтардың құнынан тұрған тұрақты бөліктің К0 үлкен шығынынан, тұрақты токтын берілісі тек үлкен қашықтықтарда ғана экономикалық тұрғыда тек орынды болып қалады. Айнымалы ток желісінен тұрақты ток желісіне жөнді өту нүктесі т шамамен 1000—1200 км ұзындықтағы желі ұзындығы мен берілетін қуатқа байланысты берілген.

Тұрақты ток берілісінде қосылудың алдында шамамен полярлық бірдей болуы және кернеу ішкі ұшында бірдей болуы қажет.

Қосымша әдебиет 6 (28-38)

Бақылау сұрақтары:

1. Байланыс схемасының блоктымен салыстырғандағы артықшылығы қандай?

2. Төмен вольттық желілерде қолданылатын төрт өткізгішті үш фазалы жүйе үш өткізгіштіге қарағанда неге қолайлырақ?

3. Желінің тиімді варианты қандай экономикалық көрсеткіш бойынша таңдап алынады?

4. Айнымалы токтың ұзын желілер бойынша берілетін қуаты тұрақтылық шарттары бойынша қалай жоғарлатуға болады?

5. Айнымалы токтың алыс электр берілістерінде аралық қосалқы станциялар не үшін орнатылады?

6. Тұрақты ток желісінің артықшылықтары неде?