Расчет режимов электрических сетей

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

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Практикум по выполнению расчетно-графических работ
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
Расчет режимов электрических сетей: практикум по выполнению расчетно-графических работ по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы»/ С. И. Николаева. – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018. – 60 с.

Практикум содержит задания для выполнения расчетно
графических работ по разделу «Расчет установившихся режимов электрических сетей», приведены методические указания по выполнению 
работ и приведены примеры расчета.

Практикум рекомендован студентам, обучающимся на электро
энергетическом факультете по направлению подготовки бакалавров 
13.03.02  «Электроэнергетика и электротехника» при выполнении 
расчетно-графических заданий по дисциплине «Электроэнергетические сети и системы».

УДК 621.311

ББК 31.2

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

ОГЛАВЛЕНИЕ

Расчетно-графическая работа №1 «Расчет режима районной 
радиальной электрической сети» ..............................................
5

1.1 Цель расчетно-графической работы ...........................................
5

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

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

1.4 Задание на расчетно-графическую работу .................................
6

1.5 Методические указания к расчетно-графической работе .........
7

1.5.1 Предварительный расчет мощности нагрузки ........................
7

1.5.2 Выбор числа цепей и сечения проводов ..................................
7

1.5.3 Выбор количества и мощности трансформаторов на понижающей подстанции ......................................................................
10

1.5.4 Составление схемы замещения электропередачи и определение ее параметров ......................................................................
11

1.5.5 Расчет электрического режима .................................................
12

1.5.6 Выводы по работе ......................................................................
14

1.6 Пример выполнения расчетно-графической работы №1 ..........
14

1.6.1 Решение .......................................................................................
15

1.6.2 Выводы по результатам расчетов .............................................
20

Расчетно-графическая №2 «Расчет режима максимальных 
нагрузок для кольцевой электрической сети» ........................
21

2.1 Цель расчетно-графической работы ............................................
21

2.2 Указания по выбору варианта ......................................................
21

2.3 Общие требования по оформлению работы ...............................
21

2.4 Задание на расчетно-графическую работу .................................
22

2.5 Методические указания к расчетно-графической работе .........
23

2.5.1 Выбор параметров элементов электрической сети .................
24

2.5.1.1 Выбор числа цепей и сечений проводов ВЛ и проведение 
необходимых проверок .................................................................
24

2.5.1.2 Выбор трансформаторов на подстанциях .............................
25

2.5.2 Расчет электрического режима .................................................
25

2.5.2.1 Составление схемы замещения и определение ее параметров .............................................................................................
25

2.5.2.2 Точный электрический расчет режима .................................
26

2.5.2.3 Расчет напряжений на шинах подключения потребителей 
электроэнергии ....................................................................................
29

2.5.2.4 Регулирование напряжения на шинах низшего напряжения 
трансформаторных подстанций .........................................................
29

2.5.2.5 Баланс мощностей. Выбор компенсирующих устройств по 
условию баланса реактивной мощности ...........................................
32

2.5.2.6 Расчет годовых потерь электроэнергии ................................
34

2.5.2.7 Определение коэффициента полезного действия ................
35

2.5.3 Выводы по работе ......................................................................
36

2.6 Пример выполнения расчетно-графической работы №2 ..........
36

2.6.1 Решение .......................................................................................
37

2.6.2 Выводы по результатам расчетов .............................................
57

Список рекомендуемой литературы .................................................
58

Приложение 1 ......................................................................................
59

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

ТЕМА «РАСЧЕТ РЕЖИМА РАЙОННОЙ РАДИАЛЬНОЙ 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ»

1.1 Цель расчетно-графической работы

Цель работы ‒ научить студентов рассчитывать режим работы 

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

После выполнения расчетно-графической работы студент дол
жен обладать 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 предусматривается выполнение расчетнографических работ. В шестом семестре
выполняется расчетно
графическая работа №1 «Расчет режима районной радиальной электрической сети».

Расчетно-графическая работа оформляется на листах формата 

А4. Расчетно-графическая 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 расчетно-графическую 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.

1.5 Методические указания к расчетно-графической 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. Выбранное сечение должно удовлетворять 
условию

min.кор
F
F

.         
(1.7)

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

,                      
(1.8)

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.

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

max

нб

ном

.

(
1)
3
ц

S
I

n
U






(1.9)

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.

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].

1.5.3 Выбор количества и мощности трансформаторов

на понижающей подстанции

Для потребителей первой и второй категорий на подстанциях 

предусматривается установка не менее двух трансформаторов. 

В современной практике проектирования при определении рас
чётной мощности трансформаторов на понижающих подстанциях с 
установкой двух трансформаторов (
2
T
n 
) успешно применяется эм
пирическая формула:

расч
max
0,7
S
P


.
(1.10)

По расчётной мощности трансформатора в справочнике [2] вы
бирается ближайший больший по номинальной мощности понижающий трансформатор с РПН.

После выбора типа трансформатора расшифровать его обозна
чение и записать справочные данные [2].

1.5.4 Составление схемы замещения электропередачи и

определение её параметров

Для расчётов режимов электрических сетей 35 кВ и ниже 

можно использовать упрощённую схему замещения ВЛ, не содержащую поперечных элементов зарядных мощностей. Тогда схема 
замещения электрической сети (рис. 1.1) будет иметь следующий 
вид схемы (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Схема замещения сети

Параметры схемы замещения:
• сопротивление линии

0
0

л
л
л

ц

(
)
l
r
jx
Z
R
jX
n






,
(1.11)

где 0r и 
0x
‒ погонные (удельные) активное и реактивное сопротивления прово
дов линии, Ом/км;

• суммарное сопротивление трансформаторов, установленных 

на подстанции

т
т

т
т
т

т

r
jx
Z
R
jX
n




,
(1.12)

где тr и 
тx
‒ сопротивление схемы замещения одного трансформатора;

• суммарные потери холостого хода трансформаторов

х
т
х
х
(
)
S
n
P
j Q




 
,
(1.13)

где 
х
P

и 
х
Q

‒ активные и реактивные потери холостого хода одного транс
форматора.

Значения 0r , 
0x , тr , 
тx , 
х
P

, 
х
Q

‒ для принятого в работе се
чения провода и выбранных трансформаторов выбираются из соответствующих таблиц справочника [2].

1.5.5 Расчет электрического режима

Целью расчёта установившегося режима электросети является 

определение следующих параметров: 

• потоков мощностей по всем ветвям; 
• напряжений во всех узлах. 
Приступая к расчёту режима, следует на схеме замещения обо
значить все потоки мощности по участкам сети и напряжения в узлах 
сети (рис 1.3).

Рисунок 1.3 – Расчетная схема электрической сети

Так как в данном задании напряжение и нагрузка заданы в раз
личных точках электрической сети, то расчёт установившегося режима осуществляется приближенным (итерационным) методом. В учебных расчётах достаточно ограничится одной итерацией, состоящей из 
двух этапов, рассматриваемых ниже. 

Первый этап. Полагаем, что напряжения во всех точках одина
ковы и равны номинальному напряжению сети Uном. Расчёт потоков 
мощности по элементам сети осуществляется от «конца» схемы (где 
подключена нагрузка) к её «началу» (где подключён источник питания). Алгоритм расчета следующий:

Полагаем 

1
2
ном
35
U
U
U



кВ.