Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

“Утверждаю”

Проректор по УМР

_ Л.О. Штриплинг

“”_ 2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети» (П.Б.3.01.07) направление подготовки бакалавриата 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

Омск 2013 Разработана в соответствии с ФГОС ВПО, ООП по направлению подготовки бакалавриата 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника».

Программу составил: к.т.н., доцент каф. ЭсПП _ /С.С. Гиршин/ Обсуждена на заседании кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», протокол № от «_» 2013 г.

Зав. кафедрой /В.Н. Горюнов/ «»_ 2013 г.

Согласовано:

Руководитель ООП /В.Н. Горюнов/ «»_ 2013 г.

Ответственный за методическое обеспечение ООП /В.В. Тевс/ «» 2013 г.

1. Цели и задачи дисциплины Цель изучения дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» – формирование знаний об электрических системах, их режимах и методах проектирования.

Основные задачи дисциплины:

1. Ознакомление с принципами построения и структурой электрических сетей и систем.

2. Изучение методов расчета режимов электрических систем.

3. Получение навыков в области снижения потерь энергии и регулирования напряжения.

4. Изучение основ проектирования электрических сетей.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина входит в базовую часть профессионального цикла.

Предшествующие дисциплины, содержание которых используется при изучении данной дисциплины:

- Высшая математика;

- Теоретические основы электротехники;

- Электротехническое и конструкционное материаловедение.

Дисциплины, изучаемые одновременно, содержание которых используется при изучении данной дисциплины:

- Электрические машины.

Дисциплины, изучаемые одновременно, для которых требуется освоение данной дисциплины:

- Электроснабжение;

- Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах.

Последующие дисциплины, для изучения которых необходимо освоение данной дисциплины:

- Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем;

- Техника высоких напряжений;

- Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий;

- Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения;

- Расчет, нормирование и снижение потерь энергии в электрических сетях.

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» должны быть сформированы следующие компетенции:

– готовность работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);

– способность рассчитывать схемы и элементы основного оборудования, вторичных цепей, устройств защиты и автоматики электроэнергетических объектов (ПК-15).

3.2. В результате изучения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанных компетенций по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующим тематическим модулям дисциплины и применимым в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Классификацию электрических сетей;

З.2. Конструкции линий электропередачи;

З.3. Схемы замещения линий и трансформаторов;

З.4. Источники реактивной мощности в электрических сетях;

З.5. Особенности сетей сверхвысокого напряжения и сетей постоянного тока.

- Уметь:

У.1. Рассчитывать параметры схем замещения электрических сетей;

У.2. Производить расчеты потерь энергии;

У.3. Принимать проектные решения в области электрических сетей.

- Владеть:

В.1. Навыками расчета установившихся режимов электрических сетей;

В.2. Навыками регулирования напряжения;

В.3. Навыками выбора мероприятий по снижению потерь энергии в сети.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовка к зачету Заочная форма обучения Самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовка к зачету 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям 1. Общая характеристика электрических сетей и систем.

2. Схемы замещения линий и трансформаторов.

3. Потери мощности, энергии и напряжения.

4. Методы расчета установившихся режимов электрических систем.

5. Баланс мощностей в электрических системах. Источники реактивной мощности и регулирование напряжения.

6. Основы проектирования электрических сетей.

7. Мероприятия по снижению потерь энергии.

8. Электрические сети сверхвысокого напряжения и сети постоянного тока.

Модуль 1. Общая характеристика электрических сетей и ческих станций на параллельную работу.

Модуль 2. Схемы замещения линий и трансформаторов дуктивное сопротивление. Проводимости линий.

Транспозиция линий. Упрощенные схемы замещения.

параметров схем замещения.

форматора. Схемы замещения автотрансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой.

Модуль 3. Потери мощности, энергии и напряжения Векторная диаграмма линии. Классификация потерь мощности. Потери мощности в линиях.

ности. Расчет потерь энергии методом графического интегрирования.

времени максимальных потерь.

Модуль 4. Методы расчета установившихся режимов номинальными напряжениями.

Правило моментов. Расчет кольцевых питающих сетей. Л Л Расчет питающих сетей с двухсторонним питанием. Расчет Л С распределительных сетей.

Уравнения узловых напряжений.

Итерационный метод Ньютона. Существование, единствен- Л С ность и устойчивость решения. Сходимость итерационного процесса.

Модуль 5. Баланс мощностей в электрических системах.

Источники реактивной мощности и регулирование Баланс активной мощности в электрической системе. Связь Л С активной мощности и частоты.

Баланс реактивной мощности в электрической системе. Связь Л С реактивной мощности и напряжения.

Виды источников реактивной мощности. Синхронные маши- Л Л Батареи статических конденсаторов и вентильные источники Л Л реактивной мощности.

Основные принципы регулирования напряжения. Регулиро- Л Л вание напряжения с помощью генераторов. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с ПБВ и РПН.

Линейные регуляторы. Расчет регулировочных ответвлений Л Л, С двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов.

Расчет регулировочных ответвлений автотрансформаторов и Л Л, С линейных регуляторов. Регулирование напряжения путем изменения потерь напряжения.

Модуль 6. Основы проектирования электрических сетей Основные принципы проектирования электрических сетей. Л С Требования к электрическим сетям. Надежность. Экономич- Л С Выбор номинального напряжения электрической сети. Нор- Л С мированная плотность тока линии.

Модуль 7. Мероприятия по снижению потерь энергии Классификация мероприятий по снижению потерь энергии. Л Л Компенсация реактивной мощности. Замена недогруженных, перегруженных и устаревших трансформаторов.

Снижение неоднородности замкнутых сетей. Организацион- Л С ные мероприятия.

Модуль 8. Электрические сети сверхвысокого напряжения и сети постоянного тока Математическая модель дальней электропередачи. Представ- Л Л ление линии в виде четырехполюсника.

Распределение модуля напряжения вдоль линии. Наибольшая Л Л передаваемая мощность линии.

Назначение и виды электропередач постоянного тока. Ос- Л С новные уравнения, структурная схема и схема замещения.

5.2. Содержание лабораторных работ Цель лабораторного практикума – изучение методов экспериментального исследования, приобретение опыта в проведении лабораторных экспериментов, приобретение опыта математической обработки и интерпретации полученных результатов.

За период обучения студент выполняет 6 лабораторных работ (по 3 работы за семестр).

Содержание лабораторного практикума Модуль 2. Схемы замещения линий и трансформаторов Лабораторная работа 1. Ознакомление с конструкциями линий электропере- + + дачи и их элементами.

Модуль 4. Методы расчета установившихся режимов электрических Лабораторная работа 1. Физическое моделирование установившегося ре- + + жима электрической сети.

Лабораторная работа 2. Расчет установившегося режима электрической се- + ти с помощью ЭВМ.

Модуль 5. Баланс мощностей в электрических системах. Источники реактивной мощности и регулирование напряжения Лабораторная работа 1. Регулирование напряжения с помощью трансфор- + + маторов.

Лабораторная работа 2. Регулирование напряжения путем продольной ком- + + пенсации.

Модуль 7. Мероприятия по снижению потерь энергии Лабораторная работа 1. Компенсация реактивной мощности в электриче- + ских системах.

6. Образовательные технологии 6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Методы расчета и оптимизация режимов электроэнергетических систем и электротехнических комплексов» используются следующие образовательные технологии:

1. Информационно-развивающие технологии.

2. Деятельностные практико-ориентированные технологии.

3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

4. Личностно-ориентированные технологии.

6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012 «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 5 семестр Лекции. Обучение на основе опыта. Междисциплинарное 5 семестр Лекции. Проблемное обучение. Обучение на основе опыта.

Модуль 3 Междисциплинарное обучение.

5 семестр Лекции. Метод IT. Междисциплинарное обучение.

Модуль 4 Лабораторные работы. Метод IT. Работа в команде. Case- study. Проблемное обучение. Контекстное обучение. Обучение на основе опыта. Индивидуальное обучение. Междисциплинарное обучение. Опережающая самостоятельная 6 семестр Лекции. Проблемное обучение. Обучение на основе опыта.

Модуль 5 Лабораторные работы. Метод IT. Работа в команде. Case- study. Проблемное обучение. Контекстное обучение. Обучение на основе опыта. Индивидуальное обучение. Междисциплинарное обучение.

6 семестр Лекции. Проблемное обучение. Обучение на основе опыта.

Модуль 6 Междисциплинарное обучение.

6 семестр Лабораторные работы. Метод IT. Работа в команде. CaseМодуль 7 study. Проблемное обучение. Контекстное обучение. Обучение на основе опыта. Индивидуальное обучение. Междисциплинарное обучение.

7. Самостоятельная работа студентов Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовка к зачету Обоснование трудоемкости (в часах) на выполнение СРС: количество часов на самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовку к зачету выбрано на основании объема и сложности материала; количество часов на выполнение домашнего задание и курсовой работы выбрано в соответствии с объемом и сложностью расчетов.

7.2. Темы курсовых работ Проектирование питающих электрических сетей энергосистем.

7.3. Домашнее задание по модулям:

Составление схемы замещения электрической сети и расчет ее параметров (модуль 2).

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: преподаватели последующих дисциплин.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети»

включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- вопросы к зачету;

- варианты домашнего задания;

- варианты курсовых работ;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Электроэнергетические системы и сети» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1. Определение электрической сети.

2. Определение энергосистемы.

3. Назначения электрических сетей.

4. Преимущества объединения электростанций на параллельную работу.

5. Классификация электрических сетей по функциональному назначению.

6. Классификация электрических сетей по номинальному напряжению.

7. Классификация электрических сетей по конфигурации.

Модуль 1. Схема замещения ЛЭП в общем виде.

2. Чем обусловлено отличие активного сопротивления линии переменному току от сопротивления постоянному току?

3. Объяснить влияние междуфазного расстояния на величину индуктивного сопротивления.

4. По какой причине индуктивное сопротивление кабельных линий меньше, чем у воздушных линий?

5. Виды проводимостей линий.

6. Какие линии обладают большей емкостью: кабельные или воздушные?

7. В чем состоит причина нелинейности параметров схем замещения линий со стальными проводами?

8. Зависимости сопротивлений стальных проводов от тока.

9. Что называется транспозицией воздушной линии?

10. Упрощенные (практически применяемые) схемы замещения линий.

11. Схемы замещения двухобмоточных трансформаторов.

12. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформаторов.

13. Схема замещения трехобмоточного трансформатора.

14. Что такое автотрансформатор?

15. Типовая и номинальная мощности автотрансформатора.

16. Схема замещения автотрансформатора.

17. Схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой.

Модуль 1. Дать определения потери и падения напряжения на элементе электрической сети.

2. Векторная диаграмма ЛЭП.

3. Продольная и поперечная составляющие падения напряжения.

4. Классификация потерь мощности в электрических сетях.

5. Потери мощности в линиях.

6. Какие факторы влияют на потери мощности на коронный разряд?

7. Потери мощности в экранах одножильных кабелей.

8. Уравнение теплового баланса воздушной линии с неизолированными проводами.

9. Уравнение нагрева воздушной линии с неизолированными проводами.

10. Что такое конвективный теплообмен?

11. Что такое теплообмен излучением?

12. Уравнения теплового баланса воздушных линий с изолированными проводами.

13. Уравнения теплового баланса кабельных линий.

14. Что такое допустимый ток линии?

15. Выведите формулу для потерь активной мощности в линии с учетом температурной зависимости сопротивления (через допустимый ток).

16. Потери мощности в трансформаторах.

17. Может ли трансформатор генерировать реактивную мощность?

18. Взаимосвязь потерь мощности и энергии.

19. Технические, коммерческие и отчетные потери энергии.

20. Последовательность расчета потерь энергии методом графического интегрирования.

21. Последовательность расчета потерь энергии методом средних нагрузок.

22. Последовательность расчета потерь энергии методом времени максимальных потерь.

23. Определение времени максимальных потерь.

24. Определение времени использования максимума нагрузки.

Модуль 1. Способы задания нагрузок при расчете режимов электрических сетей.

2. Способы задания источников питания (генераторов) при расчете режимов электрических сетей.

3. Что такое регулирующий эффект нагрузки?

4. Расчет разомкнутых питающих сетей по данным конца.

5. Расчет разомкнутых питающих сетей по данным начала.

6. Расчетные нагрузки подстанций.

7. Расчет сетей с несколькими номинальными напряжениями.

8. Правило моментов.

9. Расчет кольцевых питающих сетей.

10. Расчет питающих сетей с двухсторонним питанием.

11. Расчет распределительных сетей.

12. Уравнения узловых напряжений для электрической сети.

13. Итерационный метод Ньютона.

14. Существование, единственность и устойчивость решения уравнений режима.

15. Сходимость итерационного процесса при расчете режима электрической сети.

Модуль 1. Баланс активной мощности в электрической системе.

2. Связь активной мощности и частоты.

3. Баланс реактивной мощности в электрической системе.

4. Взаимосвязь реактивной мощности и напряжения.

5. Источники реактивной мощности в электрических сетях.

6. Синхронные генераторы и двигатели как источники реактивной мощности.

7. Синхронные компенсаторы.

8. Батареи статических конденсаторов.

9. Достоинства и недостатки батарей статических конденсаторов по сравнению с синхронными компенсаторами.

10. Вентильные источники реактивной мощности.

11. Перечислить способы регулирование напряжения.

12. Встречное регулирование напряжения.

13. Регулирование напряжения с помощью генераторов.

14. Трансформаторы с ПБВ.

15. Трансформаторы с РПН.

16. Расчет отпаек РПН двухобмоточных трансформаторов.

17. Расчет отпаек РПН трехобмоточных трансформаторов.

18. Расчет отпаек РПН автотрансформаторов.

19. Линейные регуляторы.

20. Расчет отпаек линейных регуляторов.

21. Регулирование напряжения путем изменения потерь напряжения.

Модуль 1. Основы проектирования электрических сетей. Общие положения.

2. Перечислить требования к электрическим сетям.

3. Надежность как требование к электрическим сетям.

4. Экономичность электрических сетей.

5. Выбор номинального напряжения.

6. Нормированная плотность тока линии.

7. Условия выбора и проверки воздушных линий с неизолированными проводами.

8. Условия выбора и проверки кабельных линий.

9. Условия выбора и проверки воздушных линий с изолированными проводами.

Модуль 1. Классификация мероприятий по снижению потерь энергии.

2. Компенсация реактивной мощности.

3. Замена недогруженных, перегруженных и устаревших трансформаторов.

4. Снижение неоднородности замкнутых сетей.

5. Отключение части трансформаторов в режиме малых нагрузок.

6. Оптимизация точек размыкания распределительных сетей 35 кВ и ниже.

7. Выравнивание нагрузок по фазам.

8. Уменьшение сроков и повышение качества ремонта и обслуживания электрооборудования.

Модуль 1. Математическая модель дальней электропередачи.

2. Длина волны и фазовая скорость линии.

3. Представление линии в виде четырехполюсника.

4. Распределение напряжения вдоль линии.

5. Наибольшая передаваемая мощность линии.

6. Способы повышения пропускной способности линии.

7. Структурная схема и схема замещения электропередачи постоянного тока.

8. Назначения электрических сетей постоянного тока.

9. Преимущества передачи энергии на постоянном токе по сравнению с передачей энергии на переменном токе.

10. Униполярные и биполярные электропередачи постоянного тока.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины 9.1. Материальное-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1. Современные приборы, установки (стенды), специализированные лаборатории и классы:

ПК на базе процессора Intel Pentium IV (ноутбук) – 1 шт.;

Демонстрационный стенд «Провода и кабели»;

Лабораторный стенд «Модель электрической системы с узлом комплексной нагрузки», ауд. 6Компьютерный класс 6-229.

9.1.2. Технические средства обучения и контроля Использование презентаций на лекционных занятиях.

9.1.3. Вычислительная техника При проведении лабораторных работ применяются расчетные программы.

При выполнении домашнего задания и курсовой работы возможно использование ЭВМ для отдельных разделов.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – Ростов-Н/Д: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – 720 с. (гриф) 9.2.2. Дополнительная литература 1. Гиршин, С.С. Электропитающие системы и электрические сети: конспект лекций / С.С. Гиршин, О.С. Щукин, А.А. Киргизов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. – 86 с.

2. Гиршин, С.С. Проектирование питающих электрических сетей энергосистем: учеб. пособие / С.С. Гиршин, В.В. Тевс. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 70 с.

3. Электропитающие системы и электрические сети: методические указания к лабораторным работам / С.С. Гиршин, О.С. Щукин, А.А. Киргизов, В.В. Тевс. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. – 24 с.

9.2.3. Периодические издания 1. Электричество. 1989-2013.

2. Промышленная энергетика. 2001-2013.

3. Энергетик. 1992-2013.

4. Энергетические системы и их автоматизация: ЭРЖ. 1997-2013.

9.2.4. Информационные ресурсы 1. ЭБС «АРБУЗ».

2. Интегрум.

3. Научная электронная библиотека elibrary.ru