Розглянуто вузлові питання електроенергетичних та електропостачальних систем, а саме: поняття про електроенергетичні та електропостачальні системи, їхні основні елементи та обладнання, принципові, розрахункові та заступні схеми, основи теорії електричних навантажень, реактивної потужності та її компенсації, якості електроенергії, схем і конструкцій ліній та підстанцій електропостачальних систем, відомості про нове обладнання низької, середньої та високої напруги, нормальні та аварійні режими, захисти від надструмів, перенапруг та, особливо, людей від уражень електричним струмом, захист довкілля та підземних споруд. У другому виданні додано відомості про найновіші конструкції підстанцій, розподільних пристроїв та основного обладнання, значно збільшено кількість прикладів. Призначений для студентів базового напряму "Електромеханіка", а також може бути корисним для студентів інших електротехнічних та електроенергетичних спеціальностей і спеціалістів відповідного профілю. ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА........................................................................................................................3 Розділ 1. ОСНОВШ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ ТА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНІ СИСТЕМИ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ...................................................................................5 1.1. Основні поняття та визначення....................................................................................7 1.2. Завдання електропостачальних систем. Основні вимоги..........................................7 1.3. Проблеми електропостачання......................................................................................8 1.4. Структура та функційні складові електропостачальних систем...............................9 1.5. Джерела живлення електропостачальних систем підприємств...............................11 1.6. Особливості ліній електропередачі та підстанцій електропостачальних систем.............................................................................................15 1.7. Принципи аналізу електропостачальних систем.....................................................16 1.7.1. Особливості електричних розрахунків електропостачальних систем................17 1.7.2. Принципові, розрахункові та заступні схеми........................................................19 1.7.3. Векторна діаграма та електричні розрахунки ділянки електричної мережі..............................................................................................26 Розділ 2. ЕЛЕКТРИЧНІ НАВАНТАЖЕННЯ..................................................................30 2.1. Споживачі та приймачі електричної енергії.............................................................30 2.2. Структура електроспоживання..................................................................................30 2.3. Класифікація приймачів електричної енергії...........................................................31 2.4. Загальна характеристика приймачів електричної енергії........................................38 2.5. Графіки електричного навантаження........................................................................40 2.6. Величини та коефіцієнти, що характеризують графіки навантажень....................45 2.7. Методи визначення розрахункових навантажень....................................................53 2.8. Послідовність визначення розрахункових навантажень.........................................73 2.9. Визначення пікових навантажень..............................................................................75 Розділ 3. РЕАКТИВНА ПОТУЖНІСТЬ В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ................................................................88 3.1. Поняття реактивної потужності.................................................................................88 3.2. Споживання та генерування реактивної потужності...............................................91 3.3. Реактивна потужність в електричній мережі............................................................93 3.4. Негативні явища, пов'язані з передачею реактивної потужності...........................95 3.5. Заходи щодо зменшення споживання реактивної потужності................................96 3.6. Класифікація компенсувальних пристроїв...............................................................98 3.6.1. Синхронні компенсатори та синхронні двигуни.................................................100 3.6.2. Шунтові конденсаторні батареї та реактори.........................................................101 3.7. Статичні компенсатори прямого регулювання........................................................102 3.7.1. Регулювання зміною опору.....................................................................................103 3.7.2. Регулювання зміною струму...................................................................................105 3.7.3. Регулювання зміною напруги..........................................................................107 3.7.4. Регулювання зміною частоти..........................................................................109 3.8. Статичні компенсатори непрямого регулювання.............................................110 3.8.1. Статичні компенсатори з реакторами, керованими вентилями....................110 3.8.2. Статичні компенсатори з реакторами, керованими підмагніченням...........112 3.8.3. Статичні компенсатори з параметричним регулюванням............................112 3.8.4. Комбіновані статичні компенсатори...............................................................113 3.9. Розподіл компенсувальних пристроїв у мережах.............................................114 3.9.1. Розподіл конденсаторів у радіальній мережі.................................................114 3.9.2. Розподіл конденсаторів у магістральній мережі............................................116 3.9.3. Розподіл конденсаторів у мережі двох напруг...............................................119 3.9.4. Використання синхронних двигунів для компенсації реактивної потужності..........................................................................128 3.9.5,Оптимізація місця приєднання конденсаторної батареї до струмопроводуз рівномірно розподіленим навантаженням...................................133 3.9.6. Баланс реактивної потужності та забезпечення вимог постачальної системи в різних режимах..................................................................135 3.10. Схеми та обладнання конденсаторних установок..........................................136 3.10.1. Схеми та обладнання конденсаторних установок НН.................................136 3.10.2. Схеми та обладнання конденсаторних установок напругою 6(10) кВ.......139 3.10.3. Розряд конденсаторних установок................................................................140 Розділ 4. ЯКІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ.........................................................143 4.1. Загальні засади......................................................................................................143 4.2. Показники якості електричної енергії................................................................145 4.3. Норми якості електричної енергії......................................................................145 4.3.1. Відхилення напруги.........................................................................................146 4.3.2. Коливання напруги...........................................................................................146 4.3.3. Несинусоїдність напруги.................................................................................148 4.3.4. Несиметрія напруг............................................................................................150 4.3.5. Відхилення частоти..........................................................................................150 4.3.6. Провал напруги.................................................................................................150 4.3.7. Імпульс напруги................................................................................................151 4.3.8. Тимчасова перенапруга....................................................................................152 4.4. Способи розрахунку та методики визначення показників якості електроенергії..................................................................................................153 4.4.1. Розрахунок і вимірювання відхилень напруги...............................................153 4.4.2. Розрахунок і вимірювання коливань напруги................................................154 4.4.3. Розрахунок і вимірювання несинусоїдності напруги....................................156 4.4.4. Розрахунок і вимірювання несиметрії напруг................................................158 4.4.5. Розрахунок і вимірювання відхилення частоти.............................................160 4.4.6. Розрахунок і вимірювання провалу напруги..................................................160 4.4.7. Розрахунок і вимірювання імпульсів напруги...............................................161 4.4.8. Розрахунок і вимірювання тимчасових перенапруг......................................162 4.5. Вплив якості електроенергії на електроприймачі та елементи електропостачальних систем.....................................................................................162 4.6. Нормалізація та регулювання показників якості електроенергії....................167 4.6.1. Регулювання частоти........................................................................................167 4.6.2. Регулювання напруги.......................................................................................169 4.6.3. Зменшення коливань напруги........................................................................ 170 4.6.4. Зменшення рівня вищих гармонік...................................................................171 4.6.5. Симетрування навантажень.............................................................................174 4.6.6. Поняття про електромагнітну сумісність.......................................................178 Розділ 5. СХЕМИ ТА ОБЛАДНАННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ МЕРЕЖ НАПРУГОЮ ПОНАД 1000 В.......................................................................................180 5.1. Класифікація мереж електропостачальних систем...............................................180 5.2. Підстанції мереж електропостачальних систем....................................................181 5.2.1. Головні понижувальні підстанції.........................................................................182 5.2.2. Розподільні пункти................................................................................................198 5.2.3. Цехові та розподільні підстанції...........................................................................206 5.3. Схеми мереж зовнішнього електропостачання........................................................215 5.3.1. Схеми мереж зовнішнього електропостачання промислових підприємств................................................................................................216 5.3.2. Схеми мереж зовнішнього електропостачання електрифікованих залізниць...........................................................................................218 5.4. Мережі внутрішнього розподілу електроенергії на напрузі понад 1000 В.........220 5.4.1. Радіальні схеми розподільних мереж..................................................................222 5.4.2. Магістральні схеми розподільних мереж............................................................226 5.4.3. Комплексні схеми розподільних мереж...............................................................229 5.5. Приклади нових конструктивних вирішень елементів та підстанцій..................230 5.5.1. Нові комірки КРУ 6, 10 та 35 кВ............................................................................230 5.5.2. Комплектні трансформаторні підстанції зовнішньої установки "Таврида Електрик" на базі модулів СКП......................................................................232 5.5.3. Комплектні трансформаторні підстанції зовнішньої установки КТПН-10(6)кВ..............................................................................................................................240 Розділ 6. РОЗПОДІЛЬНІ МЕРЕЖІ НАПРУГОЮ НИЖЧЕ 1000 В.............................244 6.1. Системи мереж низької напруги............................................................................244 6.2. Схеми та конструктивне виконання мереж НН....................................................249 6.2.1. Класифікація..........................................................................................................249 6.2.2. Схеми та конструкції мереж НН.........................................................................250 6.2.3. Схеми первинних з'єднань систем вводу резерву.............................................254 6.3. Комутаційні та захисні апарати НН......................................................................259 6.3.1. Вимикачі навантаження......................................................................................260 6.3.2. Силові запобіжники.............................................................................................261 6.3.3. Автоматичні вимикачі.........................................................................................263 6.3.4. Пристрої захисного вимкнення..........................................................................270 6.3.5. Пристрої захисту від перенапруг......................................................................272 6.3.6. Магнітні пускачі та контактори.........................................................................273 6.4. Обмеження струмів короткого замикання в мережах НН.................................275 6.5. Принципи вибору апаратів та струмовідних частин НН...................................276 6.5.1. Вибір обладнання за умовами тривалого нормальною режиму....................277 6.5.2. Перевірка за умовами тимчасових (післяаварійних) режимів.......................277 6.5.3. Перевірка за умовами аварійних режимів.......................................................278 6.5.4. Перевірка перерізу провідників за умовами пуску........................................278 6.5.5. Вибір контакторів...............................................................................................279 6.5.6. Особливості вибору автоматичних вимикачів................................................280 6.6. Розподільні пристрої мереж низької напруги.....................................................281 Розділ 7. РОЗРАХУНКИ МЕРЕЖ ЕЛЕКТРОПОСТАНАЛЬНИХ СИСТЕМ..........287 7.1. Мета та особливості електричних розрахунків мереж електропостачальних систем........................................................................................287 7.2. Принципи аналізу мереж за втратами напруги...................................................288 7.3. Розрахунок втрат напруги та перерізів проводів у лініях постійного струму та двопровідних освітлювальних лініях змінного струму.........................................289 7.4. Випадки розрахунку мереж напругою до 1000 В...............................................292 7.4.1. Розрахунок мереж без врахування індуктивних опорів..................................292 7.4.2. Розрахунок ліній з рівномірно розподіленим навантаженням.......................293 7.4.3. Розрахунок неповнофазних мереж НН.............................................................294 7.4.4. Особливості розрахунку трифазної мережі з рівномірно розподіленими однофазними навантаженнями..................................................................................297 7.5. Аналіз трифазної мережі СН/НН з симетричним навантаженням за відхиленнями напруги............................................................................................298 7.6. Визначення положення РПН трансформаторів.................................................304 Розділ 8. РОЗРАХУНКИ СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ.......................308 8.1. Загальні відомості.................................................................................................308 8.1.1. Причини та наслідки коротких замикань.......................................................308 8.1.2. Види коротких замикань...................................................................................311 8.2. Коротке замикання в колі, яке живиться від системи необмеженої потужності.............................................................................................312 8.3. Розрахунок струмів коротких замикань у мережах електропостачальних систем......................................................................................317 8.3.1. Спрощення та припущення, розрахункові та заступні схеми........................317 8.3.2. Визначення граничних значень струмів КЗ....................................................320 8.3.3.Визначення струмів КЗ у мережах зовнішнього електропостачання високої напруги..........................................................................322 8.3.4. Визначення струмів КЗ у мережі внутрішнього електропостачання середньої напруги........................................................................324 8.4. Вплив двигунів на струми КЗ в мережах СН.......................................................326 8.5. Струми КЗ в мережах напругою до 1000 В..........................................................327 8.6. Дія струмів КЗ.........................................................................................................335 8.6.1. Електродинамічна дія..........................................................................................335 8.6.2. Термічна дія..........................................................................................................337 8.6.3. Порушення паралельної роботи генераторів та динамічної стійкості вузлів навантажень.......................................................................................339 8.7. Обмеження струмів КЗ..........................................................................................339 8.8. Однофазні замикання в мережах з ізольованою нейтраллю.............................341 Розділ 9. ЗАХИСТИ ТА АВТОМАТИКА В ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ ТА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ........................................................344 9.1. Струмові захисти (загальні засади)......................................................................344 9.1.1. Максимальні струмові захисти........................................................................347 9.1.2. Диференційний струмовий захист..................................................................355 9.1.3. Захист від замикань на землю в мережах з ізольованою нейтраллю...........356 9.1.4. Газовий захист трансформаторів.....................................................................361 9.1.5. Мікропроцесорні реле захисту........................................................................362 9.1.6. Захисти від надструмів у мережах до 1С00 В.................................................365 9.1.7. Дуговий захист..................................................................................................370 9.2. Автоматика та телемеханіка в електропостачальних системах.......................370 9.2.1. Види пристроїв автоматики.............................................................................370 9.2.2. Пристрої автоматичного введення резерву....................................................371 9.2.3. Пристрої автоматичного повторного увімкнення..........................................373 9.2.4. Пристрої автоматичного розвантаження за частотою...................................374 9.2.5. Т