Электроэнергетические сети и системы

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

Кафедра «ТОЭ и электроснабжение»

С.И. Николаева

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ 

СЕТИ И СИСТЕМЫ

Учебное пособие по выполнению 

контрольных работ студентами заочной формы обучения 
по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы»

для направления подготовки бакалавров 

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Волгоград 

Волгоградский ГАУ

2018

УДК 621.311
ББК 31.2
Н-63

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника» 
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» Л.В. Хоперскова; старший преподаватель кафедры «Энергетические системы и электростанции» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» О.В. Калашникова

Николаева, Светлана Ивановна

Н-63
Электроэнергетические сети и системы: учебное пособие по 
выполнению контрольных работ студентами заочной формы 
обучения по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы» / С.И. Николаева. – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018. – 64 с.

Пособие содержит задания для выполнения контрольных работ:

№ 1 «Расчет режима районной радиальной электрической сети» и № 2 
«Расчет режима максимальных нагрузок для кольцевой электрической 
сети». В пособии приведены краткие теоретические сведения и методические указания по выполнению работ. Рассмотрены примеры их 
расчета.

Учебное пособие рекомендовано студентам, обучающимся на 

заочном отделении электроэнергетического факультета по направлению подготовки бакалавров 13.03.02  «Электроэнергетика и электротехника» при выполнении контрольных работ по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы».

УДК 621.311

ББК 31.2

© ФГБОУ ВО «Волгоградский
ГАУ», 2018
© Николаева С.И., 2018

ОГЛАВЛЕ НИЕ

Контрольная работа №1 «Расчет режима районной радиальной электрической сети» .............................................................
5

1.1 Цель контрольной работы ............................................................
5

1.2 Указания по выбору варианта .....................................................
5

1.3 Общие требования по оформлению работы ...............................
5

1.4 Задание на контрольную работу ..................................................
6

1.5 Методические указания к контрольной работе .........................
8

1.5.1 Предварительный расчет мощности нагрузки ........................
8

1.5.2 Выбор числа цепей и сечения проводов ..................................
9

1.5.3 Выбор количества и мощности трансформаторов на понижающей подстанции ......................................................................
12

1.5.4 Составление схемы замещения электропередачи и определение ее параметров ......................................................................
12

1.5.5 Расчет электрического режима .................................................
13

1.5.6 Выводы по работе ......................................................................
15

1.6 Пример выполнения контрольной работы .................................
15

1.6.1 Решение .......................................................................................
16

1.6.2 Выводы по результатам расчетов .............................................
21

Контрольная работа №2 «Расчет режима максимальных 
нагрузок для кольцевой электрической сети» ............................. 22
2.1 Цель контрольной работы ............................................................
22

2.2 Указания по выбору варианта ......................................................
22

2.3 Общие требования по оформлению работы ...............................
22

2.4 Задание на контрольную работу ..................................................
23

2.5 Методические указания к контрольной работе ..........................
25

2.5.1 Выбор параметров элементов электрической сети .................
25

2.5.1.1 Выбор числа цепей и сечений проводов ВЛ и проведение 
необходимых проверок .................................................................
25

2.5.1.2 Выбор трансформаторов на подстанциях .............................
27

2.5.2 Расчет электрического режима .................................................
27

2.5.2.1 Составление схемы замещения и определение ее параметров .............................................................................................
27

2.5.2.2 Точный электрический расчет режима .................................
28

2.5.2.3 Расчет напряжений на шинах подключения потребителей 
электроэнергии ....................................................................................
30

2.5.2.4 Регулирование напряжения на шинах низшего напряжения 
трансформаторных подстанций .........................................................
31

2.5.2.5 Баланс мощностей. Выбор компенсирующих устройств по 
условию баланса реактивной мощности ...........................................
34

2.5.2.6 Расчет годовых потерь электроэнергии ................................
36

2.5.2.7 Определение коэффициента полезного действия ................
37

2.5.3 Выводы по работе ......................................................................
38

2.6 Пример выполнения контрольной работы .................................
38

2.6.1 Решение .......................................................................................
39

2.6.2 Выводы по результатам расчетов .............................................
60

Список рекомендуемой литературы .................................................
61

Приложение 1 ......................................................................................
62

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

ТЕМА «РАСЧЕТ РЕЖИМА РАЙОННОЙ РАДИАЛЬНОЙ 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ»

1.1 Цель контрольной работы

Цель работы ‒ научить студентов рассчитывать режим работы 

радиальной сети по известным значениям мощности нагрузки и 
напряжения в начале линии.

После выполнения контрольной работы студент должен обла
дать следующими профессиональными компетенциями:

• готовностью определять параметры оборудования объектов 

профессиональной деятельности (ПК-5);

• способностью рассчитывать режимы работы объектов профес
сиональной деятельности (ПК-6);

• готовностью обеспечивать требуемые режимы и заданные па
раметры технологического процесса по заданной методике (ПК-7).

1.2 Указания по выбору варианта

Ключом к выбору своего варианта исходных данных служат 

первая буква фамилии и инициалы студента. Так студент Иванов Сергей Петрович  будет иметь шифр задания ИСП. Это означает, что из 
таблицы 1.1 следует взять вариант – И, из таблицы 1.2 – С, из таблицы 
1.3 – П, из таблицы 1.4 – И, из таблицы 1.5 – С  и т.д.

1.3 Общие требования по оформлению работы

Рабочей программой по курсу «Электроэнергетические сети и 

системы» для бакалавриата заочной формы обучения предусматривается выполнение контрольных работ. На третьем курсе выполняется 
контрольная работа №1 «Расчет режима районной радиальной электрической сети».

Контрольная работа оформляется на листах формата А4. Работа 

должна быть написана четким, ясным языком, разборчивым почерком 
с соблюдением полей. Графики и рисунки рисуются карандашом с соблюдением ГОСТа по изображению элементов электрической сети. 
Также работа может быть набрана в компьютерном варианте. В конце 
работы приводят использованную литературу. Титульный лист рекомендуется оформлять в соответствии с Приложением 1.

1.4 Задание на контрольную работу

Выполнить расчет режима радиальной электрической сети, схе
ма которой приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема электрической сети

Исходные данные для расчета:
1. Номинальное напряжение сети 
ном
U
=35 кВ, номинальное 

напряжение приемника 
ном.пр
U
=10 кВ.

2. По степени надежности электроснабжения электроприемники 

отнесены ко второй категории.

3. Параметры источника питания, электроприемника (нагрузки) 

и линии электропередачи приведены в таблицах 1.1 – 1.5.

Таблица 1.1 – Напряжение источника питания
0
U , кВ

АБД
ГВЗ
ЕЖЩ
ИКЁ
ЛМЫ
НОП
РСТ
УФХ
ЦЧШ
ЭЮЯ

0
U
37,3
37,5
38,0
38,5
37,5
38,4
38,5
37,5
38,0
38,6

Таблица 1.2 – Активная мощность электроприемника
max
P
,МВт

АБД
ГВЗ
ЕЖЩ
ИКЁ
ЛМЫ
НОП
РСТ
УФХ
ЦЧШ
ЭЮЯ

max
P
5
6
7
8
8
8
9
11
12
13

Таблица 1.3 – Коэффициенты мощности cosφ

АБД
ГВЗ
ЕЖЩ
ИКЁ
ЛМЫ
НОП
РСТ
УФХ
ЦЧШ
ЭЮЯ

cosφ
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89

Таблица 1.4 – Число часов использования наибольшей нагрузки
max
T
,ч

АБД
ГВЗ
ЕЖЩ
ИКЁ
ЛМЫ
НОП
РСТ
УФХ
ЦЧШ
ЭЮЯ

Тmax
2600
3200
3600
4200
4700
5000
5300
5700
6000
6500

Таблица 1.5 – Длина линии электропередачи (ВЛ) l , км
АБД
ГВЗ
ЕЖЩ
ИКЁ
ЛМЫ
НОП
РСТ
УФХ
ЦЧШ
ЭЮЯ

l
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30

Пользуясь исходными данными, выполнить расчет режима за
данной на рис. 1.1 сети в соответствии с приведенным ниже алгоритмом:

1. Выбор параметров элементов электрической сети.
1.1. Выбор и проверка сечения проводов линии электропередачи.
1.2. Выбор трансформаторов на подстанции.
2. Расчет режима сети.
2.1. Составление схемы замещения электрической сети и опре
деление ее параметров.

2.2. Расчет потоков мощности по участкам схемы с учетом по
терь мощности в элементах.

2.3. Расчет напряжения в узлах сети.
3. Выводы по работе.
Рабочий режим электрической сети ‒ это условное установив
шееся электрическое состояние сети в некоторый момент времени; 
характеризуется параметрами режима, к которым относятся значения 
токов, напряжений и мощностей в любой точке схемы сети. К параметрам режима относят так же значения потерь мощности и напряжения.

Задачей расчета режима (или расчета потокораспределения) яв
ляется определение параметров режима. Для анализа режимов электрических сетей, имеющих простую конфигурацию и схемы замещения которых насчитывают не более 10, ...15 узлов, разработаны простые и эффективные методы ручного расчета. Расчет режимов электрических сетей с более сложными схемами выполняется, как правило, на ЭВМ по имеющимся программам.

Расчет режима выполняется применительно к схеме замещения 

сети, для которой известными являются параметры схемы, расчетные 
нагрузки узлов и напряжения в отдельных пунктах сети. При выполнении расчётов вручную зарядные мощности ВЛ, входящие в состав 
расчётных нагрузок узлов, определяются приближенно по среднеэксплуатационным значениям напряжений.

Расчет режимов разомкнутых сетей.
Для районных сетей "расчет по данным конца" выполняется по 

участкам сети, начиная с последнего n ‒ го узла. Для участка линии, 
примыкающей к n – ому узлу, определяется напряжение начала ветви.

После этого определяются мощность в начале n ‒ го участка.
Затем находят потери мощности на участке 
1
n  , напряжение и 

мощность в начале ветви 
1
n 
и мощность в конце участка 
2
n 
и т.д. 

Расчет заканчивается определением напряжения и мощности в начале 
сети, т. е. на источнике питания.

Расчет режима районной сети "по данным конца" ведется в 

направлении от последнего участка к источнику питания, причем потоки мощностей в ветвях схемы (с учетом потерь мощности) и узловые напряжения определяются как взаимозависимые величины.

Приближенные расчеты режимов местных сетей выполняются в 

допущении равенства узловых напряжений номинальному значению.

По этой причине узловые напряжения не вычисляются. Схемы 

замещения районных сетей содержат только продольные элементы. 
Распределение мощностей в районной сети находят без учета потерь 
мощности, то есть потоки мощности в начале и конце каждой ветви
принимаются одинаковыми. Потери напряжения и потери мощности в 
каждой ветви схемы вычисляют, используя номинальное значение 
напряжения и найденные ранее потоки мощности.

Расчет районной сети "по данным начала" выполняется итерацион
но. Предварительно для всех узлов задают значения напряжений (обычно 
равные номинальному). Каждая итерация состоит из двух этапов.

На первом этапе, начиная с участка n, определяют потери мощ
ности в каждой ветви, потоки мощности в начале и конце участков. 
Первый этап заканчивается определением значений мощностей в 
начале сети. 

На втором этапе по найденным на первом этапе значениям по
токов мощностей определяются падения напряжения по всем участкам, начиная с первого. 

Второй этап заканчивается определением напряжения в послед
нем узле n. Если принятое предварительно и найденное на втором 
этапе значения напряжения различаются незначительно, то "расчет по 
данным начала" закончен. Если же различие значительно, то выполняют вторую итерацию, но уже с уточненными на 1-и итерации значениями узловых напряжений.

1.5 Методические указания к контрольной работе
1.5.1 Предварительный расчет мощности нагрузки

По известным значениям 
max
P
и cosφ определяется:

‒ значение реактивной мощности нагрузки

max
max
(arccosφ);
Q
P
tg


(1.1)

‒ модуль полной мощности

max

max
;
cosφ
P
S

(1.2)

‒ комплексное значение полной мощности нагрузки в макси
мальном режиме

max
max
max.
S
P
jQ


(1.3)

1.5.2 Выбор числа цепей и сечения проводов линии

Число цепей воздушной линии (ВЛ) 
ц
n
выбирается в зависимо
сти от величины нагрузки и категории потребителей по условиям 
надежности электроснабжения [1]. Для потребителей первой и второй 
категории выбирается две цепи линии 
ц
2
n 
.

При выборе сечений проводов используется метод экономиче
ской плотности тока [1]. Значения экономической плотности тока 

эк
j , рекомендуемые ПУЭ, приведены в табл. 1.6 [2].

Таблица 1.6 ‒ Значения экономической плотности тока
эк
j

Проводники

Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе 
часов использования максимума нагрузки в год 

до 3000 
до 5000
более 5000

Неизолированные

алюминиевые провода
1,3
1,1
1,0

Выбор сечений проводов по экономической плотности тока вы
полняется следующим образом:

 определяется расчетный ток 
рI
в нормальном режиме работы; 

в данном задании принимаем 
р
max
I
I

, тогда:

max

р
max

ц
ном
3
S
I
I

n
U






;              
(1.4)

 по таблице 1.6 определяется экономическая плотность тока
эк
j , 

соответствующая заданному числу часов использования максимума 
нагрузки;

 рассчитывается экономическое сечение проводника по формуле:

р

э

эк

;
I
F
j

(1.5)

 полученное сечение проводника 
эF округляется до ближайше
го стандартного сечения [2].

Сечения проводов, выбранные по экономическому критерию, 

проверяется по ряду технических требований [2]. Окончательный выбор сечения проводов можно сделать только после проверки этих требований.

Проверка по механической прочности.
Сечение провода, выбранное по экономическому критерию, 

должно соответствовать условию:

э
min.доп.
F
F

(1.6)

Минимально допустимые сечения 
min.доп
F
проводов по условиям 

механической прочности приведены в табл. 1.7.

При использовании таблицы 1.7 принять район по гололеду III

или IV (соответствующий нашему региону); ВЛ расположены на двух 
одноцепных железобетонных опорах, без пересечений.

Таблица 1.7 ‒ Минимально допустимые сечения проводов

по условиям механической прочности 
min.доп
F

Характеристика ВЛ
Сечение сталеалюминиевых проводов, мм2

ВЛ без пересечений в районах по гололеду:
до II
35/6,2

в III ‒ IV
50/8

в V и более
70/11

ВЛ, сооружаемые на двухцепных или многоцепных опорах:
до 20 кВ
70/11

35 кВ и выше
120/19

Проверка по условиям короны.
Проверка сечений проводов о условиям короны выполняется 

для ВЛ 110 кВ и выше.

Для линий 35 кВ и ниже проверка по условиям короны не про
изводится [1]. 

Проверка по допустимой токовой нагрузке (по нагреву).

Сечение провода, выбранное по экономическому критерию, 

должно быть проверено по условию:

нб
доп
I
I

,         
(1.7)

где 
доп
I
‒ допустимый предельный ток для проводника, определяемый по спра
вочнику для выбранного сечения; 
нб
I
‒ наибольшее значение тока в длительных 

режимах, под которыми подразумеваются послеаварийные и ремонтные режимы 
электрической сети.

Допустимый предельный ток проводника для выбранного сече
ния 
доп
I
определяется из таблицы 1.8.

Таблица 1.8 – Расчетная мощность ВЛ-35-500 кВ со 

сталеалюминиевыми проводами, Мвт при нормируемой плотности тока

Сечение

(алюминий/сталь), 

мм2

Ток, А
Мощность, мВт, вне напряжений 

при напряжении, кВ

вне помещений

внутри помещений
500
330
220
150
110
35

35/6,2
175
135
‒‒
‒
‒
‒
‒
10

50/8
210
165
‒
‒
‒
‒
‒
12

70/11
265
210
‒
‒
‒
‒
48,6
15,2

95/16
330
260
‒
‒
‒
‒
59,3
18,9

120/19
390
313
‒
‒
‒
93,6
68,7
21,8

150/24
450
365
‒
‒
‒
110,3
80,9
25,7

185/29
510
425
‒
‒
‒
126,2
92,6
29,5

240/39
610
505
‒
328
218
149
109,2
‒

300/48
690
585
566
347
249
‒
‒
‒

330/27
730
‒
596
‒
‒
‒
‒
‒

400/18
830
713

685
452
301
‒
‒
‒
400/51
825
705

400/69
860
‒

500/26
960
830
778
513
342
‒
‒
‒

500/64
945
815
778
513
342
‒
‒
‒

Примечание. 
Допустимая 
длительная 
мощность 
рассчитана 
при 

ном
1,05
U
U

и cosφ=0,9.

Наибольший ток для заданной схемы будет протекать при от
ключении одной из цепей:

max

нб

ном

.

(
1)
3
ц

S
I

n
U






(1.8)

Проверка по допустимой потере напряжения.
Проверке по потерям напряжения воздушные линии 35 кВ и 

выше не подлежат, так как повышение уровня напряжений путем увеличения сечения проводов по сравнению с применением на понижающих подстанциях трансформаторов с РПН экономически не оправдано [1].