Дослідження можливості підвищення пропускної спроможності ліній розподільчих електричних мереж

Безуглова, Олена Миколаївна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7117

Title:	Дослідження можливості підвищення пропускної спроможності ліній розподільчих електричних мереж
Authors:	Самойлик, Олександр Васильович Безуглова, Олена Миколаївна
Keywords:	пропускна спроможність;розподільчі мережі;електричне навантаження;змінний струм;постійний струм;коефіцієнт потужності
Issue Date:	Dec-2025
Abstract:	Метою роботи є дослідження підвищення пропускної спроможності ліній розподільчих електричних мереж. Проведено аналіз способів збільшення переданої активної потужності без внесення конструктивних змін у мережі та отримано аналітичні вирази для визначення пропускної здатності і переданої активної потужності радіальної лінії змінного струму залежно від параметрів лінії та навантаження. Розроблено алгоритм розрахунку пропускної здатності та активної потужності по лінії на основі номінальних значень активної та реактивної потужності навантаження та опорів лінії. Досліджено реконструкції трипровідних ліній змінного струму у дво- та трипровідні лінії постійного струму, передачу електроенергії з повторно-короткочасним перевантаженням та постійним струмом із поверненням по землі. Отримані співвідношення дозволяють оцінювати ефективність таких перетворень і підвищення пропускної здатності розподільчих мереж.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7117
Appears in Collections:	141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
ВКРМ_Безуглова.pdf Restricted Access		1.73 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)

«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Валентин ТКАЧЕНКО
______________________
“_____” __________2025 р.

Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра

на тему:
«Дослідження можливості підвищення пропускної спроможності ліній
розподільчих електричних мереж»

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи мЕСЕ–44
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Безуглова Олена Миколаївна ____________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)

Науковий керівник к.т.н., доцент Олександр САМОЙЛИК ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Нормоконтроль к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших авторів
без відповідних посилань.
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)

Черкаси 2025 р.
3

РЕФЕРАТ

Повний обсяг магістерської роботи складає 97 сторінок,
25 ілюстрацій, 2 таблиці, список використаних джерел, що містить
70 найменувань на 9 сторінках.
Зі збільшенням потужності споживачів потрібне збільшення переданої
активної потужності розподільних мереж. Існує достатня кількість методів,
що дозволяють забезпечити збільшення переданої активної потужності.
Однак за умови, що проводи лінії ще не виробили термін служби, їх заміна не
потрібна. Крім того, заміна провідників пов'язана зі значним вкладенням
коштів при великій відстані кінцевого споживача від розподільчої підстанції,
а також простоєм підприємств, що тягне за собою значні збитки. В цьому
випадку слід забезпечити збільшення переданої активної потужності без
заміни проводів.
Метою роботи є дослідження підвищення пропускної спроможності
ліній розподільчих електричних мереж. Для досягнення мети в магістерській
роботі вирішено наступні завдання:
Обґрунтовано актуальність і проаналізовані способи підвищення
пропускної спроможності і переданої активної потужності розподільчих
мереж без внесення в них конструктивних змін. Аналітичним шляхом
отримано вирази для визначення пропускної здатності і переданої активної
потужності радіальної лінії електропередачі змінного струму у залежності від
параметрів лінії і навантаження.
Розроблено алгоритм визначення переданої по лінії змінного струму
активної потужності.
Алгоритм дозволяє за даними про величину номінальних значень
реактивної і активної потужності навантаження і активному і реактивному
опорі лінії електропередачі розрахувати пропускну здатність розподільчих
електричних мереж та передану по ній активну потужність.
4

Розглянуто реконструкцію трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму, реконструкцію трипровідної лінії
змінного струму в трипровідну лінію постійного струму, а також способи
передачі електроенергії передача трьома проводами з повторно-
короткочасним перевантаженням проводів по струму.
Розглянуто спосіб передачі електроенергії постійним струмом з
поверненням по землі. Отримані відповідні співвідношення, що
характеризують ефективність таких перетворень.
Ключові слова: пропускна спроможність, розподільчі мережі,
електричне навантаження, змінний струму, постійний струм,
електропередача, коефіцієнт потужності, пристрої компенсації

5

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ………………………………………………………………… 7
ВСТУП…………………………………………………………………….. 8
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ЗБІЛЬШЕННЯ ПЕРЕДАНОЇ
АКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ РОЗПОДІЛЬЧИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ
МЕРЕЖ …………………………………………………………………… 10
1.1 Системи електропостачання промислових підприємств……. 11
1.1.1 Системи електропостачання гірничих підприємств…. 11
1.1.2 Електропостачання підприємств нафтогазової
промисловості………………………………………………….. 12
1.2 Передана активна потужність в електротехнічному комплексі
підприємства…………………………………………………………. 14
1.3 Структура технологічних втрат електроенергії в
розподільних мережах промислових підприємств……………… 18
1.4 Збільшення переданої активної потужності без заміни
провідників…………………………………………………………… 23
1.4.1 Статичний синхронний компенсатор – STATCOM….. 25
1.4.2 Вольтододаткові трансформатори……………………. 25
1.4.3 Поздовжня ємнісна компенсація……………………….. 25
1.4.4 Поперечно-ємнісна компенсація………………………... 31
1.5 Зміна роду струму……………………………………………… 34
Висновки до розділу 1……………………………………………… 39
РОЗДІЛ 2
СПОСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ПЕРЕДАНОЇ В НАГРУЗКУ АКТІВНОЇ
ПОТУЖНОСТІ В РОЗПОДІЛЬЧИХ МЕРЕЖАХ ЗМІННОГО
СТРУМУ СЕП ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА……………….. 40
2.1 Передана в навантаження активна потужність………………... 40
2.2 Розрахунковий і експериментальний способи обчислення
втрат електроенергії у внутрішньозаводських мережах………….. 46

6

2.3 Вплив основних експлуатаційних характеристик елементів
систем цехового електропостачання на величину втрат
електроенергії………………………………………………………. 51
2.4 Аналіз втрат електроенергії систем електропостачання
промислових підприємств…………………………………………. 55
2.4.1 Визначення втрат електроенергії по втратах напруги… 58
2.4.2 Визначення втрат електроенергії за методом
еквівалентних перетворень…………………………………… 62
2.5 Збільшення переданої активної потужності розподільної
мережі за допомогою компенсуючих пристроїв…………………. 62
Висновки до розділу 2…………………………………………….. 67
РОЗДІЛ 3
ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ СПОСОБІВ ПЕРЕВЕДЕННЯ
РОЗПОДІЛЬНИХ МЕРЕЖ НА ПОСТІЙНИЙ СТРУМ ………………. 68
3.1 Врахування зниження повного опору лінії при переведенні
на постійний струм…………………………………………………. 69
3.2 Аналіз потоку потужності…………………………………….. 70
3.3 Вибір напруги розподільчої мережі постійного струму……… 72
3.4 Реконструкція трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму………………………….. 74
3.5 Реконструкція трихпровідної лінії змінного струму в
трипровідну лінію постійного струму в розподільних мережах
промислового підприємства………………………………………. 76
3.6 Способи передачі електроенергії по трьох проводах з
повторно-короткочасної перевантаженням проводів по струму.. 78
3.7 Спосіб передачі електроенергії постійним струмом з
поверненням по землі…………………………….…………….…. 81
Висновки по розділу 3………………………………………………. 86
ВИСНОВКИ……………………………………………………………….. 88
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ………………………………… 89

7

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ,
СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

ВВП – валового внутрішнього продукту
ВДТ – вольтододаткові трансформатори
ЕЕ – електрична енергія
ЕРС – електрорушійна сила
ЛПС – ланка постійного струму
ПЄК – поздовжньо-ємнісна компенсація
ПП – промислове підприємство
СЕП – системи електропостачання
СЕП ПП – система електропостачання промислового підприємства
СЕП – системи електропостачання

8

ВСТУП

Актуальність роботи
Зі збільшенням потужності споживачів потрібне збільшення переданої
активної потужності розподільних мереж. Існує достатня кількість методів,
що дозволяють забезпечити збільшення переданої активної потужності.
Однак за умови, що проводи лінії ще не виробили термін служби, їх заміна не
потрібна. Крім того, заміна провідників пов'язана зі значним вкладенням
коштів при великій відстані кінцевого споживача від розподільчої підстанції,
а також простоєм підприємств, що тягне за собою значні збитки. В цьому
випадку слід забезпечити збільшення переданої активної потужності без
заміни проводів.
З урахуванням сказаного:
Об'єкт дослідження – розподільчі електричні мережі.
Предметом дослідження є методи, способи та засоби підвищення
пропускної спроможності ліній розподільчих електричних мереж
Мета роботи – дослідження підвищення пропускної спроможності
ліній розподільчих електричних мереж.
Для досягнення мети в магістерській роботі вирішуються такі
завдання:
1. Обґрунтування актуальності підвищення пропускної
спроможності
і переданої активної потужності лінії для розподільчих мереж без
внесення в них конструктивних змін.
2. Аналітичним шляхом отримати вирази для визначення пропускної
здатності і переданої активної потужності радіальної лінії електропередачі
змінного струму СЕП в залежності від параметрів лінії і навантаження.
3. Розробити алгоритм визначення переданої по лінії змінного струму
активної потужності.
9

4. Розглянути реконструкцію трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму, реконструкцію трипровідної лінії
змінного струму в трипровідну лінію постійного струму, а також способи
передачі електроенергії передача трьома проводами з повторно-
короткочасним перевантаженням проводів по струму. Розглянуто спосіб
передачі електроенергії постійним струмом з поверненням по землі.
Отримати відповідні співвідношення, що характеризують ефективність таких
перетворень.
Методи дослідження
Для вирішення поставлених завдань використовувалися методи теорії
електричних кіл, математичного моделювання електричних кіл, інтерполяції
та апроксимації даних.
Елементи наукової новизни містяться у розробленому алгоритмі
визначення переданої по лінії змінного струму активної потужності.
Достовірність висновків і рекомендацій, викладених в роботі,
підтверджується застосуванням апробованих методів математичного та
імітаційного моделювання.

10

РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ЗБІЛЬШЕННЯ ПЕРЕДАНОЇ
АКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ РОЗПОДІЛЬЧИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ
МЕРЕЖ

Енергозбереження та підвищення енергоефективності є одним з
найважливіших напрямків модернізації економіки України. Вони входять до
переліку пріоритетні напрямків розвитку науки, технологій і техніки в
Україні. Актуальність проблем енергозбереження і підвищення
енергоефективності в нашій країні обумовлена високою енергоємністю
валового внутрішнього продукту (ВВП), що в 3,5-5 разів перевищує
аналогічні показники розвинених країн [1].
На сьогоднішній день спостерігається значне збільшення
навантаження на розподільні мережі підприємств. Цей процес є природним і
продиктований розвитком промисловості. Отже, системи електропостачання
(СЕП) підприємств повинні модернізуватися відповідно до зростання
переданої потужності. Перш за все, це стосується частини СЕП ПП, а саме
розподільних мереж, які містять мережі середнього (6-35 кВ) і низького (до
1 кВ) рівня напруги. Як випливає з аналізу СЕП підприємств, розподільні
мережі середньої напруги мають значно більшу сумарною довжиною по
відношенню до мереж низької напруги. При цьому, деякі лінії
електропередач середньої напруги мають велику протяжність, що накладає
обмеження на передану по ним активну потужність [1, 2]. Середній термін
служби розподільної лінії повинен бути не менше 40 років для напруги
нижче 35 кВ і не менше 50 років для ліній напругою вище 35 кВ згідно з
нормативними документами. При такому щорічному прирості потужності
споживачів, вже до середини терміну експлуатації, що передається активна
потужність підприємств повинна бути збільшена в 1,5-2 рази.

11

Як в іноземній літературі, так і вітчизняної описано велику кількість
технічних рішень щодо підвищення ефективності передачі електроенергії для
існуючих (без зміни) розподільних мереж [2-8]. Ефективність передачі
характеризується втратами електроенергії і переданої активною потужністю
лінії електропередач. Розглянемо різні способи підвищення активної
потужності, що передається по лініях електропередач розподільних мереж
промислових підприємств.

1.1 Системи електропостачання промислових підприємств

Розподільні мережі системи електропостачання промислових
підприємств (СЕП ПП) середнього рівня напруги входять до складу великої
кількості СЕП виробничих комплексів. Діапазон потужності таких
підприємств варіюється від декількох до сотень мегават, при цьому
призначення підприємств може бути дуже різним [9-11]. Виділяються три
категорії по потужності підприємства: великі (понад 75 МВт), середні (від 5
до 75 МВт) і малі (до 5 МВт). При наявності розподільних мереж 6-10 кВ з
нормативним вимогам підприємство відноситься до середніх або великих.
Підводиться струм в таких мережах може досягати 1-1,5 кА, що
виставляється жорсткі вимоги до живильних розподільних мереж,
розташованим після розподільної підстанції. Розглянемо деякі приклади
застосування розподільних мереж 6, 10 і 35 кВ в електротехнічних
комплексах підприємств.

1.1.1 Системи електропостачання гірничих підприємств
Для будь-якого підприємства основними споживачами потужності є
електричні машини. Особливо це стосується гірничодобувної промисловості,
де використовуються потужні конвеєри, очисні комбайни, насоси тощо.
Способи живлення підземних споживачів залежать від безлічі факторів:
глибини залягання пласта, потужності, характеру навантаження і так далі.
12

Однак, більша частина з них живиться мережами напругою 6-10 кВ. Якщо
потрібна менша напруга, зазвичай поруч зі споживачем встановлюється
понижуючий трансформатор. Таким чином, мережі середнього рівня напруги
є на виробництві найбільш протяжними [9-11].
Іншим прикладом СЕП є схема електропостачання в середині
виробничих комплексів, типовими представниками яких є збагачувальні
фабрики. Розподільні мережі всередині таких підприємств також містять,
перш за все, радіальні розподільні мережі. Основна шина розподільної
мережі живиться напругою 6-10 кВ [10]. Так як зазвичай на таких
підприємствах збільшення споживаної потужності пов'язане з запуском
нового цеху або розширенням виробництва, скачок споживаної потужності
буде значний. Наприклад, потужність установок первинного дроблення
варіюється від сотень кіловат до декількох мегават. Найчастіше
використовуються потужні синхронні машини, потужністю від 1 МВт і вище.
При цьому переважна більшість електродвигунів в складі установок працює в
тривало-безперервному режимі, що накладає певні вимоги згідно ДСТУ до
електропостачання і допустимому рівню напрузі в розподільних мережах [4].

1.1.2 Електропостачання підприємств нафтогазової
промисловості
Розглянемо комплекс технологічного обладнання з видобутку нафти.
При використанні кущового способу видобутку нафти розподіл
електроенергії пов'язане зі значними відстанями як між кущами свердловин,
так і до допоміжних установок [4], таких як компресорні станції. На відміну
від електропостачання шахт, зазвичай використовуються повітряні, а не
кабельні лінії. Живлення заглибних насосів здійснюється напругою 6 кВ, що
йде від центральної розподільної станції.

13

При напрузі 6 кВ енергія подається до бурових установок,
компресорних станцій, насосів перекачування нафти, водяним насосів
системи підтримки пластового тиску, трансформаторних підстанцій
6 / 0,4 кВ, які живлять електрообладнання свердловин насосної експлуатації.
Вводити наступне куща свердловини збільшує загальне навантаження на
500-600 кВт при бурінні і додатково 400-600 кВт для насосів бурових
установок. Таким чином, введення наступного куща свердловини збільшить
споживану потужність на 10-15 %. При збільшенні навантаження, ростуть
струми навантаження, з урахуванням великої протяжності магістральної лінії
це причинить за собою збільшення падіння напруги. Рівень напруги в свою
чергу тягне за собою зменшення пропускної здатності розподільної мережі.
Введення пристроїв компенсації падіння напруги дозволить збільшити рівень
напруги, що позитивно позначиться на пропускної здатності [9].
Електропостачання заводів з переробки нафти також здійснюється на
напрузі 6-35 кВ. Також використовується радіальна схема електропостачання
[10].
Більшість сучасних нафтопереробних заводів є великими
споживачами електроенергії. Так само як і в наведених вище прикладах,
електропостачання на подібних об'єктах пов'язане зі значними відстанями і
великими потужностями. Видобуток нафти зростає з кожним роком, що
зумовлює зростання потужності споживача.
Підводячи підсумок, слід зазначити, що експлуатація підприємств
гірничодобувної промисловості, а також нафтовидобувних і переробних
комплексів, пов'язана з розвитком виробництва або видобутку. При цьому
збільшується навантаження на розподільні мережі, що призводить до
необхідності збільшення пропускної здатності живильних мереж. Всі
наведені приклади характеризуються тим, що використовуються радіальні
або магістральні розподільні мережі середнього рівня напруги. У більшості
випадків протяжність ліній від головної підстанції, яка живить підприємство,
значна і становить кілька кілометрів.
14

1.2 Передана активна потужність в електротехнічному комплексі
підприємства

Розподільна мережа характеризується переданої активною
потужністю, яка залежить від ряду факторів [10]. Найбільшу активну
потужність, яку можна передати по лінії електропередачі навантаженні з
урахуванням всіх обмежуючих умов будемо називати пропускною
спроможністю лінії. Пропускна здатність лінії визначається за умовами [10,
12]:
• падіння напруги;
• теплового обмеження;
• стійкості системи.
Так як для середніх рівнів напруги активна провідність, яка виражає
коронарні втрати і струми витоку через ізолятори, мала, то нею в
розрахунках нехтують. Врахування коронарного випромінювання стає
доцільним на високих рівнях напруги (з 110 кВ і при перерізі провідника в
70 мм2 ) і характеризується допустимою напруженістю поля у провідника,
яка не повинна перевищувати 21,2 кВ / см [4]. На середніх рівнях напруги
така напруженість поля досягається вкрай рідко, в разі високої вологості
навколишнього середовища і при певному перерізі кабелю. Для кабельних
ліній діелектричні втрати вказуються заводів-виробником.
Стійкість системи безпосередньо впливає на пропускну здатність
лінії, так як при високому завантаженні мережі стійкість падає. Опір лінії
зменшує синхронізує потужність генераторів в ній і ускладнює їх паралельну
роботу. Основним способом підвищення стійкості є збільшення переданої
активної потужності, але також можливе використання пристроїв, що
компенсують і інших способів [10].
Основними двома факторами, які обмежують пропускну здатність
лінії в розподільній мережі підприємства, є межі падіння напруги на лінії
електропередач та теплової межа. Падіння напруги регламентується ДСТУ
15

EN 50160:2014 в яких сказано, що відхилення напруги не повинно бути
більше ± 10 % від номінального при діапазоні від 1 кВ до 35 кВ [13, 14].
Падіння напруги залежить від струму, що протікає в провіднику і повного
опору проводів лінії електропередач.
Якщо падіння напруги в лінії перевищує регламентоване порогове
значення, потрібні спеціальні заходи по його мінімізації. У такому випадку
потрібно зменшити струм, або опір. Якщо зменшити струм можна шляхом
збільшення напруги, то зміна опору не завжди можливо, тому що потрібна
заміна провідників. Детальніше про це буде розказано далі.
Обмеження переданої активної потужності по тепловому межі,
відповідно до закону Джоуля - Ленца, залежить від струму і активного опору.
Провідник при перетворенні електричної енергії в теплову нагрівається, що
створює додаткові втрати в лінії [9].
Заходи щодо збільшення переданої активної потужності в
розподільних мережах СЕП ПП підприємства.
Існує велика кількість різних способів збільшення переданої активної
потужності. Принципово можна виділити два способи – з заміною
провідників, і без заміни провідників. Це обумовлено тим, що лінії
електропередач середньої напруги мають найчастіше велику протяжність.
Заміна провідників повітряних ліній в такому випадку може зайняти
тривалий час і зажадає великих капіталовкладень. Більш того, опорні
конструкції мають межа по вазі проводів, які на них можна закріпити, і при
зміні перерізу провідника, може знадобитися заміна або модернізація опор
[15].
Найочевиднішим способом збільшення переданої активної потужності
є будівництво додаткової лінії електропередач в складі СЕП. Вона може бути
прокладена як паралельно вже існуючої, так і мати інший маршрут, завдяки
особливостям місцевості (наприклад, житлові райони, де завжди відчувається
нестача в площі, придатної для будівництва).
16

Такий спосіб дозволяє збільшувати пропускну здатність лінії у
скільки завгодно разів, проте при цьому значно зростають
капіталовкладення. Слід зазначити, що на сьогоднішній день це найбільш
поширений спосіб, так як не потрібно перепланування вже існуючої
розподільної мережі [15].
Якщо основні обмеження викликає теплової межа в провіднику, то на
сьогоднішній день існує рішення в вигляді заміни провідників на більш
сучасні, а саме термостійкі матеріали або з використанням спеціальних
пристроїв для охолодження існуючих провідників [16]. Такі проводи більш
зносостійкі, а мають менший опір за рахунок компоновки жив. За різними
даними теплові втрати можна скоротити на кілька відсотків, що пропорційно
збільшить пропускну здатність і максимальну можливу довжину в даній
конфігурації лінії.
Ефект від такої заміни очевидний, так як активний опір провідника
обернено пропорційно його перерізу [13]:

R20 =l / S ,
пр

де  – питомий опір матеріалу, Ом м ; l – довжина провідника, м (при
погонному опорі, l =1); S – площа перерізу провідника,
пр м2 .
При збільшенні перерізу провідника впаде і падіння напруги і втрати
активної потужності, які переходять в тепло, будуть менше.
На додаток, за рахунок збільшення перерізу провідників, можна
перевести напруга на більш високий рівень. За рахунок цього знижується
струм, і зменшується падіння напруги і активна потужність провідника.
Найчастіше таке підвищення рівня напруги веде за собою заміну
трансформаторів, так як вони розраховані тільки на один коефіцієнт
трансформації і відповідно переводять напруга тільки на певний щабель
напруги. Це тягне за собою додаткові капіталовкладення [15].
17

Всі перераховані методи вимагають проведення тривалих і дорогих
монтажних робіт, що ставить під сумнів їх доцільність для використання в
лінії достатньої довжини. Для локальних ліній електропередач, чия довжина
не перевищує декількох кілометрів, загальні витрати на заміну провідників
будуть незначні. Заміна провідників в довгій лінії електропередач спричиняє
зупинку електропостачання підприємства. У випадку з видобувними або
обробними підприємствами це призводить до значних збитків, особливо в
умовах невпинного виробництва.
Електропостачання житлових районів, особливо в північній частині
Росії, має бути постійним. Потрібно вводити резервні джерела живлення,
якими зазвичай виступають дизельгенераторні пристрої. Затрати на їх оренду
/ купівлю, а також витрати на паливо, робить процедуру резервування також
капіталомісткої. Що ставить питання про необхідність використання підходу
щодо збільшення переданої активної потужності лінії.
Заміна кабельних ліній електропередач також складна. Значною
перевагою перед повітряними лініями є те, що конструктивно вони не
містять опори, які складають від 60 до 80 % від загальної вартості СЕП.
Зазвичай кабельні лінії прокладаються в траншеях, тому, як правило, в цьому
випадку потрібно витяг старого кабелю і прокладка нового з великим
перетином проводів. У міських умовах це завдання може виявитися більш
комплексної у зв'язку з наявністю асфальту або бруківки. Невелика
протяжність кабельних ліній (до 50 км дозволяє виконати модернізацію лінії
електропередач відносно швидко [16, 9].
Збільшення переданої активної потужності за рахунок заміни
струмопровідних елементів вимагає двох найбільш цінних ресурсів - часу і
капіталовкладення. Дана операція не завжди можлива, якщо від
модернізованої лінії живиться споживач першої або спеціальної категорії. В
такому випадку потрібні застосування інших способів збільшення переданої
активної потужності.

18

1.3 Структура технологічних втрат електроенергії в розподільних
мережах промислових підприємств

У загальному випадку технологічні втрати електроенергії, що виникають при
її передачі по розподільчих електричних мережах (рис. 1.1), складаються з
декількох складових: технічних втрат, зумовлених фізичними процесами, що
відбуваються при передачі електроенергії за елементами мережі, і включають
в себе витрати електроенергії на власні потреби підстанцій, і втрат,
зумовлених допустимими похибками системи обліку електроенергії [17]. У
свою чергу, технічні втрати електроенергії складаються з умовно-постійних
втрат, не залежних від величини переданої потужності (навантаження), і
навантажувальних (змінних) втрат, обсяг яких змінюється в залежності від
величини переданої потужності (навантаження) [18, 19].

Рис. 1.1. Структура технологічних втрат електроенергії
при її передачі розподільчими електричними мережами

19

Приблизно стільки ж припадає на втрати, що зумовлені допустимими
похибками системи обліку електроенергії (22 %). Основну ж частину
технологічних втрат електроенергії складають умовно – постійні втрати
(57 %) [18, 19, 17].
На підставі результатів, отриманих в ході аналізу, побудована
структура умовно-постійних втрат електроенергії в СЕП ПП, яка приведена
на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структура умовно-постійних втрат електроенергії в
розподільчих мережах

З рис. 1.2 видно, що 73 % всіх умовно-постійних втрат в СЕП ПП
становлять втрати холостого ходу трансформаторів. Дана складова втрат
багато в чому визначається реактивною потужністю намагнічування. В
узагальненій структурі технологічних втрат електроенергії на частку втрат
холостого ходу трансформаторів припадає близько 35 %. В результаті вони
роблять значний вплив на загальну величину технологічних втрат і, як
наслідок, на що затверджується тариф на послуги з передачі електричної
20

енергії для ПП. Тому важливим завданням є визначення і аналіз чинників, що
впливають на втрати холостого ходу трансформаторів, з метою їх
подальшого зниження [18, 19, 17].
За результатами аналізу була також побудована структура
навантажувальних втрат електроенергії в розподільних мережах (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура навантажувальних втрат в розподільних мережах

Як випливає з рис. 1.3, навантажувальні втрати також суттєво
залежать від реактивної потужності. З діаграми видно, що навантажувальні
втрати від протікання реактивної потужності по елементам мережі складають
41 %, тобто майже половину від загальної величини навантажувальних втрат
електроенергії в розподільних мережах [18, 19, 17].
Таким чином, технологічні втрати електроенергії в розподільних
мережах в значній мірі визначаються надлишкової реактивної потужністю,
що передається по мережі. Аналіз показує, що в узагальненій структурі
технологічних втрат на частку втрат, що обумовлюються передачею
реактивної потужності, доводиться 47 % (рис. 1.4).
До них відносяться втрати холостого ходу трансформаторів і
навантажувальні втрати від протікання реактивної потужності за елементами
мережі. Технологічні втрати електроенергії, що зумовлені передачею
21

активної потужності, складають 31 % і включають в себе інші умовно-
постійні втрати, а також навантажувальні втрати від протікання активної
потужності [20]. Ще 22 % припадає на частку втрат, зумовлених
допустимими похибками системи обліку

Рис. 1.4. Узагальнена структура технологічних втрат
електроенергії в розподільних мережах

Разом з тим, наявність надлишкової реактивної потужності не лише
призводить до збільшення втрат електроенергії в електричних мережах, але і
викликає зниження їх пропускної здатності, а також негативно позначається
на режимі напруги [19, 20].
На рис. 1.5 приведена динаміка зміни втрат електроенергії в
розподільних мережах по роках, побудована на підставі даних [18-20].
З діаграми видно, що за період 2010–2014 рр. втрати електроенергії
збільшилися з 104,9 млрд кВт∙год до 107 млрд кВт∙год. При цьому
спостерігається тенденція до подальшого зростання втрат, що, пояснюється
високим зносом мережевого обладнання та неоптимальними режимами
роботи електричних мереж, що виражаються в зниженні їх завантаження і
збільшенні переданої реактивної потужності.
22

Рис. 1.5. Втрати електроенергії в розподільних мережах

Крім того, має місце неефективна (нераціональна) побудова
електричних мереж. Причина полягає в тому, що конфігурація мереж і
встановлене мережеве обладнання залишилися колишніми, а навантаження,
навпаки, істотно змінилася. В результаті має місце недовантаження одних
елементів мережі і перевантаження інших [21]. Це, в свою чергу, призводить
до збільшення втрат холостого ходу в недовантажених елементах мережі і
навантажувальних втрат в елементах мережі, що піддаються перевантаження.
В цьому відношенні актуальним завданням є зменшення реактивної
потужності, що передається по мережі, і проведення заходів щодо її
компенсації. Реалізація даних заходів буде сприяти зниженню втрат
електроенергії в розподільних мережах і підвищення енергоефективності
електротехнічного комплексу.

23

1.4 Збільшення переданої активної потужності без заміни
провідників

Розглядаючи споживачі, наведені в розділі 1.1, а саме гірничодобувні і
нафтогазові комплекси, відзначається, що виробничий процес на таких
підприємствах часто безперервний. В такому режимі, заміна струмоведучих
частин розподільчих електричних мереж є витратною за часом. В основному
це пов'язано з великими відстанями до споживачів і складністю прокладки
нових ліній електропередач.
Існує кілька способів збільшення пропускної здатності розподільної
мережі без заміни проводів. Пропускна здатність мережі - це максимальна
можлива передана активна потужність по її провідникам. Якщо коефіцієнт
потужності навантаження (сosφ) не дорівнює одиниці, то не вся передана по
лінії потужність буде активною.
При безпосередньому підключенні споживача до мережі живлення,
коефіцієнт потужності буде менше одиниці. В цьому випадку, доцільно
використовувати пристрої, що компенсують реактивну потужність [20, 21].
Так як основними споживачами на промислових комплексах є
електроприводи і трансформатори, з мережі споживається значна реактивна
потужність.
Наприклад, коефіцієнт потужності заглибних електродвигунів насосів
на нафтових свердловинах становить в середньому 0,74-0,78. Коефіцієнт
потужності синхронного двигуна в дробарці коливається в районі 0,9.
Компенсувавши реактивну потужність споживача, можна збільшити
передану потужність.
Традиційно, до формування доступного ринку напівпровідникових
силових приладів, показники якості електроенергії досягалися за допомогою
комбінацій пасивних елементів - котушок індуктивності, конденсаторів і
резисторів [22, 23].
24

Для компенсації реактивної потужності в такому випадком
встановлюють паралельно підключені конденсатори, які генерують
необхідну кількість реактивної потужності, виключаючи її передачу через
розподільні мережі. Крім того, для компенсації вищих гармонійних
складових застосовувалися RLC-контури, також підключаються паралельно
навантаженні, або ділянці мережі, в якій знаходиться джерело нелінійних
спотворень. В даний час такі пристрої, поступаються місцем активним
пристроїв, побудованих на силових напівпровідникових ключах. У
порівнянні з активними, у пасивних компенсаторів можна виділити наступні
недоліки:
- на високих потужностях їх вартість порівнянна з вартістю активних
пристроїв;
- добротність пасивних фільтрів не нескінченна;
- пристрою, побудовані на пасивних компонентах, повинні бути
спроектовані під конкретну мережу (наприклад, розрахунок параметрів RLC-
контуру), таким чином при зміні структури мережі вже встановлені пристрої
ймовірно необхідно буде замінити;
- на високих потужностях маса і габарити пасивних фільтрів і
компенсаторів значно збільшуються [23].
Підвищення ефективності передачі електроенергії лініями змінного
струму в розподільній мережі підприємств також досягається спільним
застосуванням високовольтних керованих шунтуючих реакторів, статичних
компенсаторів реактивної потужності як тиристорних, так і на базі повністю
керованих напівпровідникових приладів (типу статки), фазоповоротних
пристроїв і керованих пристроїв послідовної компенсації [23]. Нижче
наведено короткі характеристики зазначених пристроїв, що компенсують.

25

1.4.1 Статичний синхронний компенсатор – STATCOM
Статичний синхронний компенсатор (static synchronous compensator –
STATCOM ) [24, 25, 26] являє собою накопичувач енергії в ланці постійного
струму (ЛПС) підключений до мережі через статичний силовий
перетворювач, зазвичай виконані або на IGBT або IGCT ключах. Існують два
різновиди STATCOM - виконані на основі джерела напруги, тоді як
накопичувач енергії використовується конденсатор; або виконані на основі
джерела струму, тоді як накопичувач енергії використовується індуктивність.
В даний час STATCOM реалізовані на основі джерела напруги набагато
більш поширені через їхню меншу вартості. Управління силовим
перетворювачем в складі STATCOM дозволяє генерувати на його виході
напруга довільної форми, і додавати в вузол мережі струм таким чином, щоб
контролювати параметри напруги мережі. Таким чином, STATCOM може
використовуватися для:
- стабілізації напруги, яка здійснюється динамічної компенсацією
реактивної потужності;
- відновлення синусоїдальної форми струмів і напруг в вузлі мережі;
- усунення несиметрії напруг в вузлі мережі.
Крім того, можлива установка батарей конденсаторів великої ємності,
або акумуляторних батарей в ЛПС STATCOM, що дозволяє також
використовувати STATCOM при аварійних режимах мережі в якості
безперебійного джерела живлення [24, 25, 26].

1.4.2 Вольтододаткові трансформатори
Вольтододаткові трансформатори (ВДТ) створюють можливість
ступеневої зміни потужності в широких межах, за рахунок підвищення
напруги, зазвичай на наступний рівень напруги, проте можливо і підвищення
у відсотках від номінального. Зміна напруги проводиться під навантаженням
за рахунок переключення контакторів.
26

Застосування ВДТ має ряд переваг, таких як підвищення напруги до
економічно оптимального рівня при будь-якому робочому режимі, дозволяє
підвищити надійність роботи системи і стабілізувати її роботу. ВДТ можуть
бути регульованими і нерегульованими [27].
За рахунок підвищення напруги, можна збільшити передану активну
потужність споживачеві. Відповідно до Держстандарту, збільшення напруги
можливо максимум на 10% від номінального на навантаженні. Таким чином,
межа регулювання ВДТ здійснюється в межах 10%, однак, падіння напруги
через наявність повного опору лінії, може зажадати більшого діапазону
регулювання, залежить від її параметрів [28, 29].
ВДТ можуть працювати як на підвищення напруги, так і на зниження
напруги і можуть мати кілька ступенів трансформації. Одна обмотка
пристрою, включена послідовно з лінією, в якій регулюється напруга. Ця
обмотка живиться від допоміжного трансформатора, первинна обмотка якого
живиться від мережі або іншого джерела електроенергії.
Вторинна обмотка вольтододаткового трансформатора повинна бути
ізольована на повне напруга лінії. Залежно від фази вторинної напруги
вольтододаткового трансформатора напруга мережі U1 може бути збільшена
або зменшена на величину напруги вторинної обмотки U2 трансформатора.
Вторинна напруга вольтододаткового трансформатора слід вибирати так,
щоб при можливих коливаннях напруги мережі робоча точка на зовнішній
характеристиці не виходила за межі зони стабілізації [28, 29].
Вольтододаткові трансформатори доцільно встановлювати у вторинні
кола трансформаторів, що зв'язують мережі різних номінальних напруг. Це
обумовлено тим обставиною, що в зазначених місцях дію вольтододаткові
трансформаторів виходить найбільш ефективним навіть при зміні схеми
мережі кожного ступеня трансформації [29].
Установка їх в мережі меншої напруги може здатися більш вигідною,
оскільки в окремих лініях може виявитися меншою передана активна
потужність. Однак при цьому можуть виникати і деякі небажані явища, такі,
27

як поява зрівняльних струмів в контурах мережі однієї напруги, що мають
порівняно малу протяжність. Ці платформи струми можуть викликати Існує
два види ВДТ - з поздовжньою компенсацією, і з поперечної.
Вольтододаткові трансформатори з поздовжньою компенсацією
змінюють величину напруги, а з поперечною компенсацією - фазу напруги. У
поздовжнього ВДТ первинна обмотка напруги трансформатора включена на
фазну напругу, у розтин тієї ж фази включена і вторинна обмотка
послідовного трансформатора. Кут зсуву ЕРС Е , що наводиться у
вторинній обмотці послідовного трансформатора може приймати значення 0
або 180 градусів, в залежності від положення (ліворуч або праворуч від
середньої точки) перемикача відпайок живильного трансформатора. Напруга
на виході ВДТ може бути вище (кут = 0, Е  0 ) або нижче (кут = 180 °,
Е  0 ) вхідного напруги [28, 29].
У поперечного ВДТ первинна обмотка напруги трансформатора
включена на лінійну напругу. Вторинна обмотка послідовного
трансформатора включена в розтин третьої фази (в даному випадку це
фаза С).
Це дозволяє використовувати їх в системах з замкнутими контурами
для перерозподілу потоків активної і реактивної енергії між окремими
елементами системи. У випадку з підвищенням переданої активною
потужністю, розглядається тільки ВДТ з поздовжньою компенсацією, в
роботі розглядається тільки симетрична трифазна лінія електропередач.
Вартість вольтододаткових трансформаторів з поперечним і
поздовжнім регулюванням значно дорожче, ніж з одним з них і становить 0,7
- 1,6 вартості силового трансформатора аналогічної потужності. У зв'язку з
цим вони, як правило, не застосовуються у знову проектованих
електроустановках [28, 29].
Для промислових комплексів, де провали напруги відбуваються не
тільки в сталому режимі, через велику реактивного опору магістральних
ліній, але і при великих пускових токах електродвигунів, використання ВДТ
28

є один з надійних і поширених рішень. Особливо ефективно таке рішення для
нафтогазових видобувних промислів, які зумовлені високою протяжністю
лінії, що дає значне падіння напруги. При збільшенні навантаження, падіння
напруга збільшиться, зменшуючи пропускну здатність.

1.4.3 Поздовжня ємнісна компенсація
Одним із способів підвищення напруги в розподільній мережі
підприємства є застосування установок поздовжньо-ємнісний компенсації
(ПЄК) [30]. Виходячи з принципу роботи установок поздовжньо-ємнісний
компенсації, можна зробити висновок, що пристрій ефективно тільки при
наявності великого індуктивного опору лінії і здатне стабілізувати напругу в
окремих точках системи електропостачання.
Схема включення ємності в навантажувальне коло при поздовжньої
компенсації наведена на рис. 1.6 а.

Рис. 1.6. Вплив поздовжньої компенсації на співвідношення напруг на
початку і в кінці лінії:
а – схема включення ємності в навантажувальне коло; б – векторна діаграма
29

Потужність конденсатора визначається за співвідношенням [4, 10]:

Q 2
К = U С .

Так як при поздовжньої компенсації струм конденсатора Ік дорівнює
повному струму навантаження лінії І2 , що проходить через нього (рис. 1.6 а),
то
І2
QК = .
С

Таким чином, потужність конденсаторів при поздовжньої компенсації
є величиною змінною і залежить від мінливого у часі струму навантаження
лінії.
Зменшення втрати напруги становить [4, 10]:

P R +Q X P R +Q(Х −Х ) Q Х
U1 − U2 = − БК = БК
U U U

З виразу (2.16) випливає, що рівень напруги підвищується не на
постійну величину, як при поперечної компенсації, а на величину, що
змінюється пропорційно зміні реактивного навантаження лінії (при
незмінному значенні ХБК для встановлених конденсаторів).
Підбором потужності конденсаторів можна домогтися рівності
напруги на живильному і приймальному кінці лінії.
Якщо підбором опорів домогтися рівності напруги на живильному і
приймальному кінцях лінії (U2 ), то при будь-якій зміні навантаження
ніякої зміни напруги на приймальному кінці лінії не буде – напруга
збережеться стабільною.
30

Ступінь стійкості системи при всіх інших рівних умовах обернено
пропорційна величині реактивного опору системи. Так як при поздовжньої
компенсації зменшується реактивне опір лінії, а отже, і системи, то стійкість
останньої підвищується. Поздовжня компенсація, яка поряд з підвищенням
стійкості системи підвищує рівень і зменшує коливання напруги, може
дозволити складності, пов'язані з великою протяжністю ліній
електропередачі [30 - 33 ].
Значним недоліком ПЄК є необхідність захисту його конденсаторів
від пускових струмів і струмів короткого замикання.
Тиристорний вимикач призначений перш за все для захисту
конденсаторів ПЄК від короткого замикання в лінії, де установка
підключена [34, 35].
Охарактеризуємо позитивні і негативні сторони установок
поздовжньо-ємнісний компенсації, яка застосовується в мережах середнього
рівня напруги.
Основними перевагами ПЄК є:
- автоматична, безінерційна добавка напруги;
- стабілізація напруги в вузлах навантаження, аж до затискачів
електроприймачів;
- можливість розміщення ПЄК в будь-якій точці лінії (в разі її
радіального виконання).
Основними недоліками ПЄК є:
- необхідність застосування надійного захисту від коротких замикань
в лінії ;
- обмеження ефективності ПЄК в залежності від конфігурації мережі.
ПЄК найбільш ефективні для радіальних ліній і менш ефективні для
магістральних;
- можливість виникнення субгармонійних коливань при
неправильному виборі Хупк по відношенню до Хл [34, 35];
31

- великі габаритні розміри установки внаслідок необхідності
застосування чималої кількості конденсаторів.
Таким чином, можна зробити висновок, що ПЄК є досить ефективним
засобом підвищення пропускної здатності лінії електропередач на
середньому рівні напруги. Однак, застосування ПЄК обмежена низкою
факторів, зазначених у його недоліках.

1.4.4 Поперечно-ємнісна компенсація
В даний час одним з найбільш поширених способів збільшення
переданої потужності є застосування поперечної ємнісний компенсації. У
цьому випадку збільшення пропускної здатності досягається компенсацією
реактивної складової струму навантаження [35]. При використанні
поперечної компенсації необхідно враховувати, що найбільший ефект її
застосування досягається за умови підключення конденсаторів якомога
ближче до навантаження [36].
Очевидно, що для досягнення заданого кута лінії при змінному
навантаженні, необхідно використовувати регульовану дискретно установку
поперечної компенсації. Такі установки широко використовуються в мережах
середньої напруги [33].
Схема включення конденсаторної установки в навантажувальне коло
на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Схема включення ємності в навантажувальне
коло при поперечної компенсації
32

Потужність однофазного конденсатора при синусоїдальної формі
напруги, прикладеної до його затискачів, визначається за співвідношенням
[37]:
Q = U2С .

Потужність трифазного конденсатора, з’єднаного трикутником,
визначається по цій же формулі. В цьому випадку U - лінійна напруга, а С -
сума ємностей всіх трьох фаз конденсатора. Потужність трифазного
конденсатора, з’єднаного зіркою, за однакової кількості ємностей всіх трьох
фаз визначається за співвідношенням [37]:

1
Q = U2С,
3

де С - сума ємностей всіх трьох фаз.
При прийнятих позначеннях коефіцієнт реактивної потужності до
компенсації tg1 =Q / P , а після компенсації tg2 = (Q −QБК ) / P . Так як
tg2  tg1 , то cos2  cos1.
До компенсації втрати потужності в мережі складають

S2 P2 +Q2
P 2
1 = 3I R = R = R ,
U2 U2

а після компенсації
P2 + (Q −Q )2
P = БК
2 R.
U2

33

Зменшення втрат потужності після компенсації складе

P2 +Q2 (Q −Q 2
БК ) (2Q −Q
P − P = R − R = БК )QБК
1 2 R
U2 U2 U2

Повне навантаження до компенсації S1 = P / cos1 , а після компенсації
S2 = P / cos2 , тобто
S1 cos
= 1 .
S2 cos2
Так як cos2  cos1, то S2  S1. Повне навантаження після
компенсації зменшується обернено пропорційно значенням коефіцієнтів
потужності після компенсації [37].
Таким чином, застосування поперечної компенсації дозволяє
зменшити втрати потужності при збереженні величини переданої потужності
або в межах тих же втрат, збільшуючи пропускну здатність мережі,
підвищити передану потужність.
При поперечної компенсації рівень напруги в мережі підвищується на
постійну величину в залежності від потужності встановлених конденсаторів і
реактивного опору елементів установки [37, 4].
Основними перевагами поперечної компенсації є:
- простота конструкції;
- забезпечення заданого значення tgφ на вході системи
електропостачання підприємства.
До недоліків слід віднести:
- залежність генерації реактивної потужності від напруги;
- відносно великі габарити.
Таким чином, можна зробити висновок, що установки поперечної
ємнісний компенсації є ефективним засобом збільшення значень переданої
потужності і актуальні для використання в розподільних мережах
34

промислових підприємств. У певних випадках значення переданої
потужності можна збільшити до його максимальних значень (пропускної
спроможності).
Слід зазначити, що пристрої поздовжньої і поперечної компенсації
часто застосовуються спільно. Цьому присвячено ряд наукових робіт, в яких
показана ефективність їх спільного включення [34].

1.5 Зміна роду струму

Так як більшість розподільчих мереж виробничих комплексів
працюють на змінному струмі, то проблема реактивного опору, а також
споживаної реактивної потужності залишається актуальною. Крім уже
запропонованих способів компенсації реактивної потужності, пропонується
перевід магістральної або, що частіше зустрічається, радіальної лінії змінного
струму на постійний струм, при цьому існує кілька технічних рішень, і всі
вони передбачають зміну роду струму в уже існуючих провідниках.
Плюсом при такому переході є те, що не вимагає заміна опорних
конструкцій і провідників, потрібно тільки установка інверторів і активних
випрямлячів по обох кінцях лінії [38 - 40].
Велика частина кінцевих споживачів (близько 80%) живиться
постійним струмом, особливо це актуально для промислових комплексів.
Найяскравіший приклад - це приводи електродвигунів, які засновані на
використанні частотних перетворювачів, в складі яких міститься ланка
постійного струму.
У багатьох країнах вже зараз використовуються так звані «вставки»
постійного струму, для передачі електроенергії з однієї енергосистеми в іншу
[41].
Вставкою постійного струму з'єднані енергосистеми, наприклад,
Фінляндії. Станція складається з чотирьох блоків, кожен з яких має
потужність в 355 МВт.
35

Також лінії постійного струму використовуються і для вигідною
передачі електроенергії усередині країн. На сьогоднішній день існує цілий
ряд довгих ліній електропередач по всьому світу працюють на постійному
струмі, в основному високого класу напруги (понад 220 кВ). Лінії
електропередач на середніх рівнях напруги поки що не представлені в світі і
існують тільки в якості універсальної шини для зручного та ефективного
розподілу енергії між групами приводів [42].
Вибір конкретного технічного рішення залежить від вимог, які
пред'явлені до живильної лінії. Існує кілька топологій ліній електропередач в
складі розподільних мереж постійного струму: уніполярна, біполярна і
триполярна. Виділяється повернення по землі і по провідникам. Всі способи
передачі розроблені для ліній високої напруги, проте також можуть бути
застосовані для середніх напружень.
Розглянемо кожну з них докладніше. Уніполярна - найпростіша з
топологій ліній електропередач постійного струму. У уніполярної передачі
заземлений один з полюсів і є один провід, ізольований від землі. Можлива
передача електроенергії по двох проводах (з позитивним і нульовим
потенціалом). Такий заземлений другий провід застосовується в тих
випадках, коли неприпустиме застосування струму в землі (наприклад, при
вводах до великих міст) [42]. Як правило, одна ланцюг уніполярної передачі
може складатися з одного проводу і землі або одного фазного і нульового
проводу. Уніполярні схеми застосовуються для передачі невеликих
потужностей до 100 ÷ 200 МВт на невеликі відстані. Великі потужності на
великі відстані доцільно передавати по біполярним схемами [43].
Біполярна схема являє собою варіант класичної топології, де одна
фаза використовується в якості провідника потужності в бік споживача,
повернення здійснюється по дроту з іншого полярністю. У нормальному
режимі роботи, третя фаза не задіяна, але є резервом в разі обриву
провідника [43-45]. Умовна схема такої топології представлена на
рисунку 1.8.
36

Рис. 1.8. Схема біполярної лінії електропередач з резервної фазою

Другий варіант – триполярна лінія електропередач (рисунок 1.9). У
загальному випадку - це така лінія постійного струму, де два і більше
провідника мають одну полярність і мають або повернення по одному
провіднику, або по землі. Зазвичай пряма послідовність має негативну
полярність [47- 52].

Рис. 1.9. Схема триполярної лінії
37

Залежно від обраної топології, збільшується передана активна
потужність модернізованої лінії електропередач. Точні вихідні дані залежать
від конфігурації мережі і елементів системи [53, 54].
Безперечними плюсами в такий топології є відсутність спотворень
струму і напруги. Постійний струм відмінно підходить для кабельних ліній.
Протяжні кабельні лінії мають значну ємність. Мінлива ЕРС служить
причиною виникнення струмів для зарядки і розрядки цієї ємності, що
викликає додаткові втрати потужності зарядний струм [55].
Ця проблема яскраво виражена в високовольтних мережах, однак
актуальна і для середніх рівнів напруги. Відсутність явища ємнісних
кабельних струмів сприяє використанню в підводних кабельних лінія високої
потужності, наприклад Балтійський Кабель довжиною 250 км між Швецією і
Німеччиною працює на постійному струмі. У повітряних лініях за рахунок
нульової частоти, відсутня індуктивний опір, що позитивно позначається на
зменшенні падіння напруги.
На додаток, на сьогоднішній день напівпровідникові прилади досягли
великого прогресу, особливо це стосується IGBT- транзисторів, які мають
широкі обмеження по пропускній потужності.
Діапазон потужності дозволяє використовувати їх в складі інверторів
в розподільних мережах без зниження і напруги, включаючи 35кВ [56 - 57].
За рахунок цього підвищується ККД перетворювачів. Трансформатора мають
високий ККД, близький до 99 %, проте, вже два трансформатора по обидва
боки лінії знижують ефективність передачі на 2 %, які виражаються в
десятки кіловат потужності.
По-друге, вартість трансформаторів середнього рівня напруги, прагне
до мільйонів рублів, що можна порівняти з вартістю перетворювачів, хоч і
залишається в середньому нижчою.
Розглядаючи можливість переведення мереж промислових
підприємств на постійний струм, слід зазначити, що такий спосіб збільшення
пропускної здатності потенційно є найбільш оптимальним за рахунок
38

нівелювання проблем з реактивною потужністю в мережах. Так як
магістральні і радіальні мережі на подібних об'єктах - середньої напруги, то
їх перевід на постійний струм є актуальним завданням, так як подібні
технічні рішення для промислових об'єктів ще не були апробовані [58-61].
Слід зазначити, що для деяких об'єктів зміна роду струму по триполярній
схемі лінії постійного струму неможливо.
Наприклад, деякі шахти по загазованості виділені у особливий розряд.
На них категорично забороняється здійснювати передачу електроенергії по
землі, щоб уникнути аварійної ситуації. Також виключається використання
даного способу на нафтопереробних заводах, за схожими причин.
Існує два важливих недоліку для подібної системи: перший - висока
вартість обладнання. Напівпровідникові перетворювачі високої ефективності
все ще залишаються новинкою на ринку і мають високу вартість. Таким
чином, їх імплементація повинна бути доцільною з економічної точки зору,
так як якщо лінія електропередач має невелику протяжність, то можливо
було б ефективніше з економічної точки зору побудувати паралельно їй нову
лінію електропередач, подвоївши або потроївши пропускну здатність.
Також ще одним важливим недоліком вважається захист лінії
електропередач. Велика частина видів захистів розмикає контакти, коли
змінний струм перетинає нуль. При постійному струмі такий вид захистів
неможливий, що призводить до необхідності використання дугогасящих
пристроїв [62].
Важливим фактором є наявність спотворень від перетворювальних
пристроїв.
В такому випадку потрібні фільтри для придушення найбільш яскраво
виражених гармонік. Ефективність фільтра будь-якої форми залежить від
його реактивної потужності, точності настройки, і імпедансу мережі в точці
підключення. Гармоніки нижче частоти резонансу фільтра будуть
посилюватися.
39

Схемотехніка фільтра важлива, щоб бути впевненим в тому що
спотворення не будуть посилюватися до неприйнятних рівнів [62]. Коли
кілька різних порядків гармонік присутні в мережі ми можемо пригнічувати
одні в той же час посилюючи інші. Фільтр 7-ий гармоніки створює
паралельний резонанс на частоті 5-ої і підсилює її, тому до фільтру 7-ий
гармоніки необхідний фільтр 5-ої гармоніки. Звідси - часто необхідно
використовувати кілька фільтрів, налаштованих кожен на свою частоту. Це
також позначається на вартості установки перетворювачів.

Висновки до розділу 1

1. Обґрунтовано актуальність підвищення пропускної спроможності і
переданої активної потужності ліній електропередач для розподільних мереж
середнього рівня напруги СЕП промислових підприємств, що обумовлено
поширеністю мереж даного типу.
2. Обґрунтовано збільшення пропускної здатності лінії
електропередач без внесення конструктивних змін в СЕП, а саме без заміни
проводів або будівництва додаткової лінії.
3. Проаналізовано способи підвищення переданої активної потужності
лінії розподільчої мережі змінного струму засобами компенсації реактивної
потужності навантаження і реактивного опору лінії електропередач, а саме
пристроями поздовжньої і поперечної компенсації, а також вольт-
додатковими трансформаторами.
4. Проаналізовано способи підвищення переданої активної потужності
лінії електропередач розподільної мережі СЕП ПП за рахунок зміни роду
струму.

40

РОЗДІЛ 2
СПОСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ПЕРЕДАНОЇ В НАГРУЗКУ АКТІВНОЇ
ПОТУЖНОСТІ В РОЗПОДІЛЬЧИХ МЕРЕЖАХ ЗМІННОГО СТРУМУ
СЕП ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА

2.1 Передана в навантаження активна потужність

В роботі прийнято допущення, що при наявності гармонік в напрузі і
струмі, вони повинні бути компенсовані до допустимих ДСТУ величин. В
цьому випадку похибка визначення потужності без урахування гармонік
становить менше 1 %. Звідси випливає, що подальше дослідження
правомірно проводити за при синусоїдальному режиму напруги і струму.
Передана в навантаження через розподільні мережі повна потужність
включає в себе активну і реактивну складові [4, 9]:

S = P2 +Q2
. (2.1)

І активна і реактивні потужності можна розділити на потужності втрат
в лінії електропередачи (Рл,Qл ) і потужності, що споживані навантаженням
(Рн,Qн ) .
Таким чином:
P = Рл + Рн; Q =Qл +Qн . (2.2)

Найбільша передана активна потужність в навантаження означала б
P = Рн; Q = 0 . Втрати активної потужності в лінії Р л пов'язані з активним
опором лінії R л , яке в свою чергу залежить від властивостей провідника,
умов навколишнього середовища та ін. В даному розділі ми приймаємо R л
незалежною величиною.
41

Тоді найбільший інтерес при підвищенні переданої активної
потужності викликає зменшення реактивної потужності, споживаної
навантаженням – Qн , а також зменшення реактивної потужності лінії,
викликаної її реактивним опором Xл .
Слід зазначити, що поняття «лінія» в даній роботі позначає лінію
електропередачи розподільної мережі промислового підприємства.
Споживання навантаженням повної потужності призводить до втрат
активної потужності в лінії електропередачі Рл розподільної мережі СЕП ПП
при лінійної напрузі U2 [10]:

2
 S 2 2 2 2
Р = R н  Р +Q R Р R Q
л л    = Rл 
н н = л н + л н . (2.3)
 U 2 2 2
2  U2 U2 U2

Як видно з виразу 2.3, втрати активної потужності в лінії
електропередач залежать як від активної, так і реактивної потужності,
переданої в навантаження. Якщо вважати, що навантаження споживає
постійну активну потужності: Рл = const , то передану в навантаження
активну потужність можна виразити у відносних одиницях наступним чином:

Р − Р
Р л
л,% = , (2.4)
Р

де Р - активна потужність на вході енергосистеми.
Співвідношення між активною і реактивною потужністю, споживаним
навантаженням, визначається кутом зсуву між струмом і напругою н .
Коефіцієнт потужності в синусоїдальному режимі [10]:

Р Р
cos = н
н = н . (2.5)
S 2 2
н Pн +Qн
42

Тоді втрати потужності в лінії, що пов'язані зі споживанням
навантаженням реактивної потужності, можуть бути виражені через
коефіцієнт потужності наступним чином [10]:

RлР2
Р н
л = . (2.6)
U2
2 cos2н

Іншою характерною величиною є тангенс кута навантаження, що
визначає співвідношення між активною і реактивною потужністю, яка
віддається в навантаження [10]:

Q
tg = н
н . (2.7)
Рн

Так як активна потужність , що передається в навантаження, пов'язана
з напругою на затискачах навантаження, то слід також розглянути втрати
напруги, що викликані активним і реактивним опорами лінії R л , Xл . Втрати
напруги U на ділянці лінії виражається наступним чином [3]:

P R
U = н л +QнXл , (2.8)
U2

де U2 - напруга в кінці лінії.
Тоді на початку лінії напруга прийме значення:

P R +Q X 2
U = U + U = U + н л н л U2 + PнRл +QнXл
1 2 2 = . (2.9)
U2 U2

43

Виразимо потужність, що передана у навантаження:

U U = U2
1 2 2 + PнRл +QнXл →
. (2.10)
U1U −U2
P = 2 −QнXл
н
Rл

Замінимо Qн = Рн  tgн і Хл = Rл  tgл :

P 2
нRл = U1U2 −U2 − Рн  tgн Rл  tgл →
U U −U2 . (2.11)
P = 1 2 2
н
Rл (1+ tgн  tgл )

З формули 2.11 видно, що активна потужність, що передається в
навантаження, буде максимальною при виконанні хоча б однієї з умов:
tgн = 0 , що досягається при повній компенсації реактивної потужності,
споживаним навантаженням, Qн = 0 ; або tgл = 0 , що досягається при
повній компенсації реактивного опору лінії, Хл = 0 [13].
Тоді максимальна передана потужність обчислюється таким чином:

U2  U
Pн = . (2.12)
Rл

Згідно стандартів, граничні відхилення напруги в вузлах мережі не
повинні перевищувати. Тоді максимально допустимі режими роботи лінії
можуть бути досягнуті при U1 =1,1Uн і втрати падінні напруги в лінії
електропередачи розподільної мережі U1 = 0,2 Uн . Максимальна передана
потужність при таких умовах [10]:

44

0,18 U2
Pн =
н . (2.13)
Rл

Розглянемо можливу зміну переданої потужності при варіації
значень tgн і tgл .
0,18 U2
Приймемо в вираженні (2.13) величину н за одиницю, що
Rл
відповідає максимальному значенню переданої потужності. Тоді частка
фактично переданої в навантаження активної потужності в залежності від
значень tgн і tgл обчислюється таким чином [15]:

P* 1
н = . (2.14)
1+ tgн  tgл

На рисунку 2.1 представлено сімейство характеристик залежностей
пропускної здатності лінії в відносних одиницях від тангенса кута лінії
електропередач розподільної мережі і тангенса кута навантаження, до якої
вона приєднана.
Діапазон зміни параметрів навантаження та лінії, що представляє
собою реальне їх співвідношення, прийнятий наступним: tgн = 0 1;
tgл = 0  2 [15].
Як видно з графіків, при великих значеннях tgн =1 і tgл = 2 ,
фактично передана в навантаження потужність може бути в 3 рази меншою в
*
порівнянні з пропускною спроможністю лінії Pн =1, чим і обумовлена
актуальність застосування пристроїв поздовжньої компенсації для
зменшення значень tgл і / або пристроїв поперечної компенсації для
зменшення tgн .

45

Рис. 2.1. Залежність пропускної здатності лінії від тангенса
кута лінії електропередач і тангенса кута навантаження

У розділі була отримана формула для визначення переданої
потужності лінії в залежності від тангенса кута лінії і тангенса кута
навантаження. Отримана формула дозволяє визначити максимальне значення
переданої активної потужності лінії при рівності тангенса кута навантаження
або тангенса кута лінії нулю.
Таким чином, в роботі виявлена залежність переданої активної
потужності лінії від її параметрів і параметрів навантаження. Визначено, що
максимальне значення переданої потужності ліній, при реальному зміні tgн
і tgл може бути збільшено в три рази в порівнянні з мінімальним значенням
переданої активної потужності.

46

2.2 Розрахунковий і експериментальний способи обчислення
втрат електроенергії у внутрішньозаводських мережах

Надходження ЕЕ і її витрата по цехах та інших виробничих
підрозділах, по групах електроприймачів, а також втрати ЕЕ в мережах і
обладнанні відображаються в електробалансі цеху або підприємства в
цілому. Важливе значення для оцінки раціонального використання ЕЕ має
споживання ЕЕ, віднесене до одиниці продукції, – питома витрата ЕЕ [15].
Електричне навантаження, що змінюється в часі, наочно
представляється, як відомо, графіками навантаження: змінними, добовими,
річними та іншими – по охоплених періодах часу; активної, реактивної і
повної потужностей, а також струмом – по розглянутій величині [4].
Використання спектральних методів дозволяє не тільки врахувати всі
особливості графіків навантажень, а також процеси нагрівання, що
впливають на опір провідників, а й отримати значення еквівалентного
струму, який відповідає фіксованому значенню температури перегріву з
необхідною ймовірністю [22].
Рівняння нагріву провідника можна вважати лінійним, незважаючи на
залежність коефіцієнта тепловіддачі від температури нагріву, якщо
одночасно зробити припущення про те, що опір провідника з нагріванням
залишається незмінним.
Нагрівання провідника визначається графіком квадрата струму
навантаження I2 ( t) .
Стала температура процесу пропорційна еквівалентному струму [22]

2 2 2
Іе = my +Gy , (2.15)
в в

47

де yв = І2
в ; my і Gy – математичне очікування і середньоквадратичне
в в
відхилення процесу І2
в ( t)в на виході динамічної ланки ( Dз ), що
характеризує в часі нагрівання провідника;  – коефіцієнт, що визначається
необхідної ймовірністю отримання значення Іе .
Для знаходження сталого значення дисперсії квадрата струму на виході
Dз – Dy =G2
y .
в в
Скористаємося відомим виразом [22]:


Dy = 2
в  G 2 ()g ()d , (2.16)
I
−

де G 2 () – енергетичний спектр квадрата струму;
I
g2 () – амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) Dз

1
g() = , (2.17)
2
1+ ()
де  – постійна часу нагрівання провідника.
Вплив додаткового нагріву на опір провідника можна врахувати
введенням в (2.15) додаткового коефіцієнта

 t =1+   П , (2.18)

де  – температурний коефіцієнт опору;
П – допустимий перегрів провідника.
48

Вираз Dy виходить просто, якщо відомо співвідношення ефективних
в
смуг частот спектрів функцій G 2 () і g2 () [22]. У іншому випадку ця
I
смуга

g2
 ()d

 = 0 = (2.19)
g2 2
max ()

Для проводів, кабелів і шин напругою 0,4 кВ значення  становить, як
правило, понад 10-15 хв, тому д = 0 [22].
Одним з найважливіших сучасних завдань в промисловому
виробництві є економія ЕЕ в умовах експлуатації , яка може бути досягнута
за рахунок проведення технологічних і електротехнічних заходів.
На сучасному етапі розвитку енергетики висунуті нові вимоги до
обліку втрат, що обумовлені в основному труднощами отримання
параметричної і режимної інформації про мережу [19].
Цехові мережі напругою до 1000 В характеризуються меншими
достовірністю і повнотою вихідної інформації, ніж мережі вищих напруг.
Відомі в даний час методики визначення втрат ЕЕ в низьковольтних мережах
мають великі похибки розрахунків [19].
На промислових підприємствах втрати ЕЕ визначаються як різниця
показань лічильників, встановлених на живлячих шинах енергосистеми, і
лічильників споживачів на розподільних підстанціях. Відомо, що
інтегральний облік втрат вимірювальними приладами в більшій частині
призводить до певних помилок.
Незадовільно йде справа і з урахуванням втрат в окремих елементах і
вузлах системи електропостачання, в яких певні неузгодженості в показаннях
навіть сучасних лічильників вступних і ліній, що відходять спотворюють
реальну картину втрат в мережах.
49

Вироблену реактивну потужність компенсують пристроями
підприємства (цеху), що також пов'язано з витратами ЕЕ [19].
Установка спеціальних лічильників втрат ЕЕ в розгалужених
розподільних мережах могла б поліпшити облік, але неминуче привела б до
певного подорожчання експлуатації систем електропостачання [19].
Значно більше можливостей дають розрахункові методи визначення
втрат ЕЕ. Деякі з них отримали свій розвиток дослідженнях, наприклад, [18],
де обґрунтовано врахування таких факторів, як технічне стан обладнання і
величина опорів низьковольтних комутаційних апаратів
Вище зазначалося, що найбільш точний розрахунок втрат можна
отримати, використовуючи реальні графіки навантаження кожного елемента
мережі за відповідний період часу. Однак практично можливість
використання таких графіків досить обмежена. Тому доводиться
використовувати графіки навантажень для характерних режимів, які
враховують природну зміну навантаження (добові, сезонні).
Як відомо, втрати ЕЕ W в елементі трифазної мережі визначаються
за виразом [32- 35]:
W = 3  I2
е Rе   , (2.20)

де Iе – ефективний струм;
Rе – ефективний опір елемента мережі;
 – час втрат.
Еквівалентний опір цехової мережі Rе обчислюється

K
Re = R20l1+ ( − 20) +RK , ( 2.21)
1

де R20 – питомий опір провідника при 20° С мОм / м;
l – довжина лінії, м;
50

 – температурний коефіцієнт збільшення опору матеріалу провідника
лінії, 1/°С;
 – температура провідника лінії, °С;
K
RK – сумарний опір контактних з'єднань низьковольтних комутаційних
1
апаратів, включених в лінію, мОм.
Для експериментального визначення втрат ЕЕ в лініях цехових мереж
вимагається вимірювання потужності в залежності від часу (див. рис. 2.2).

Рис. 2.2. Експериментальна схема обліку втрат ЕЕ
1 – трансформатори струму; 2 – вимірювальні провідники;
3 – лінія цехової мережі; 4 – прилади вимірювання потужності

51

У цьому випадку втрати ЕЕ визначаються за виразом [32, 19]

t t t
W = P1dt + P2dt + P3dt , (2.22)
0 0 0

де P1 , P2 , P3 , – показники ватметрів.
Вимога вимірювання втрат в кожному провіднику, на нашу думку,
необхідно з наступних причин:
- наявності різної довжини провідників;
- наявності несиметричного навантаження по фазах;
- наявності різної кількості включених контактних елементів.
Такий метод вимірювання має значну похибку [69].

2.3 Вплив основних експлуатаційних характеристик елементів
систем цехового електропостачання на величину втрат електроенергії

Цехові мережі напругою до 1000 В внаслідок їх великої протяжності
характеризуються досить високими втратами ЕЕ [21, 20].
В даний час, коли спостерігається зростання вартості ЕЕ, підвищення
точності розрахунків втрат в цих мережах є актуальним завданням.
Безпосереднє їх вимір викликає певні труднощі і дає велику помилку в
результатах. Тому більш точний спосіб визначення втрат ЕЕ –
розрахунковий, який широко застосовується на практиці.
Втрати ЕЕ для ділянки трифазної мережі визначаються за виразом [23]

W = 3  I2 R   , (2.23)

де I і R – ефективний струм і опір кабелю або проводу ділянки мережі;
 – час втрат.
52

2
Розрахунковому обчисленню добутку I  присвячено досить багато
робіт. У той же час, як показують дослідження [24, 25], визначення опору
ділянки цехової мережі виявляється досить складним, і можлива при цьому
2
помилка може бути вище помилки визначення добутку I  .
Опір ділянки мережі залежить від марки, перерізу та довжини проводу,
температури його струмопровідної жили, що є функцією температури
довкілля і навантаження проводу [4].
При розрахунку опору R ділянки мережі необхідно враховувати вплив
температури струмопровідних жив і опорів контактних з'єднань
комутаційних апаратів [24, 25] .
При зміні температури в діапазоні від 30 до 90 °С опір ділянки мережі
приймає значення від 104 до 120 % від початкового R20 .
Додаткові похибки обумовлені неточним урахуванням довжин ліній,
старінням проводів тощо.
Температура жили проводу буде залежати від його струмового
навантаження і температури навколишнього середовища і може бути
визначена по залежностям на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Залежності температури жили проводу T / Tдоп від квадрата
2 2
коефіцієнта завантаження I / Iном і температури приміщень цехів Токр
[63]

53

Іншим важливим моментом при визначенні опору ділянки мережі є
облік впливу контактних з'єднань комутаційних апаратів. В літературі
наводяться дані про значення цих опорів, але дуже приблизні. У якості
експериментальних даних використаємо результати робот [63, 64].
У цих роботах для експериментального вимірювання опорів
контактних з'єднань методом амперметра і вольтметра були використані
автоматичні і пакетні вимикачі різних типів, запобіжники, магнітні пускачі
при протіканні по ній струму 0,5  Іном , Іном , 1,3  Іном ( Іном – номінальний
струм апарату).
Замір опорів проводився через 10 хв протікання струму кожного
значення. Одночасно виконувалися вимірювання на постійному струмі.
Результати експериментів показали, що опори контактних з'єднань виявилися
приблизно рівними при протіканні змінного і постійного струмів і практично
не залежними від їх значення [63].
Для обчислення втрат ЕЕ цехової мережі (рис. 2.4) пропонується
наступний алгоритм розрахунку
1) обчислити додатковий нагрів проводів лінії по залежності
Т / Тдоп = f (I2 / I2
ном ) на рис. 2.4, де Тдоп – допустима температура жили
проводу або кабелю;
2) визначити додаткову довжину лінії l , що залежить від квадрата
коефіцієнта завантаження довжини лінії L і кількості низьковольтних
апаратів N на лінії, для даної допустимої температури нагріву проводів,
використовуючи номограму на рис. 2.5.
3) розрахувати опір лінії Rе з урахуванням додаткової довжини і
нагрівання проводів за формулою
Re = r20 1+ (T − 20)  (l + l) ; (2.24)

4) визначити втрати ЕЕ
2
W = 3I Re . (2.25)
54

Рис. 2.4. Схема низьковольтної мережі від трансформаторної підстанції
до споживача

Рис. 2.5. Номограма залежності додаткової довжини лінії Δl від квадрата
2 2
коефіцієнта завантаження лінії I / Iном , довжини лінії L, м, кількості
низьковольтних апаратів на лінії для даної допустимої температури
нагріву проводів (за даними роботи [63])

55

Для прикладу були визначені втрати ЕЕ для найбільш поширених схем
електропостачання споживачів на напрузі до 1000 В. При цьому були
використані номограми, за якими можна визначити збільшення довжини лінії
на додаткову довжинуl . Результати розрахунку підтвердили їх високу
точність.
Таким чином, при визначенні втрат ЕЕ в цехових мережах до 1000 В
слід враховувати додаткові втрати за рахунок нагріву проводів і за рахунок
контактних з'єднань комутаційних апаратів.

2.4 Аналіз втрат електроенергії систем електропостачання
промислових підприємств

На величину втрат ЕЕ впливає велика кількість різних факторів.
Зниження рівня втрат в електричних мережах промислових підприємств –
одна з найбільш важливих експлуатаційних задач. Для визначення змісту і
порядку проведення заходів щодо зниження втрат необхідно попередньо
виявити основні недоліки побудови і функціонування мережі [15 - 21].
Оцінимо вплив на величину втрат ЕЕ в мережах низької напруги таких
параметрів, як нагрів проводів і кабельних ліній, опору контактних з'єднань
комутаційних апаратів, температури навколишнього середовища на основі
досліджених схем промислових підприємств. Як приклад розглянемо ділянку
механічного цеху.
Система цехового електропостачання ділянки механічного цеху є
змішаною схему, що складається з радіальних і магістральних ліній (з
4 розподільних шинопроводів).
Як відомо, навантажувальні втрати Wн ЕЕ в елементі трифазної
мережі опором R знаходять за відомим виразом (2.6).
Точне визначення втрат ЕЕ за інтервал часу Т можливо при відомих
значеннях параметра R і функції струму від часу І( t) на всьому інтервалі.
56

Опір контактів автоматичних вимикачів, встановлених на лінії [42,
63]:
rк = 307 / Iн ( для Iн  60A );

rк = 349 / Iн ( для Iн  60A ), (2.26)

де Iн – номінальний струм вимикача.
Загальний опір розгалуженої мережі з урахуванням числа
шинопроводів:
R  l / m R
R e eш
 = , (2.27)
Re + l / m Reш

де m – число магістральних ліній.
Електричне навантаження ділянки механічного цеху має змінний
характер, тому втрати потужності і ЕЕ в лініях залежать від зміни
навантаження. Добовий графік електричних навантажень ділянки типового
механічного цеху [29] представлений на рис. 2.6 і 2.7.
Втрати ЕЕ визначаються за величиною середньоквадратичного струму
Іск , який являє собою еквівалентний струм, що проходить по лінії за
інтервал часу Т, і викликає ті ж втрати потужності і ЕЕ, що і фактично
змінюється за той же інтервал часу струм.
57

Рис. 2.6. Добовий графік навантажень електроприймачів
механічного цеху:
1 – кран; 2 – токарні верстати; 3 – фрезерні верстати;
4 – вентилятори; 5 – компресори

Рис. 2.7. Сумарний добовий графік електричних навантажень
механічного цеху
58

Результати розрахунків представимо в табл. 2.1, де також вказана
похибка визначення втрат ЕЕ без урахування таких параметрів, як нагрів
проводів і кабельних ліній, опору контактних з'єднань комутаційних
апаратів, температура навколишнього середовища.
1. Таким чином, при аналізі систем цехового електропостачання
виявлено, що необхідний облік таких конструктивних і експлуатаційних
характеристик: кількість комутаційних апаратів, встановлених на лінії,
довжина, перетин, навантаження і коефіцієнт завантаження лінії.
2. Як показали дослідження, для підвищення точності обчислень і
зниження похибки, втрати ЕЕ необхідно визначати з урахуванням таких
параметрів, як нагрів проводів і кабельних ліній, опору контактних з'єднань
комутаційних апаратів, температура навколишнього середовища.
Таблиця 2.1
Можливі похибки визначення втрат ЕЕ механічного цеху
Режим визначення втрат ЕЕ в мережах Р ,
Re Reш Rоб W
низької напруги механічного цеху %
1. З урахуванням всіх параметрів
2,2 21,1 2,49 441,7
мережі
2. Без урахування опору контактних
1,5 12,2 1,61 285,6 65,3
з'єднань
3. Без урахування нагріву шинопроводів
2,65 18,22 2,11 381 14
і кабельних ліній
4. Без урахування температури
2,76 19,46 2,25 398 10
навколишнього середовища

2.4.1 Визначення втрат електроенергії по втратах напруги
Метод використовує взаємозв'язок між відносними значеннями втрат
напруги і втрат потужності в елементах мережі [19, 15].
Для ліній з зосередженої в кінці навантаженням відношення відносних
втрат потужності до відносних втрат напруги має вигляд [19]:

59

P% 1+ tg2
kп/н = = , (2.28)
U% 1+ tg
x
де  = 0 , tg – коефіцієнт реактивної потужності.
r0
Найбільша потужність лінії при відпущеної ЕЕ W за 24 годин
визначається за виразом
W
Pmax = ; Qmax = Pmax  tg (2.29)
24kз

Втрати напруги в максимум навантаження складуть, %,

P  r +Q  x
U = max L max L
% (2.30)
U2

Втрати ЕЕ методом розрахунку по втратах напруги складуть, кВт  год
[19]:
U% 1+ 2k k
W = W з  п/нkнec
% , (2.31)
100 3 kвід

де kвід =1−0,75 kроз – коефіцієнт відгалужень, що враховує наявність або
відсутність відгалужень на лінії;
kнec – коефіцієнт несиметрії;
1
kз = – коефіцієнт заповнення графіка навантаження;
3k2
ф − 2
L
k 0
роз = – коефіцієнт розгалуженості, для нерозгалуженої лінії kроз = 0 ;
L
P
k е
ф = – коефіцієнт форми графіка навантаження, відношення
Pc
середньоквадратичного навантаження Pе до середнього Pc .
60

Дані обчисленьPе втрат ЕЕ наведені в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
Дані обчислень втрат ЕЕ в лініях 12 і 13
№ Параметри ліній Лінія 12 Лінія 13
1 S, кВ А 648 720
2 WF, кВт 518 576
3 cos / tg 0,8/0,75 0,8/0,75
4 F, мм2
50 50
5 r0 , Ом 0,62 0,62
6 х0, Ом 0,06 0,06
7 Д, день (год) 1 день 1 день
8 LF, км 0,05 0,60
2
9 kф 1,26 1,11
10 kнec 1,05 1,05
11 kвід 1,0 0,48
12 kп/н 1,6 1,0
13 kз 0,6 0,8
14 Pmax 30,0 33,0
15 Qmax 22,5 25,0
16 U% 0,7 0,9
17 W, кВт год 4,2 10,0

Втрати ЕЕ методом розрахунку по втратах напруги для лінії 12 складуть
U 1+ 2k k
W = % W з  п/нkнec
12 ,
100 3 kвід
.
0,693 1+ 2 0,6 1,6
W12 = 518   = 4,2 кВт  год
100 3 1,0
61

Втрати ЕЕ методом розрахунку по втратах напруги для лінії 13
складуть
U% 1+ 2k k k
W13 = W з  п/н нec =10 кВт  год .
100 3 kвід

Сумарні втрати ЕЕ по всій схемі в цілому

W = W12 + W13 =14,2 кВт  год .

Оцінимо інтервали невизначеності втрат ЕЕ.
На рис. 2.8 показані графічні залежності методичної похибки методу
розрахунку втрат ЕЕ по втратах напруги від кількості ліній при різних
коефіцієнтах форми графіків навантаження.

Рис. 2.8. Залежність методичної похибки методу розрахунку втрат ЕЕ по
втратах напруги від кількості ліній при різних коефіцієнтах форми
графіків навантаження [19]

62

2.4.2 Визначення втрат електроенергії за методом еквівалентних
перетворень
Метод ґрунтується на послідовному перетворенні паралельних гілок
мережі до еквівалентного опору схеми [30, 19]

S2
P = 3 c Rекв , (2.32)
U2

W = P Т , (2.33)

де ΔP – втрати потужності на ділянці цехової мережі, кВт;
Sc – потужність видається в мережу, кВ А;
Rекв – еквівалентний опір ділянки цехової мережі, Ом;
T – тривалість аналізованого періоду часу, год

S2
P = 3 c Rекв = 0,2 кВт ,
U2

W = P Т = 0,2 24 = 4,8 кВт год .

Сумарні втрати ЕЕ по всій схемі в цілому складуть 4,8 кВт год .

2.5 Збільшення переданої активної потужності розподільної
мережі за допомогою компенсуючих пристроїв

Як зазначалося вище, пропускна здатність лінії обмежується двома
параметрами: допустимою напругою в вузлах навантаження та на затискачах
електрообладнання; допустимим струмом в лінії електропередачі.
Розглянемо перше обмеження.
63

Збільшення пропускної здатності лінії безпосередньо пов'язано з
підтриманням допустимого рівня напруги на навантаженні. Згідно з чинним
ДСТУ EN 50160:2023 [65] «позитивні і негативні відхилення напруги» в
точці передачі електричної енергії не повинні перевищувати 10 %
номінального або узгодженого значення напруги протягом 100 % часу
інтервалу в один тиждень».
Очевидно, що при збільшенні пропускної здатності часто пов'язано зі
збільшенням струму лінії, що в свою чергу призводить до збільшення
напруги у вузлах навантаження.
Для підтримки напруги на допустимому рівні застосовуються
пристрої компенсації втрат напруги. Серед них виділимо найпоширеніші [33,
34]:
- вольт-додатковий трансформатор (ВДТ);
- пристрій поздовжньо-ємнісний компенсації (ПЄК);
- пристрій поперечно-ємнісний компенсації (ППЄК).
Як зазначалося вище, відповідно до ДСТУ EN 50160:2023 напруга в
вузлах навантаження та на електрообладнанні не може відрізнятися більше,
ніж ± 10% від номінальної. У випадку з поздовжньою компенсацією напруга
по всій лінії не може виходити за встановлені межі, тому що збільшення
напруги вздовж лінії вище її значення в вузлі, до якого приєднується фідер з
ПЄК, можливо лише при Х Х , що неприпустимо за умовами стійкості.
упк л
У випадку з поперечної компенсацією таке теж неможливо, тому що
може мати місце тільки в разі перекомпенсації реактивної потужності. Інша
річ, випадок з ВДТ [33, 34]. ВДТ може збільшити напругу вздовж лінії понад
допустимого з одним тільки допущенням – в наступних за його
підключенням вузлах мережі (включаючи напругу на електрообладнанні) не
може виходити за допустимі межі.
В [66] показано, що найбільш ефективно ВДТ підключати на початку
лінії, що зменшить коефіцієнт його трансформації і тим самим його вартість.
64

Таким чином, в роботі встановлено, що застосування розглянутих в
роботі пристроїв, що компенсують може збільшити значення переданої
потужності в три рази в порівнянні з її найменшим значенням, що було
відзначено в попередніх розділах.
Обмеження по припустимому струм.
Одним з обмежуючих факторів є допустима величина струму в
розподільній мережі. Для трифазного навантаження значення допустимого
струму в мережі визначається з виразу [66]:

P2 +Q2 P 2
І н н н 1+ tg н
л.доп = = . (3.34)
3 U2 3 U2

Якщо приймати як U2 його мінімально допустиме значення, тобто
U2 = 0,9 Uн , то передану потужність можна обчислити за виразом.

1,56 UнI
Pн = max . (2.35)
1+ tg2н

Максимальне значення Pн , що відповідає пропускної здатності лінії,
дорівнюватиме (при tgн = 0 ):

Pн =1,56 UнImax . (2.36)

Таким чином, за результатами, отриманими вище, можна
сформулювати підхід до визначення пропускної здатності лінії і переданої
потужності для конкретного навантаження і параметрів лінії, який полягає в
наступному.
65

Пропускну здатність лінії слід визначати за найменшою величиною
Pн , значення якої визначається двома виразами:

0,18 U2
P н
н =
Rл . (2.37 )
Pн =1,56 UнImax.

Величину можливої переданої активної потужності слід вибирати по
мінімуму з наступних виразів [66]:

0,18 U2
P н
н = ,
Rл  (1+ tgн  tgk )
. (2.38)
1,56 U I
P = н max
н
1+ tg2н
де tgk - тангенс кута при наявності компенсуючих пристроїв.
Таким чином, розроблений алгоритм визначення пропускної здатності
і переданої активної потужності буде відповідати блок-схемі, показаної на
рис. 2.9.
Ідея алгоритму полягає у виборі визначення величини переданої
активної потужності і пропускної здатності лінії в залежності від вхідних
даних [67]. Для визначення величини переданої активної потужності
необхідно визначити активний і реактивний опір як самої лінії, так і
навантаження, підключеної до неї.
Обчислення значення переданої активної потужності здійснюється по
одному з методів, в залежності від врахування або зневаги статичною
характеристикою навантаження. При врахуванні статичної характеристики
навантаження розрахунок виконується ітераційним методом. Як було сказано
вище, при тангенс кута лінії або навантаження рівним нулю, тобто їх
66

реактивні складові компенсовані, що передається активна потужність
дорівнює пропускній здатності лінії, що відображено в блок схемою.

Рис. 2.9. Блок - схема алгоритму визначення пропускної здатності і
переданої активної потужності

67

Висновки до розділу 2

1. Розглянуто фактори, що впливають на передану в навантаження
активну потужність та отримано відповідні співвідношення. Встановлено
залежність пропускної здатності лінії від тангенса кута лінії електропередач і
тангенса кута навантаження.
2. Показано, що при розрахунковому способі визначення втрат ЕЕ в
цехових мережах необхідно мати інформацію про наступні величини:
- точне значення довжин і кількості ліній цехових мереж;
- перегрів провідників, що обумовлено струмовим навантаженням
провідників і температурою навколишнього середовища;
- опір контактних з'єднань комутаційних апаратів і їх число;
- графіки навантаження.
3. Для реального діапазону варіювання параметрів tgн і tgл
визначено, що пропускна здатність в разі застосування пристроїв компенсації
може перевищувати мінімальне значення переданої потужності в три рази.
Затвердження справедливо без урахування статичної характеристики
навантаження. У разі використання існуючої лінії без зміни параметрів
проводу, отримано аналітичний вираз залежності пропускної спроможності і
переданої активної потужності від параметрів розподільчої лінії, виходячи з
другого обмеження по припустимому струмі в лінії електропередачі.
4. Розроблено алгоритм визначення пропускної здатності і
переданої активної потужності в розподільній мережі середньої напруги при
використанні пристроїв, що компенсують і з урахуванням або без урахування
статичних характеристик. В основу алгоритму покладено аналітичні
залежності, отримані в розділі.

68

РОЗДІЛ 3
ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ СПОСОБІВ ПЕРЕВЕДЕННЯ
РОЗПОДІЛЬНИХ МЕРЕЖ НА ПОСТІЙНИЙ СТРУМ

Пропускна спроможність ліній електропередач розподільної мережі
постійного струму підвищується за рахунок [22, 68, 69]:
- зниження повного опору проводів лінії електропередачі;
- використання землі в якості зворотного проводи;
- перевантаження проводів лінії електропередачі при роботі в
повторно-короткочасному режимі.
Слід зазначити, що далі розглядається поняття пропускна здатність,
так як вважається, що передається активна потужність в лінії досягла
максимуму за рахунок наведених вище способів підвищення переданої
активної потужності, або мала величину активної потужності рівної
пропускної спроможності спочатку.
Включення СЕП постійного струму в систему електропостачання
змінного струму підвищує коефіцієнт потужності навантаження до одиниці,
так як всі види неактивній потужності [68] забезпечуються перетворювачами
і неактивні складові струму (такі як струми вищих гармонік, зворотної та
нульової послідовностей) не обтяжують лінії електропередачі. Зрозуміло, що
при великих коефіцієнтах несиметрії і несинусоидальности перехід на
постійний струм буде давати позитивний ефект навіть у випадках, коли
пропускна здатність розподільної мережі при переході зменшується, тому
для підвищення об'єктивності дослідження при порівнянні ліній передачі
різного роду прийняті наступні допущення:
- система електропостачання працює так, що по лініях протікають
тільки струми основної частоти, прямий послідовності, а перетворювачі, що
входять до складу розподільної мережі постійного струму забезпечують
потребу навантаження в неактивних токах без впливу на напруги і струми в
лінії;
69

- проводи лінії змінного струму обрані так, що коефіцієнт запасу лінії
електропередачі по струму КЗС , який визначається як відношення
найбільшого допустимого по нагріванню провідників струму до струму, що
протікає по лінії електропередачі, більше або дорівнює 1;
- втрати напруги в лініях електропередачі при переданої активної
потужності не перевищують допустимих, іншими словами коефіцієнт запасу
лінії електропередачі по напрузі КЗС , який визначається як відношення
пропускної здатності лінії електропередачі по напрузі до переданої активної
потужності, більше або дорівнює 1;
- всі розглянуті лінії електропередачі змінного струму є
трипровідними.

3.1 Врахування зниження повного опору лінії при переведенні на
постійний струм

Густина струму в площині провідника на змінному струмі
розподіляється нерівномірно. Це пов'язано з ефектом поверхневого шару
(Skin effect) і ефектом близькості (proximity effect) [22]. Тому опір проводів
постійному струму в будь-якому випадку менше опору змінному струмі.
Відомо, що при частоті струму 50 Гц і 60 Гц ефекти розподілу
щільності струму практично нівелюються і приймати їх в розрахунок слід
тільки при наявності в струмі лінії вищих гармонійних складових. У зв'язку з
прийнятими в роботі припущеннями, вищевикладені ефекти не
враховувалися при аналізі зміни пропускної здатності лінії.
Однією з головних причин збільшення пропускної здатності лінії
змінного струму по напрузі при зміні роду струму, є зниження її повного
опору, за рахунок його реактивної складової. Періодична зміна напрямку
струму, що протікає по дротах, веде до виникнення змінної електрорушійної
сили (ЕРС), що змінюється у відповідність до закону зміни струму, але
випереджає його по фазі на чверть періоду.
70

Виникає ЕРС в теорії ланцюгів розглядається як падіння напруги на
реактивному опорі. Її факторами є амплітуда струму, його частота (що
відображає швидкість його зміни) і індуктивність лінії електропередачі.
Фізичний сенс явища полягає в поперемінному накопиченні і віддачі енергії
магнітним полем лінії електропередачі.
На постійному струмі раз запасена магнітним полем енергія в сталому
режимі не віддається, тому випереджаючої ЕРС не виникає. Це веде до
зменшення падіння напруги вздовж лінії і збільшення її пропускної здатності
відповідно [22].

3.2 Аналіз потоку потужності

Перевагою передачі електроенергії лінією постійного струму є
відсутність необхідності транспорту реактивної потужності споживачеві і
самої лінії електропередачі, сутність цього явища була детально описана в
попередньому розділі. Це обумовлено тим, що реактивна потужність в
необхідній кількості може бути згенерована безпосередньо інвертором
[22,67, 68] в точці приєднання навантаження. Для докази цього твердження
складемо рівняння за теоремою Теллегена [80]:

iaua + ibub + icuc = idud , (3.1)

де ia , ib , ic - миттєві змінні струми; id - постійний струм; ua , u , u
b c - фазні
змінні напруги; ud - постійна напруга.
Для подальшого аналізу розділимо лінійні змінні струми на активні
(синфазних напрузі і позначаються індексом p) і реактивні (ортогональні
напрузі, що відстають від нього на чверть періоду і позначаються індексом q)
складові:
71

Ip = Iл cos
 .
I = I sin (3.2)
 q л

З огляду на зроблене допущення про те, що навантаження симетрична
і вищі гармонійні складові компенсовані як на стороні змінного, так і на
стороні постійного струму, отримуємо вираз для струму лінії:

3IлUф
Id = cos. (3.3)
Ud

Оцінити пропускну здатність лінії електропередачі постійного струму
можна, розглянувши схему, представлену на рисунку 3.1.

Рис. 3.1. Схема заміщення лінії електропередачі
розподільної мережі постійного струму в усталеному режимі

Обійшовши контур по другому законі Кирхгофа і помноживши обидві
частини отриманого рівняння на величину напруги на навантаженні
отримуємо формулу, по якій можна оцінити пропускну здатність лінії
постійного струму по напрузі:

U U 2
P = d1 d2 − Ud2
d max , (3.4)
RЛ

де Ud1 – напруга на початку лінії постійного струму; Ud2 – напруга в
наприкінці лінії постійного струму.
72

При переведенні розподільної мережі з змінного струму на постійний,
її завантаженість знижується, так як по лінії постійного струму реактивна
потужність не передається. Необхідна для навантаження реактивна
потужність може бути забезпечена перетворювачем на стороні споживача.
Іншими словами після переведення лінії на інший рід струму
передається по ній активна потужність може бути збільшена за рахунок
реактивної потужності , що транспортувалася раніше. З формули 3.4 видно,
що пропускна здатність лінії електропередачі постійного струму по напрузі
визначається тільки її активним опором, в той час як пропускна здатність
лінії змінного струму залежить від її повного опору.

3.3 Вибір напруги розподільчої мережі постійного струму

При переведенні розподільної мережі на постійний струм напругу
можна вибрати мінімум в 2 разів більше чинного значення змінної напруги.
Можливість пробою ізоляції кабельної лінії або електричного розряду по
поверхні ізоляторів повітряних ліній електропередачі залежить від
напруженості електричного поля навколо провідників [22], тому товщина
ізолюючого шару діелектрика в кабелі і кількість ізоляторів, утримують
проводи повітряних ліній, розраховані на амплітудну напругу змінного
струму.
У відповідність з ДСТУ EN 50160:2023 [65], діапазон напруги
живлення в нормальних системах електропостачання середньої напруги (від
6 до 35 кВ) становить ± 10 % від номінальної напруги. Стандарт однозначно
визначає номінальну напругу тільки тягових систем постійного струму і
систем постійного струму напругою менше 750 В. Окремо відзначено, що з
технічних і економічних причин для специфічних областей застосування
можуть знадобитися інші напруги, тому в роботі позначені напруги
постійного струму відповідні напруженням змінного струму, що не
перевищують амплітудні значення найбільших напруг електрообладнання,
73

для яких воно обумовлює діелектричну міцність ізоляції і інші
характеристики, які можуть бути пов'язані з ним у відповідних
рекомендаціях для електрообладнання.
Діапазон допустимої напруги розподільчої мережі відповідає
діапазону діючих напруг змінного струму (± 10% від номінального), так як
залежність між ними лінійна.
При зворотному перетворенні максимальне значення змінної напруги
також пропорційно напрузі змінного струму [22]:

U2лm  Ud2 , (3.5)

де U2лm – амплітуда інвертованого лінійної напруги.
Максимальну напругу уніполярної лінії постійного струму можна
поставити у відповідність фазній напрузі системи електропостачання
змінного струму [22]:

3  6
U = U . (3.6 )
d ф


Ще раз відзначимо, що при переведенні живлення на постійний струм
слід враховувати зміну напруги. Величина постійної напруги може бути
більше діючого значення змінної напруги, але не повинна перевищувати
встановлених меж (110 % від амплітуди номінальної змінної напруги), щоб
не пошкодити лінію електропередачі.
Постійна напруга на виході мостового випрямляча пропорційна
фазній напрузі, як змінна напруга на виході інвертора пропорційна постійній
напрузі. Це дозволяє порівняти лінії двох родів струму в контексті падіння
напруги вздовж лінії.

74

3.4 Реконструкція трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму

Прямо пропорційна залежність напруг на стороні змінного струму і
постійного дозволяє порівнювати пропускну спроможність ліній
електропередачі змінного і постійного струму по напрузі [22]. Подальший
аналіз зосереджений на порівнянні пропускної здатності трифазної
трьохпровідної лінії електропередачі змінного струму, що складається з
трьох проводів з активним опором RЛ і створених на її основі лінії
постійного струму. Першим з можливих способів передачі є спосіб, який
використовує два проводи трифазної лінії (рисунок 3.2). Варто відзначити,
що це найпростіший спосіб заміни трифазної на лінію постійного струму.

Рис. 3.2. Схема способу передачі постійного струму по двох проводах
трипровідної лінії

75

Оцінимо, у скільки разів збільшиться струм, при такому переході:

3  6
3  Іл Uф cos = І U , (3.7)
н д ф


І / І =1,28 cos . (3.8)
д л н

При одній і тій же переданої потужності, постійний струм в 1,28 раз
більше змінного, що обмежує максимум активної потужності, що
передається по лінії. При коефіцієнті потужності рівному 0,78 струм лінії
електропередачі не збільшиться, при великих коефіцієнтах потужності
передану потужність слід зменшити, що обумовлено прийнятим
допущенням, про те, що лінія змінного струму максимально завантажена по
струму.
Для оцінки збільшення активної потужності, що передається по лінії
електропередачі, введемо коефіцієнт запасу лінії електропередачі по
потужності КЗП , що дорівнює відношенню пропускної здатності лінії
електропередачі, визначеної з урахуванням обмежень по струму і по напрузі
до активної потужності, що передається по лінії до зміни роду струму:

P
К = max
ЗП . (3.9)
P

Кількісна оцінка збільшення переданої по лінії активної потужності
при переводі її на постійний струм складна, так як слід враховувати як
обмеження по падінню напруги, так і обмеження по максимально
допустимому струму, на які впливає спосіб переходу. Для спрощення
процесу оцінки введений коефіцієнт запасу лінії по потужності, що складає
скільки раз можна збільшити потік активної потужності. З представленого
аналізу зрозуміло, що пропускна здатність двухпроводної лінії
76

електропередачі в порівнянні з трипровідною трифазною лінією змінного
струму менше, тому перехід може бути ефективний тільки в деякому,
обмеженому діапазоні значень розглянутих параметрів. Таким чином, при
описуваному переході передана по лінії активна потужність може бути
збільшена, тільки при коефіцієнті потужності навантаження меншому 0,77 і
при величині відношення реактивного опору лінії електропередачі до
активного більш ніж в 1,11 рази.

3.5 Реконструкція трихпровідної лінії змінного струму в
трипровідну лінію постійного струму в розподільних мережах
промислового підприємства

Іншим тривіальним способом переведення трьохпровідної лінії
електропередачі змінного струму на постійний є перехід із застосуванням в
передачі електроенергії всіх трьох проводів. У разі такого переходу один
провід підключається до позитивного полюса, два інших до негативного, або
навпаки. Таким чином, струм в одному проводі лінії електропередачі
спрямований назустріч струмів в двох інших проводах. Надалі такий спосіб
передачі будемо позначати «один прямий, два зворотних» (рис. 3.3). Слід
також зазначити, що при його реалізації один з проводів проводить повний
струм, в той час як два інших тільки половину [22].

77

Рис.3.3. Схема способу передачі «один прямий, два зворотних»

Перевагою цього способу переведення лінії змінного струму на
постійний є зменшення опору лінії в 1,25 раз (2 Rл до1,5 Rл ) за рахунок
збільшення перерізу одного з проводів в два рази.
У цьому випадку, як і в попередньому, пропускна здатність лінії
електропередачі обмежена струмом і не змінюється, проте зменшення опору
лінії електропередачі веде до підвищення коефіцієнта запасу лінії по напрузі
[22]. Збільшення потоку активної потужності можливо при будь-якому
співвідношенні реактивного і активного опору лінії електропередачі при
коефіцієнті потужності менше ніж 0,77. Обмеження переданої потужності по
падінню напруги починає діяти тільки якщо коефіцієнт потужності
навантаження менше ніж 0,64.

78

3.6 Способи передачі електроенергії по трьох проводах з повторно-
короткочасної перевантаженням проводів по струму

Розглянутий випадок не є оптимальним, тому що при передачі
електроенергії використовується тільки два проводи з трьох. При
переведенні діючих трипровідних ліній електропередачі на постійний струм
доцільно застосовувати всі три наявних проводи. Розглянемо спосіб, який
передбачає послідовне перемикання двох з трьох проводів лінії
електропередачі. Схема способу представлена на рисунку 3.4.

Рис. 3.4. Розподіл постійного струму по двох проводах трипровідній лінії
електропередачі в режимі перемикання проводів

Періодом перемикання проводів лінії електропередачі будемо
називати проміжок часу T, за який лінія електропередачі реалізує всі три
способи розподілу струму по проводах (рисунок 3.4), за умови, що на роботу
в кожному з них витрачається однакова кількість часу. Видно, що в кожен
момент часу для передачі електроенергії використовується тільки два
проводи, проте кожен з них проводить струм тільки дві третини періоду.
Провід лінії електропередачі працюють в повторно-короткочасному режимі,
що обумовлює можливість їх перевантаження [22].
79

Визначимо у скільки разів можна збільшити струм при роботі лінії в
повторно-короткочасному режимі. Нехай період перемикання проводів лінії
електропередачі менше постійної часу їх нагрівання, тоді між максимально
допустимим по нагріванню струмом лінії електропередачі в звичайному
режимі і максимально допустимим струмом повторно-короткочасного
режиму має виконуватися рівність по кількість виділяється теплоти.
Виходячи із закону Джоуля-Ленца [9]:

2
I2
d R л T = T  I2
d пк R л , (3.10)
3

де Id пк – це струм лінії постійного струму, що працює в повторно-
короткочасному режимі.
З рівняння 3.10 визначаємо шукане відношення:

Idпк 3
= . (3.11)
Id 2

Передана по лінії електропередачі активна потужність в основному
обмежена за умовою падіння напруги. Пропускна здатність лінії при
розглянутому переході визначається обмеженням не тільки по струму, а й по
напрузі і знижується на величину від 5 до 9 % (в залежності від реактивного
опору лінії). Збільшення потоку активної потужності досягається при
коефіцієнті потужності навантаження меншому, ніж 0,95 і при величині
відношення реактивного опору до активної більшому, ніж 1,1.
Інший спосіб, при якому всі три проводи лінії електропередачі
працюють в повторно-короткочасному режимі, заснований на описаному
раніше способі передачі «один прямий, два зворотних». Схема способу
представлена на рисунку 3.5.

80

Рис. 3.5. Розподіл постійного струму по трьох проводах
трьохпровідної лінії електропередачі з перемиканням проводів

Для визначення коефіцієнта запасу лінії електропередачі по струму
проведемо аналіз, з тими ж припущеннями, що і в попередньому випадку.
Баланс кількості теплоти:

1 2 I2
2 dпк
I R T = T  I2 R + T  R . (3.12)
d л dпк л л
3 3 4

Відношення струму в розглянутому повторно-короткочасному режимі
роботи лінії електропередачі до нормальному струму двопровідної лінії:

Idпк
= 2 . (3.13)
Id

В останньому випадку пропускна здатність лінії електропередачі
збільшується на одинадцять відсотків. Більш того за рахунок реактивної
потужності і реактивного падіння напруги в лінії потік активної потужності
може бути збільшений навіть більше.

81

Наявність трьох проводів в лінії електропередачі змінного струму
дозволяє реалізовувати повторно-короткочасні режими роботи
електропередачі, при роботі в яких підвищується коефіцієнт запасу лінії
електропередачі по струму.
Проведений аналіз дає достатні підстави стверджувати, що при
переведенні трипровідної лінії змінного струму на постійний, без
використання повернення по землі, оптимальною є передача з використанням
трьох проводів, включених за схемою «один прямий, два зворотних», в
повторно короткочасному режимі. У розділі встановлено, що робота в
режимі повторно-короткочасного перевантаження проводів по струму
підвищує коефіцієнт запасу лінії електропередачі по струму в 1,41.

3.7 Спосіб передачі електроенергії постійним струмом з
поверненням по землі

Уніполярні (або однополярні) лінії електропередачі припускають
повернення струму по землі або по воді, що має як позитивні, так і негативні
сторони [22, 68, 69]. Використання землі в якості провідника для зворотного
струму - причина так званого явища «блукаючі струми», яке полягає в тому,
що зворотний струм проходить по металевим конструкціям, що мають
електричний контакт з землею (трубопроводах, підземним ємностей,
арматури).
Місце «входу» (земля має позитивний потенціал щодо електрода)
струмів в металоконструкцію називається катодного зоною, а місце «виходу»
(земля має негативний потенціал щодо електрода) - анодної зоною.
Постійна присутність блукаючих струмів може викликати корозію в
анодної зоні металевих конструкцій, і перешкоди в системах зв'язку, зокрема
при веденні буропідривних робіт наявність їх може привести до детонації
заряду [68].
82

Уніполярні лини постійного струму в розподільній мережі мають
істотні плюси [68]. Найголовніша перевага полягає в меншому опорі
провідників. Внаслідок того, що зворотний струм протікає через дуже
більший перетин, втрати по шляху струму зневажливо малі і викликані
тільки перехідним опором електрод-земля, тому не залежать від довжини
лінії.
У зв'язку з тим, що опір електродів є фактором втрат при передачі
електроенергії, розглянемо цей аспект мережі постійного струму докладніше.
Формування земляного електрода є завданням оптимального
розподілу густини струму в площині переходу провідник-земля. У товщі
землі уздовж лінії електропередачі густина струму зменшується, досягаючи
деякого мінімуму, потім знову збільшується в кінці лінії, це обумовлює
мінімальні втрати по шляху передачі та максимальні в зонах катода і анода,
тому потрібно забезпечити якомога меншу густину струму на поверхні
електродів.
Не можна допускати перегріву ґрунту в зонах входу струмів в
електрод, так як при цьому утворюється система з позитивним зворотним
зв'язком: опір ґрунту навколо провідника збільшується, що веде до
додаткового нагрівання і додаткових втрат напруги і потужності,
погіршуючи характеристики лінії електропередачі.
В ідеалі можна домогтися як завгодно малого перехідного опору,
змінюючи форму, геометричні розміри і заглиблення електродів, проте для
розрахунків доцільно задатися деяким значенням, яке дозволить в
подальшому оцінити капіталовкладення в будівництво електродів. Згідно
ПУЕ [70 ] для підстанцій та розподільчих пунктів напругою понад 1 кВ, з
глухозаземленою та ефективно заземленою нейтраллю опір електрода
становить 0,5 Ом, тому це значення буде використовуватися в подальших
розрахунках.

83

Рис. 3.6. Принципова схема лінії постійного струму з поверненням по
землі

На рисунку 3.6 представлена принципова схема однополюсною лини
електропередачі постійного струму з трьома проводами (реконструйованої з
трьохпровідної лінії змінного струму) з поверненням по землі. Паралельне
включення проводів дозволяє зменшити опір лінії електропередачі:

1 1
Rd л = R3ф л + 2 Rел = R3ф л Кел , (3.14)
3 3

де R ел - активний опір переходу земля-електрод, а Кел - коефіцієнт що
враховує опір переходу електрод-земля в опорі лінії електропередачі.
Визначимо коефіцієнт запасу по струму для лінії електропередачі
такого типу. Для цього складемо баланс кількості теплоти з урахуванням
того, що в даному випадку по кожному проводу лінії протікає третина
повного струму лінії:

I2
2 dпов
I R T =  R T , (3.15)
d л л
9

де Id пов – струм лінії з поверненням по землі.
84

Співвідношення струмів в цьому випадку дорівнює:

Idпов
= 3 . (3.16)
Id

Через те, що опір лінії зменшився в три рази, єдино важливим
обмеженням переданої в мережі активної потужності в даному випадку є
допустимий за умовою нагріву проводів струм. У розділі встановлено, що
коефіцієнт запасу по потужності лінії після зміни роду струму зростає в
2,34 рази.
Перевід трипровідної трифазної лінії змінного струму на постійний
струм з використанням землі як провідника дозволяє в рази збільшити потік
активної потужності, але описаний перехід супроводжується явищем
блукаючих струмів, що обмежує застосування цього способу, тому що
блукаючі струми сприяють корозії металевих об'єктів, що мають контакт із
землею.
Тому перехід можливий тільки в разі, якщо на шляху блукаючих
струмів не зустрічається металоконструкцій, що мають значення для
народного господарства, і не обладнаних системою катодного захисту.
Підвищення напруги розподільчої мережі.
При зміні роду струму існує можливість створення біполярної лінії
електропередачі постійного струму. На рис. 3.7. зображена біполярна лінія,
що включає до свого складу два проводи, що мають відповідно позитивний
+U і негативний −U потенціали щодо землі.
d d

85

Рис. 3.7. Біполярна лінія електропередачі постійного струму

Фактично біполярна система являє собою дві одно полярні системи,
об'єднані в одну. Структурно вона включає мінімум чотири перетворювача,
приєднаних до мережі через трансформатори з двома вторинними
обмотками. Включення трансформаторів необхідно для забезпечення
гальванічної розв'язки між позитивним і негативним полюсом лінії. Це
дозволяє підвищити напругу засобами перетворювачів і силових
трансформаторів, що веде до збільшення активної потужності, що
передається в розподільній мережі.
Така система може функціонувати як однополярна, в разі необхідності
відлучення одного з плечей (полюсів) лінії, при цьому земля або вода
використовується в якості другого проводу. На етапі будівництва така лінія
може бути введена в експлуатацію до закінчення монтажу всіх
перетворювачів, з половинною потужністю [69].
З аналізу, представленого в попередніх розділах глави, зрозуміло, що
найбільш ефективним способом передачі електроенергії при переводі
трьохпровідної лінії змінного струму на постійний без використання землі в
якості провідника (це обумовлено тим, що біполярна лінія електропередачі
вимагає наявності двох проводів, а земля щодо полюсів повинна володіти
нульовим потенціалом) є передача за схемою «один прямий, два зворотних»
в повторно-короткочасному режимі.
86

Поєднання повторно-короткочасного режиму роботи і підвищеної
напруги забезпечує збільшення пропускної здатності біполярної лінії
електропередачі кратно підвищенню напруги передачі.
Слід переконатися в тому, що підвищення напруги можливо і не веде
до скорочення терміну служби розподільної мережі або аварії.
Кабельні лінії електропередачі для такої реконструкції практично не
підходять. Це обумовлено тим, що матеріал ізоляції і його товщина обрані
для відповідного класу напруги і не підлягають заміні під час експлуатації
лінії. Повітряні лінії електропередач дозволяють досить просто збільшити
напругу шляхом збільшення числа ізоляторів, що кріплять проводи лінії до
арматури опори [22].

Висновки по розділу 3

1. Проведена оцінка ефективності способів переведення
розподільних мереж промислового підприємства на постійний струм.
2. Розглянуто врахування зниження повного опору лінії при
переведенні на постійний струм. Показано, що пропускна здатність лінії
електропередачі постійного струму по напрузі визначається тільки її
активним опором, в той час як пропускна здатність лінії змінного струму
залежить від її повного опору.
3. Проаналізовано окремі аспекти вибору напруги розподільчої
мережі постійного струму.
4. Розглянуто реконструкцію трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму, реконструкцію трипровідної лінії
змінного струму в трипровідну лінію постійного струму, а також способи
передачі електроенергії передача трьома проводами з повторно-
короткочасним перевантаженням проводів по струму. Розглянуто спосіб
передачі електроенергії постійним струмом з поверненням по землі.
87

Отримані відповідні співвідношення, що характеризують ефективність таких
перетворень.
Встановлено, що при використанні двох і трьох проводів в
трьохпровідної лінії постійного струму пропускна здатність знижується на
23 %, при перемиканні двох проводів знижується від 5 до 9 %, в залежності
від реактивного опору лінії, найбільш ефективним способом передачі
електроенергії навантаженні постійним струмом є спосіб передбачає
використання землі в якості провідника, що дозволяє підвищити пропускну
здатність лінії електропередачі в 2,34 рази, а серед способів передачі, що
використовують тільки існуючі дроти, найефективнішим за критерієм
збільшення коефіцієнта передачі за проектною потужністю (в 1,11 раз) є
спосіб передачі за схемою «один прямий, два зворотних», з перевантаженням
проводів по струму.

88

ВИСНОВКИ

1. Обґрунтовано актуальність і проаналізовані способи підвищення
пропускної спроможності і переданої активної потужності розподільчих
мереж без внесення в них конструктивних змін, до яких відносяться:
- пристрої поздовжньої і поперечної компенсації;
- вольт-додатковий трансформатор;
- зміна роду струму.
2. Аналітичним шляхом отримано вирази для визначення пропускної
здатності і переданої активної потужності радіальної лінії електропередачі
змінного струму у залежності від параметрів лінії і навантаження.
3. Розроблено алгоритм визначення переданої по лінії змінного
струму активної потужності. Алгоритм дозволяє за даними про величину
номінальних значень реактивної і активної потужності навантаження і
активному і реактивному опорі лінії електропередачі розрахувати пропускну
здатність розподільчих електричних мереж та передану по ній активну
потужність.
4. Розглянуто реконструкцію трипровідної лінії змінного струму в
двохпровідну лінію постійного струму, реконструкцію трипровідної лінії
змінного струму в трипровідну лінію постійного струму, а також способи
передачі електроенергії передача трьома проводами з повторно-
короткочасним перевантаженням проводів по струму. Розглянуто спосіб
передачі електроенергії постійним струмом з поверненням по землі.
Отримані відповідні співвідношення, що характеризують ефективність таких
перетворень.

89

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Iryna Zhuvahina. ENSURING AN EFFECTIVE ENERGY
EFFICIENCY POLICY BASED ON APPROPRIATE ENERGY AUDIT
SYSTEM. Admiral Makarov National University of Shipbuilding.
https://orcid.org/0000-0002-6701-7750 DOI: https://doi.org/10.30890/2709-
2313.2024-27-00-005
https://desymp.promonograph.org/index.php/sge/article/view/sge27-00-005.
2. Офіційний сайт Міністерства енергетики та вугільної
промисловості України. Режим доступу http://mpe.kmu.gov.ua.
3. Харченко В. Ф. Електропостачання міст та промислових
підприємств : конспект лекцій (для студентів усіх форм навчання галузі знань
14 – Електрична інженерія, спеціальності 141 – Електроенергетика,
електротехніка та електромеханіка, професійне спрямування
«Електротехнічні системи електроспоживання») / В. Ф. Харченко, О. А.
Якунін, В. Г. Воропай ; Харків. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. –
Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2019. – 238 с.
4. Бурбело, М. Й. Системи електропостачання. Елементи теорії та
приклади розрахунків : навчальний посібник / М. Й. Бурбело, О. О. Бірюков,
Л. М. Мельничук – Вінниця : ВНТУ, 2011. – 204 с.
5. “Power networks - Land high voltage.” Nexans - Nexans Lebanon -
Liban Cables. [Online]. Available: https://www.libancables.com/en/business/High-
Voltage---Projects/Power-Networks-Land-High-Voltage.html.
6. P. P. Hovorov and V. V. Cherkashyna, “Novitni pidkhody shchodo
strumoprovidnoi chastyny povitrianykh linii elektroperedachi [The latest
approaches to the current-carrying part of overhead power lines]”, in Creative
Approaches in Modern Scientific and Practical Activities. Sherman Oaks, USA:
GS Publ. Serv., 2023, pp. 27–31, doi: https://doi.org/10.51587/9798-9866-95990-
2023-013-27-31 (in Ukrainian).
90

7. Г.В. Омеляненко Г.В., Шматов А.О. Дослідження питань
підвищення ефективності передачі електричної енергії. Вісник
Національного технічного університету «ХПІ».Серія:Енергетика:8надійність
та енергоефективність, No 1(8) 2024. с.8-12. doi: 10.20998/2224-
0349.2024.01.03. http://eree.khpi.edu.ua/article/view/300599/296658.
8. О. Savchenko, I. Trunova, V. Pazyi, D. Danylchenko, O. Iegorov, S.
Halko, R. Buinyi. Development of Algorithm for the Operation of a Combined
Power Supply System with Renewable Sources [Electronic resource] / M.
Qawaqzeh, S. Dudnikov, O. Miroshnyk, O. Moroz, // IEEE, KhPI Week 2022 :
Conference Proceedings 3rd KhPI Week on Advanced Technology, Kharkiv,
03-07 October 2022. Kharkiv, 2022. Ст. 22186808.
DOI 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916372.
https://biotechuniv.edu.ua/wp-content/uploads/2023/12/conf-9-11-23-
tezy.pdf.
9. Мілих В. І. Електропостачання промислових підприємств:
Підручник для студентів електромеханічних спеціальностей / В.І. Мілих,
Т.П. Павленко. – Харків: ФОП Панов А. М., 2016. – 272 с.
10. Сегеда М. С. Електричні мережі та системи / Третє видання,
доповнене та перероблене. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2015.
540 с.
11. О. О. Ситник, О. В. Самойлик, І. Б. Семко, В. Ф. Ткаченко
Системи електропостачання промислового підприємства (елементи
дипломного проектування): навч. посiб. /; М-во освіти i науки України,
Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: видавець ФОП Пономаренко Р.В., 2023.
– 179 с.
12. Zorin V.V. Measures to improve the efficiency of existing modes of
distribution electric networks / Zorin V.V. Buyniy R.O. Ivanko D.O. Energy:
economy, technology, ecology № 2 – 2011 70-77p.
https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/fa917546-ff25-4c6c-9a96-
6f6df3ca1319/content.
91

13. Маліновський А.А., Хохулін Б.К. Основи електроенергетики та
електропостачання: Підручник. - Львів: Видавництво Національного
університету «Львівська політехніка», 2007. – 380 с.
14. ДСТУ EN 50160:2014 (EN 50160:2010, IDT) Характеристики
напруги електропостачання в електричних мережах загальної призначеності.
Київ МІНЕКОНОМРОЗВИТКУ УКРАЇНИ. 2014.
15. Півняк Г.Г. Енергетична ефективність систем електропостачання
: монографія / Г.Г. Півняк, І.В. Жежеленко, Ю.А. Папаїка ; М-во освіти і
науки України, Нац. техн. ун-т «Дніпровська політехніка». – 2-ге вид.,
переробл. і допов. – Дніпро: НТУ «ДП» , 2018. – 148 с.
16. Півняк Г.Г., Шидловський А.К., Кігель Г.А., Рибалко А.Я.,
Хованська О.І. Особливі режими електричних мереж. – Дніпропетровськ:
НГА України, 2004. – 375 с.
17. Маляренко В. Економія електроенергії і зниження втрат в
електричних мережах / Энергосбережение Енергетика Энергоаудит, 2012, №
8(102) С. 9–18. Красовський, П. Ю. Складові втрат електроенергії в
елементах систем електропостачання. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн.
трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2009. С. 77-80.
19. Журахівський, А. В. Оптимізація режимів електроенергетичних
систем: навч. посібник для вузів / А. В. Журахівський, І. В. Жежеленко ;
Держ. ун-т "Львівська політехніка"; ПДТУ. Каф. електропостачання пром.
підприємств. - Львів; Маріуполь: 2000. - 109 с.
20. Основи ефективного використання електричної енергії в системах
електро споживання промислових підприємств : навч. посіб. / [Соловей О.І.,
Розен В.П., Плєшков П.Г. та ін.] ; М-во освіти і науки України, Кіровогр. нац.
техн. ун-т. – Черкаси: видавець Чабаненко Ю., 2015. – 316 с.
21. Ципленков Д. В. Методи та засоби зниження технічних втрат
електроенергії В елементах систем електропостачання / Д. В. Ципленков, П.
Ю.Красовський // Електротехніка та електроенергетика. - 2015. - № 1. - С. 77–
82. Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/etee_2015_1_15.
92

22. Аналіз та синтез систем передачі електричної енергії постійного
струму [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 141
«Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка», освітньої програми
«Електричні системи і мережі» / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: В.В.
Кирик. – Електронні текстові дані (1 файл: 3,4 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря
Сікорського, 2021. – 59 с.
https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/b260cc50-c3cf-4ec2-aa2c-
5a079a7f5922/content.
23. Шестеренко, В. Є. Електропостачання промислових підприємств.
Посібник до курсового та дипломного проектування / Шестеренко В.
Є.,Шестеренко О. В. — Київ, 2015. — 424.
24. Hanson D.J., Woodhouse M.L., Horwill C., Monkhouse D.R., Osborne
M.M. Statcom: a new era of reactive compensation. Power engineering journal.
June 2002. P. 151–160.
25. Jain A.K., Mohan N. Fast Load Voltage Regulation Using
STATCOMs. Caribbean colloquium on power quality (CCPQ). June 2003. P. 1–4.
26. Jain A.K., Joshi K., Behal A., Mohan N. Modeling and nonlinear
control of STATCOMs for fast voltage regulation. In Proc.
27. Грабко В. В., Розводюк М. П., Левицький С. М. Експериментальні
дослідження електричних машин. Частина ІV. Трансформатори. Навчальний
посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2008. – 219 с.
28. Грабко В.В. "Моделі і засоби регулювання напруги за допомогою
трансформаторів з пристроями РПН. Монографія." Вінниця: УНІВЕРСУМ-
Вінниця, 2005.
29. Нетребський В. В. Засоби регулювання напруги для оптимізації
режимів еес [Електронний ресурс] /В. В. Нетребський, В. О. Лесько, Т. Є.
Костіна // Матеріали LI науково-технічної конференції підрозділів ВНТУ,
Вінниця, 31 травня 2022 р. – Електрон. текст. дані. – 2022. – Режим доступу:
https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/all-feeem/all-feeem-
2022/paper/view/15970.
93

30. Лежнюк П.Д. Регулювання напруги в електричних системах.
Навчальний посібник / П.Д. Лежнюк, В.О. Комар – Вінниця: Універсум-
Вінниця, 2008. – 171 с.
31. Методи організації гнучких електричних систем [Електронний
ресурс]: навч. посіб. для студ. спеціальності 141 «Електроенергетика,
електротехніка та електромеханіка», спеціалізації «Електричні системи і
мережі»/ КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: В.В. Кирик. – Електронні
текстові данні (1 файл: 0,927 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського,
2021. – 47 с.
https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/b1a98173-666d-4064-a07c-
7cde7cdc6504/content.
32. С.П.Денисюк, Д.Г.Дерев’янко. Особливості застосування систем
гнучкої передачі змінного струму (FACTS) в сучасних електроенергетичних
мережах/ С.П.Денисюк, Д.Г.Дерев’янко// Енергетика: економіка, технології,
екологія - 2011. - №1 – с.29-37.
33. Давидов О. Ю. Аналіз засобів компенсації реактивної потужності в
електротехнічних системах /О. Ю. Давидов, О. В. Бялобржеський // Вісник
КДУ ім. М. Остроградського. – 2010. – №3. – ч.1 – С. 132– 136.
34. Мирошниченко О. Г. Компенсация реактивной мощности в узлах
энергосистемы с учетом фактических графиков нагрузок / О. Г.
Мирошниченко // Електротехніка та електроенергетика. – 2007. – №2. – С.
76–82.
35. Власенкo Р. В. Оцінка складових потужності електричної мережі
при роботі силового активного фільтру за стандартом IEEE 1459-2010 / Р. В.
Власенко, О. В. Бялобржеський // Інтелектуальні енергетичні системи –
ESS’15 «Енергетика: економіка, технології, екологія», Київ. – 2015. – №4. –
С. 57–62.

94

36. IEEE STD/1459-2000. IEEE Trial Use Standard Definitions for the
Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Non-Sinusoidal,
Balanced, or Unbalanced Conditions. Institute of Electrical and Electronics
Engineers. 2000. – 52 с.
37. Електропостачання: навч. посіб. / Ф.П.Шкрабець; М-во освіти і
науки України, Нац. гірн. ун-т. – Д.: НГУ, 2015. – 540 с.
38. High Voltage Direct Current Transmission – Proven Technology for
Power Exchange [Електронний ресурс] // SIEMENS. – 2011. – Режим доступу
до ресурсу: https://electrical-engineering-portal.com/download-center/books-
andguides/power-substations/guide-to-hvdc-transmission.
39. Jovcic D. High Voltage Direct Current Transmission: Converters,
Systems and DC Grids / D. Jovcic, K. Ahmed. – School of Engineering, University
of Aberdeen, Scotland, UK: John Wiley & Sons, 2015. – 421 pp. – ISBN 978-1-
118- 84666-7.59
40. Kirby N. High Voltage Direct Current Transmission [Електронний
ресурс] / N. Kirby, P. Kohnstam // United States Department of Energy, Siemens.
– 2013. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/05/f0/HVDC2013-
Kohnstam_0.pdf.
41. Загальна характеристика та розрахунок режимів розподільних
мереж: навч. посібник / В. А. Лушкін, І. Г. Абраменко, І. В. Барбашов та ін.;
за ред. І. Г. Абраменка; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва. – X. : ХНАМГ, 2013. –
193 с.
42. Bathurst G., Hwang G., Tejwani L. MVDC - The New Technology for
Distribution Networks // 11th IET International Conference on AC and DC Power
Transmission. Institution of Engineering and Technology, 2015. P. 027 (5.)-027
(5.).
43. Kimbark E.W. Direct current trasmission. Portland, Oregon: John
Wiley & Sons, 1971. 391-393 p.
95

44. Häusler M., G. S., Fitterer G. Converting AC power lines to DC for
higher transmission ratings [Electronic resource] // ABB wibsite. URL:
https://library.e.abb.com/public/.../04-11 ENG 9703....%0A (accessed:
10.03.2017).
45. Li Y., Junyent-Ferre A., Rodriguez-Bernuz J.-M. A Three-Phase
Active Rectifier Topology for Bipolar DC Distribution // IEEE Trans. Power.
46. Mackay L. et al. Optimal power flow in bipolar DC distribution grids
with asymmetric loading // 2016 IEEE International Energy Conference
(ENERGYCON). IEEE, 2016. P. 1–6.
47. Sheshyekani K. et al. Decentralised voltage balancing in bipolar dc
microgrids equipped with trans-z-source interlinking converter // IET Renew.
Power Gener. 2016. Том 10, № 5. P. 703–712.
48. Gu Y., Li W., He X. Analysis and Control of Bipolar LVDC Grid
With DC Symmetrical Component Method // IEEE Trans. Power Syst. 2016. Vol.
31, № 1. P. 685–694.
49. Li W. et al. Influence of Deep Earth Resistivity on HVDC Ground-
Return Currents Distribution // IEEE Trans. Power Deliv. 2016. P. 1–1.
50. Pan Z. et al. HVDC Ground Return Current Modeling in AC Systems
Considering Mutual Resistances // IEEE Trans. Power Deliv. 2016. Vol. 31, № 1.
P. 165–173.
51. Sheng Wang et al. Influence of HVDC ground electrode current on
AC 138 transmission system and development of restraining device // 2008 Third
International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and
Power Technologies. IEEE, 2008. P. 2151–2156.
52. De Boeck S. et al. Configurations and earthing of HVDC grids //
2013 IEEE Power & Energy Society General Meeting. IEEE, 2013. P. 1–5.
53. 53. Ma J., Liu L., Sun S. Calculation of earth surface potential
distribution of HVDC due to finite element and multi-layer soil // 2011
International Conference on Electrical and Control Engineering. IEEE, 2011. P.
589–592.
96

54. Herman S.L. Direct Current Fundamentals. 8th изд.Pittsburg, Texas:
DELMAR, Cengage learing, 2012. 80-90 p.
55. Arrillaga. High Voltage Direct Current Transmission. Institution of
Engineering and Technology, 1998. 50-62 p.
56. Anwar A., Pota H.R. Optimum capacity allocation of DG units based
on unbalanced three-phase optimal power flow // 2012 IEEE Power and Energy
Society General Meeting. IEEE, 2012. P. 1–8.
57. Ng C.H. et al. A Multilevel Modular Converter for a Large, Light
Weight Wind Turbine Generator // IEEE Trans. Power Electron. 2008. Vol. 23, №
3. P. 1062–1074.
58. Muttaqi K.M. et al. An Algebraic Approach for Determination of DG
Parameters to Support Voltage Profiles in Radial Distribution Networks // IEEE
Trans. Smart Grid. 2014. Vol. 5, № 3. P. 1351–1360.
59. Peng Q., Low S.H. Distributed algorithm for optimal power flow on a
radial network // 53rd IEEE Conference on Decision and Control. IEEE, 2014. P.
167–172.
60. Yong-jun Z., Qin-hao L., Xu C. Reactive power optimization oriented
control using optimal reactive power supply for radial network // 2014 IEEE
REGION 10 SYMPOSIUM. IEEE, 2014. P. 492–495.
61. Ruben B. et al. Meshing radial networks at 11kV // 2011 2nd IEEE
PES International Conference and Exhibition on Innovative Smart Grid
Technologies. IEEE, 2011. P. 1–8.
62. Beres R.N. et al. A Review of Passive Power Filters for Three-Phase
Grid-Connected Voltage-Source Converters // IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power
Electron. 2016. Vol. 4, № 1. P. 54–69.
63. Грачова О. І., Шагідуллін А. В. Вплив урахування опорів
контактних з'єднань низьковольтних комутаційних апаратів. Наукові праці
ВНТУ, 2018, № 1. ЕНЕРГЕТИКА ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКА. с.1-7.
97

64. Gasperic S. Energy losses in low voltage distribution network / S.
Gasperic // Proceedings of the 2011 3rd International Youth Conference on
Energetics (IYCE). IEEE Conference Publications. – 2011. – P. 1 – 5.
65. ДСТУ ЕN 50160:2023. Характеристики напруги
електропостачання в електричних мережах загальної призначеності.
66. Лежнюк, П. Д. Компенсація взаємовпливу неоднорідних
електричних мереж з використанням лінійних регуляторів : монографія / П.
Д. Лежнюк, О. Є. Рубаненко, А. В. Килимчук. – Вінниця : ВНТУ, 2017. –
172 с.
67.Bezuhlova O., Samoilyk O. STUDY OF METHODS FOR
INCREASING THE BANDWIDTH OF DISTRIBUTION NETWORKS OF
INDUSTRIAL ENTERPRISES. VI International Scientific and Theoretical
Conference Scientific method: reality and future trends of researching. 06.06.2025.
Montreal, Canada. р.124.
https://previous.scientia.report/index.php/archive/issue/view/126.
68. DC Power Transmission.
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/dc-power-transmission.
69. Matti Lehtonen, Edris Pouresmaeil, Mika Järvinen, Hanna Paulomäk.
Electrical Power Generation, Conversion and Transmission Systems. In book:
Designing Renewable Energy Systems within Planetary Boundaries (pp.655-686)
May 2025. DOI:10.1007/978-3-031-69856-9_8.
70. ПРАВИЛА УЛАШТУВАННЯ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК.
Міненерговугілля УКРАЇНИ. Видання офіційне. Київ 2017. 617 с.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets