Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения. От теории к практике

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
 
С.В. РОДЫГИНА 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ  
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
 
ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ 
 
Утверждено  
Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2018 

УДК 621.311.1+621.315.05](075.8) 
   Р 617 
 
 
 
Рецензенты 
канд. техн. наук, доцент Д.А. Павлюченко 
канд. техн. наук, доцент М.А. Купарев 
 
 
Работа подготовлена на кафедре систем электроснабжения 
 
 
 
 
 
Родыгина С.В. 
Р 617  
Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения. 
От теории к практике: учебное пособие / С.В. Родыгина. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 100 с. 

ISBN 978-5-7782-3628-8 

Одной из основных задач данного пособия является закрепление  
у студентов знаний теоретического курса, изучаемого в первом семестре I курса. Кроме того, решение практических задач поможет лучше 
понять и представить физические процессы, происходящие в электрических сетях при передаче и распределении электроэнергии. 
Предназначено для студентов электроэнергетических специальностей направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» всех 
форм обучения. 
 
 
УДК 621.311.1+621.315.05](075.8) 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-3628-8 
© Родыгина С.В., 2018 
 
© Новосибирский государственный 
 
    технический университет, 2018 

 
 
 
 
 
 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ................................................................................................................... 4 

Практическое занятие 1. Составление схемы замещения ВЛ 10 кВ. 
Определение параметров схем замещения ................................................. 5 

Практическое занятие 2. Составление схемы замещения ВЛ и КЛ 
0,38–35 кВ. Воздушные ЛЭП 110–220 кВ. Определение параметров схем замещения .................................................................................... 15 

Практическое занятие 3. Двухобмоточные трансформаторы в электрических сетях. Определение характеристик параметров схем 
замещения. Двухобмоточные трансформаторы с расщепленной 
вторичной обмоткой ................................................................................... 33 

Практическое занятие 4. Трехобмоточные трансформаторы  
и автотрансформаторы в схемах ЭЭС. Определение параметров 
схемы замещения при различном задании исходных данных ................ 46 

Практическое занятие 5. Расчет установившегося режима линии электропередачи при различном способе задания исходных данных ........... 57 

Практическое занятие 6. Расчет установившегося режима сети,  
содержащей несколько промежуточных нагрузок .................................. 69 

Практическое занятие 7. Расчет электрического режима сети,  
содержащей различные номинальные напряжения ................................. 78 

Практическое занятие 8. Расчет установившегося режима замкнутой 
электрической сети ..................................................................................... 82 

Библиографический список .................................................................................. 99 

 

 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения» необходима для формирования профессиональной подготовки магистров направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. 
Представленное учебное пособие по практическим занятиям дисциплины «Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения» 
предназначено для студентов электроэнергетических специальностей 
направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».  
Автор стремился показать наиболее типичные задачи, возникающие при расчетах, анализе работы и проектировании сетей электрических систем. Это, в первую очередь, представление в схемах замещения элементов электрических сетей с определением их параметров, 
основные инженерные методы расчета установившихся нормальных 
режимов на примерах разомкнутых и простых замкнутых сетей. Отдельно выделены задачи расчета режима линий электропередачи, работающей на холостом ходе, электропередачи с несколькими промежуточными нагрузками и электропередачи, содержащей различные 
номинальные напряжения. В каждой задаче проанализированы полученные результаты, что способствует лучшему усвоению материала. 
Материал изложен достаточно простым и понятным языком. 
Данное учебное пособие поможет студентам в изучении теоретического курса и закреплении знаний при подготовке к экзамену. 
 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1 

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ВЛ 10 кВ. 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ 

Задача 1.1. Требуется определить погонные параметры кабельной 
линии (КЛ) длиной 5 км с номинальным напряжением 10 кВ, прокладываемой в земле и выполненной кабелем марки СБ 10–3×25, и вычислить параметры схемы замещения этой линии. 
Решение 
Погонные параметры кабеля СБ 10–3 25 с медными жилами сечением 25 мм2  и номинальным напряжением 10 кВ находим по справочным данным: 

0
0,740 Ом/км,
R 
0
0,099 Ом/км,
X

 
0
8,6 квар/км
q 
. 

Принимая среднее значение удельного сопротивления для электро
технической меди ρ
17,5

  

2
Ом мм
18,5
км

, рассчитываем погонное  

активное сопротивление кабеля: 

0
ρ
18,0
0,720 Ом/км.
25
R
F



 

Используя табличные данные для всей линии, имеем 

0,740 5,0
3,70 Ом;

0,099 5,0
0,50 Ом;

8,6 5,0
43,0 квар.

R

X

Q













 

Для оценки целесообразности учета емкостной проводимости в 
схеме замещения  

3
6
2
43,010
4,3 10
См
10
с
В





 

сопоставим зарядную мощность, определяемую этой проводимостью, с 
длительно допустимой нагрузкой. 
Длительно допустимый ток по нагреву для рассматриваемого кабеля  равен 120 А [16].  
Этому току соответствует полная мощность 

макс
3 10,0 120
2078 кВА.
S




 

Следовательно, 

макс

43,0 100 %
2,07 %.
2078
c
Q
S


 

Полученная величина зарядной мощности не может оказать заметного влияния на результаты расчетов электрических режимов распределительной сети 10 кВ, хотя и соизмерима с мощностью небольших 
потребителей этих сетей. Поэтому можно эту мощность не учитывать 
и исключить из схемы замещения емкостную проводимость. 
Для индуктивного сопротивления имеем 

0,50 100 %
13,5 %.
3,70
X
R 

 

Индуктивное сопротивление представляет заметную величину, поэтому должно быть учтено в схеме замещения (рис. 1.1), содержащей 
продольные активное и индуктивное сопротивления. 
 

 
Рис. 1.1. Схема замещения КЛ 10 кВ 

Влияние индуктивного сопротивления может быть существенным 
на потери напряжения в КЛ, питающей потребителей с низким коэффициентом мощности. 

Рис. 1.2. Схема замещения КЛ с жилами  
относительно небольшого сечения 

При меньших сечениях кабелей, особенно с алюминиевыми жилами, величина индуктивного сопротивления не превышает 10 %, поэтому может не учитываться. В таких условиях кабельная линия представляется схемой замещения, содержащей только активное сопротивление (рис. 1.2). 
 
Задача 1.2. В связи с реконструкцией распределительной сети на 
участке длиной 10,0 км планируется замена воздушной линии (ВЛ) с 
номинальным напряжением 6 кВ, выполненной проводом А 50, на ВЛ 
10 кВ с проводом АС 50/8. Демонтируемая ВЛ 6 кВ сооружена на одностоечных цельных деревянных опорах с расположением проводов 
по вершинам равнобедренного треугольника (рис. 1.3, а), новая ВЛ 10 
кВ спроектирована на одностоечных деревянных опорах с железобетонными приставками и металлическими траверсами, с расположением 
проводов по вершинам равностороннего треугольника (рис. 1.3, б). 
Требуется сопоставить погонные параметры ВЛ 6 кВ и 10 кВ и их 
допустимые мощности. 
Решение 
Определим параметры схемы замещения линий, руководствуясь 
физическими характеристиками проводов и данными конструкции ВЛ. 
Расчетные параметры сопоставим с табличными. 
Примем среднее значение удельного активного сопротивления  
для алюминиевой проволоки 
2
ρ
30 Ом мм / км


 из диапазона  
29,0…31,5 Оммм2/км. Тогда погонное активное сопротивление приближенно можно определить по формуле 

0
30
0,600
50
R
F




 Ом/км. 

Это значение равнопригодно для проводов А 50 и АС 50/8, так как 
сопротивление стального троса 
2
(ρ
30 Ом мм / км)


 значительно 
больше алюминиевой части провода, несущей подавляющую токовую 

нагрузку. Для меньших сечений, например А 25 и АС 25,  различие 
0
R  
более ощутимо. 
 

 
                                       а                                               б 

Рис 1.3. Промежуточные одностоечные опоры ВЛ 
на напряжение 6–10 кВ (размеры в метрах) с распо- 
                 ложением проводов по вершинам:  
а – равнобедренного треугольника; б – равностороннего 

Уточним значение 
0
R  по известной марке электротехнической 
проволоки. Например, для проволоки марки АПТ (полутвердая) имеем 
 ≈ 29,3 Оммм2/км.  
Отметим, что фактическая площадь сечения многопроволочных 
проводов составляет около 98…99 % от номинальной [16]. В данном 
случае для проводов А 50 и АС 50/8 имеем 
факт
F
 = 48,2 мм2. Тогда с 
учетом увеличения фактической длины многопроволочных проводов 

на 2…3 % из-за скрутки и удлинения на 1…2 %  вследствие провеса 
имеем 

0
факт

ρ
(1,03
1,05)
 
R
F


≈ 
29,3
1,04
0,632
48,2 
 
Ом/км, 

что незначительно отличается от расчетного значения, полученного по 
усредненным и номинальным данным. 
Из сопоставления расчетного значения 
0
R  = 0,60 Ом/км с табличными значениями различных источников [16], лежащих в пределах  

0
R  = 0,592…0,65, видно, что изменение расчетного значения 
0
R  находится  в пределах погрешности исходных данных о ВЛ, а его величина 
может быть принята в качестве фактического значения погонного активного сопротивления. 
Определим реактивные параметры ВЛ. 
Среднегеометрическое расстояние между фазами: 
– для ВЛ 6 кВ (рис. 1.3, а)  

3
cp
1,60 0,90 0,90
1,09 м;
D




 

– для ВЛ 10 кВ (рис. 1.3, б) 

3
cp
0,90 0,90 0,90
0,90 м
D




. 

Не используя справочных данных, фактический радиус многопроволочных проводов можно определить непосредственно по суммарной 
площади алюминиевой и стальной части проводов, увеличив ее (из-за 
скрутки многопроволочных проводов) на 10…15 %, для АС 50/8  
получим 

пр
50
8
1,15
4,94 мм
3,14
r



, 

что соответствует фактическим данным провода: 

пр
9,6
4,8 мм
2
r


. 

Для провода А 50 имеем 

пр
50
1,15
4,59
3,14
r



 мм, 

а фактические данные пр
r
 = 4,5 мм [16]. 

С учетом найденных расчетных значений 
ср
D
 и пр
r
, определим 

погонные индуктивные сопротивления: 
– для ВЛ 6 кВ 

3

0
1,09 10
0,144 lg
0,016
0,358
4,59
X





 Ом/км; 

– для ВЛ 10 кВ 

3

0
0,90 10
0,144 lg
0,016
0,342
4,94
X





 Ом/км. 

С достаточной точностью для обеих ВЛ можно принять 
0
Х  =  
= 0,35 Ом/км. 
Из сопоставления этого результата с табличными значениями для 
наиболее часто используемых сечений алюминиевых и сталеалюминевых проводов сечением 35, 50, 70 мм2  для различных конструкций  
ВЛ 6 и 10 кВ 
ср
(D
 ≈ 1 м) [16] видно, что реактивное сопротивление 

линии
0
Х  можно рассматривать как константу, характерное значение 
которой можно принять около 0,35…0,36 Ом/км, не выполняя расчетов, часто требующих оперативно недоступных данных о конструкции 
конкретной ВЛ, а главное – не дающих для практики значимых уточнений результатов. 
Дадим оценку емкостной проводимости линий. 
Для ВЛ 6 кВ имеем 

6
6
0
3
7,58
10
3,19 10
1,09 10
lg
4,59

b







 См/км; 

для ВЛ 10 кВ 

6
6
0
3
7,58
10
3,35 10
0,90 10
lg
4,94

b







 См/км. 

Примем среднее значение 
0
b  ≈ 3,27  10–6 См/км. Найденная емкостная проводимость в 86/3,35 = 25,7 раза меньше емкостной проводимости кабельной линии того же номинального напряжения. 
Зарядная мощность ВЛ будет также в 25,7 раза меньше зарядной 
мощности КЛ того же класса напряжения, влияние которой на режим 
этой линии оценивается как несущественное. Следовательно, в схеме 
замещения воздушных линий этим влиянием с еще большим основанием можно пренебречь. Данный вывод с достаточным основанием 
может быть распространен на  ВЛ до 35 кВ включительно. 
Индуктивное сопротивление как в этом случае 

0

0

0,35 100 %
58,3 %,
0,60
X
R



 

так и для всего диапазона сечений проводов (25…95 мм2), применяемых для ВЛ 6,10 кВ, соизмеримо с активным сопротивлением 

0

0

0,35
100 %
25 100 %
0,35 1,38
X
R





, 

поэтому оно должно быть учтено в схеме замещения, представляемой 
в рассматриваемых условиях (рис. 1.4) продольными активным и индуктивным сопротивлениями: 



0,06
0,35 10,0
6,0
3,5
Z
j
j





 Ом. 

 

6,00
j3,50

 
Рис. 1.4. Схема замещения ВЛ 6–10 кВ