6.2. О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи

Общеизвестно о явлении резонанса напряжения и тока в электротехнике. В последовательной электрической схеме с индуктивностью и емкостью, при какой-то резонансной частоте наступает резонанс напряжения, в параллельной — резонанс тока. В последовательной схеме этому явлению соответствует условие равенства индуктивной и емкостной мощностей. Электрическая цепь становится чисто активным.
При увеличении частоты индуктивное сопротивление растет, а емкостное – уменьшается. При резонансной частоте индуктивная и емкостная мощности равны и взаимно компенсируют друг друга, и наступает режим резонанса напряжения. Аналогичное явление происходит и при изменении тока в линии электропередачи. При какой-то нагрузке (токе) на ней наступает режим резонанса напряжения. Он имеет место при равенстве генерируемой емкостной и потребляемой индуктивной мощностей. Мощность, соответствующая этому условию, как было сказано выше, называют «натуральной».
Расчеты показывают, что при резонансной частоте также имеет место равенство емкостной и индуктивной мощностей в последовательной схеме.
Физика явления резонанса напряжения в последовательной схеме с индуктивностью и емкостью и в линии имеет одинаковое объяснение – это равенство индуктивного и емкостного мощностей.
Используются различные схемы замещения линий. В учебниках приводятся следующие схемы замещения. Кабельная линия Uн 10 кВ представлена только активным сопротивлением, воздушная линия Uн 35 кВ — активным и индуктивным сопротивлением, воздушная линия 110-330 кВ — активным и индуктивным сопротивлением и емкостной проводимостью
(рис.6.2.1,а) или вместо емкостной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линии (рис.6.2.1,б). В этих схемах замещения реактивная проводимость или реактивная мощность приняты сконцентрированными и приложенными по половине в начале и в конце линии.
Для линий сверхвысокого напряжения Uн 330 кВ при длине более 300-400

Рис. 6.2.1
км для составления схемы замещения предлагается учитывать равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

Рис. 6.2.2.
Расчеты по схемам замещения для линий электропередачи дают результаты, резко отличающиеся от расчетных данных по схеме замещения (рис.6.2.1а и 6.2.1б.). Причина в том, что в передаче переменного тока очень незначительны поперечные активная и емкостная проводимости и почти нет фазовых сдвигов и затухания.
Нами предлагается для составления схемы замещения линии электропередачи емкость линии принимать как последовательно включенный элемент. Обоснованием для этого является физика процесса резонанса на линии, который представляет собой резонанс напряжений. Момент резонанса соответствует режиму равенства нагрузки линии натуральному (S = SНАТ), при котором имеет место равенство емкостного и индуктивного мощностей ( ).
Как известно, согласно законам электротехники, такой режим имеет место в последовательной схеме (рис. 6.2.3).
Рис. 6.2.3

При рассмотрении баланса реактивных мощностей не имеет значения способ включения источников реактивных мощностей (конденсаторов или других компенсирующих устройств): параллельное или последовательное. Линия, генерирующая реактивные мощности, может быть представлена как последовательно включенные емкостные и индуктивные источники. В схемах замещения (рис.6.2.4а и 6.2.4б) представлены просуммированные результаты реактивных сопротивлений.
Как нами было рассмотрено выше, линия сильно меняет свои свойства в зависимости от нагрузки. При Р < РНАТ в линии преобладает емкостная мощность, ей соответствует емкостное сопротивление и линия может быть замещена схемой (рис.6.2.4.а). При S = SНАТ схема замещения будет состоять только из активного сопротивления (рис.6.2.4.б). При нагрузке S > SНАТ в линии преобладает индуктивная мощность, ей соответствует индуктивное сопротивление Хл и схема замещения будет выглядеть как на рис. 6.2.4.в.

Рис. 6.2.4.

Подытоживая выше сказанное, можно сказать следующее: баланс реактивных мощностей на линии высокого напряжения сильно зависит от нагрузки. При малых передаваемых мощностях, на линии преобладает емкостная реактивная мощность, при натуральной мощности она равна 0, при больших мощностях на ней преобладает индуктивная реактивная мощность, соответственно линия должна иметь различную схему замещения.
Принятые схемы замещения линии сверхвысокого напряжения не соответствует реальному процессу в линии. Предлагается линию замещать последовательно включенными сопротивлениями. Правильность такого предложения подтверждается наличием места в ней резонанса напряжения.

Содержание главы:

• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи

• 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
• 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
• 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
• 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
• 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
• 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
• 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
• 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
• 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи

Содержание книги:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
  • 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
  • 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
  • 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
  • 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
  • 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
  • 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
  • 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
  • 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
  • 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
В отличие от других элементов электрической системы линии электропередачи одновременно обладают соизмеримой индуктивностью и емкостью. Генераторы, трансформаторы, двигатели обладают в основном индуктивностью. Емкость в них незначительна и ею в расчетах пренебрегают. Конденсаторы наоборот обладают в основном емкостью и наличием в них незначительной индуктивностью пренебрегают.
Индуктивная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату нагрузки (тока):
. (6.1.1)
Емкостная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату напряжения:
(6.1.2)
Емкостная мощность зависит только от величины напряжения и
емкостной проводимости и при неизменном напряжении она постоянна и не зависит от мощности, передаваемой по линии. Индуктивная мощность линии сильно зависит от передаваемой мощности по линии и изменяется пропорционально квадрату этой мощности.
При определенной нагрузке индуктивная и емкостная мощности линии становятся равными и они компенсируют друг друга. Линия становится «идеальной», потребляющей столько реактивной мощности, сколько ее вырабатывает, т.е.
(6.1.3)

Ток, протекающий по линии, при котором имеет место равенство ее индуктивной и емкостной мощностей, можно найти из равенства (6.3) (6.1.4)
Обозначив буквой Zв
подкоренное выражение
, (6.1.5)
найдем мощность, соответствующую условию (6.3)

. (6.1.6)
На рис.6.1 показаны изменения реактивной мощности линии в зависимости от нагрузки. Емкостная мощность не зависит от нагрузки. Индуктивная мощность увеличивается пропорционально квадрату нагрузки. При определенной нагрузке они компенсируют друг друга.
Некоторые авторы считают, что при передаче натуральной мощности, по линии без потерь протекает только активная мощность. Так считать нет никаких оснований. По линии будет протекать полная мощность, состоящая из активной и реактивной частей.
Подставив в (6.4) значения xo и bo , получим

(6.7)
где и ,
которые пропорциональны индуктивности и емкости единицы длины линии
Рис. 6.1.1
x =2 f L и b =2 f С ,
где L и C -индуктивность и емкость единицы длины линии, которые зависят от магнитных и электрических свойств окружающего проводник диэлектрика и
геометрических размеров линии электропередачи L = (Г) и С = / f (Г),где f = (Г) функция, зависящая от геометрических размеров Д и r.
Для линии электропередачи
f (Г) = lg (Д/ r). (6.1.7)

Подставив в (6.6) значение Z , получим
(6.1.8)

Эту мощность общепринято называть «натуральной». Она является для данной линии с параметрами xo и bo постоянной величиной, так как величина Zв не зависит от длины линии.
Значение в литературе обычно называют «волновым» сопротивлением, так как оно имеет размерность сопротивления. Это сопротивление зависит от эквивалентного диаметра провода и расстояния между ними.
Нами предлагается этот коэффициент между натуральной мощностью и напряжением (Zв) и натуральную мощность SНАТ также считать параметрами линии.
При расщеплении проводов за счет уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения емкостной проводимости линии, согласно выражению (6.7), уменьшается коэффициент Zв и увеличивается натуральная мощность (точка 2, рис.6.1.2.). При увеличении расстояния между проводами натуральная мощность уменьшается (точка 3, рис.6.1.2.) и, наоборот, для повышения натуральной мощности необходимо уменьшать расстояние между проводами.
Наибольшей натуральной мощностью обладают кабельные линии, имеющие большую емкостную проводимость и малую индуктивность. При передаче по линии мощности, меньшей SНАТ, линия будет иметь избыток емкостной мощности, и, наоборот, при S > SНАТ на линии будет иметь место избыток индуктивной мощности.
Результирующая реактивная мощность Q (рис.6.1.1) при S < SНАТ будет иметь емкостной характер и уменьшается до нуля при достижении передаваемой мощности до величины равной натуральной. Затем, при росте нагрузки линии большей, чем натуральная, на линии появляется избыток индуктивной реактивной мощности, которая увеличивается пропорционально квадрату мощности на линии. Рис. 6.1.2 При S < SНАТ . (6.1.9) При S > SНАТ
. (6.1.10)
При протекании по линии натуральной мощности (тока) емкостная и индуктивная мощности компенсируют друг друга, и линия представляет собой чисто активное сопротивление. В этом случае на линии имеет место минимум падения напряжения, обусловленное только активным сопротивлением. В таком режиме не требуется компенсации ни емкостной, ни индуктивной мощности. При избытке емкостной мощности напряжение на линии будет повышаться. Для компенсации емкостной мощности на линии включают иногда шунтирующие реакторы. При нагрузках больших, чем натуральная, линия тем больше потребляет реактивную мощность, чем больше нагрузка. В таком режиме напряжение на линии будет снижаться. Для компенсации потребления индуктивной мощности необходимо подключать источники емкостной мощности. В качестве их можно использовать батареи конденсаторов или синхронные компенсаторы. Обычно на сверхвысоковольтных линиях ничего такого не предусматривают, поэтому нагрузку на линии приходиться ограничивать. По величине натуральной мощности можно ориентировочно судить о пропускной способности линии электропередачи. При передаче такой мощности на линии имеет место минимальные потери мощности, режим ее работы является оптимальным. О пропускной способности линии электропередачи в зависимости от различных условий будет рассмотрено ниже. Практически, имеются реальные возможности для повышения натуральной мощности линий электропередач путем расщепления и увеличения сечения проводов, сближения расстояния между проводами. Искусственное увеличение радиуса провода уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает емкостную проводимость линии, изменяется их соотношение, уменьшается волновое сопротивление, обратно пропорционально увеличивается натуральная мощность. Такой путь может быть экономически выгодным для увеличения их пропускной способности линии. Не обязательно все время повышать напряжение линии электропередачи. Можно на применяемых напряжениях значительно увеличить пропускную способность линии.

Содержание главы:

• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи

• 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
• 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
• 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
• 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
• 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
• 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
• 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
• 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
• 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи

Содержание книги:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
  • 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
  • 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
  • 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
  • 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
  • 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
  • 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
  • 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
  • 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
  • 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
  • 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
  • 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
  • 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
  • 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
  • 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
  • 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
  • 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
  • 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
  • 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы

Некоторые процессы и параметры в электротехнике невозможно увидеть и измерить, поэтому теории возникали при определенных допущениях и некоторых предположениях.
В данной работе проводится анализ существующей теории устойчивости работы генератора, линии электропередачи и энергосистемы.
Под устойчивостью работы частей энергосистемы понимается способность сохранять работу при различных возмущениях.
Нам представляется, что имеется ряд неверных допущений и предположений в изложении теории устойчивости.
Для расчета устойчивости работы генератора использована формула, выведенная из векторной диаграммы напряжений генератора.

Рис.5.1 Рис. 5.2

В векторной диаграмме напряжений генератора (Рис. 5.1)напряжение на выводах — U, падение напряжения на индуктивном сопротивлении , реактивная составляющая напряжения на выводах — , активная — , Е –
геометрическая сумма напряжения на выводах и падения напряжения внутри генератора, которая есть ЭДС генератора. Угол — сдвиг векторов между
активной составляющей и полным напряжением на выводах генератора, — угол между напряжением U и ЭДС Е.

Рис. 5.3 Рис. 5.4
В векторной диаграмме мощностей (Рис. 5.2) Sг — полная мощность выдаваемая генератором, Рг и Qг — ее активная и реактивная составляющие, — реактивная мощность, потребляемая самим генератором, S’г — сумма полной мощности выдаваемой генератором и потребляемой им самим реактивной мощности. Падением напряжения и потерей мощности на активном сопротивлении генератора пренебрегают. Вырабатываемая генератором реактивная мощность является емкостной, часть которой идет на компенсацию индуктивности генератора — , а другая часть Qг — идет в сеть.
В векторных диаграммах углы и — углы сдвига между векторами напряжений (мощностей), и при неизменных соотношениях мощностей не изменяются. На рисунке 5.3 углы сдвига и показаны на временной диаграмме. В генераторах при номинальных параметрах угол находится в пределах , а угол — в пределах .
Из векторной диаграммы напряжений (мощностей) генератора можно найти различные соотношения между параметрами. Так найдено соотношение между активной мощностью, напряжением генератора, ЭДС Е и индуктивным сопротивлением генератора (рис. 5.4):
(5.1)
Умножая левую и правую части уравнения на получают:
(5.2)
Эту формулу необоснованно используют для анализа устойчивости работы генератора или линии электропередачи. Считается, что «при постоянстве ЭДС Е и напряжения U изменение передаваемой мощности Р может быть обусловлено лишь соответствующим изменением угла ». Также утверждается, что «величиной непосредственно определяющей значение активной мощности отдаваемой генератором приемнику, является угол », также считается, что согласно уравнению (5.2) зависимость мощности от угла имеет синусоидальный характер. Так принято, исходя, из неверного положения, что, этот угол бесконечно меняется. Мгновенная мощность каждой фазы генератора меняется по синусоиде в зависимости от угла поворота ротора (во времени), но не от угла в диаграмме напряжений генератора.
Главная ошибка состоит в том, что формула (5.2) выведена из диаграммы напряжения генератора, с использованием тригонометрического угла, который не меняется во времени, и эта формула совершенно необоснованно применяется для анализа устойчивости генератора в предположении, что этот угол — есть угол поворота ротора и меняется во времени. Угол в диаграмме напряжения (или мощностей) так же как и угол при неизменных соотношениях мощностей является постоянным и есть тригонометрический угол.
Все параметры электрической энергии (ток, напряжение и мощности) меняются по синусоиде только во времени. Рассмотрение зависимости мощности в зависимости от угла является самой большой ошибкой.
Точка пересечения кривой изменения мощности генератора во временной диаграмме с мощностью турбины должна быть всегда определенной. Без учета КПД мощность турбины должна быть равна действующему значению мощности генератора. Этому условию Рт = Рг удовлетворяют точки 1 и 2 (Рис. 5.5). Считается, что точка 1 соответствует устойчивому установившемуся режиму:

(5.3)
Углы, при которых пересекаются синусоида электрической мощности генератора Рэ с мощностью турбины Рт (рис. 5.5) всегда должны быть равны и , при этом энергия турбины и генератора будут равны Ат=Аэ.
При оценке устойчивости по формуле (5.2) считается, что первая точка пересечения (точка 1 рис. 5.6) отвечает режиму работы генератора, при котором вращающийся и тормозные моменты уравновешиваются и считается, что эта точка пересечения может смещаться в ту или иную сторону и что этот угол
может достигать 90 градусов. Это является ещё одной ошибкой. Точка пересечения 1 всегда должна соответствовать углу по условиям равенства энергий за один период. Для однофазного генератора при изменении электрической или механической мощности точки пересечения будут смещаться в ту или иную сторону до установления равновесия между ними, затем углы пересечения восстановятся при первоначальном значении в .
Для анализа устойчивости трёхфазного генератора сравнивают одну синусоиду, полученную по формуле (5.2.), с неизменной мощностью турбины. Это является следующей ошибкой.

Рис. 5.5
Рассмотрение изменения мощности трёхфазного генератора в виде одной синусоиды согласно формуле (5.2) противоречит действительной картине. В действительности мощность каждой фазы во времени изменяется по синусоидам, сдвинутым на 120о. Так как отрицательную полуволну также принимают как положительную, то мощность каждой фазы изменяется со сдвигом 60о относительно друг друга. Мощность турбины пересекает 12 раз мгновенных значений мощностей всех трёх фаз (Рэ3ф) в течение одного оборота ротора. Сумма векторов мощностей трёх фаз или нагрузка на валу турбины меняется с периодичностью в 60о и механическое усилие на турбину оказывает одновременно сумма мгновенных значений мощностей всех трёх фаз.
В трехфазном генераторе действующая мощность равна
(5.4)
Сумма мгновенных значений мощностей 3 фаз меняется между значениями 1,732 и 2; среднее значение равно 1,866, следовательно, соотношение мощностей турбины и трехфазного генератора равно
(5.5)
Таким образом, в трёхфазном генераторе мощность турбины сопоставима почти с двойным значением действующей мощности одной фазы в отличие от однофазного генератора.
Еще более не подходит применение формулы (5.2) для оценки устойчивости линии электропередачи. Искусственный перенос формулы (5.2) для расчетов устойчивости линии электропередачи ошибочно и необоснованно. В формуле (5.2) хd суммируют с суммой сопротивлений трансформаторов и линии электропередачи, и расчет ведут по видоизмененной формуле
(5.6)
где — напряжение в начале и конце линии электропередачи, — сумма сопротивлений генератора, трансформатора и линии электропередачи. Угол имеет отношение только к генератору, и закономерности его изменения зависят от соотношения активных и реактивных мощностей генератора. Напряжение на конце передачи изменяется относительно напряжения в начале передачи в зависимости от загрузки линии. Напряжение конца линии может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от её нагрузки и его вектор может смещаться влево или вправо от вектора напряжения начала линии. Угол между векторами U1 и U2 является тригонометрическим и показывает сдвиг векторов напряжений между началом и концом линии. Этот угол во времени не меняется и при неизменной нагрузке постоянен и нет каких либо оснований считать, что этот угол можно суммировать с углом опирающемся на падение напряжения на индуктивном сопротивлении генератора и, что он влияет на устойчивость работы генераторов станции или линии. В совместной векторной диаграмме напряжений генератора и линии электропередачи угол генератора и угол сдвига векторов напряжений начала и конца линии можно суммировать как тригонометрические углы.
Согласно существующей теории невозможно рассчитать устойчивость линий при параллельной работе большого числа генераторов на электрической станции на несколько линий. Также не ясно как определять устойчивость линии в сложной энергетической системе с большим числом электростанций и линий. Совершенно непонятно с какой мощностью турбины или скольких турбин сопоставлять синусоиду мощности нагрузки линии.
Вообще нет каких-либо обоснований для рассмотрения режима работы линий электропередачи по формуле (5.6).
Ненормальными режимами работы линии электропередачи могут быть только их перегрузка, протекание токов качания или короткого замыкания или превышения напряжения.
Причиной неустойчивости генератора может быть недостаточная скорость автоматического регулирования тока возбуждения при отклонениях напряжения, например, при коротких замыканиях, при резких увеличениях или уменьшениях нагрузки. При сбросах нагрузки или при отключении линии, наоборот, будут иметь место повышения напряжения в системе и увеличение частоты генератора.
Причинами неустойчивости генератора могут быть и повреждения в механической части системы турбина-генератор; такие как отказ пускорегулирующих аппаратов; автоматики регулирования числа оборотов турбины.
Все виды автоматики действуют на поддержание напряжения и частоты генератора. Это быстрое отключение точки короткого замыкания, быстрая разгрузка паровых турбин с помощью ЭГП (электрогидравлических преобразователей), автоматическое ограничение мощности (АОМ), автоматическая частотная разгрузка (АЧР) системы, делительная автоматика и т.д.
Обеспечение надлежащей устойчивой работы энергосистем, электрических станций выше перечисленными видами автоматики указывает на то, что причинами неустойчивости являются только нарушения условий параллельной работы генераторов (станций) и системы, т.е. неравенство частот или напряжений, которые могут возникнуть при резких увеличениях или сбросах нагрузки или при аварийных ситуациях.
Таким образом, на устойчивость работы генератора не влияют угол между Е и U генератора и угол между ними постоянен для данной нагрузки генератора. Большой угол между напряжениями начала и конца линии ( и ) могут вызвать процесс качания и чем больше этот угол, тем больше вероятность её возникновения.
При рассмотрении отдельно линии для нее не подходит существующая методика определения устойчивости. Линии, связывающие два узла энергосистемы или две отдельные энергосистемы, работающие синхронно, имеют на концах небольшой угол сдвига, так как частота системы при нормальной работе примерно одинакова в начале и в конце линии. Угловой сдвиг между векторами напряжений начала и конца линий увеличивается при росте её длины, т. е., чем больше длина линии, риск возникновения процесса качания и несинхронных режимов возрастает.
Доказывается несостоятельность формул (5.2) и (5.6) соответственно для анализа устойчивости генератора и линии электропередачи. Формула (5.2) выведена через тригонометрический угол между сдвигами векторов напряжений (мощностей) генератора, который затем рассматривается как угол поворота ротора генератора, что сделано совершенно необоснованно.
Другим доказательством невозможности применения этих формул для анализа устойчивости генератора является несостоятельность сравнения мощности турбины с одной синусоидой мощности генератора, в то время как в трёхфазном генераторе сопротивление вращению ротора оказывают все три фазы, иначе говоря, мощность турбины затрачивается на выработку мощности во всех трёх фазах генератора.
Причинами неустойчивости генераторов является только нарушения условий параллельной работы (синхронизма): неравенство частот или напряжений и сдвиг фаз между напряжениями.
Последствием потери устойчивости является появление процесса качания.
Рассмотрение устойчивости линии электропередачи по существующей методике расчета необоснованно. Данные расчётов по формуле (5.6) предполагали уменьшение передаваемой мощности в зависимости от длины линии по условиям устойчивости. Отказ от определения устойчивости по существующей методике позволяет снять ограничения предельной мощности для линии в зависимости от её длины. Необходимо также пересмотреть меры по повышению устойчивости, предусматриваемые согласно существующей методике, такие как, например, применение устройства продольной компенсации.
Опыт эксплуатации энергосистем показал, что системные аварии происходили при отключении одной из мощных питающих линий, другая питающая линия перегружалась и отключалась, затем этот процесс шел лавинообразно.

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

Реактивная мощность играет важную роль в установлении режимов в электрических сетях и системах. Поэтому очень важно правильно понимать физический смысл реактивной мощности и её влияния на режимы электрической сети. До сих пор не всегда достаточно ясна природа реактивной мощности и её влияния на режимы. Не вызывает никакого сомнения возникновение емкостной реактивной мощности в элементах, имеющих концентрированное электрическое поле — конденсаторах, индуктивной реактивной мощности в элементах, имеющих концентрированное магнитное поле — трансформаторах, реакторах, генераторах, двигателях и т.д. Термин «индуктивная реактивная мощность», возможно, применяется впервые, в литературе не было замечено.
В терминологии по электротехнике, составленной АН СССР, даётся следующее определение понятия реактивной мощности: «Это корень квадратный из разности квадратов полной и активной мощности». Иными словами, это определение полностью повторяет зависимость в виде формулы
Q = (4.1)
Такое определение является чисто формальным и мало что дает для понимания сути дела. Мельников Н. А. /10/ дает следующее определение: «Реактивная мощность – величина, для которой справедливо условие баланса по всей цепи переменного тока в целом». Это определение также не объясняет физической сущности реактивной мощности.
Реактивная мощность это проявления электрического и магнитного полей. Электрическое поле имеет место вокруг заряда (ов). Магнитное поле появляется только при движении заряда, то есть только при появлении электрического тока. При переносе зарядов вместе с ними передвигаются электрическое и магнитное поля.
Электрическое поле создает емкостную реактивную мощность, а магнитное поле — индуктивную реактивную мощность. Обычно в литературе рассматривается одно понятие «реактивная мощность. Мы предлагаем ввести два отдельных понятия «емкостная реактивная мощность» и «индуктивная реактивная мощность».
Ёмкостная реактивная мощность пропорционально квадрату напряжения и ёмкостной проводимости
Q = b (4.2)
Индуктивная реактивная мощность пропорционально квадрату тока и индуктивному сопротивлению
Q = 3 I х (4.3)
На любом элементе имеются одновременно ёмкость и индуктивность, то возникают оба вида реактивной мощности и если они равной мощности, то они компенсируют друг друга. При их неравенстве на элементе имеет место та реактивная мощность, которая превалирует и она равна их разности.
В литературе приняты термины «вырабатывают» и «потребляют» реактивную мощность. В линиях электропередачи при малых нагрузках превалирует электрическое поле, и она ведёт себя как емкость, а при больших нагрузках – магнитное поле и, соответственно, линия начинает вести себя как индуктивность. При малых нагрузках линия выдает в систему реактивную мощность, а при больших – потребляет реактивную мощность. Об этом подробнее будет изложено ниже.
Реактивная мощность меняется во времени также как и активная, форма её синусоиды будет полностью соответствовать активной мощности. Любой элемент системы может быть изображен последовательной схемой из активного, емкостного и индуктивного сопротивлений. Напряжения на ёмкостном и индуктивном сопротивлении сдвинуты на 90 градусов относительно напряжения на активном. Напряжение на емкостном сопротивлении отстает, а на индуктивном — опережает на 90 градусов от напряжения на активном сопротивлении.
В литературе и учебниках по ТОЭ ошибочно утверждается, что мгновенное значение реактивной мощности изменяется в 2 раза большей частотой. Эта ошибка возникла благодаря тому, что мгновенная мощность определялась как произведение тока и напряжения, сдвинутых на 90 градусов. Мгновенная мощность в цепи ёмкости или индуктивности определялась как
q = u i = U sin ( t I sin =U I sin2 = Q sin2 (4.4)
Согласно формуле (4.4) получается, что мгновенная реактивная мощность меняется с удвоенной частотой. На самом деле
q = Q sin ( 90о), (4.5)
т.е. мгновенная реактивная мощность изменяется так же как активная с той же частотой, какая у тока и напряжения
р =Р sin (4.6)
Угол между активной и реактивной мощностями равно 90 градусов, а угол между ёмкостной и индуктивной мощностями равно 180 градусов, т.е. имеют вектора противоположного направления и поэтому они всегда компенсируют друг друга.
Реактивная и активная мощности меняются с одинаковой частотой, подтверждением этого является то, что при их сложении получающаяся полная мощность также изменяется по синусоиде с той же частотой. Ток, напряжение, активная и реактивная мощности взаимосвязаны. Они не могут меняться с разной частотой.
Передаваемая на расстояние реактивная мощность всегда является ёмкостной. Она направлена в основном от электростанций к потребителям, а иногда поток реактивной мощности направлен в обратном направлении по отношению к активной. Это происходит, в основном, при малой загрузке линий и в них преобладает емкостная мощность.
Раз имеется понятие «реактивная мощность» и она передаётся на расстояние в течение времени, то должно быть понятие «реактивная энергия». Однако есть мнение, отрицающее термин «реактивная энергия». Так Мельников Н. А. /10/ в разделе «Нецелесообразность применения понятия «реактивная энергия», утверждает «Дополнительный периодический процесс (характеризуемый реактивной мощностью) не связан с непрерывной передачей энергии. Величина реактивной мощности не связана с энергией, запасённой в полях – электрическом и магнитном». Далее говорится: «Интегрирование величины реактивной мощности во времени, не только даёт какой — либо существенной полезной величины, но может привести даже к ошибочным представлениям. Он считает, что счётчики реактивной энергии регистрируют явно бессмысленные для практических целей значения. С этим никак нельзя согласиться. Реактивные токи суммируются с активными, и вызывают дополнительный нагрев проводов. Учёт реактивной мощности и реактивной энергии имеет необходимое практическое значение. По количеству учтённой энергии можно судить о количестве переданной или потреблённой реактивной энергии для решения вопросов компенсации реактивной мощности и анализа режимов энергетической системы и систем электроснабжения.
Индуктивная мощность всегда снижает уровень напряжения, а ёмкостная, наоборот, увеличивает. Для обеспечения определённого уровня напряжения
производят компенсацию или индуктивной или ёмкостной реактивной мощности. В линиях сверхвысокого напряжения, где больше емкостной реактивной мощности компенсируют их шунтирующими реакторами. В сетях более низких напряжений больше потребление реактивной мощности и них превалирует емкостные компенсирующие устройства: синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов.

4.1. Источники и потребители реактивной мощности

Синхронные генераторы также как компенсаторы и синхронные двигатели в зависимости от возбуждения могут выдавать или потреблять реактивную мощность. Полная мощность машины равно S , а выдаваемая в сеть S (Рис. 5.2.). Мощность S складывается из S и потерь реактивной мощности на индуктивности генератора Q . Векторная диаграмма напряжений аналогична диаграмме мощностей (Рис.5.1), где U-напряжение на выводах генератора, Ix -падение на индуктивном сопротивлении генератора, Е- геометрическая сумма напряжений на выводах и внутри генератора, которую называют ЭДС генератора. — угол между напряжениями U и Е, — угол сдвига векторов между током и напряжением на выводах.
Нормально генератор работает в режиме перевозбуждения. Генератор в этом режиме вырабатывает активную и емкостную реактивную мощности. Величина выработанной реактивной мощности зависит от тока возбуждения. С увеличением тока возбуждения растёт выработка реактивной мощности и наоборот.
В режиме перевозбуждения вырабатываемая емкостная мощность частично идёт на компенсацию индуктивности самой машины, другая часть выдается в сеть. При снижении тока возбуждения, она начинает потреблять реактивную мощность. При каком-то значении тока возбуждения выработка и потребление реактивной мощности уравниваются и генератор работает с соs =1, при дальнейшем уменьшении тока возбуждения генератор начинает больше потреблять реактивную мощность Q из сети. Векторная диаграмма представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1.
Генератор не может вырабатывать или потреблять сколько угодно большую величину реактивной мощности. В-первых, она ограничивается полной мощностью или, иначе говоря, допустимым током статора по условиям нагрева. Чем меньше активная нагрузка на генераторе, тем большей реактивной мощностью он может загружаться (вырабатывать или потреблять).
Допустимая реактивная мощность генератора в зависимости от активной нагрузки для каждого типа агрегата определяется индивидуальными испытаниями. В режиме перевозбуждения для определения допустимых нагрузок пользуются так называемой картой допустимых нагрузок. Такие карты составляются для каждой машины на основании специальных эксплуатационных испытаний на нагрев. Гидрогенератор в режиме недовозбуждения может больше потреблять реактивную мощность, чем турбогенератор в виду его конструкционных особенностей.
В последнее время всё чаще начинают использовать генераторы в режиме потребления реактивной мощности из-за их избытков в энергосистеме в ночные провалы нагрузок.
Возможность применения режима потребления реактивной мощности должна быть проверена для каждого типа генератора экспериментально. Снимается так называемая тепловая характеристика.
В часы наименьших нагрузок некоторые рекомендуют использовать генераторы в режиме синхронного компенсатора (при токах возбуждения меньше тока холостого хода) с потреблением реактивной мощности из сети. Возможность продолжительного использования генератора в таком режиме также должна быть доказана для каждого отдельного случая. Вертикальные гидрогенераторы, из-за особенностей своей конструкции, работают в режиме синхронного компенсатора только совместно с турбиной. Для уменьшения активной мощности, потребляемой из сети, считается необходимым, чтобы лопатки турбины вращались не в воде, а в воздухе. Воду из камеры гидротурбины рекомендуется отжимать сжатым воздухом.
Гидрогенераторы могут работать с малыми значениями активной нагрузки, поэтому не обязательно переводить их в режим синхронного компенсатора, проще их переводить в режим недовозбуждения с выработкой некоторой части активной мощности и потребления реактивной мощности. Гидрогенераторы по конструкции аналогичны синхронным компенсаторам, и они могут работать с полной нагрузкой не превышающую номинальную. Однако при малой выработке активной и большой реактивной мощности из-за перегрева лобовых частей генератора полная мощность не может быть близкой к номинальной. Она должна быть значительно ниже.
Хотя, в отличие от турбогенераторов, гидрогенераторы допускают большую загрузку реактивной мощностью по условиям нагрева, однако, для последних таких экспериментальных оценок сделано недостаточно.
В режиме недовозбуждения синхронные генераторы могут потреблять реактивную мощность из энергосистемы. В последнее время начинают использовать генераторы в режиме потребления реактивной мощности, из-за их избытков в энергосистеме в ночные провалы нагрузок.
Допустимая потребляемая реактивная мощность генератора в зависимости от активной нагрузки для каждого типа агрегата определяется индивидуальными испытаниями. В режиме перевозбуждения или недовозбуждения для определения допустимых нагрузок пользуются так называемой картой допустимых нагрузок. Такие карты составляются для каждого типа машин на основании специальных эксплуатационных испытаний на нагрев.
Синхронный компенсатор, по конструкции аналогичный синхронному двигателю работает в режиме холостого хода без нагрузки на валу. В зависимости от тока возбуждения он может либо вырабатывать (в режиме перевозбуждения), либо потреблять (в режиме недовозбуждения) реактивную мощность. Положительными свойствами синхронных компенсаторов являются возможность плавного и автоматического регулирования генерируемой или потребляемой реактивной мощности. Другой положительной стороной является его возможность, и повышать и понижать уровень напряжения в сети за счет широкого диапазона регулирования. В режиме выработки может выдавать реактивную мощность вплоть до номинальной, а в режиме потребления до половины номинальной мощности. В режиме выработки компенсирует индуктивную реактивную мощность, в режиме потребления – емкостную. В Кыргызской энергосистеме установлены только два синхронных компенсатора на п/ст. «Иссыккульская» мощностью по 32 МВАр. Режим работы, которых мало исследован. Они не всегда используются.
Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. БК устанавливаются на понижающих подстанциях, на промышленных предприятиях, служат также для компенсации индуктивных реактивных мощностей. Преимущества — меньшая стоимость по сравнению с синхронными компенсаторами, недостатки — невозможность плавного регулирования выработки реактивной мощности.
Реактор – это электромагнитное устройство, по конструкции подобное трансформатору. Реактор, имея большую индуктивность, служит для компенсации емкостной мощности, преимущественно зарядной мощности линий электропередач. ШР применяется в основном в линиях 500 кВ и выше. Обычно ШР устанавливают в начале и в конце линий 500 кВ и выше. В литературе даны рекомендации, что установка на передающей станции целесообразно при длине передачи более 500 км, когда по условиям необходимого уровня напряжения в конце линии нельзя использовать реактивную мощность генераторов. Какую же мощность реакторов необходимо устанавливать, как ее определить? По этому вопросу серьезных разработок проведено недостаточно.
Используются преимущественно нерегулируемые реакторы. Они могут быть использованы только в двух режимах: включено и отключено. Отсутствие на нем регулирования требует частого включения и отключения, что является большим их недостатком. Переходные процессы при коммутациях вызывают выход их и выключателей в их цепях из строя.
Силовые трансформаторы являются большими потребителями реактивной мощности. Так как их мощность в системе в 5 -10 раз больше, чем мощность генераторов, они потребляют значительную долю потребления реактивной мощности в системе (по некоторым данным примерно 70 -75% всех потерь реактивной мощности). Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, при номинальной нагрузке складывается из двух слагающих: первое – за счет тока холостого хода в стали, второе за счет магнитных потоков рассеяния в обмотке
Qт= Qхх + Qкз = S iхх%/100 + S uк%/100 = S (iхх %+uк%)/100,
Где S – номинальная мощность трансформатора, кВА. Потребление реактивной мощности обмотками трансформатора зависит от нагрузки
Qкз= S uк% 2/100, где =S/Sном. При нагрузке отличной от номинально
Q = S(iх+uк% 2)/100.
Электродвигатели делятся на синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели в зависимости от возбуждения аналогично синхронным компенсаторам потребляют или вырабатывают реактивную мощность. Их установленная мощность невелика. В основном используются асинхронные двигатели, которые являются основными потребителями реактивной мощности. В некоторых источниках говорится, что асинхронные двигатели в СССР потребляли свыше 60% всей реактивной мощности. Асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, складывающуюся из ее потерь в стали и в обмотке Qдв = Qхх + Qкз,
Где Qхх – постоянная часть, потери в стали,
Qкз – потери в обмотке,
При частичной загрузке двигателя
Q1кз = Qкз 2

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

Как известно, электрический ток в проводнике представляет собой упорядоченное движение электронов. Сила тока – это число электрических зарядов, проходящих через поперечное сечение провода за одну секунду. Считается, что переменный ток меняет значение и направление определенное число раз в секунду. При переменном токе электроны движутся по проводнику сначала в одном направлении, затем на момент останавливаются, далее движутся в обратную сторону, опять останавливаются и снова повторяют движение вперед и назад. Синусоидальный переменный ток частотой 50 Гц в течение времени 0,01с направлен в одну сторону, в течение следующих 0,01с – в другую.
Согласно закону Ома ток и напряжение строго пропорциональны друг другу независимо от вида сопротивления в электрической цепи. Величины тока и напряжения в любой момент имеют определенное соотношение в зависимости от сопротивления цепи и всегда имеют одинаковое направление. Мгновенные значения тока и напряжения также пропорциональны. Электрические и магнитные поля, создаваемые электрическим напряжением и током, изменяют свою величину и направление пропорционально величине тока и напряжения, т. е. с такой же частотой, какая у тока и напряжения.
Напряжения на индуктивном и емкостном сопротивлении сдвинуты относительно напряжения на активном сопротивлении на 90 градусов в ту и другую стороны. Это также является общепринятым и сомнению не подлежит (Рис. 3.1).

Реактивные мощности, создаваемые индуктивностью и емкостью, пропорциональны изменению магнитных и электрических полей. Это значит, что реактивные мощности не могут иметь отличную частоту от частоты тока и напряжения.
Согласно закону Ома мгновенные значения тока в каждом элементе должны меняться пропорционально мгновенным значениям напряжения. Такое может иметь место при совпадении векторов тока и напряжения. Однако, в учебниках ТОЭ (теоретические основы электротехники) /3/ принято, что напряжение в цепи индуктивности и емкости сдвинуто на 90 градусов в ту или иную сторону, а направление тока считают таким как в цепи активного сопротивления. Это приводит, во — первых, к нарушению закона Ома. В цепи индуктивного и емкостного сопротивления соотношение тока и напряжения теряет пропорциональность. Во — вторых, произведение мгновенных значений тока и напряжения (мощность) в цепи индуктивности и емкости математически получается со сдвоенной частотой за счет того, что ток или напряжение через каждые 90 градусов имеет нулевое значение, в – третьих, мгновенные значения полной мощности (сумма активной и реактивной) становятся несимметричными.
Ниже нами приводится ряд доводов, почему необходимо пересмотреть приводимое в учебниках ТОЭ ошибочное положение о наличии сдвига векторов между током и напряжением в цепи индуктивности и емкости, вследствие чего сделаны неверные выводы.
Принятие сдвига векторов тока и напряжения в 90 градусов противоречит закону Ома. При таком сдвиге при максимальном напряжении (при амплитудном значении) ток равен нулю, и, наоборот, при напряжении, равном нулю, ток равен максимальному значению, что противоречит физическому процессу.
Индуктивная и емкостная мощности не могут изменяться с частотой в 2 раза большей, чем частота изменения тока и напряжения. Мгновенные их значения меняются пропорционально изменению мгновенных значений тока и напряжения, то есть с частотой 50 Гц.
Максимальные мгновенные значения реактивных мощностей при принятом сдвиге между током и напряжением в 90 градусов получаются в два раза меньше, чем обычно считают на практике. Так амплитудное значение реактивной мощности равно при угле, равном 45 градусов от начала отсчета тока, и опережении напряжения на 90 градусов

Q_m = I_msin 45° U_m sin (45° + 90° ) =0,707*0,707 = 0,5I_mU_m
что в 2 раза меньше, чем в случае совпадения фаз тока и напряжения, в то время как в действительности в треугольнике мощностей реактивная мощность определяется исходя не из долей действующих значений, а из действующей величины тока и напряжения.
Для определения напряжений на индуктивном и емкостном сопротивлении на практике применяют закон Ома. Мгновенные значения напряжения и тока в цепях индуктивности и емкости пропорциональны. Если считать, что есть сдвиг векторов между ними, пропорциональность нарушается.
Расчеты показывают, что при сдвиге тока и напряжения на 90 градусов изменения мгновенных значений полной мощности S получается несимметричной, одна полуволна значительно больше, чем другая полуволна, чего не может быть в физике процесса. Ток и напряжение меняются по синусоиде по так называемой гармонической кривой, которая является строго симметричной. Положительные и отрицательные полуволны тока имеют разные направления потоков электронов. Без каких-либо преобразователей, без вмешательства извне часть электронов не может изменить направление движения на обратное. Так как мощности пропорциональны токам, а токи определяются потоком электронов, которые имеют равные потоки в обе стороны, поэтому несимметричность не может иметь места.
Мгновенное значение активной мощности изменяется с такой же частотой, какую имеют ток и напряжение, она пропорциональна sin²ωt
р = I_m sinωt * U_m sinωt = I_m U_m sin² ωt
Выражение sin² ωt преобразовывают в (1- cos2ωt) и на этом основании полагают, что активная мощность имеет двойную частоту. Здесь допущена ошибка, заключающаяся в том, что преобразование тригонометрической функции, относящейся к прямоугольному треугольнику, никак нельзя переносить на синусоиду изменения тока и напряжения во времени. Кто-то решил, что если реактивные мощности приобретают двойную частоту, то и активная тоже должна иметь такую же частоту и путем математических преобразований ошибочно обосновал, что активная мощность тоже имеет двойную частоту, что противоречит физике процесса.
Опыт проектирования и эксплуатации электрооборудования (генераторов, трансформаторов и др.), линий электропередач и двигателей показывают, что частота 100 Гц нигде в расчетах не применяется. Все расчеты проводятся по частоте 50 Гц. Например, число оборотов генераторов и двигателей рассчитываются на частоту 50 Гц, индуктивное и емкостное сопротивление элементов системы рассчитывают по частоте 50 Гц. Замеры в любой части электрической системы не подтверждают наличие частоты в 100 Гц. Имеющаяся автоматика в электрической системе также рассчитывается на частоту 50 Гц, например, АЧР (автоматическая частотная разгрузка). Индукционные счетчики активной и реактивной энергий также рассчитываются на 50 Гц.
Согласно закону Ома, кривые изменения тока и напряжения должны соответствовать друг другу. Различные изменения кривых тока и напряжения должны быть строго идентичными.
Направления тока, напряжения и мощности в каждом элементе цепи совпадают друг с другом. О том, что направления напряжений и мощностей совпадают общеизвестно из векторных диаграмм треугольников напряжений и мощностей. Так как ток имеет такое же направление, какое у напряжения, мы можем говорить о том, что все три вектора тока, напряжения и мощности совпадают между собой. В цепях индуктивности и емкости все они имеют сдвиг на 90 градусов по отношению к активному току, напряжению и мощности. В цепях индуктивности и емкости они имеют противоположные направления (Рис.3.2). Треугольники, сопротивлений, напряжений и мощностей всегда подобны друг другу.

Отказ от положения, что ток и напряжение имеют сдвиг векторов, ставит все на свои места. Во-первых, не нарушается закон Ома, во-вторых, можно утверждать об отсутствии удвоения частоты, в-третьих, при суммировании графиков мгновенных значений активной и реактивных мощностей, их синусоидальность, симметричность не нарушаются, и, в-четвертых, самое главное — графики мгновенных значений приходят в соответствие с треугольниками напряжений и мощностей (Рис.3.4). Угол сдвига векторов активной мощности и полной мощности в графике мгновенных значений и в треугольнике мощностей совпадают, что очень важно — все стало на свои места.

Имеющиеся в учебниках ТОЭ вышеперечисленные ошибочные теоретические положения продолжают иметь место и не отражаются в практических расчетах по причине того, что эти ошибочные положения не применяются. Так в практических расчетах всегда принимают частоту 50 Гц, при определении реактивных сопротивлений и мощностей исходят из частоты 50 Гц. В учебниках по энергетике нигде не упоминаются об удвоении частоты. Практика не сталкивалась с этим неверным теоретическим предположением. Однако, ошибка о наличии сдвига фаз между током и напряжением продолжает фигурировать в учебниках по ТОЭ и других.
Так как вектора тока и напряжения совпадают, мгновенные значения реактивных мощностей изменяются по следующему выражению

q = I_m sin(ωt + (-)90°) U _m sin (ωt +(-)90°) =I_mU_m sin²(ωt +(-)90°),
то есть они не пропорциональны двойному углу, а квадрату синуса угла.
Имеются доказательства, взятые из самих учебников, что нет сдвига векторов между током и напряжением. Ещё одним доказательством того, что вместе с напряжением сдвигается и ток на тот же угол в емкости и индуктивности по отношению к напряжению в активном сопротивлении, является следующее. В параллельной схеме принят сдвиг тока между токами в 180о в цепи емкости и индуктивности, а в последовательной схеме принят сдвиг напряжений в 180о в емкости и индуктивности. Ток и напряжение не могут иметь противоположные направления, значит, они имеют совпадающие направления, то есть, нет сдвига фаз между током и напряжением.
В литературе нередко встречаются сведения о совпадении векторов тока и напряжения в любой цепи. Также часто некоторые ошибочно принимают, что имеется сдвиг между векторами тока и напряжения в электрической цепи.
Некоторые принимают, что угол сдвига между векторами активного и полного сопротивлений, который определяет угол между векторами активной составляющей и полного напряжений и соответственно активной мощности и полной мощности за угол между напряжением и током, что является ошибкой.
Ошибочное принятие наличия сдвига между векторами тока и напряжения в цепи индуктивности и емкости нарушает закон Ома, приводит к неправильному выводу, что реактивные мощности имеют двойную частоту, и что их сумма становится несинусоидальной и несимметричной. Нами приводится целый ряд доводов и доказательств того, что для мгновенных значений тока и напряжения также должен соблюдаться закон Ома для любого участка электрической цепи. Все мощности имеют такую же частоту, какая у тока и напряжения, при таком рассмотрении все параметры хорошо согласуются между собой и становятся на свои места.
Показано, что не всегда результаты математических действий соответствуют физическому процессу. На практике расчеты и измерения не подтверждают предположения об удвоении частоты, что, в свою очередь, дает основание говорить об отсутствии сдвига между векторами тока и напряжения в любой цепи.
Не делая никакого дифференцирования можно записать
u_l = x_l I_m sin ωt =U_{lm sin ωt}
Мгновенные значения напряжения в цепи индуктивности пропорциональны мгновенным значениям тока (Рис.3.5).

Аналогичное математическое преобразование делают с цепью с емкостью и делают вывод о сдвиге синусоид и, что напряжение отстает от тока на угол в 90° и получают выражение p_c =U_cm I_m sin 2wt.
Без математических преобразований можно записать, что в цепи емкости

u_c = x_c I_m sin ωt = U_cm sin ωt
Мгновенные значения напряжения в цепи емкости также пропорциональны мгновенным значениям тока.
Правильное выражение мгновенного значения мощности для цепи индуктивности получается следующим
q_l = U_lm I_m sin² ωt
для цепи емкости следующим
q_c = U_cm I_m sin² ωt
Мгновенные значения мощности для всей цепи r, L, C
p = u I_m sin² ωt, где u = u_r +u_l +u_c

Принятые в учебниках положение о наличии сдвига между мгновенными значениями тока и напряжения в цепи индуктивности и емкости приводят к неправильному выводу, что реактивные мощности имеют двойную частоту.
Закон Ома справедлив для любого случая: для любого вида сопротивления, для любой мощности, для действующего, максимального и мгновенного значений — пропорциональность тока и напряжения несомненны.
Практика не показала наличия удвоения частоты реактивных мощностей, что дает основание говорить об отсутствии сдвига между векторами тока и напряжения.

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

2.1. Теория передачи энергии путем взаимного превращения электрического и магнитного полей

В основах теории электричества часто утверждается, что электрические и магнитные поля связаны между собой и способны взаимно превращаться друг в друга. Также часто утверждается, что всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного и наоборот — всякое изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля. В /4/ говорится: «Между электрическими и магнитными полями существует глубокая внутренняя связь, проявляющаяся в том, что эти поля могут превращаться друг в друга. Поэтому электрическое и магнитные поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Такое объяснение передачи электроэнергии электрической энергии было предложено в начале второй половины прошлого века Максвеллом. Максвелл изложил свою теорию в 1864 году в книге «Динамическая теория электромагнитного поля». В то время еще не были разработаны и созданы современные электрические станции, сверхвысоковольтные линии электропередач и энергетические системы. Многие теории создавались интуитивно и предположительно.
Проанализируем эту теорию о связи электрического и магнитного полей с учетом современных достижений науки и практики. Есть заряд – есть электрическое поле. Движется заряд — вместе с ним движется его электрическое поле. Движение заряда вызывает появление магнитного поля. Остановился заряд – не стало магнитного поля. Электрическое поле зависит от потенциала. Магнитное поле зависит от величины электрического тока.
Связь проявляется в том, что всякое изменение величины тока и напряжения пропорциональны между собой согласно закону Ома, соответственно пропорционально изменяются электрическое и магнитное поля.
Не выдерживает критики теория превращения электрического и магнитного поля друг в друга. Превращения одного поля в другое не наблюдается. Они без какого-либо физического вмешательства не могут превращаться друг в друга. Взаимное превращение электрического и магнитного поля невозможно себе представить. В линии присутствуют оба вида поля.
Трансформация электрического тока изменяет электрическое и магнитное поля. При повышении напряжения усиливается электрическое поле и обратно пропорционально уменьшается магнитное поле. Трансформация электрического тока основана на принципах электромагнитной индукции, также как в генераторе. На низкой стороне повышающего трансформатора мало напряжение соответственно большой ток, а на высокой стороне большое напряжение, зато ток меньше во столько раз, во сколько увеличено напряжение.
Очень важно обратить внимание на то, что направленное движение зарядов в проводнике – обмотке электрической машины и трансформатора имеет место за счет действия магнитного потока. Это будет необходимо при дальнейшем обсуждении теории передачи электроэнергии.
Спорным также является вопрос – что движет заряды электродвижущая сила (ЭДС) или магнитное поле. В классической теории ошибочно считается, что силой, создающей упорядоченное движение электронов, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которое определяется электрическим напряжением на концах (обмотки в генераторе) провода /2/. Практика показала, что эта теория не подтверждается. На конце линии в некоторых случаях напряжение больше, чем в начале, но тем не менее передача мощности происходит как обычно. Это дополнительно подтверждает теорию движения заряда магнитным полем.
Также спорным является вопрос: посредством, каких процессов происходит распространение электрической энергии вдоль линии.
Согласно основному положению теории Максвелла, изменяющееся электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Согласно второму основному положению теории Максвелла изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического поля /4/. Полагается, что электрическое и магнитное поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Однако электрическое и магнитное поля рассматриваются между двумя проводами. При таком рассмотрении принято, что ток постоянно замыкается по контуру между проводами токами смещения и токами проводимости по проводнику. Такое рассмотрение не является реальным. Токи проводимости по проводнику измеряются тысячами Ампер, а токи смещения составляют микроамперы или миллиамперы.
Принято, что существуют два различных процесса передачи электроэнергии: с помощью токов проводимости и при помощи электромагнитных волн. Если быстрота изменения полей мала (малые частоты), токи проводимости играют основную роль. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и, следовательно, от материала проводов. Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют электрические явления, которые определяются электромагнитными волнами. При этом, основные процессы происходят между проводами, в окружающей среде, и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов /4/.
Генерация, трансформация и передача электрического тока имеют одинаковую физику процесса. В электрическом генераторе магнитное поле ротора пересекает обмотку статора, воздействуют на заряды (электроны) и приводят их в движение, появляется электрический ток. В трансформаторе электрический ток первичной обмотки создает магнитный поток в стали, который приводит в движение заряды в проводнике вторичной обмотки, таким образом, происходит трансформация электрической энергии. В линии электропередачи электрический ток создает вокруг провода магнитное поле, которое движет заряды в проводнике, которое в свою очередь создает магнитное поле, таким образом, процесс идет непрерывно.
В курсах ТОЭ и «Электрические сети и системы» вообще нет объяснения физики процесса переноса электроэнергии. Нужно включить отдельные разделы в эти курсы по теории передачи электрической энергии.

2.2. Теория передачи электрической энергии электронной проводимостью

Мы считаем, что перенос электроэнергии происходит как за счет электронной электропроводности проводника, так и за счет электрического поля. Активная мощность передается по проводнику, а реактивная мощность передается электрическим полем.
Согласно квантово–механической теории электропроводности металлов, найдены зависимость электропроводности от концентрации электронов, величины заряда, средней скорости упорядоченного движения зарядов. Плотность тока по этой теории

j = nev,
где n – концентрация электронов, е – заряд, v — средняя скорость упорядоченного движения электронов, которая в свою очередь зависит от длины свободного пробега и мессы электрона.
Чем больше напряжение, тем сильнее сказывается электрическое поле, а магнитное поле пропорционально электрическому току. Электрическое и магнитное поля сдвинуты на 180 градусов. Они характеризуются емкостной и индуктивной реактивной мощностями. Они компенсируют друг друга. При преобладании электрического поля генерируемая линией емкостная реактивная мощность больше, чем потребляемая ею индуктивная мощность, и, наоборот, при преобладании магнитного поля индуктивная реактивная мощность больше, чем емкостная.
При передаче электрической энергии, активной мощности оказывает сопротивление активное сопротивление, емкостной реактивной мощности емкостное сопротивление, а индуктивной реактивной мощности индуктивное сопротивление цепи. В последовательной схеме расчет ведут по полному току.
В учебниках «Электрические сети и системы» /5.6.7/ все расчеты излагаются исходя из того, что все элементы электрической системы замещаются с сосредоточенными параметрами, где применимы законы Ома, Кирхгофа.
В отдельной главе, посвященной длинным сверхвысоковольтным линиям, передача электроэнергии принята электромагнитными волнами и с распределенными параметрами. Такое допущение принято и в других учебниках.
В литературе серьезно не обосновывается, в каких случаях имеет место передача электроэнергии токами проводимости или передача электромагнитными волнами, не объясняются причины перехода передачи электроэнергии токами проводимости к передаче токами смещения на линиях сверхвысокого напряжения. Не рассматриваются такие вопросы как зависимость вида электропередачи от частоты и ряд других.
Согласно квантово-механической теории электропроводности металлов, электропроводность зависит от подвижности и плотности свободных электронов, от длины свободного пробега электрона, а скорость передачи электрической энергии – от средней скорости мигрирующих электронов.
Удельная электропроводность материала проводника равна
γ =ne²t/2m
Средняя скорость упорядоченного движения электронов, которое равно
v = eEt/2m,
Где t – среднее время свободного пробега электронов, m – масса носителя заряда.
Плотность тока определяется из выражения
j =ne²tE/2m
В виду того, что скорость передачи электрической энергии по металлу зависит от скорости мигрирующих электронов, которая равна, примерно, V=1000 км/сек, скорость передачи электрической энергии по проводам равна скорости электронов /2/.
Длина волны в таком случае составит всего
λ=TV,
где Т — период, при частоте f=50 гц, равный 0,02 с.
Переменный ток частотой 50 Гц относится к низким частотам, поэтому надо считать, что передача активной электрической энергии переменным током осуществляется токами проводимости, а реактивной энергии электрическим полем.
Необходимо отметить, что вопросы разграничения двух процессов передачи электрической энергии в зависимости от частоты в литературе не приводятся. В линиях связи (телефон, телеграф, радио, телевидение), где применяются высокие частоты, сечение провода и материал не играют существенной роли, так как передача электрической энергии осуществляется распространением электромагнитных волн вдоль проводов линии.

2.3. Теория передачи электромагнитными волнами (Волновая теория)

В /3/ утверждается, передача энергии вдоль проводов сверхвысоковольтной линии осуществляется электромагнитным полем, распространяющимся в диэлектрике вдоль проводов линии. Провода линии служат направляющими электромагнитного поля.
В /4/ говорится: если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения, и электрические явления определяются электромагнитными волнами. При этом основные процессы происходят между проводами в окружающей среде и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов.
Скорость передачи электромагнитными волнами принимается равной скорости света 300⋅10³ км/сек.
Длина волны при этом будет равна

λ=0,02⋅300⋅10³ (км).
Передача электрического тока электромагнитными волнами, согласно основному положению, вдоль линии происходит путем превращения электрического поля в магнитное и обратного превращения в электрическое. Теория и практика показали несостоятельность этой теории.
Электрическое и магнитное поля играют непосредственную роль в передаче электроэнергии. Начиная с генератора магнитное поле, вызывает движение электронов. Движение электронов (электрический ток) создает магнитное поле, которое в свою очередь вызывает движение электронов. Передача переменного тока частотой 50 Гц электромагнитными волнами (токами смещения) не выдерживает критики.
Нет никаких объяснений доказательств, что в дальних электропередачах сверхвысокого напряжения электроэнергия передается электромагнитными волнами.
Проанализируем изменения параметров, характеристик линии с ростом напряжения и протяженности для выявления причин, по которым передача энергии токами проводимости переходит к токам смещения.
С ростом дальности линии растет активное и индуктивное сопротивления, емкостная проводимость, соответственно, индуктивная и емкостная мощности линии пропорционально ее длине, которые не могут резко изменить процесс передачи энергии, так как все зависимости являются линейными. Активное, реактивное сопротивления прямо пропорциональны длине, соответственно генерируемая и потребляемая мощности будут пропорциональны длине линии. С ростом напряжения сильно увеличивается емкостная мощность пропорционально квадрату напряжения. Однако, ее доля относительно натуральной мощности линии в зависимости от напряжения при частоте 50гц не меняется и составляет примерно 10% на 100 км длины линии.
В зависимости от частоты, имеет место рост доли передачи энергии электромагнитными волнами, так как емкостная проводимость b₀=ω⋅C₀ прямо пропорциональна частоте ω=2π⋅f и индуктивное сопротивление линии увеличивается пропорционально частоте x_l = 2πfl.
В линиях связи, где применяются частоты в тысячи и сотни тысяч раз большие, чем в линиях электропередачи, несомненно, основная роль передачи энергии принадлежит электромагнитным волнам, а основная роль в передаче переменного тока принадлежит токам проводимости проводника.
Весь опыт проектирования линий электропередачи (выбор сечения проводов, расчет и выбор трансформаторов и т.д.), расчеты их параметров (потери мощности, энергии, напряжения и т.д.) показывают, что передача электрической мощности частотой 50 Гц осуществляется за счет электронной проводимости проводов. При передаче электрической энергии вокруг провода устанавливается электрическое и магнитное поля, которые создают емкостную проводимость, индуктивное сопротивление, емкостную и индуктивную мощности. Электромагнитными волнами не может быть передана даже какая-то часть активной мощности при такой низкой частоте, которая применяется в передачах переменного тока.
Подтверждением передачи энергии за счет электронной проводимости проводов является факт определения емкостной, индуктивной и натуральной мощностей на линии, исходя из факта протекания тока по проводнику.
Возникает вопрос, не допускаем ли мы ошибки при анализе режимов и в расчетах сверхвысоковольтных длинных линий, принимая, что в ней природа передачи иная, чем в обычных линиях. Мы считаем, что волновая теория электропередачи не подходит для расчетов линий электропередач переменного тока 50 Гц любого класса напряжения, в том числе и в передачах сверхвысоких напряжений.
При передаче энергии по сверхвысоковольтным длинным линиям электронной проводимостью, для них так же должны быть применены законы Ома, Кирхгофа и других. При таком подходе возникает задача пересмотра существующих их методов расчета.
Другой большой ошибкой является принятие скорости передачи электромагнитной волны вдоль провода равной скорости света. Излученная электромагнитная волна (радиоволна) распространяется, конечно, со скоростью света, так как они имеют одинаковую физическую сущность. Передача электромагнитной волны вдоль провода связана с передачей электрического тока электронами, которые имеют совершенно другую скорость. Скорость перемещения электрического поля жестко связана со скоростью перемещения электронов.
Третьей серьезной ошибкой в расчетах сверхвысоковольтных линий является применение уравнений однородной линии с распределенными параметрами.

2.4. О теории прямой и обратной волны

Считается /8.9/, что передача энергии связана с распространением бегущих результирующих волн тока и напряжения, каждую из которых для удобства анализа представляют двумя бегущими волнами – прямой (падающей) и обратной (отраженной). Падающей электромагнитной волной называют процесс перемещения электромагнитной волны от источника к приемнику. Отраженной электромагнитной волной называют процесс перемещения электромагнитной волны от приемника к источнику энергии. Утверждается, что передача активной мощности по линии совершается именно за счет движения результирующих волн напряжения и тока. Считается, что как прямая, так и обратная волна несут активную и реактивную мощность. Также считается, что при каких — то условиях могут отсутствовать обратные волны. При рассмотрении линий низких и высоких напряжений обычно в литературе ничего не говорится о прямых и обратных волнах. При рассмотрении сверхвысоковольтных линий электропередач наряду с рассмотрением их как цепи с распределенными параметрами, принято считать, что передача электроэнергии имеет волновой характер и имеет место прямая и обратная волна. Проведя анализ методов расчета обычных и сверхвысоковольтных линий, мы пришли к заключению, что в передачах переменного тока любой длины и любого напряжения применима выше рассмотренная электронная теория электропередачи и не подходит теория передачи электромагнитными волнами и отсутствуют прямые и обратные волны. Электропередачи переменного тока представляют собой замкнутые цепи и ни от чего отражаться потокам электронов в проводнике. Отраженные волны могут иметь место в высокочастотных передачах радиоволнами так и в высокочастотных передачах энергии по проводам. Ошибочно некоторые считают волновую теорию передачи применимой в электроэнергетике, в которой нет никаких обратных волн.

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

1.1. Теория генерации активной энергии

В учебнике по электрическим машинам получение электрической энергии объясняется следующим образом. «Обмотка возбуждения на роторе создает магнитный поток возбуждения синхронной машины, который сцепляется с обмоткой статора и индуктирует в ней электродвижущую силу ЭДС» /1/. В /2/ говорится, что если внутри проводника напряженность электрического поля Е отлична от нуля, то в проводнике возникнет электрический ток, т.е. движение зарядов. В другом учебнике говорится «В теории электропроводности металлов механизм прохождения тока обусловлено движением свободных электронов под воздействием электрического поля».
В новой редакции учебника «Электрические машины /1/ говорится «Если ротор синхронной машины привести во вращение с некоторой частотой и возбудить его, то поток возбудителя Ф будет пересекать проводники обмотки статора и в последней будет индуктироваться ЭДС».
Таким образом, в теории электромагнитной индукции считается, что под действием магнитного поля в проводнике образуется электрическое поле, вызывающее электрический ток.
Есть и другое объяснение теории электромагнитной индукции. В контуре, пересекающем магнитное поле, под действием последнего связанные электроны становятся свободными, за счет их направленного движения появляется электрический ток. Нужно считать, что такое толкование как образование электрического тока за счет действия магнитного поля также закономерно. Точнее говоря, магнитное поле создает как ЭДС (потенциал), так и направленное движение зарядов (электрический ток), но не электрическим полем.

1.2. Теория генерации реактивной энергии.

Электрическая машина как генератор помимо активной мощности вырабатывает и реактивную мощность. Ее выработка зависит от напряжения возбуждения. На ее выработку не расходуется механическая мощность. В зависимости от напряжения возбуждения генератор вырабатывает или потребляет реактивную мощность. При низких напряжениях возбуждения генератор потребляет, а при больших вырабатывает реактивную мощность. При нормальном режиме работы генератора, вырабатываемая им реактивная мощность является емкостной. Возникает реактивная составляющая напряжения. Часть этого напряжения компенсируется падением напряжения на индуктивном сопротивлении самого генератора. Напряжение на выводах генератора складывается из активной составляющей напряжения, пропорциональной активной мощности генератора и некомпенсированной части реактивной составляющей напряжения.
При неизменной активной мощности генератора напряжение на выводах генератора регулируют изменением напряжения возбуждения, при этом меняется реактивная составляющая напряжения. В нормальном режиме напряжение на выводах генератора регулируется автоматически. При снижении напряжения на выводах генератора автоматически увеличивается реактивная составляющая за счет увеличения выработки реактивной мощности. Таким образом, напряжение на выводах генератора поддерживается на требуемом уровне. По первой теории на обмотке статора наводится потенциал, называемой ЭДС, что подтверждается наличием возможности регулировать напряжение на выводах генератора.
Согласно второй теории магнитный поток одновременно создает электрический ток, что подтверждается наличием возможности регулировать ток (выработку мощности) при неизменной величине напряжения.
В итоге можно прийти к убеждению, что имеют место оба процесса – магнитное поле (магнитный поток) создают в обмотке статора, как потенциал так и электрический ток.

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

Введение

В направлении «Электроэнергетика» входит производство (генерация), передача, трансформация, преобразование, потребление электрической энергии и много других вопросов, которые не рассмотрены или мало освещены в учебниках по электротехнике.
В электроэнергетике применяются разного класса высокие напряжения, имеют место генерация и передача больших активных и реактивных мощностей, при которых проявляются отличные от обычных низковольтных электропередач свойства, режимы, обусловленные высокими напряжениями и большими токами (мощностями).
Данная книга включает теорию генерации, передачи электрической энергии, реактивной мощности, электрически цепей и устойчивости линии электропередачи. Теория генерации рассматривается во всех учебника по электрическим машинам в очень короткой форме. Теорию передачи почти нигде не рассматривают, теорию электрических цепей рассматривают в учебниках по ТОЭ, теория устойчивости рассматривается в учебниках «Переходные электромеханические процессы в электрических системах» и в других источниках.
В теории генерации электрической энергии принято, что магнитный поток создает в обмотке статора ЭДС, которая движет электрические заряды. Нам представляется, что заряды приходят в движение за счет магнитного потока. Мы полагаем, что имеет место оба процесса.
Сравниваются две теории передачи электроэнергии — передача электронами проводника и передача электромагнитными волнами. Утверждается, что передача переменного тока частотой 50 Гц осуществляется электронной проводимостью. Эта теория дополняется нами объяснением причины передвижения электронов в проводнике на основе теории направленного их движения под действием магнитного поля, а не электродвижущей силы (ЭДС) Доказывается единство теорий генерации, трансформации и передачи электроэнергии.
В книге по–новому рассмотрена теория электрических цепей. Доказывается, что принятое неверное положение о наличии сдвига между векторами тока и напряжения в цепи емкости и индуктивности приводит к ошибочному выводу об удвоении частоты емкостной и индуктивной реактивных мощностей и другим неверным заключениям. Предлагается пересмотреть схему замещения линии, верной является последовательная схема замещения.
Рассматривается теория устойчивости генератора, линии электропередачи и энергосистемы. Критикуется существующая теория, основанная на ранее принятых положениях и предположениях. Приводятся доводы об отсутствии понятия устойчивость линии. Предлагается отказаться от существующей методики расчета линии по условиям обеспечения устойчивости.
Критикуется существующий метод расчетов режимов линии. Предлагается новый метод расчета линии по так называемому балансу реактивных мощностей.
Как известно, линия электропередачи так же, как и все элементы электрической цепи переменного тока представляют активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями или проводимостями. В отличие от других элементов электрической системы она имеет соизмеримые индуктивные и емкостные сопротивления.
Правильность расчетов зависит от выбранной схемы замещения. Было общепринято схему замещения представлять последовательно соединенными активным и индуктивным сопротивлениями и параллельно включенными емкостными сопротивлениями. Нами предлагается линию представлять последовательно соединенными сопротивлениями, обоснованием является наличие в линии явления резонанса напряжения. В существующей методике расчета линии емкостная составляющая почти не влияет на уровень напряжения. Расчеты по предлагаемой нами методике с учетом баланса реактивных мощностей дают результаты, хорошо совпадающие с измеренными данными.
Также очень важно представлять линию электропередачи цепью с сосредоточенными или с распределенными параметрами. В расчетах обычных линий их принимают с сосредоточенными параметрами, а в расчетах высоковольтных длинных линий приняты рассредоточенные параметры. Нами критикуется применение метода расчета сверхвысоковольтных линий по схеме с распределенными параметрами и передачей электромагнитными волнами. Рассматриваются недостатки такого метода.
Необходимо правильно понять, какой именно процесс передачи имеет место в линии из существующих двух видов передачи: с помощью токов проводимости или токов электромагнитных волн. В сверхвысоковольтных линиях необоснованно принята передача электроэнергии электромагнитными волнами. Мы считаем, что в расчетах сверхвысоковольтных линий также необходимо принимать передачу мощности с помощью токов проводимости.

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»
• Электротехника – основа электроэнергетики

РАХИМОВ К.Р. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА — ОСНОВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Бишкек 2023
УДК 621.311(072)
Рекомендовано к печати решением Ученого совета КГТУ им.И. Раззакова Протокол № от 2023г.
Рецензенты: Алымкулов К. А. –профессор, доктор технических наук,
Бакасова А. Б. — профессор, доктор технических наук,
Кадыров И. Ш. – профессор, доктор технических наук.
Рахимов Калый Рахимович Электротехника – основа электроэнергетики. ИД «Калем» /КГТУ им. И. Раззакова – Б, 2023, — стр. 54.
Рассматриваются некоторые разделы электротехники, имеющие отношение к большой энергетике: теории генерации, передачи электрической энергии, электрических цепей, реактивной мощности и устойчивости.
В разделе о генерации электрической энергии раздельно рассматривается теория генерации активной и реактивной мощностей.
Утверждается, что принятая теория передачи электрической энергии по проводам электромагнитными волнами не верна, что активная электроэнергия передается электронной проводимостью проводника, а реактивная энергия электрическим полем.
Доказывается, что в электрической цепи не происходит удвоения частоты реактивных мощностей.
Предлагает верное определение понятия реактивная мощность, что емкостная и индуктивная реактивная мощности имеют различную физическую природу. Емкостная реактивная мощность обуславливается электрическим, а индуктивная мощность магнитным полем.
Критикуется приводимая в учебниках теория устойчивости генератора, линии электропередачи, которая ничего конкретного не предлагает для повышения устойчивости энергетической системы.
Рассматриваются существующие методы расчета линий электропередач, в котором неверно складываются реактивные мощности, предлагается метод расчета по балансу реактивных мощностей, по которому получаются результаты, хорошо совпадающие с измеренными значениями.
Доказывается о неверности принятой теории передачи и несоответствии метода расчета сверхвысоковольтной линии с физикой процесса.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, в первую очередь специалистов-энергетиков, работников учебных, научных, проектных организаций и магистров, студентов энергетических специальностей.
УДК 621.311 (072)

Содержание:

• Электротехника – основа электроэнергетики — Введение
• Глава 1. О теории генерации электрической энергии
• Глава 2. Теории электропередачи
• Глава 3. О теории электрических цепей
• Глава 4. Теория о реактивной мощности
• Глава 5. О теории устойчивости работы генератора, линии и энергетической системы
• Глава 6. Расчет режимов линии электропередачи
  • 6.1. Реактивные мощности линии электропередачи
  • 6.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи
  • 6.3 О расчете межсистемной линии или работающей на шины бесконечной мощности
  • 6.4 Общепринятый метод расчета режимов линии электропередачи
  • 6.5 Величина и направления потоков реактивной мощности на линии
  • 6.6 Расчет режимов линии с учетом баланса реактивных мощностей
  • 6.7 Пример расчета линии по методу баланса реактивной мощности
  • 6.8 Зависимость реактивных мощностей линии и уровня напряжения на конце радиальной линии от нагрузки
  • 6.9 Расчет дальней сверхвысоковольтной линии электропередачи
• Глава 7. Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС и компенсацией реактивной мощности на ней
• Электротехника – основа электроэнергетики — Заключение
• Электротехника – основа электроэнергетики — Список литературы

Статьи и книги по теме:

• Электротехника – основа электроэнергетики
• О проблемах использования шунтирующих реакторов на Токтогульской ГЭС
• О дальнейшем реформировании энергетики Кыргызстана
• Книга «ЛЭП Кыргызстана»
• Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»