Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина»

Электроэнергетический факультет

Кафедра «Электрические системы»

«УТВЕРЖДАЮ»

декан ФЗВО Гусенков А.В.

«_»_2008 года

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Направление 140200- Электроэнергетика Степень (квалификация) инженер Специальность 140204. 65 – «Электрические станции»

Курс – 4- Семестр – 7- (7)семестр (8)семестр (9)семестр Лекции 12 часов 12 часов Лабораторные работы 8 часов 12 часов Семинарские занятия 4 часа Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Самостоятельная работа студентов под контролем Самостоятельная работа 30 часов 42 часа 45 часовКонсультации Всего часов по курсу 50 часов 70 часов 45 часа Вид заключительного контроля зачет экзамен зачет Иваново 1. Цель и задачи дисциплины, междисциплинарные связи 1.1.Цель преподавания дисциплины Цель преподавания дисциплины состоит в том, чтобы дать студентам достаточно полное представление об основных задачах, решаемых в электрических сетях, как в эксплуатации, так и в области их проектирования. Студенты должны овладеть навыками решения практических задач, связанных с расчетами установившихся режимов, уметь анализировать полученные результаты расчетов и принимать решения по управлению режимами электроэнергетических систем.

1.2.Задачи дисциплины знание и понимание физической сущности явлений, сопровождающих процесс производства, передачи и распределения электрической энергии;

освоение методов расчетов установившихся режимов электрических сетей, в том числе с применением ПЭВМ;

умение анализировать результаты расчетов режимов электрических сетей и управлять режимами;

освоение элементов проектирования электрических сетей.

Междисциплинарные связи Преподавание дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин: математика, физика, ТОЭ, электромеханика, прикладная механика, ОСИ ЭВМ, математические задачи электроэнергетики.

Освоение данной дисциплины необходимо для изучения специальных дисциплин: «Оптимизация режимов электроэнергетических систем», «Модели оптимального развития электроэнергетических систем», «Линии электропередачи сверх высокого напряжения», «Переходные процессы в электроэнергетических системах», «Эксплуатация электроэнергетических систем».

2. Лекционные занятия 7 семестра (12 часов) 2.1. Введение (1 ч) Современное состояние электроэнергетики, ее реформирование. Основные понятия об электроэнергетических системах и сетях. Классификация сетей (системообразующие, питающие, магистральные, распределительные). Шкала номинальных напряжений элементов электрических сетей и принципы ее построения.

2.2. Характеристики и расчет параметров схем замещения элементов электроэнергетической системы (3 ч) Схемы замещения линий электропередачи и их параметры. ВЛ с проводами из цветного металла и стали. Расщепление фаз. Потери мощности на корону и в изоляции.

Зарядные мощности линии. Транспозиция фаз. Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов, вольтодобавочных трансформаторов и линейных регуляторов напряжения. Нагрузки электрических сетей. Графики нагрузок и их показатели.

Статические характеристики нагрузок по напряжению и частоте. Способы задания нагрузок в расчетах сетей. Источники активной и реактивной мощности. Способы представления источников (генераторов и компенсирующих устройств) в расчетах сетей.

2.3. Расчет и анализ установившихся режимов разомкнутых и замкнутых электрических сетей (4 ч) Расчетные модели электрических сетей. Уравнение установоившихся режимов, причины их нелинейности. Расчет УР ЛЭП при нагрузке, заданной током и мощностью.

Расчет УР элементов сети по параметрам «конца» и параметрам «начала» схемы.

Итерационный расчет УР. Расчет сети с разными ступенями номинальных напряжений.

Расчет линий с распределенной нагрузкой. Приближенный учет распределенных параметров ВЛ. Расчет УР простых замкнутых сетей. Понятие о точности расчета УР.

Расчет линии с двухсторонним питанием. Векторные диаграммы разомкнутых и замкнутых сетей. Послеаварийные режимы разомкнутых и замкнутых сетей. Особенности проектных расчетов замкнутых сетей (расчет «по длинам»). Учет источников при расчетах УР. Определение расчетных нагрузок и мощностей электростанций.

2.4. Основы расчета установившихся режимов электрических сетей на ЭВМ (2ч) Математическая постановка задачи и общая характеристика методов решения.

Матрица решений узловых проводимостей и ее особенности. Методы решения линейных и нелинейных уравнений узловых напряжений. Применение методов Зейделя и Ньютона.

Алгоритмы расчета УР. Способы представления топологии сети. Балансирующий узел.

Пути улучшения сходимости итерационного процесса. Точность расчетов. Понятие об эквивалентировании при расчетах УР. Понятие о существовании и единственности решений уравнений УР.

2.5. Основы регулирования режимов ЭЭС (2 ч) Влияние качества напряжения на работу электроприемников и элементов сети.

показатели качества электроэнергии и их регулирование ( отклонение, размах колебаний, несимметрия, несинусоидальность). Понятие об ущербе при снижении качества напряжения. Встречное регулирование напряжения. Способы регулирования напряжения, их особенности и область применения. Регулирование напряжения с помощью:

синхронных генераторов; силовых трансформаторов и автотрансформаторов с ПБВ и РПН; специальных трансформаторов; компенсирующих устройств поперечного и продольного включения.

Понятие о лавине напряжения. Экономическая целесообразность регулирования напряжения. Автоматизация регулирования напряжения.

Баланс реактивной мощности и его связь с уравнями напряжения в сети. Общий и местный баланс реактивной мощности. Назначение компенсации реактивной мощности в сетях. Характеристика компенсирующих устройств ( батареи конденсаторов, статические тиристорные компенсаторы, управляемые шунтирующие реакторы, синхронные компенсаторы).

Баланс активной мощности и его связь с частотой в ЭЭС. Влияние частоты на работу электрооборудования электростанций, на работу потребителей. Способы регулирования частоты в нормальных режимах работы (первичное и вторичное регулирование). Особенности регулирования частоты в послеаварийных режимах работы и в объединенных АО-энерго. Понятие о лавине частоты.

2.6. Нагревание проводов и кабелей. Пропускная способность ЛЭП по нагреву (2ч) Нагревание токоведущих частей при изменении нагрузки. Режимы длительного, повторно-кратковременного и кратковременного нагрева. Допустимые температуры нагрева. Допустимые токи. Учет условий прокладки и охлаждения токоведущих частей.

Выбор сечений ЛЭП по условию допустимого нагрева. Область применения метода.

Защита сетей от перегрева. Предохранители, автоматические выключатели. Особенности защиты в зависимости от условий работы электрических сетей.

2.7. Методы расчета потерь электрической энергии в сетях и пути их снижения (3 ч) Влияние потерь электроэнергии на экономические показатели предприятий сетей и АО –энерго. Технические и коммерческие потери. Способы расчета технических потерь (по графикам нагрузок и по времени максимальных потерь). Пути снижения потерь электроэнергии.

2.8. Проектирование электрических сетей (3 ч) Задачи, решаемые при проектировании электрических сетей. Схемы электрических сетей и подстанций. Основные экономические показатели. Определение капиталовложений (капиталообразующие инвестиции) и эксплуатационных расходов (издержек). Выбор вариантов сети с использованием метода дисконтированных затрат (понятия: норма дисконта, расчетный срок проектирования, дисконтированные затраты).

Экономическое сечение ЛЭП (ВЛ и КЛ). Выбор сечений линий напряжением 6-220 кВ.

Выбор номинального напряжения сетей. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на подстанциях. Себестоимость передачи электроэнергии и КПД сетей.

Проектирование развития электрической сети.

2.9. Основы механического расчета ВЛ электропе5редачи (2 ч) Задачи расчетов механической части ВЛ. Условия работы проводов и тросов ВЛ.

Способы борьбы с гололедом и вибрацией. Расчетные климатические условия. Удельные механические нагрузки. Уравнение кривой провисания проводов в пролете. Длина провода в пролете. Стрела провеса. Основное уравнение состояния проводов и способы его решения. Исходные условия комбинированных проводов. Наибольшая стрела провеса.

Монтажные кривые. Выбор типовой опоры ВЛ и проверка ее габаритов. Вопросы ОТ и ТБ при сооружении ВЛ.

2.10. Линии электропередачи сверхвысокого напряжения (2 ч) Общая характеристика ЛЭП сверхвысокого напряжения. Параметры ДЛЭП переменного тока ( волновое сопротивление, волновая длина, натуральная мощность и т.п.). Режимы работы ДЛЭП, зависимость напряжения и передаваемой мощности от длины ЛЭП. Пропускная способность передачи и способы ее повышения.

Схемы передач постоянного тока. Пропускная способность передач. Коммутации в передачах постоянного тока. Области применения передач.

3. Лабораторные работы 3.1. Лабораторные работы 7 семестра (8 ч) применением программного комплекса «Энергия» (лаб.раб.№2) 2.Расчеты установившихся режимов замкнутых электрических сетей на ПЭВМ.(лаб. раб. №1) 3.1. Лабораторные работы 8 семестра (12 ч) 1. Изучение способов регулирования напряжения в электрических сетях ( лаб. раб.№5 и №7) 4.Компенсация реактивной мощности в электрических сетях (лаб.раб. №10 на ПЭВМ) 4. Практические занятия 4.1. Практические занятия 8семестра (4 ч) 1. Определение параметров схем замещения элементов электрических сетей 2. Расчет установившихся режимов разомкнутых электрических сетей 3. Расчет установившихся режимов электрических сетей с двусторонним питанием 4. Регулирование напряжения в электрических сетях 5.Нагревание проводов и кабелей. Выбор и проверка сечений ЛЭП по нагреву 6. Определение потерь мощности и энергии в электрических сетях 7.Технико-экономические расчеты при проектировании сетей 8. Выбор основных элементов электрических сетей при проектировании 9. Механический расчет проводов ВЛ 5. Курсовой проект (9 семестр) Тема проекта «Электрическая сеть района нагрузок». В ходе проектирования решаются задачи выбора основных элементов электрической сети, схемы сети, выполняются расчеты режимов сети на ПЭВМ, по результатам расчетов осваиваются отдельные методы управления режимами. Выполняется механический расчет провода ВЛ и выбор опоры ЛЭП Основные разделы проекта Разработка и выбор оптимального варианта схемы электрической сети района Расчеты установившихся режимов сети на ПЭВМ Выбор источников обеспечения баланса реактивной мощности в сети и средств регулирования напряжения Определение технико-экономических показателей электрической сети Графическая часть включает чертеж (формат А 1)со схемой электрической сети и результатами расчетов установившихся режимов.

1. Самостоятельная работа студентов проводится в следующих формах:

изучение теоретического материала по рекомендованной литературе, конспектам лекций и подготовка к контролю знаний по отдельным разделам дисциплины часов;

подготовка к лабораторным занятиям ( 15 часов, вид отчетности – отчеты по лабораторным работам );

подготовка к практическим занятиям ( 17 часов, вид отчетности – степень готовности студента к занятиям проводится путем опроса их в процессе проведения занятий);

7.1. Основная литература 1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.-М.:

«Энергоатомиздат», 1989,-592 с.-77 экз.

2. Поспелов Г.Е., Федин В.Т.,Лычев П.В. Электрические системы и сети. – Минск: Технопринт, 2004,-720 с -20 экз.

3. Бушуева О.А., Кулешов А.И.Электрическая сеть района нагрузок.Учебное пособие к курсовому проекту./Иван.гос. энерг.ун-т.Иваново,2006.-72 с.экз 7.2. Дополнительная литература 4. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии:

Учебное пособие/А.А. Герасименко, В.Т. Федин.-Ростов-н/Д.:Феникс;

Красноярск: Издательские проекты, 2006.-720 с.

5.Электрические системы. /Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А., Солдаткина Л.А., Под ред. Веникова В.А. Т.2.- М.: Высшая школа, 1971.

6. Правила устройства электроустановок.-М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003 -31 экз.

7. Петренко Л.И. Электрические сети. Сборник задач- Киев: 1985, Вища шк.с.-45 экз., 1976 г – 173 экз.

8. Блок В.М. Электрические сети и системы. -М.: Высшая школа, 1990.-382 с.экз, 1981 г -203 экз 9. Петренко Л.И. Электрические сети и системы.- Киев: 1985, Вища шк.-320 с.

10. Расчеты и анализ режимов сетей. Учеьное пособие для вузов. Под ред В.А.

Веникова.- М.: Энергия, 1974.

11. Справочник по проектированию электрических сеетей./под ред. Д.Л.

Файбисовича.-М.: Изд-во ЭНАС, 2005.- 320 с.- 70 экз.

12. Параметры схем замещения силовых трансформаторов и автотрансформаторов/ Иван. гос. энерг. ин-т- Б.Я. Прахин –Иваново, 1991.- 13. Потери мощности и энергии в электрических сетях / Иван. гос. энерг. ин-т Сост. О.А. Бушуева- Иваново, 1991.-48 с.(608) – 230 экз.

14. Регулирование напряжения в электрической системе / Иван. гос. энерг. ин-т Сост. С.Т.Безумов – Иваново, 1991.-40 с.(622) 15. Расчет установившихся режимов электрических сетей/ Иван. гос. энерг. ун-т.Сост. О.А. Бушуева, Н.Н.Парфенычева- Иваново, 2004.-32 с.(1582)- 295 экз.

16. Кулешов А.И., Прахин Б.Я. Расчет и анализ установившихся режимов электроэнергетических систем на персональных компьютерах: Учеб.

пособие/ Иван. гос. энерг. ун-т- Иваново, 2001.-171 с.- 204 экз.

17. Выбор силовых трансформаторов подстанций энергосистем и промышленных предприятий с учетом допустимых нагрузок. Сост. Соколов М.И.: Иван. гос. энерг. ун-т.Иваново, 1999.-24 с.- 48 экз.

18. Оценка экономической эффективности инвестиций в электроэнергетике / Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 2001.-72 с.- 152 экз.

19. Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряжением 0,4-500 кВ./ под ред. Е.Г. Гологорского._М.: Изд-во НЦ 20. Бушуева О.А. Применение типовых схем электрических соединений распределительных устройств подстанций./ Иван. гос. Энерг. ун-т. – 21. Прахин Б.Я. Расчет УР электрической сети района нагрузок: МУ к курсовому проекту «Электрическая сеть района нагрузок».- ИГЭУ, 2002.- 22. Кулешов А.И. Программа сквозной практической подготовки студентов спец. 140205- «Электоэнергетические системы и сети».- 2003.-20 с.-91 экз.

7.3. Электронные издания.

1. Программный комплекс «Энергия» (В-209-лаборатория кафедры, В-219- ВЦ ЭЭФ) 2. Расчет установившихся режимов электрических сетей (методические материалы для самостоятельной работы). О.А. Бушуева, Н.Н. Парфенычева (В-209-лаборатория кафедры, (www.library.ispu.ru ).

3. Электрическая сеть района нагрузок. Учебное пособие к курсовому проекту.

Бушуева О.А., Кулешов А.И. (В-209-лаборатория кафедры, (www.library.ispu.ru ).

4. Конспект лекций по электрическим сетям (В-209-лаборатория кафедры) 5. Сайты в сети INTERNET энергообъединений: СО ЦДУ ЕЭС РФ ((www.so-cdu.ru), ОАО «ФСК ЕЭС РФ» (www.fsk - ees.ru).

7.4. Методические указания по изучению дисциплины для студентов.

7.4.1. Лекционные занятия.

Рекомендации:

- перед очередной лекцией просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции;

- ознакомиться с содержанием очередной лекции в соответствии с настоящей программой;

- обратить внимание на физическую сущность параметров ЛЭП и трансформаторов различных типов;

- освоить представление всех элементов ЭЭС в расчетах установившихся режимов электрических сетей;

- обратить особое внимание на математическое обоснование рассматриваемых теоретических положений;

Лабораторные работы.

В процессе самостоятельной подготовки к лабораторным работам рекомендуется:

- проработать теоретический материал, соответствующий содержанию очередной лабораторной работы, и пройти процедуру допуска к работе;

- предварительно подготовить форму отчета;

- ознакомиться с программой «Энергия» и ее применением в конкретной работе.

В ходе выполнения лабораторной работы рекомендуется:

- результаты расчетов режимов сети наносить на схемы замещения и на векторные диаграммы, а также представлять отдельные зависимости в виде графиков;

- обратить особое внимание на соответствие результатов эксперимента теоретическим положениям;

- результаты расчетов режимов сети на ПЭВМ оценивать и уметь ими управлять.

7.4.3. Семинарские (практические) занятия.

Рекомендации:

- до очередного занятия по конспекту лекций и методической литературе проработать теоретический материал, соответствующий теме занятия;

- в начале занятий задать преподавателю вопросы по материалу, вызвавшему затруднения в понимании;

- иметь средства для расчетов, конспект лекций, справочные материалы;

- обращать внимание на полученные результаты расчетов и оценивать их значения.

7.4.4. Курсовой проект Рекомендации:

- проработать теоретический материал, соответствующий содержанию каждого раздела проекта;

- в начале проектирования познакомиться с основными, действующими в настоящее время нормами проектирования подстанций и линий электропередачи, а также с типовыми схемами РУ.

использовать в проекте современные типы трансформаторов и автотрансформаторов, новые схемы РУ подстанций, новые типы опор ЛЭП;

- механический расчет проводов выполнить в полном соответствии с разделом 2 ПУЭ (седьмое издание);

- обратить внимание на результаты расчетов установившихся режимов на ПЭВМ, учесть наличие режимных ограничений;

- при оформлении пояснительной записки учесть правила ее оформления.

7.4.5. Самостоятельная работа студентов.

Самостоятельная работа студентов проводится в следующих формах:

изучение теоретического материала по рекомендованной литературе, конспектам лекций и подготовка к контролю знаний по отдельным разделам дисциплины;

подготовка к лабораторным занятиям по методическим материалам, приведенным в указаниях к каждой лабораторной работе, а также знакомство с программой «Энергия», имеющейся в электронном виде у каждого студента. Рекомендуется разобраться с вопросами оценки допустимости режимных параметров по /16/.

Вид отчетности – отчеты по лабораторным работам подготовка к практическим занятиям по конспектам лекций, по методическим материалам /12-17, 20/. Вид отчетности – опрос готовности студентов к занятиям в процессе их проведения;

участие в обсуждении отдельных тем на консультациях.

работа по выполнению курсовой работы проводится по /3/. Рекомендуется познакомиться с нормативными материалами, действующими при проектировании подстанций, ЛЭП, а также с типовыми решениями по схемам РУ подстанций, имеющимися в электронном виде на кафедре. Сроки выполнения каждого раздела проекта указаны в графике, приведенном ниже.

-работа в сети INTERNET по знакомству с новыми типами оборудования (трансформаторы, опоры и т.п.), а также с новостями по режимным ситуациям (регулирование частоты, регулирование напряжения и т.п.) на сайтах СО ЦДУ ЕС РФ (www.so-cdu.ru), ОАО «ФСК ЕС РФ» (www.fsk-ees.ru).

7.5. Методические рекомендации преподавателям При изложении материала лекций целесообразно приводить примеры режимных ситуаций новых энергообъединений. Например, в теме «Баланс активной мощности в энергосистеме. Регулирование частоты» привести реальный график изменения частоты в ЕЭС РФ в течение ближайших суток, взятый с сайта СО ЦДУ ЕЭС(www.so-cdu.ru).

В изложении материала темы «Баланс реактивной мощности в энергосистеме и его связь с регулированием напряжения» привести примеры режимной ситуации, приведшей к крупной аварии в Московской энергосистеме 25 мая 2005 г.

При проведении всех видов занятий рекомендовать студентам просматривать в сети INTERNET новости ФСК ЕС РФ (www.fsk-ees.ru) по темам, касающимся современного состояния электрических сетей в РФ.

При проведении лабораторных работ по расчету режимов сетей с использованием программного комплекса «Энергия» следует обратить внимание студентов на анализ полученных результатов расчета (режимные параметры: уровни напряжения, токи, потери мощности и др.).

При проведении практических занятий рекомендовать студентам приобретать навыки решения задач из /2/.

При проведении консультаций по курсовому проекту целесообразно познакомить студентов с новыми типовыми схемами РУ подстанций и новым электрооборудованием (реальные схемы сетей, проспекты, каталоги, журналы).

8. Требования к уровню усвоения программы и формы текущего, промежуточного и Итоговый (заключительный) контроль проводится в форме экзамена с собеседованием. Экзаменационный билет включает 2 теоретические вопроса, исчерпывающий ответ по теоретической части оценивается в 5 баллов.

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки инженеров по направлению подготовки дипломированных специалистов 140204.65 - Электроэнергетические системы и сети Программу составила Программа обсуждена и принята на заседании кафедры «Электрические системы»

Протокол №_ от «»_2008 г.

Программа согласовано с заведующим выпускающей кафедры ЭСП и ДЭ Заведующий кафедрой д.т.н., профессор А. Н. Назарычев Председатель цикловой методической комиссии