Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

В.И.Идельчик

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

И СЕТИ

Для стусЕ-.чтов вузов

В.И.Идельчик

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

И СЕТИ

Допущено Государственным комитетом

СССР по народному образованию

в качестве учебника для студентов

электроэнергетических специальностей

BOOKS.PROEKTANT.ORG

БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОННЫХ

КОПИЙ КНИГ

для проектировщиков

и технических специалистов

МОСКВА

ЭНЕРГОАТОМЙЗДАТ

1989

ББК 31.27

И 29

УДК 621.311.1(075.8)

Рецензенты: кафедра «Автоматизированные системы

электроснабжения» Свердловского инженерно-педагогического

института; проф. И. А. Груздев

Идельчик В. И.

И 29 Электрические системы и сети: Учебник для ву-

зов.—

М.:

Энергоатомиздат,

1989,

— 592 с: ил.

ISBN 5-283-01012-0.

Описаны элементы электрических сетей и инженерные методы рас-

чета их режимов. Даны сведения о рабочих режимах электроэнергети-

ческих систем и мероприятиях по повышению качества электроэнергии.

Рассмотрены технико-экономические основы проектирования электричес-

ких сетей, режимы ЛЭП сверхвысоких напряжений и расчеты линий на

механическую прочность. Изложены современные методы расчетов на

ЭВМ нормальных и особых режимов электрических сетей и систем боль-

шой сложности, способы уменьшения потерь электроэнергии и оптими-

зации режимов систем и сетей.

Для студентов электроэнергетических факультетов вузов, может

быть полезен инженерам и аспирантам.

2202080000-194

й п

149-89 ББК 31.27

051(01)—89

Учебное издание

Идельчик Виталий Исаакович

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Редактор М. С. Л и с е е в

Заведующая редакцией И. П. Березина

Редактор издательства Л. Л. Жданова

Художественные редакторы В. А. Гозак-Хозак,

Т. Н. Хромова

Технический редактор В. В. Хапаева

Корректор Л. С. Тимохова

ИБ № 2126

Сдано в набор 09.01.89. Подписано в печать

07.89. T-I2659. Формах

84Х108

/з2. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печати

высокая. Усл. печ. л. 31,08. Усл. кр.-отт. 31,08. Уч.-изд. л. 32,57. Тираж

30 000 экз. Заказ № 237. Цена 1 р. 40 к.

Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10

Владимирская типография Госкомитета СССР по печати

600

000,

г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7

ISBN 5-283-01012-0

ПРЕДИСЛОВИЕ

Содержание учебника соответствует программам курса

«Электрические системы и сети», утвержденным для элек-

троэнергетических специальностей 1001, 1002, 1004, 2104.

Дисциплина электрические системы и сети — одна из

базовых, в которых закладывается фундамент специальной

подготовки инженера-электроэнергетика. Цель изучения

дисциплины — формирование знаний в области теории рас-

четов и анализа режимов электрических систем и сетей,

обеспечения при их проектировании и эксплуатации эконо-

мичности, надежности, а также качества электроэнергии.

Основные задачи дисциплины — научить составлять схе-

мы замещения, определять их параметры и рассчитывать

режимы электрических сетей и систем; научить основам

проектирования электрических сетей и систем и методам

повышения их экономичности, надежности и качества элек-

троэнергии; ознакомить с физической сущностью явлений,

сопровождающих процесс производства, распределения

и потребления электроэнергии; ознакомить с конструкция-

ми элементов линий электропередачи.

Содержание курса базируется на знаниях высшей ма-

тематики, теоретических основ электротехники, приклад-

ной механики, программирования на ЭВМ, электрических

машин, математических задач энергетики.

Отличие от ряда изданных ранее аналогичных учебни-

ков и учебных пособий [1—6, 8, 9, 11] состоит в более под-

робном описании современных методов расчета и оптими-

зации режимов сложных электрических систем и сетей на

ЭВМ, а также мероприятий по уменьшению потерь электро-

энергии. Изложение этих вопросов отражает результаты

научно-исследовательских разработок, а также передовой

инженерный опыт. Кроме современных методов расчета

и оптимизации режимов на ЭВМ описаны те из традици-

онных инженерных методов расчета режимов, реализуемых

в прошлом без ЭВМ, которые нужны инженеру-электро-

Предисловие

энергетику в практической деятельности или необходимы

студенту-электроэнергетику для эффективного учебного

процесса. Эти традиционные инженерные методы расчета

режимов эффективны при применении микропроцессоров

или персональных ЭВМ. С другой стороны, их изучение сту-

дентами необходимо для понимания инженерной сути этих

расчетов и использования результатов расчета режимов

сложных систем и сетей на ЭВМ.

При написании этой книги автор использовал СЕОЙ опыт

чтения лекций по данному курсу в Ставропольском поли-

техническом институте, а также свои ранее опубликован-

ные книги, которые подвергнуты переработке и дополне-

ниям.

В учебнике нет библиографических ссылок и указаний

на первоисточники и заимствования, которые при необходи-

мости делались из всех известных автору отечественных

и зарубежных изданий. Список литературы содержит толь-

ко указания на дополнительные материалы, полезные и до-

ступные студентам при работе с данным учебником или не-

обходимые для справок и углубления отдельных вопросов.

Автор благодарен проф. В. А. Веникову за многолетнее

руководство научной работой, помощь и консультации,

а также рецензентам книги — проф. И. А. Груздеву, доцен-

ту М. П. Рудницкому и сотрудникам кафедры «Автомати-

зированные системы электроснабжения» СИПИ — и ее ре-

дактору М. С. Лисееву, взявшим на себя нелегкий- труд

и сделавшим исключительно важные замечания по рукопи-

си.

Полезные замечания при обсуждении отдельных вопро-

сов,

рассматриваемых в книге, были высказаны проф.

В.

А. Строевым, доц. Э. Н. Зуевым и канд. техн. наук

Ю.

С. Железко.

Автор признателен сотрудникам кафедры электроснаб-

жения Ставропольского политехнического института, в осо-

бенности канд. техн. наук Ю. Г. Кононову, за участие в ра-

боте над гл. 1, § 6.7 и примерами, а также А. И. Гринь,

В.

Н. Ковалевичу и Ю. Л. Сергиевскому за помощь в рабо-

те над рукописью книги.

Все отзывы и замечания по книге автор просит направ-

лять в адрес издательства: 113114, Москва, М-114, Шлюзо-

вая наб., 10, Энергоатомиздат,

Автор

ВВЕДЕНИЕ

В.1.

ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В СССР

Развитие энергетики и электрификации в значительной

мере определяет уровень развития всего народного хозяй-

ства нашей страны. В наследство от царской России мы по-

лучили отсталое хозяйство. В 1913 г. Россия по выработке

электроэнергии занимала шестое место в Европе и восьмое

место в мире. Суммарная мощность всех электростанций

составляла 1,14 млн. кВт, а годовая выработка электро-

энергии— 2,04 млрд. кВт«ч. После первой мировой войны,

интервенции и гражданской войны хозяйство страны было

в очень тяжелом положении. Производство электроэнергии

в 1921 г. снизилось в 4 раза против довоенного и составило

всего 0,52 млрд. кВт-ч.

Ленинский план электрификации России — план ГОЭЛ-

РО,

в котором в 1920 г. В. И. Ленин поставил задачу элек-

трификации страны, — это первый в мире научно обосно-

ванный комплексный план развития экономики страны на

основе создания энергетической базы народного хозяйства.

План ГОЭЛРО, принятый на VIII съезде Советов в де-

кабре 1920 г. и рассчитанный на 10—15 лет, предусматри-

вал сооружение 30 новых электростанций общей мощно-

стью 1,75 млн. кВт, рост выработки электроэнергии до

8,8 млрд. кВт-ч в год, а также строительство сетей 35

и ПО кВ для передачи мощности к узлам нагрузки и со-

единения электростанций на параллельную работу. План

ГОЭЛРО определил основные направления научно-техни-

ческого прогресса в электроэнергетике: концентрация гене-

рирующих мощностей на крупных электростанциях, созда-

ние энергосистем и их объединение в масштабе всей

страны.

Уже в 1930 г. план ГОЭЛРО был выполнен и к концу

15-летнего срока (1935 г.) значительно перевыполнен; вме-

Введение

сто 30 электростанций было сооружено 40; установленная

мощность всех электростанций страны в 1935 г. достигла

0,9 млн. кВт, выработка электроэнергии — 26,8 млрд. кВт-ч.

По производству электроэнергии СССР занял второе мес-

то в Европе и третье в мире.

Великая Отечественная война нанесла тяжелый урон

энергохозяйству страны, оно было почти полностью разру-

шено на Украине и в Белоруссии, в Прибалтике и запад-

ных районах РСФСР. Оборудование многих электростан-

ций было демонтировано и вывезено на восток. В наиболее

тяжелый первый период войны установленная мощность

электростанций снизилась более чем в 2 раза по сравнению

с довоенной. С конца 1941 г. началась интенсивная работа

по восстановлению разрушенного энергетического хозяйст-

ва. В 1946 г. суммарная мощность электростанций достиг-

ла довоенного уровня. В 1947 г. СССР по производству

электроэнергии вышел на первое место

Европе и второе

в мире.

Формирование Единой энергетической системы страны

(ЕЭС СССР), начавшееся с создания ЕЭС европейской

части СССР, было вызвано сооружением в 50-х годах мощ-

ных ГЭС на Волге и линий электропередачи сверхвысоких

напряжений 400—500 кВ. Еще в 20-х годах в связи с внед-

рением напряжения ПО кВ сформировались энергосистемы

основных промышленных районов страны: Москвы, Ленин-

града, Донбасса, Урала и др. В 1940 г. была сооружена

первая межсистемная связь 220 кВ Днепр—Донбасс и бы-

ло организовано Объединенное диспетчерское управление

(ОДУ) Южной энергосистемы.

В 1938 г. при проектировании Куйбышевской ГЭС воз-

никла необходимость в передаче 1000 МВт на расстояние

порядка 1000 км и началась разработка проекта промыш-

ленной передачи энергии постоянным током.

Война прервала работу над передачей постоянного то-

ка Куйбышев—Москва.

Со второй половины 40-х годов работы, связанные с соз-

данием электропередачи Куйбышев—Москва, возобнови-

лись.

В 1956 г. передача энергии из Куйбышева от Волж-

ской ГЭС им. В. И. Ленина в Москву была осуществлена

на напряжении 400 кВ переменного тока. В дальнейшем

эта электропередача была переведена на напряжение

500 кВ.

§ В.1 Этапы и перспективы развития электроэнергетики 7

Уже через 12 лет после пуска этой первой линии протя-

женность эксплуатируемых электропередач 500 кВ в СССР

достигла рекордной в мире цифры — 9000 км в одноцепном

исчислении. Они образовали основные или системообразую-

щие сети европейской части страны и послужили основой

для последующего создания ЕЭС СССР. Непрерывная це-

почка линий 500 кВ Волгоград—Москва—Куйбышев—Че-

лябинск—Свердловск—Нижний Тагил длиной 3000 км свя-

зала Объединенные энергосистемы Поволжья, Центра

и Урала. В эту систему была подключена и передача посто-

янного тока, соединившая Волгоград и Донбасс, Объеди-

ненная энергосистема Юга была связана с системами Се-

верного Кавказа и Закавказья и через передачу 330 кВ под-

ключена к ОЭС Северо-Запада—Центра. Передачи 500 кВ

стали быстро развиваться и в ОЭС Сибири. К 1970 г. ЕЭС

вышла далеко за пределы европейской части страны, ее

сети охватили Закавказье, ряд областей Северного Казах-

стана и Западной Сибири. В 1972 г. в состав ЕЭС СССР

вошла ОЭС Казахстана. В 1978 г. был сделан важнейший

шаг на пути к завершению формирования Единой энерго-

системы страны: на параллельную работу с ЕЭС СССР при-

соединилась ОЭС Сибири. Рост производства и потребле-

ния электроэнергии в СССР в 11-й пятилетке показан

в табл. В.1,

В 1978 г. было завершено сооружение электропередачи

750 кВ Западная Украина (СССР)—Альбертирша (ВНР).

С 1979 г. началась параллельная работа ЕЭС СССР и ОЭС

стран — членов СЭВ. Сотрудничество социалистических

стран в области энергетики сыграло большую роль в уско-

рении развития национальных энергосистем, повышении их

надежности и экономичности. Высокая эффективность со-

циалистической экономической интеграции была подтверж-

дена опытом параллельной работы энергосистем стран —

членов СЭВ.

С включением в состав ЕЭС СССР объединенной энер-

госистемы Сибири, имеющей электрические связи с энерго-

системой МНР, и организацией параллельной работы ЕЭС

СССР и ОЭС стран — членов СЭВ создалось уникальное

межгосударственное объединение энергосистем социа-

листических стран с установленной мощностью более

300 млн. кВт, охватывающее громадную территорию от

Улан-Батора до Берлина.

Введение

Таблица В 1. Производство и потребление электроэнергии

за 11-ю пятилетку, млрд. кВт-ч

Показатель

1980 г.

1985 г.

1985 г к

1980 г , %

Производство электроэнергии 1293,9

1544,2

119,4

по СССР

В том числе:

на АЭС 72,9 167,4 230

на ГЭС 183,9 214,5 116,6

на ТЭС 1037,1 1162,3 114,2

Из них Минэнерго СССР — 1197,9 1422 118,7

всего

В том числе:

на АЭС

54,1 128,4 223,8

на ГЭС 183 213 116,4

на ТЭС 960,8 1080,6 112,5

Потребление электроэнергии:

в промышленности

688 794 115,4

в строительстве

на транспорте

26,2

102,7

29,3

120J

111,8

116,9

$ сельском хозяйстве 111 145,7 131,3

в коммунально-бытовом хо- 155 193 124,5

зяйстве городов

Без собственных нужд электростанций.

В центральной зоне европейской части СССР в связи

с сооружением мощных Волжских ГЭС и началом форми-

рования ЕЭС функции основной системообразующей сети

Стали переходить к сети 500 кВ, наложенной на сеть 220 кВ.

Тот же процесс характерен и для позднее развившихся

ОЭС восточной части страны. В западной зоне европейской

части СССР для новых мощных транзитных связей, нала-

гаемых на развитые сети 330 кВ, было принято напряжение

750 кВ.

Возможности сети 500 кВ как системообразующей обес-

печивали создание мощных ОЭС в других зонах страны

и формирование ЕЭС на первом этапе ее развития. Даль-

нейшее развитие ЕЭС СССР потребовало освоения более

высокого напряжения — 1150 кВ. Таким образом, формиро-

вание ЕЭС СССР осуществлялось в соответствии с истори-

чески сложившимися условиями на основе применения двух

систем напряжений: основной системы ПО—220—500 кВ

§ В.1 дтапы ц перспективу развития электроэнергетики 9

С внедрением напряжения 1150 кВ и системы ПО (150) —

330—750 кВ для западной зоны страны. Развитие ЕЭС при-

вело к совместному применению напряжения 750 и 500 кВ

в центральной зоне европейской части СССР.

Энергетическая программа, разработанная и осуществ-

ляемая в нашей стране, была охарактеризована на июль-

ском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС как «крупнейший до-

кумент перспективного значения, своего рода ГОЭЛРО

в современных условиях», проект Энергетическое програм-

мы был рассмотрен на заседании Политбюро ЦК КПСС

в апреле 1983 г.

В Энергетической программе и в материалах XXVII

съезда КПСС намечены следующие научно обоснованные

принципы и важнейшие мероприятия по росту и совершен-

ствованию топливно-энергетического комплекса страны на

период до 2000 г.: проведение активной энергосберегающей

политики при одновременном увеличении доли электроэнер-

гии в суммарном расходе энергоресурсов; коренное изме-

нение структуры топливного баланса народного хозяйства

благодаря росту добычи природного газа и угля (откры-

тым способом); дальнейшее развитие электроэнергетики

с одновременным совершенствованием структуры мощно-

стей электростанций в результате опережающего развития

атомных электростанций '(АЭС).

Осуществление Энергетической программы рассчитано

на два этапа. Первый этап завершится на рубеже 8Q-X

и 90-х годов (около 1990 г.), а второй — на рубеже XX

и XXI веков (около 2000 г.). В число главных научно-тех-

нических задач первого этапа входит подготовка условий

для широкого перевода экономики на энергосберегающий

путь развития. Благодаря чисто организационным факто-

рам (устранение наиболее очевидных источников потерь)

можно получить только около 10 % возможной экономии

энергоресурсов, остальное связано с проведением техниче-

ских мероприятий. Они требуют разработки, изготовления

и использования нового, более экономичного энергопотреб-

ляющего оборудования, внедрения новых менее энергоем-

ких технологий, широкого применения приборов автомати-

ческого регулирования и контроля. Мероприятия по умень-

шению расхода и потерь электроэнергии (см. гл. 12, 13)

очень важны при переводе экономики на энергосберегаю-

щий путь развития. Основное содержание второго этапа