Навигация

 

 Меню раздела

Краткая характеристика развития электрических сетей и систем
Цели и задачи проектирования
Исходные положения проектирования электрических сетей и систем
Краткая характеристика задачи проектирования
Определение потребления электроэнергии
Прогнозирование режимов электропотребления
Средневзвешенный за сутки коэффициент мощности
Выбор источников энергии
Планирование баланса реактивных мощностей в электрической системе
Вопросы организации управления электрическими системами
Построение схем электрических сетей
Краткие сведения о конструктивном исполнении электрической сети
Выбор номинального напряжения электрической сети
Схемы понижающих подстанций
Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции
Указания по выбору вариантов электроснабжения
Баланс реактивной мощности
Общие замечания о технико-экономическом анализе
Капиталовложения и их оценка
Определение потерь мощности и энергии
Годовые эксплуатационные расходы
Приведенные затраты
Учет надежности при проектировании электрических систем и сетей
Показатели надежности и их нормирование
Выбор рационального резерва мощности в электрической системе
Определение ущерба от перерывов электроснабжения
Технико-экономический расчет
Выбор конструкции и сечения проводов электрической сети
Определение капитальных затрат на сооружение сети
Определение годовых эксплуатационных расходов электрической сети
Определение приведенных затрат электрической сети
Краткие сведения о составлении смет
Технико-экономические показатели рекомендуемого варианта
Схема замещения и параметры сети
Приведение нагрузок к высшему напряжению и составление расчетной схемы
Определение потоков мощности в сети
Расчет напряжений
Выбор ответвлений трансформаторов
Регулирование напряжения при помощи трансформаторов с РПН
Регулирование напряжения с помощью автотрансформаторов
Регулирование напряжения при помощи перераспределения потоков
Определение мощности компенсирующих устройств
Выбор ответвлений трансформаторов
Выбор дополнительных средств регулирования напряжения
Оформление результатов электрических расчетов
Расчет потокораспределения мощностей и напряжения
Уравнения узловых напряжений
Обращенная форма уравнений узловых напряжений
Определение коэффициентов уравнений узловых напряжений
Решение уравнений узловых напряжений методом итерации
Метод коэффициентов распределения
Расчет методом контурных уравнений
Расчет методом преобразования сети
Метод обобщенных контурных уравнений
Общая характеристика матричных методов расчета
Выполнение расчетов электрических режимов на ЭВМ
Проектирование средств повышения экономичности
Основные мероприятия по увеличению пропускной способности
Естественное и экономичное распределение мощностей в замкнутых сетях
Выбор параметров трансформаторов с продольно-поперечным регулированием
Применение продольной компенсации в замкнутых сетях
Общий подход к компенсации реактивной мощности в электрической системе
Компенсация реактивных нагрузок в распределительных сетях
Компенсация реактивных нагрузок в питающих сложно замкнутых электрических сетях
Учет особенностей протяженных электропередач при проэктировании
Оптимальное соотношение капиталовложений
Учет емкостных токов линий электропередачи
Выбор основных параметров линии электропередачи
Проектирование механической части воздушных линий
Изыскания трасс воздушных линий
Выбор материала и типа опор
Определение удельных нагрузок
Определение критических пролетов
Систематический расчет проводов и тросов
Выбор и расчет грозозащитного троса
Расчет проводов и тросов в аварийных режимах
Расстановка опор по профилю трассы
Расчет переходов через инженерные сооружения
Расчет монтажных стрел провеса
Защита проводов и тросов от вибрации
Элементы проектирования криогенных систем электропередач
Задачи проектирования
Конструктивное исполнение криогенных линий электропередачи
Определение технико-экономических характеристик криогенных линий
Собственный расход мощности и энергии в криогенных линиях
Расчет и оптимизация конструктивных параметров криогенных линий
Обеспечение надежности работы криогенных линий
Пропускная способность криогенных электропередач
Электрические схемы криогенных электропередач
Определение параметров рефрижераторных станций криогенных линий
Технико-экономические показатели криогенных линий электропередачи
Определение условий совместной экономичной работы
Потери энергии в проводниках при глубоком охлаждении


Элементы проектирования криогенных систем электропередач

Предварительные сведения
Известно, что каждые 10 лет потребление электроэнергии увеличивается в 2—3 раза. Это приводит к необходимости увеличения единичной мощности элементов электрических систем (генераторов, трансформаторов, линий электропередачи). Уже в ближайшее время потребуются воздушные электропередачи напряжением до 1200—1500 кВ. Дальнейшее повышение напряжения будет, по-видимому, затруднено из-за предельного использования изоляционных свойств воздуха. Для воздушных линий высокого напряжения требуется большая площадь отчуждаемых земель. Во многих случаях прокладка мощных воздушных линий вообще невозможна из-за стесненности территории. Кроме того, в протяженных электропередачах возникают значительные потери мощности (до 5—10%).
Большие проблемы возникают при разработке и проектировании крупных генераторов (мощностью 1 ГВт и выше) для тепловых и атомных электростанций из-за ограничений по габариту и весу заготовок и транспортировке изготовленных генераторов. Аналогичные трудности имеются и при разработке мощных трансформаторов. Использование однофазных трансформаторов приводит к сильному увеличению расхода материалов.
В связи с этим возникает необходимость в разработке новых компактных конструкций основных элементов электрических систем на большие мощности. Один из путей создания таких устройств заключается в использовании криогенных температур. На базе их могут быть созданы генераторы единичной мощностью до 10 ГВт, трансформаторы до 6—8 ГВ/А, электропередачи до 100 ГВ • А. Повышение единичной мощности достигается при этом не за счет повышения номинальных напряжений, а за счет увеличения рабочих токов.
Криогенные температуры позволяют создать накопители электроэнергии величиной до 30 ГВт-ч и изменить тем самым структуру энергосистемы.
Различные криогенные электроэнергетические устройства могут включаться в энергосистему независимо друг от друга либо совместно, создавая криогенные системы электропередачи из генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и накопителей электроэнергии.
К криогенным относятся криорезистивные и сверхпроводящие устройства. В криорезистивных устройствах используется глубокое охлаждение токоведущих элементов до температур 80—20 К, при которых активное сопротивление снижается в 10—200 раз. В сверхпроводящих устройствах проводники охлаждаются до температуры ниже критической и переводятся в состояние сверхпроводимости. Физико-технические свойства проводников при низких температурах и технические данные проводников приведены в работах [1, 35, 40, 42, 44].
К основным факторам, определяющим целесообразность применения того или иного металла для токопроводов криорезистивных линий, относятся сопротивление металла при глубоком охлаждении, стоимость проводников и способность поддаваться обработке. С учетом этих факторов наиболее подходящими металлами являются медь, алюминий и бериллий. Сопротивление при низких температурах сильно зависит от чистоты металла. Изменение сопротивления при снижении температуры для различных металлов происходит непропорционально. Так, при температуре жидкого азота (77 К) сопротивления меди и алюминия близки, а при температуре жидкого водорода (20,4 К) сопротивление меди значительно ниже, и только экстрачистый алюминий по сопротивлению приближается к меди.
При выборе материала проводников следует считаться с наличием магнитосопротивления, которое характеризуется тем,, что сопротивление чистых металлов при низких температурах достаточно сильно зависит от магнитного поля и его направления. Значительное увеличение сопротивления в магнитном поле наблюдается у бериллия. Наименьшее изменение сопротивления происходит у алюминия.
Медь и алюминий легко обрабатываются. Токопроводы фаз из них могут быть выполнены в виде полых труб, отдельных проволок и т. п. Бериллий же при низких температурах обладает хрупкостью. Стоимость алюминия в 20—30 раз меньше стоимости меди и бериллия.
На основе общего анализа можно сделать вывод о том, что для криорезистивных устройств основной интерес представляет чистый алюминий. Однако окончательный вариант проводникового материала для конкретных устройств выбирается на основании технико-экономических расчетов.
К наиболее пригодным для электропередач сверхпроводникам относятся те, которые обладают высокими критической температурой и критическими полями, большими критическими токами, малыми потерями, гибкостью и ковкостью. К сожалению, ни один из известных сверхпроводников не обладает одновременно всеми указанными свойствами.
В настоящее время открыты сверхпроводники с максимальной критической температурой 20 К- Поэтому в качестве хладагента может применяться только жидкий гелий (температура 4,2 К) либо газообразный гелий (температура менее 20 К). В этих условиях для электропередачи могут быть применены только сверхпроводники, имеющие критическую температуру от 8—9 до 20 К. К таким сверхпроводникам относятся сплавы и соединения, а из металлов — ниобий.
Большинство чистых металлов не пригодно для электропередач, потому что они относятся к сверхпроводникам I рода (кроме ниобия и ванадия) и обладают низкими критическими полями, хотя и имеют малые потери.
Сверхпроводники II рода, напротив, имеют большое верхнее критическое поле и в смешанном состоянии могут передавать большие объемные токи при высокой плотности тока. Однако при переменном токе они характеризуются большими потерями мощности. http://teatrviktuka.ru/ б1д9ц несравненная спектакль виктюка отзывы.
Следует обратить внимание на то, что абсолютная величина самих потерь в любых сверхпроводниках несоизмеримо мала по сравнению с потерями в нормальных проводниках и практически не оказывает влияния на к.п.д. электропередачи. Однако эти потери чрезвычайно важны с точки зрения их отвода из холодной зоны и требующихся для этого значительных затрат.
С учетом сочетания критических параметров Гк, Як, к и потерь АРсд перспективными для электропередач сверхпроводниками являются Nb3Sn, Nb—T1 и Nb, хотя и другие сверхпроводники также могут найти применение.
Соединение Nb3Sn обладает высокими значениями критической температуры Тк и верхнего критического поля Як2. Потери в нем больше, чем в ниобии. К недостаткам относятся также твердость и хрупкость, в то время как ниобий характеризуется хорошей гибкостью.
Ниобий имеет более высокое значение нижнего критического поля, что дает возможность применять его для работы в полях Я<Якь С другой стороны, вследствие наличия у соединения Nb3Sn высоких значений Тк и Як2 он способен к большей токовой перегрузке, чем ниобий.
В проектах сверхпроводящих электропередач выбор материала сверхпроводника должен производиться на основе .технико-экономических расчетов.