Неустранимые ограничения
Электрическая энергия в любой момент времени находится в распоряжении потребителей- (см. гл. 2). Это, однако, не означает, что эта энергия может быть использована без ограничений.
При определении условий поставки электроэнергии потребителям различают два этапа — прогностический, учитывающий будущие запросы потребителя, оперативный, учитывающий имеющиеся характеристики потребительского оборудования на местах.
На первом этапе принимают во внимание главным образом те запросы мощности, которые делает абонент. Эти мощности сравнивают с мощностью к.з., которая характеризует возможности сети, и далее осуществляют выбор величины напряжения и точек присоединения новых потребителей.
На втором этапе уточняют требуемую мощность (оказывается обычно меньше) и проверяют возможную перегрузку сети, особенно в связи с потреблением реактивной энергии, сопровождающим потребление активной.
Небесполезно уточнить два упомянутых понятия: мощность к.з. и реактивная энергия,
Мощность короткого замыкания
Мощность короткого замыкания в какой-либо сети. Рассмотрим сеть, образованную линиями и трансформаторами согласно какой- либо схеме и питающуюся от некоторого числа генераторов.
Пусть М— какая-то точка этой сети. Введем обозначения: Uном— номинальное напряжение сети, к которому будет приведено напряжение всей сети в соответствии с методом, излагаемым далее; U — линейное напряжение в точке М перед возникновением аварии. Если авария возникает в точке М, то в этом аварийном режиме в ней появляется значительный по величине ток; /кз1 - однофазный ток к.з., т. е. ток, возникающий между фазой и землей; /к з3—ток симметричного трехфазного к.з.
Другие виды аварий не будем пока рассматривать.
При определении мощности короткого замыкания для каждого
из полюсов выключателя примем фазное напряжение UH0M/V3 и отключаемый ток /К ) 3 или /к 31.
Мощность короткого замыкания определяется как полная (кажущаяся) мощность:
(3.1)
где /кз — одна из величин JKs3 или /к з1; значение SK3 позволяет:
судить о напряжении на масляном выключателе, который отключает ток к.з. 1К 3, получая при этом напряжение восстановления, связанное с Uном,
упрощать некоторые практические соотношения и, в частности, выражение для определения мощности, запрашиваемой потребителем в зависимости от допустимых падений напряжения.
Входное полное сопротивление (импеданс) и полная проводимость короткого замыкания. Учитывая, что отношения между напряжениями и токами линейны, любое состояние сети можно представить суммой простых возможных состояний, а его исходные напряжения и токи можно получить методом суперпозиции.
В частности, если в сети на состояние, вызванное свободным трехфазным коротким замыканием в точке М, наложить состояние, в котором все эдс генераторов равны нулю, и принять, что напряжение U приложено в точке М, то можно определить нормальное состояние напряжений в сети, а следовательно, и нормальное состояние (режим) токов. В этом последнем режиме сеть часто пассивна и по отношению к точке М эквивалентна полному сопротивлению Zbx , такому, что
(3.2а)
где ZBx — входное полное сопротивление сети в точке М; при этом >к з =1/ZBX—полная проводимость к.з. в точке М.
Мощность трехфазного короткого замыкания при принятых допущениях
(3.26)
Замечание. В передающих сетях полные сопротивления генераторных групп, линий и трансформаторов имеют индуктивный характер, то же самое можно сказать и о ZBX; однако в сетях СН и НН действительная часть ZBX становится значительной.
Падение напряжения и мощность потребителя. Предположим теперь, что в точке М к сети подключен потребитель, имеющий: кажущуюся мощность Sпотр, эквивалентную проводимость Yотр такую, что 
эквивалентное полное сопротивление Zn0Tp= 1/ ХотР;
потребляющий ток
Наличие этого потребителя вызывает падение напряжения в точке Мдо величины U—AU.
Можно разложить режим питающей сети на два режима:
режим трехфазного короткого замыкания в точке М; этот режим похож на режим короткого замыкания, рассмотренный выше
(см. с. 76), при условии, что потребитель, включенный в точку М, может рассматриваться как пассивный элемент (эдс равна нулю или очень мала);
режим, в котором напряжение U—AU приложено в точке М; сеть и потребитель рассматриваются теперь по отношению к точке М как две проводимости )E.3и Ynoip, соединенные параллельно. Токи в этих проводимостях будут
Сумма этих токов даст ток трехфазного короткого замыкания Л.з= К.з U. Следовательно,
Пренебрегая Д U по сравнению с U, получим
(3.3)
Этим выражением удобно пользоваться, если известно SK 3 в каждой точке сети. Мощности к.з. рассчитывают заранее. Их значения сообщают всем эксплуатационникам сети, которые могут приближенно судить, не приведет ли подключение нагрузки в точке М к недопустимому падению напряжения, или установить, в какой точке сети следует подключить потребитель, чтобы он не вызывал таких воздействий на напряжение, которые могли бы нарушить нормальную работу других потребителей.
Замечание. Если мощности Л'потр и S'k3 представить комплексами, то и падение напряжения будет представлено в комплексном виде. Интерес представляет главным образом его модуль. Но если >Sn0Tp- существенная нагрузка (например, промышленная), то она имеет небольшое значение cosф, по крайней мере в пиковом режиме, когда он не компенсируется. Если, наоборот, Sпотр малая нагрузка, то она будет питаться от распределительной сети, в которой SK.3 имеет значительную активную составляющую. Итак, полные мощности Sпотр и Л'кл имеют в общем случае сдвиг по фазе, значительно меньший п/2, и формула (3.3) в любом случае дает величину относительного падения напряжения, близкое к модулю, хотя и с некоторым преувеличением *.
Практическое применение. Из проведенного указанным выше методом анализа следует, что не рекомендуется подключать:
на сети 20 кВ нагрузки, большие 10 MB • А;
на сети 63 кВ нагрузки, большие 30 MB • А;
на сети 90 кВ нагрузки, большие 45 MB • А.
Учет характеристик сетей показывает, когда будет:
предпочтительно питание на более высоком напряжении;
сооружение специальных линий до самой близкой подстанции;
усиление сети всеми доступными средствами.
Стабилизация мощности короткого замыкания. Всякое усиление сети, будь то присоединение дополнительных генераторов, или линий, или питающих трансформаторов, увеличивает полную проводимость сети и мощность к.з. Мощность выключателей должна, следовательно, периодически согласовываться с увеличивающимися мощностями к.з. Хотя это и не является серьезным недостаткам, так как имеющиеся в сети выключатели можно демонтировать и вновь установить на тех подстанциях, где мощность к.з. не превышает их отключающую способность, но тем не менее в зонах с плотной нагрузкой, таких, как Парижский район, замена выключателей становится дорогостоящей. Предпринимаются попытки разбивать сеть на участки, выбранные так, чтобы сохранить надежность.
В распределительных сетях СН дело обстоит иначе, поскольку эти сети снабжают электроэнергией многочисленные промышленные потребители, которые имеют собственные выключатели. Однако все же необходимо поддерживать мощность к.з. этих сетей ниже определенного «потолка». Этого можно достичь, выбрав трансформаторы ВН/СН с соответствующим полным сопротивлением. Полное сопротивление питающих трансформаторов является основной составной частью входного полного сопротивления ZBX схемы со стороны потребителей, поскольку:
некоторые из этих потребителей близки к подстанции ВН/СН (линия СН между ними и подстанцией имеет малую длину);
полное напряжение сети ВН остается ограниченным, так как она имеет более высокое напряжение.
Полные сопротивления трансформаторов ВН/СН могут быть выбраны в широком диапазоне, ограниченном для больших значений увеличением стоимости оборудования. Этот диапазон составляет 7—23%. Если полное сопротивление питающей сети равно нулю, то мощность к.з. на зажимах вторичной обмотки трансформатора заключена в промежутке от 100/7 14 до 100/23 * 4,3 номинальных мощностей трансформатора.
На практике мощность короткого замыкания сетей СН (от 10 до
кВ) поддерживается меньшей, чем 250 MB - А во Франции и Англии; 500 MB • А в ФРГ и 2000-2500 MB • А в США.
Самые большие значения соответствуют высшему уровню напряжения сетей с двумя уровнями СН, на который включено небольшое количество потребителей.
Для городских сетей Франции напряжением 20 кВ величина в 250 MB • А мала, а ее поддержание требует не только применения трансформаторов 225/20 кВ с большим полным сопротивлением (18,5% для средней отпайки), но также и дополнительного последовательного подключения индуктивностей на выходе. Питание промышленных сетей стараются осуществить от сборных шин, расположенных между трансформатором и индуктивностью; мощность к.з. этих отходящих линий доходит до 750 MB - А.
Замечание. В сетях напряжением 20 кВ, где мощность к.з. равна 250 MB • А, максимально допустимая мощность 10 MB • А, указанная: выше, вызывает падение напряжения, равное 4%, что представляет большую величину для городской сети, особенно если потребители имеют низкий соsф.
