Методы расчета электрических сетей

Расчетные нагрузки и схемы электрических сетей
В зависимости от требуемой точности, назначения, места расположения электрических нагрузок и стадии проектирования электроэнергетических систем и систем электроснабжения, вида расчетов, понятие «расчетная нагрузка» имеет неоднозначный смысл, и для его определения используют различные методы. Анализ режимов электрических сетей, выполняемый вручную, проводится применительно к схемам замещения, нагрузки узлов которых наряду с мощностями потребителей (источников), в общем случае изменяющиеся по статистическим характеристикам, определяют с учетом потерь мощности в трансформаторах подстанций, а также мощностей проводимостей (шунтов) П-образных схем замещения примыкающих линий. Нагрузки узлов, определяемые (сформированные) таким образом, называются расчетными (эквивалентными), а соответствующие схемы замещения — расчетными.
Возможность упрощения исходной схемы замещения при использовании этого понятия проиллюстрируем на примере схемы электрической сети (рис. 2, а) с номинальным напряжением, не превышающим 220 кВ. В этой схеме на шины высшего напряжения электростанции 1 через повышающий трансформатор Т, выдается заданная мощность S_y. С шин ВН подстанции 2 через понижающий трансформатор Т₂ передается мощность нагрузки S_r Внешняя система представлена электрической станцией (подстанцией) 3, балансирующей по активной и реактивной мощности. К шинам ВН электростанций 1 и 3 и подстанции 2 подходят по две линии районной электрической сети.
На рисунке 2, б показана схема замещения, характеризующая условия распределения мощностей в ветвях, связанных с узловыми точками 1, 2, 3 замкнутой электрической сети. На этой схеме суммарная мощность, проходящая по сопротивлениям Z_n и Z_|3 примыкающих линий:

причем мощность Sj отличается от мощности генерации 5, на потери в обмотках трансформатора Т₍(в сопротивлении Z₍) и потери холостого хода:

Тогда суммарную нагрузку на шинах электрической станции 1, в дальнейшем называемую расчетной (эквивалентной), для узла 1 определим в виде мощности
(1)
или силы тока
(2)
Аналогично выразим расчетную мощность подстанции 2.

где мощность отличается от мощности нагрузки S₂ на потери в обмотках трансформатора
Т₂ (в сопротивлении Z₂):

В итоге суммарную нагрузку на шинах подстанции 2, именуемую расчетной, определим в виде мощности
(3)
или силы тока
(4)
Суммарная зарядная мощность линий, примыкающих к балансирующему источнику 3:

увеличивает его возможности по генерации реактивной мощности, но не оказывает влияния на потокораспределение в замкнутой сети, а потому в расчетах не учитывается.
Элементы схемы замещения, формирующие расчетные нагрузки узлов 1 и 2, на рис. 2, б, для наглядности ограничены пунктирными линиями.

Рис. 2. Схемы электрической сети: а — принципиальная: 1,3—электростанции; 2— подстанция; б — замещения исходная; в — расчетная: 1,2,3, Г, 2' — узловые точки
Аналогично можно определить расчетные нагрузки при подключении к узлам замкнутой сети других ответвлений («висячих» ветвей), например, в виде отходящих линий или участков разомкнутой электрической сети.
Если перед расчетом режима всей сети в целом предварительно определить суммарные (расчетные) нагрузки узлов S, S₂ (или /,, /₂), то можно отразить нарядус нагрузками узлов сети S_{ и S₂ влияние потерь мощности в трансформаторах, емкостной проводимости на режим ветвей расчетной схемы и, следовательно, на режим всей рассматриваемой сети.
Замена исходной схемы замещения (рис. 2, б) на расчетную (рис. 2, в), содержащую только продольные ветви, не только существенно ее упрощает, но и позволяет практически реализовать инженерные методики расчета и анализа режимов замкнутых электрических сетей.
Поскольку вычисление расчетных электрических нагрузок предшествует расчету режимов сети, в результате которого определяются напряжения в узлах схемы замещения, то слагающие этих нагрузок рассчитывают по номинальному (или исходному) напряжению U⁰⁾ сети по формулам вида: