Определение тарифного уровня напряжения при непосредственном техприсоединении потребителя электроэнергии к сетям тсо. Уровень напряжения электроэнергии Порядок выполнения работы

Исходные данные:

Мощность сигнала P:

Напряжение сигнала U:

Ток сигнала I:

Решение.

где P0, U0, I0 – абсолютные нулевые уровни соответственно мощности, напряжения и тока. В соответствии с рекомендациями МККТТ абсолютный нулевой уровень напряжения и тока определяется на нагрузке с активным сопротивлением R0 = 600 Ом по формулам:

= 0,775 В,

1,29 · 10-3 А,

Вт.

Вычисляем абсолютный уровень при заданных значениях U, I и P:

Определить мощности, мощность и напряжение сигнала в различных точках тракта передачи по уровням напряжения в этих точках.

Исходные данные:

Сопротивление R, кОм:

Абсолютный уровень p, дБ:

Решение

Рисунок 2.6 – Условный тракт

Уровень мощности в определённой точке связан с уровнем напряжения соотношением:

, где (2.8)

в качестве Zн будет выступать входное сопротивление четырёхполюсника в соответствующей точке (R). Значение мощности и напряжения определяются по формулам:

Произведём расчёты для четырёх точек.

Уровнем сигнала называется логарифмическое отношение мощности, напряжения или тока в данной точке цепи Px, Ux, Ix к мощности, напряжению или току, которые приняты за исходные P0, U0, I0:

В зависимости от значений величин, принятых за исходные, различают абсолютный, относительный и измерительный уровни.

Абсолютным называется уровень, когда за исходные величины приняты мощность P0 = 1 мВт, напряжение U0 = 0, 755 B и ток I0 = 1,29 мА. Значения U0 и I0 определены на основе Р0 = 1 мВт для величины сопротивления нагрузки Rн = 600 Ом, так как входное и выходное сопротивления большинства устройств связи имеет величину 600 Ом.

Относительным называется уровень, определяемый в точке x системы при значениях Р0, U0, I0, соответствующих величинам в некоторой другой точке цепи, принятой за исходную.

Измерительным уровнем называют абсолютный уровень в какой-либо точке системы при условии, что на ее вход подан сигнал с нулевым уровнем.

Согласно рекомендации МККТТ эффективно пропускаемой полосой канала ТЧ называется полоса, неравномерность остаточного затухания которой на крайних частотах не превышает величину 8,7 дБ. Эффективная полоса канала ТЧ 0,3 – 3,4 кГц, а эффективная полоса пропускания первичного широкополосного канала 60 – 108 кГц.

Краткие сведения из теории

Рис. 1.1. Схемы измерения сопротивлений

Рис. 1.2. Схема измерения полного сопротивления

Методом двух вольтметров

Если ввести условные обозначения

, (1.10)

то ; (1.11)

. (1.12)

При использовании в качестве добавочных сопротивлений резисторов R 1 и R 2 в формуле (1.10) значение коэффициента , а угол j и модуль |Z| вычисляются по формулам:

; (1.13)

. (1.14)

Для повышения точности измерений необходимо принять:

1) значение коэффициента р – в пределах от 5 до 20;

2) значения добавочных сопротивлений Z 1 и Z 2 - соизмеримыми с Z х;

3) отсчет V х и V 0 выполнять по одному и тому же прибору без переключения шкалы.

Порядок выполнения работы

1.2.1. Измерить уровень напряжения на различных сопротивлениях нагрузки.

1.2.2. Измерить комплексное сопротивление индуктивного и емкостного характера (частота генератора и параметры цепи задаются преподавателем) методом двух вольтметров.

1.2.3. Изучить порядок и выполнить измерение сопротивлений с помощью уравновешенного моста, используя программный продукт «Лабораторные работы по ТЛЭЦ».

1.2.4. Собрать аналогичную схему, используя программный продукт Workbench, выполнить измерения.

1.2.5. Обработать экспериментальные данные, результаты измерений проанализировать.

1.2.6. Ответить на контрольные вопросы.

1) Титульный лист с указанием дисциплины, кафедры, наименования работы, номера группы, фамилии и инициалов студента, а также даты выполнения работы.

2) Цель работы.

3) Схемы измерений и расчетные формулы с пояснениями.

4) Таблицы измерений и вычислений.

5) Графики, выполненные на миллиметровой бумаге.

6) Подробные образцы теоретических расчетов и обработки экспериментальных данных (контрольные примеры).

7) Подписанный преподавателем черновик, содержащий результаты измерений.

8) Ответы на контрольные вопросы.

Отчет должен быть оформлен аккуратно. Сокращения слов, кроме общепринятых, не допускаются.

Отчет может быть выполнен с использованием ПЭВМ (формат А4) или написан вручную на тетрадных листах с учетом всех требований стандарта СТП ОмГУПС-3.1-02.

1.6. Контрольные вопросы

1) Что такое абсолютный, относительный и измерительный уровни напряжения, тока, мощности?

2) Как, зная абсолютный (относительный) уровень сигнала, определить напряжение, ток, мощность?

3) Установить соотношение между неперами и децибелами.

4) Как выбрать оптимальное значение нагрузки?

5) Как определить, уравновешен ли мост?

6) Почему в режиме «Инд.» не удается сбалансировать мост, если сопротивление R э = 0?

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКТИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА

Ц е л ь р а б о т ы - выполнить экспериментальную проверку некоторых положений теории двухполюсников.

Краткие сведения из теории

Двухполюсником называется электрическая цепь любой сложности, имеющая два зажима (полюса) для присоединения к источнику электрической энергии или к другой электрической цепи.

Если сопротивления или проводимости двух двухполюсников, имеющих различные схемы, равны друг другу во всем диапазоне частот от w = 0 до w ® ¥, то двухполюсники называются эквивалентными.

Обратными называются два двухполюсника, имеющие различные схемы, если произведение их сопротивлений или проводимостей является постоянной величиной, не зависящей от частоты.

Двухполюсники, состоящие только из индуктивностей и емкостей, называются реактивными.

Двухполюсники, которые содержат наименьшее количество элементов при заданном числе резонансных частот, называются приведенными. В приведенном двухполюснике уменьшение числа элементов вызывает изменение характера частотной зависимости сопротивления.

Сопротивление реактивного двухполюсника с увеличением частоты всегда растет (в алгебраическом смысле), поэтому резонансы напряжения и тока всегда чередуются. При отсутствии потерь сопротивление двухполюсника на частоте резонанса тока становится бесконечно большим и падение напряже- ния достигает максимального значения, а при резонансе напряжения Z(jw p) = 0 и напряжение минимально.

2.1.1. Основные свойства приведенных реактивных двухполюсников

Перечислим эти свойства:

1) число резонансных частот - на единицу меньше числа элементов;

2) если в схеме двухполюсника есть путь постоянному току, то первым будет резонанс токов;

3) если в схеме двухполюсника есть путь току высокой частоты, то последним будет резонанс токов;

4) в схеме приведенного двухполюсника число реактивных элементов разного рода не может отличаться больше чем на единицу;

5) при четном числе элементов последний резонанс имеет тот же характер, что и первый.

Из трех реактивных элементов, два из которых имеют сопротивления, противоположные по знаку, можно составить четыре различные схемы реактивных двухполюсников, приведенные в табл. 2.1. Каждый из этих двухполюсников имеет два резонанса: резонанс токов и резонанс напряжений. Для четырехэлементных двухполюсников число резонансов увеличивается до трех: два резонанса напряжений и один резонанс токов или наоборот.

Таблица 2.1

Порядок выполнения работы

2.2.1. Рассчитать и построить частотную зависимость сопротивления одного из трехэлементных (четырехэлементных) двухполюсников (по указанию преподавателя), выбрав самостоятельно по четыре – пять значений частоты в каждом из трех диапазонов для трехэлементного двухполюсника (четырех – для четырехэлементного):

0 £ w < w 1 ; w 1 £ w

2.2.2. Определить экспериментально (с помощью ПК) резонансные частоты и характер резонансов, сравнить их с рассчитанными.

2.2.3. Измерить методом двух вольтметров входное сопротивление заданного двухполюсника в диапазоне частоты, полученном при выполнении п. 2.2.2.

2.2.4. Обработать результаты измерений и сопоставить их с теоретическими данными, построив экспериментальную и расчетную кривые на одном графике.

2.2.5. На ПК измерить Z(jw) с помощью моста переменного тока.

2.2.6. Ответить на контрольные вопросы.

1) Схемы двухполюсника и измерений.

2) Основные расчетные формулы.

3) Зависимости (теоретическая и экспериментальная) реактивной составляющей сопротивления двухполюсника от частоты.

2.5. Контрольные вопросы

1) Как определить резонансную частоту по известной схеме двухполюсника?

2) Какие двухполюсники называются эквивалентными?

3) Какие двухполюсники называются потенциально эквивалентными?

4) По какому принципу выполняется приведение двухполюсников?

5) Начертите схему двухполюсника по заданной преподавателем характеристике.

6) Начертите характеристику и запишите формулу сопротивления двухполюсника по заданной преподавателем схеме.

7) Какие двухполюсники называются приведенными, обратными, потенциально обратными?

Лабораторная работа 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ

ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Ц е л ь р а б о т ы - изучить собственные параметры четырехполюсника (ЧП) и методы их определения, закрепить теоретический материал на практике.

Краткие сведения из теории

При передаче сигналов всегда приходится иметь дело с очень сложными электрическими системами. На практике в большинстве случаев нет необходимости интересоваться всеми процессами, протекающими внутри сложной системы, передающей сигналы. Достаточно знать те процессы и то электрическое состояние, которые имеют место на ее входе и выходе, что позволяет правильно оценить режимы работы передатчика и приемника. Такая постановка вопроса позволяет достаточно просто выявить общие характеристики, необходимые для оценки передающих свойств большого количества схем, различных по типу и внутренней структуре, облегчая тем самым их сравнение в условиях эксплуатации, поэтому при изучении электрической системы как некоторой среды, в которой распространяется энергия электрических сигналов, ее можно представить себе в виде коробки, имеющей четыре зажима: 1, 1¢, 2, 2¢ (рис. 3.1). Зажимы ЧП, к которым присоединяется источник электрической энергии (генератор), называются входными, а зажимы, к которым присоединяется нагрузка (приемник), - выходными. При изменении направления передачи сигналов роль зажимов соответственно изменяется.

четырехполюсников

Четырехполюсник называется активным, если он содержит внутри себя источники электрической энергии. При этом, если источники являются независимыми, на одной или обеих парах разомкнутых зажимов линейного ЧП обязательно имеется напряжение, т. е. действие источников внутри ЧП взаимно не компенсируется.

Четырехполюсники, не содержащие источников энергии, а также линейные ЧП с независимыми взаимно компенсирующимися источниками, называются пассивными.

Четырехполюсники называются эквивалентными, если при их взаимной замене в электрической цепи ток и напряжение в остальной части цепи не изменяются. Если перемена местами входных и выходных зажимов не изменяет тока и напряжения в цепи, с которой соединен ЧП, такой ЧП является симметричным. В противном случае ЧП будет несимметричным.

Взаимное соотношение между напряжениями и токами на входе () и выходе () определяется структурой ЧП. В линейных системах между ними существует линейная зависимость. Если напряжение и ток нагрузки принять известными, то

, (3.1)

где А 11 , А 12 , А 21 , А 22 – коэффициенты уравнений передачи ЧП, зависящие от его схемы и частоты, но не зависящие от , .

Физический смысл коэффициентов уравнений передачи ЧП наглядно раскрывается при анализе режимов холостого хода и короткого замыкания. Безразмерные коэффициенты А 11 и А 22 характеризуют соответственно передачу напряжения и тока через ЧП:

при холостом ходе –

; (3.2)

при коротком замыкании –

. (3.3)

Коэффициент А 12 представляет собой сопротивление передачи в режиме короткого замыкания, т. е.

а передаточная проводимость при холостом ходе

В пассивном четырехполюснике

, (3.6)

в симметричном – А 11 = А 22 . (3.7)

Кроме собственных параметров – коэффициентов (А), (В), (Z), (Y), (H), (G) – четырехполюсник характеризуется характеристическими параметрами:

(3.8)

Характеристическим сопротивлением Z с1 называется входное сопротивление ЧП при прямом направлении передачи, когда к выходным зажимам 2 – 2¢ в качестве нагрузки подключено сопротивление Z с2 (и наоборот).

Условие, когда четырехполюсник нагружен на соответствующее характеристическое сопротивление, называется условием согласованной нагрузки.

Комплексный параметр g с называется постоянной (мерой) передачи. Его вещественную часть, характеризующую изменение амплитуды мощности, называют собственным затуханием, а мнимую, равную полусумме фазовых сдвигов между напряжениями и токами соответственно на входе и выходе ЧП, – собственной фазовой постоянной.

Собственное затухание и фазовый сдвиг (а с и b с) имеют место при передаче сигналов через ЧП в режиме согласованной нагрузки и при расчетах по формуле (3.9) вычисляются в неперах (Нп) и радианах (рад) соответственно.

Основные уравнения передачи энергии в четырехполюснике с учетом соотношений (3.8) и (3.9) можно записать через его характеристические параметры:

(3.10)

Входное сопротивление несимметричного ЧП зависит от его параметров, нагрузки и направления передачи энергии.

При прямом направлении

(3.11)

при обратном – (3.12)

где I¢ 2 , U¢ 2 и Z¢ н – ток, напряжение на входе ЧП и сопротивление нагрузки при обратном направлении передачи (см. рис. 3.1, б).

На основании соотношений (3.9) – (3.12) в режиме холостого хода имеем:

(3.13)

(3.14)

в режиме короткого замыкания –

(3.15)

(3.16)

а также (3.17)

где х, у – вещественная и мнимая части комплексного числа ;

Входные сопротивления ЧП при прямом направлении передачи в режиме к. з. и х. х. соответственно;

То же при обратном направлении передачи.

то, если известны входные сопротивления четырехполюсника в режимах холостого хода и короткого замыкания, для расчета характеристических параметров и коэффициентов А 11 , А 12 , А 21 , А 22 на основании выражений (3.6), (3.13) – (3.17) можно вывести следующие формулы:

; (3.19)

; (3.20)

; (3.21)

b с = j/2 ; (3.22)

; (3.23)

; (3.24)

; (3.25)

, (3.26)

где ; (3.27)

j - угол комплексного числа модуль которого

- вспомогательная величина.

При расчете по формулам (3.21), (3.22) затухание получается в децибелах, а фазовый сдвиг – в градусах. Кроме того, следует помнить, что гиперболический тангенс комплексного аргумента является многозначной функцией. Поэтому, к углу, вычисленному по формуле (3.22), следует прибавить K×180°, где К – целое число (0, 1, 2, 3, …).

Порядок выполнения работы

3.2.1. Изучить физический смысл параметров ЧП .

3.2.2. Измерить мостом переменного тока, используя ПК и программу «Лабораторные работы по ТЛЭЦ», входное сопротивление ЧП при прямом и обратном направлениях передачи в двух режимах: а) холостой ход, б) короткое замыкание (всего четыре).

Внимание. Запрещается выходить из программы без разрешения преподавателя.

3.2.4. Собрать схему на лабораторном макете.

3.2.5. Определить коэффициенты основных уравнений передачи и собственное затухание ЧП методом уровней.

3.2.6. Сравнить результаты обоих использованных методов, оценить их достоинства и недостатки.

3.2.7. Ответить на контрольные вопросы.

Рис. 3.2. Схема измерения собственного затухания

2) Измерить уровни передачи на входе и выходе ЧП.

, (3.28)

где Р вх, Р вых – абсолютные уровни напряжения на входе и выходе ЧП соответственно, дБ.

При обратном направлении передачи сопротивления Z с1 и Z с2 меняются местами (или изменяется знак последнего слагаемого).

4) Сравнить данные эксперимента, полученные по формуле (3.28), с результатом расчета а с по формуле (3.21).

3.3.4. Определение коэффициентов основных уравнений передачи

методом уровней

1) Собрать на лабораторном макете схему, приведенную на рис. 3.3, а, для чего необходимо дополнить схему измерения собственного затухания (см. рис. 3.2) сопротивлением R Ш1 . Значение R Ш1 принять равным 2 % от меньшего из входных сопротивлений короткого замыкания и холостого хода (): R Ш1 » 0,02 |Z вх |.

Рис. 3.3. Схема определения коэффициентов уравнений передачи

методом уровней

2) Измерить уровни напряжения на входе и выходе ЧП, а также на R Ш1 , подключая измерительный прибор с помощью соединительных проводов к соответствующим клеммам макета в режимах холостого хода и короткого замыкания (всего пять отсчетов). Значения токов вычислите по закону Ома, используя падение напряжения на R Ш1 .

3) Собрать схему, приведенную на рис. 3.3, б, и измерить уровень напряжения на сопротивлении R Ш2 .

4) Вывести формулы (А)-коэффициентов через уровни. Рассчитать числовые значения этих параметров по измеренным уровням напряжения.

5) Сопоставить полученные результаты с данными расчета в п. 3.3.2. Сделать выводы и записать в отчет.

1) Схемы измерений и основные расчетные формулы.

2) Результаты измерений и расчетов.

3) Ответы на контрольные вопросы.

3.5. Контрольные вопросы

1) Каков физический смысл коэффициентов уравнений передачи сигналов?

2) Что такое характеристические параметры, каков их физический смысл?

3) Чем характеристические параметры отличаются от повторных, рабочих?

4) От чего зависит входное сопротивление ЧП?

5) Как записывается условие согласованной нагрузки при прямом и обратном направлениях передачи сигналов через ЧП?

6) Как по результатам измерений определить, является ли ЧП пассивным, симметричным?

7) Как по (А)-матрице различить симметричную и несимметричную схемы ЧП?

Лабораторная работа 4

Краткие сведения из теории

Если на выходе ЧП подключена согласованная нагрузка, то условия передачи сигналов определяются его собственными параметрами: характеристическими сопротивлениями, характеристической постоянной передачи (см. лабораторную работу 3). Эти параметры, хотя и полностью характеризуют данный ЧП как некоторую систему для передачи мощности, в общем, не являются достаточно удобными измерителями в эксплуатационных условиях. Это объясняется тем, что условия передачи мощности через ЧП не определяются только собственными его параметрами, но в значительной степени зависят также от тех условий, в которых этот ЧП используется, т. е. от параметров генератора и нагрузки.

Эффект передачи сигнала через один и тот же ЧП может существенно изменяться, если изменяются характеристики передатчика и приемника, подключаемых к четырехполюснику.

В реальных условиях не удается добиться согласованных включений, так как характеристическое сопротивление ЧП часто имеет сложную частотную зависимость (например, у фильтров, линий связи и др.).

В случае несогласованности в точках соединения возникают отражения, влияние которых учитывается введением понятия о рабочем затухании. Например, если сопротивление приемника Z н не равно характеристическому сопротивлению ЧП Z с2 , то не вся мощность, подошедшая к приемному концу, поступает в нагрузку. Отраженная от нагрузки мощность возвращается к генератору, частично теряясь в элементах ЧП. Для отраженной волны нагрузкой является сопротивление генератора, подключенного к передающему концу. Если сопротивление генератора не равно характеристическому сопротивлению Z с1 , то происходит частичное отражение энергии, причем новая отраженная волна будет распространяться от генератора к приемнику. Многократное отражение энергии при несогласованных нагрузках на обоих концах ЧП приводит к дополнительному рассеиванию энергии, ухудшению качества передачи и появлению амплитудно-частотных и фазочастотных искажений сигнала.

Для улучшения условий передачи сигналов (уменьшения искажений и потерь электрической энергии) необходимо обеспечить полную согласованность сопротивления приемника с характеристическим сопротивлением ЧП, т. е. равенство их как по модулю, так и по углу.

Рабочее затухание ЧП позволяет оценить тракт передачи в рабочих условиях. Оно включает в себя потери мощности как в самом ЧП, так и по концам его, возникающие вследствие несогласованности сопротивлений приемных и передающих устройств с характеристическими сопротивлениями ЧП. Рабочее затухание представляет собой логарифмическую меру отношения двух мощностей, дБ:

где - максимальная активная мощность, которую получает приемник от генератора при непосредственном его подключении к приемнику и при равенстве сопротивлений генератора и приемника;

Активная мощность, которую получает от того же генератора приемник с произвольным сопротивлением, включенным на выходе ЧП (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема определения рабочего затухания

Если обозначить (как на рис. 4.1, а) Е – ЭДС генератора, Z г – его внутреннее сопротивление, то

. (4.2)

Мощность, поглощаемая приемником Z н, включенном на выходе ЧП (рис. 4.1, б),

Подставляя значения мощностей в формулу (4.1), после некоторых преобразований можно получить выражение для расчета рабочего затухания ЧП через его характеристические параметры и нагрузочные сопротивления, дБ:

(4.4)

, (4.5)

где Z г – сопротивление генератора, Ом;

Z с1 , Z с2 – комплексные характеристические сопротивления ЧП, Ом;

Z н – сопротивление нагрузки, Ом;

а с – собственное затухание ЧП, дБ;

j с – характеристическая фазовая постоянная передачи, град;

- коэффициент отражения на передающем конце цепи;

- коэффициент отражения на приемном конце цепи;

а о.г – затухание, обусловленное несогласованностью сопротивления генератора с характеристическим сопротивлением ЧП, дБ;

а о.н - затухание, обусловленное несогласованностью характеристического сопротивления ЧП с сопротивлением нагрузки, дБ;

а вз - затухание, обусловленное взаимодействием отраженных волн, дБ.

Затухание и зависит от соотношений Z г /Z с1 , Z н /Z с2 и собственного затухания ЧП.

При и числовое значение

. В этих случаях затухание а вз на рабочее затухание а р влияет незначительно и им можно пренебречь, рассчитывая в формуле (4.4) всего три члена.

В остальных случаях, когда необходимо учитывать все составляющие рабочего затухания.

На основании формулы (4.4) и понятия абсолютного уровня можно получить также выражение, позволяющее определять значение рабочего затухания при экспериментальных исследованиях:

где Р Е/2 - абсолютный уровень половины ЭДС генератора;

Р U – абсолютный уровень напряжения на нагрузке, включенной на выходе четырехполюсника.

Порядок выполнения работы

4.2.1. Изучить рабочие параметры ЧП .

4.2.2. Рассчитать рабочее затухание ЧП, используя характеристические параметры, полученные при выполнении лабораторной работы 3. Сопротивление генератора принять равным 600 Ом, сопротивление нагрузки Z н = КZ с, где К - коэффициент. Вариант значений коэффициента К указывается преподавателем:

1) 0,01; 0,21; 0,75; 1; 1,4; 10; 100;

2) 0,015; 0,12; 0,62; 1; 1,5; 30; 150;

3) 0,018; 0,25; 0,51; 1; 2; 50; 120;

4) 0,012; 0,15; 0,68; 1; 1,7; 20; 130.

4.2.3. Измерить рабочее затухание исследуемого ЧП, используя метод уровней.

42.4. Обработать результаты измерений и сопоставить их с теоретическими данными, построив кривые на одном графике (на миллиметровой бумаге).

4.2.5. Ответить на контрольные вопросы.

Рис. 4.2. Схема измерения рабочего затухания

2) Измерить уровень половины ЭДС генератора Р Е/2 , для чего необходимо соединить непосредственно генератор и указатель уровня, входное сопротивление которого Z вх у.у, и выполнить условие: Z г = Z вх у.у = 600 Ом (см. рис. 4.1, а).

Значение Р Е/2 целесообразно поддерживать постоянным в течение всей работы с помощью регулятора выходного напряжения. При отсутствии индикатора с Z г = Z вх у.у можно измерять уровень полной ЭДС генератора Р Е, подключая к его разомкнутым зажимам высокоомный вход указателя и вводя в формулу (4.7) поправку на 20 lg2 = 6,07 дБ.

3) Измерить уровень напряжения на нагрузке, включенной на выходе четырехполюсника. Значения сопротивления нагрузки задаются с помощью магазина сопротивлений в соответствии с вариантом выполненного теоретического расчета. Измерительный прибор подключают к нагрузке высокоомным входом.

4) Обработать экспериментальные данные по формуле (4.7) и сравнить их с теоретическим расчетом, выполненным по формуле (4.4), оформив результаты в виде табл. 4.1, 4.2 и иллюстраций.

Таблица 4.1

Теоретическая зависимость рабочего затухания и

его составляющих от сопротивления нагрузки

1) Основные расчетные формулы и схемы.

2) Результаты измерений и расчетов в виде таблиц.

3) Графики теоретической и экспериментальной зависимости рабочего затухания ЧП от сопротивления нагрузки (построить на миллиметровой бумаге).

4) Ответы на контрольные вопросы.

4.5. Контрольные вопросы

1) Как изменится выражение (4.6), если согласовать сопротивление генератора с характеристическим сопротивлением ЧП?

2) В каких пределах изменяются коэффициенты отражения?

3) Как отличается рабочее затухание ЧП от собственного и вносимого?

4) Какие существуют методы уменьшения рабочего затухания?

5) Какие устройства применяются для согласования ЧП с генератором и нагрузкой?

6) В каких случаях рабочее затухание ЧП равно его повторному затуханию?

Библиографический список

1. К а л л е р М. Я. Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи / М. Я. Каллер, Ю. В. Соболев, А. Г. Богданов. М.: Транспорт, 1987. 399 с.

2. Л о с е в А. К. Теория линейных электрических цепей / А. К. Лосев. М.: Высшая школа, 1987. 512 с.

3. Б е л е ц к и й А. Ф. Основы теории линейных электрических цепей / А. Ф. Белецкий. М.: Радио и связь, 1986. 400 с.

4. Попов В. П. Основы теории цепей / В. П. Попов. М.: Высшая школа, 2000. 496 с.

Учебное издание

КАРПОВА Лилия Андреевна,

ПОЛУНИН Валерий Тимофеевич

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ И ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

Редактор Т. С. Паршикова

Лицензия ИД № 01094 от 28.02.2000.

Подписано в печать 00.10.2003 Формат 60 ´ 84 1/16.

Бумага писчая. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. .

Тираж 150 экз. Заказ

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

Типография ОмГУПСа

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Краткие сведения из теории

В процессе изучения основных свойств пассивных электрических цепей, широко применяемых в устройствах железнодорожной телемеханики и связи, наиболее часто приходится выполнять измерения уровней электрических величин и комплексных сопротивлений.

Понятие уровня вводится для сужения пределов нормируемых величин из-за того, что при передаче электрических сигналов имеют место большое разнообразие и изменение мощности, напряжения и тока.

Уровнем какой-либо величины называется ее логарифмическая мера. Если при определении уровня вычисляется десятичный логарифм отношения исследуемых величин, то он выражается в белах, если натуральный – в неперах. Широко используется при измерениях десятая доля бела – децибел.

Имеются три разновидности уровней передачи электрических величин: абсолютные, относительные и измерительные.

Абсолютным уровнем называется логарифмическая мера отношения исследуемой величины к величине того же рода, условно принятой за единицу. При измерении исследуемых величин наиболее часто используются уровни напряжения, мощности и тока. Если для определения уровней передачи за единицу приняты величины полной мощности S 0 = 1 мВ×А, напряжения U 0 = 0,775 В и тока I 0 = 1,29 мА при сопротивлении R 0 = 600 Ом, то полученные при этом уровни будут абсолютными.

Относительным уровнем называется логарифмическая мера отношения исследуемой величины к величине того же рода, взятой в произвольной точке цепи.

Измерительным называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке цепи, когда к началу ее подведено напряжение с уровнем «0 дБ».

Значение абсолютного уровня напряжения может быть измерено специальным прибором – указателем уровня, представляющим собой вольтметр, шкала которого проградуирована в логарифмических единицах, или вычислено по формулам:

(1.3)

и мощности

, (1.4)

где U, I, S – напряжение, ток и мощность, измеренные на нагрузке с сопротивлением, равным Z.

Электрические цепи устройств автоматики, телемеханики и связи в большинстве случаев имеют комплексные сопротивления. Измерение таких сопротивлений целесообразно выполнять с помощью мостов переменного тока. Четыре плеча моста переменного тока образуются четырьмя сопротивлениями, в одну диагональ включается источник (генератор), в другую - индикатор (рис. 1.1, а).

При уравновешивании моста

Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4 . (1.5)

Это уравнение выражает два условия равновесия моста:

1) произведение полных сопротивлений одной пары противолежащих плеч должно быть равно произведению полных сопротивлений другой пары:

½Z 1 Z 3 ½ = ½Z 2 Z 4 ½; (1.6)

(иногда «диапазон напряжения» или «тарифный уровень напряжения», или «тарифный уровень (диапазон) напряжения») – это понятие, используемое: 1. в тарифном регулировании – при установлении тарифов на передачу электроэнергии 2. в применении тарифов на передачу электроэнергии в расчётах за услуги по передаче электроэнергии По «уровням напряжения» тарифы дифференцируются, то есть различаются по величине. Чем выше «уровень напряжения» , тем ниже величина тарифа. Поэтому потребители стремятся подтвердить наиболее высокий «уровень напряжения». Понятие «уровень напряжения» в нормативно-правовых актах (далее по тексту – НПА) появляется и используется в контексте тарифообразования и тарифоприменения.

Согласно пункта 48 Правил недискриминационногодоступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг,утверждённых Постановлением Правительства РФ № 861 от 27.12.2004г. , (далее по тексту - ПНД) «тарифы на услуги по передаче электрической энергии устанавливаются в соответствии с Основами ценообразования в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике и Правилами государственного регулирования (пересмотра, применения) цен (тарифов) в электроэнергетике, с учетом пункта 42 настоящих Правил»

В соответствии с пунктом 42 ПНД «при установлении тарифов на услуги по передаче электрической энергии ставки тарифов определяются с учетом необходимости обеспечения равенства единых (котловых) тарифов на услуги по передаче электрической энергии для всех потребителей услуг, расположенных на территории соответствующего субъекта Российской Федерации и принадлежащих к одной группе (категории) из числа тех, по которым законодательством Российской Федерации предусмотрена дифференциация тарифов на электрическую энергию (мощность)».

Дифференциация тарифов на передачу электроэнергии по «уровням напряжения » установлена следующими НПА:

Основами ценообразования в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 29.12.2011 № 1178 "О ценообразовании в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике" (далее по тексту – Основы ценообразования)
Методическими указаниями по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке, утверждённых Приказом Федеральной службы по тарифам от 6 августа 2004 г. N 20-э/2 (далее по тексту – Двадцатая методика):

Пункт 81(1) Основ ценообразования гласит: «Единые (котловые) тарифы дифференцируются по следующим «уровням напряжения »:

высокое напряжение (ВН) - объекты электросетевого хозяйства (110 кВ и выше);
среднее первое напряжение (СН1) - объекты электросетевого хозяйства (35 кВ);
среднее второе напряжение (СН2) - объекты электросетевого хозяйства (20 - 1 кВ);
низкое напряжение (НН) - объекты электросетевого хозяйства (ниже 1 кВ).»

Пункт 44 Двадцатой методики устанавливает: «Размер тарифа на услуги по передаче электрической энергии рассчитывается в виде экономически обоснованной ставки, которая в свою очередь дифференцируется по четырем «уровням напряжения» :

на высоком напряжении: (ВН) 110 кВ и выше;
на среднем первом напряжении: (СН1) 35 кВ;
на среднем втором напряжении: (СН 11) 20 - 1 кВ;
на низком напряжении: (НН) 0,4 кВ и ниже»

Из указанных пунктов НПА также видно, что каждый «уровень напряжения» имеет свои напряжения, которые к нему относятся:

к уровню напряжения – высокое напряжение (ВН) относятся напряжения от 110кВ и выше (т.е. 150кВ и т.д.)
к уровню напряжения – среднее первое напряжение (СН1) относится только одно напряжение - 35 кВ
к уровню напряжения – среднее второе напряжение (СН2) относятся напряжения, значения которых попадают в диапазон: 20-1 кВ, т.е. – это 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ и др.
к уровню напряжения – низкое напряжение (НН) относятся напряжения, значения которых 0,4 кВ и ниже (например, 220 В, 150 В и др.)

По уровням напряжения также дифференцируются предельные уровни нерегулируемых цен на электроэнергию, включающие в себя тариф на передачу электроэнергии. Это можно увидеть из формы публикации данных о предельных уровнях нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность) и составляющих предельных уровней нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность), установленной Приложением к Правилам определения и применения гарантирующими поставщиками нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность), утверждённым Постановлением Правительства РФ от 29.12.2011 № 1179 "Об определении и применении гарантирующими поставщиками нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность)" (далее по тексту - Правила определения нерегулируемых цен)

Таким образом, понятия «напряжение» и «уровень напряжения» не тождественны. Это разные понятия. Но их часто путают, особенно при определении величины тарифа на передачу электроэнергии, по которому подлежит оплата оказанных территориальными сетевыми организациями (далее по тексту – ТСО) услуг по передаче. Это происходит ещё из-за того, что путаются понятия «фактический уровень напряжения» и «фактическое напряжение».

Понятия «фактический уровень напряжения» и «фактическое напряжение» - это разные понятия

Для определения величины тарифа на передачу электроэнергии важно установить на каком «фактическом уровне напряжения» подключён потребитель электроэнергии. Не на каком «фактическом напряжении », а на каком «фактическом УРОВНЕ напряжения ». Это не одно и тоже.

Эти понятия становятся, практически тождественными при ситуации, когда граница балансовой принадлежности потребителя находится НЕ на ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ.

В этом случае за «напряжение », относящееся к соответствующему «уровню напряжения », принимают «фактическое напряжение » ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО.

То есть «фактическое напряжение» ЭПУ совпадает с «напряжением», которое относится к тому или иному «уровню напряжению». «Фактическое напряжение » ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ «фактический УРОВЕНЬ напряжения», используемый для выбора величины тарифа на передачу электроэнергии.

Например, если у вас «фактическое напряжение» ЭПУ в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО составляет 6кВ, и эта точка подключения находится НЕ на источнике питания, то напряжение, относящееся к соответствующему «уровню напряжения », будет тоже 6 кВ. Поэтому, «уровень напряжения» будет «средним вторым» (СН2), так как напряжение ЭПУ полностью совпадает с напряжением, относящимся ко второму «уровню напряжения» (СН2). Отсюда, ваш «фактический уровень напряжения», на котором подключены ваши ЭПУ к объектам электросетевого хозяйства ТСО, будет полностью определяться указанным выше совпадением «напряжений»: напряжения ЭПУ и напряжения, относящегося к соответствующему «уровню напряжения ».

Совсем иная ситуация, когда граница балансовой принадлежности потребителя находится на ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ.

При определении фактического уровня напряжения необходимо учитывать, где находится граница балансовой принадлежности: на «источнике питания» или нет?

Когда ГБП потребителя находится на ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ , определение «фактического уровня напряжения», на котором подключены ЭПУ потребителя к объектам электросетевого хозяйства ТСО, производится НЕ по фактическому напряжению ЭПУ потребителя, а по фактическому значению питающего (высшего) «напряжения» центра питания (подстанции).

То есть «фактический уровень напряжения» ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТСЯ фактическим питающим (высшим) напряжением источника питания, а не фактическим напряжением ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО. В такой ситуации для нас важно не какое фактическое напряжение ЭПУ потребителя, а какое фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания. Напряжение ЭПУ потребителя, в этом случае вообще не участвует в определении «фактического уровня напряжения», на котором подключены ЭПУ потребителя к объектам электросетевого хозяйства ТСО, используемого в дальнейшем для выбора величины тарифа на передачу электроэнергии.

Теперь мы должны:

1. соотносить фактическое питающее (высшее) «напряжение» источника питания с «напряжением», относящимся к соответствующему «уровню напряжения »

2. определять «фактический уровень напряжения» по совпадению этих двух напряжений.

Например, если у вас «фактическое напряжение» ЭПУ в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО составляет 6кВ, и эта точка подключения находится на источнике питания, то мы забываем про «фактическое напряжение» ЭПУ.

Сразу же переходим к определению фактического питающего (высшего) напряжение источника питания. Смотрим, что у нас за источник питания? какое высшее напряжение приходит на него? Допустим, у нас источник питания – это подстанция 110/6кВ. Это означает, что на таком источнике питания происходит преобразование напряжения (трансформация) со 110 кВ на 6 кВ. Отсюда, фактическим питающим (высшим) напряжением источника питания является напряжение 110 кВ.

А раз фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания составляет 110 кВ, то напряжение, относящееся к соответствующему «уровню напряжения », будет тоже 110 кВ. Поэтому, «фактический уровень напряжения» будет «высоким напряжением» (ВН), так как фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания полностью совпадает с напряжением, относящимся к высокому «уровню напряжения» (ВН). Отсюда, ваш «фактический уровень напряжения», на котором подключены ваши ЭПУ к объектам электросетевого хозяйства ТСО, будет полностью определяться указанным выше совпадением «напряжений»: питающего (высшего) напряжения источника питания и напряжения, относящегося к соответствующему «уровню напряжения ».

Таким образом, из сказанного следует, что для определения «фактического уровня напряжения» предопределяющего величину тарифа на передачу электроэнергии, сначала необходимо устанавливать, где находится граница балансовой принадлежности:

Не на источнике питания
Или на источнике питания

В первом случае, за напряжение, относящееся к соответствующему «уровню напряжения », надо принимать фактическое напряжение ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО.

Во второму случае, за напряжение, относящееся к соответствующему «уровню напряжения », надо принимать фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания, на котором находится ГБП потребителя.

Это вытекает из следующих НПА:

· абзац 3 пункта 15(2) ПНД гласит:

· пункт 45 Двадцатой методики устанавливает: «При расчете тарифа на услуги по передаче электрической энергии за уровень напряжения принимается значение питающего (высшего) напряжения центра питания (подстанции) независимо от уровня напряжения, на котором подключены электрические сети потребителя (покупателя, ЭСО), при условии, что граница раздела балансовой принадлежности электрических сетей рассматриваемой организации и потребителя (покупателя, ЭСО) устанавливается на: выводах проводов из натяжного зажима портальной оттяжки гирлянды изоляторов воздушных линий (ВЛ), контактах присоединения аппаратных зажимов спусков ВЛ, зажимах выводов силовых трансформаторов со стороны вторичной обмотки, присоединении кабельных наконечников КЛ в ячейках распределительного устройства (РУ), выводах линейных коммутационных аппаратов, проходных изоляторах линейных ячеек, линейных разъединителях»

На основе всего выше сказанного, можно построить ниже приведённую матрицу определения «фактического уровня напряжения», применяемого в дальнейшем для идентификации величины тарифа на услуги по передаче электроэнергии:

Из этой матрицы наглядно видно:

1. как будет меняться «фактический уровень напряжения» в зависимости от того где находится граница балансовой принадлежности: на источнике питания или нет

2. как «фактический уровень напряжения» зависит или НЕ зависит от фактического напряжения ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО. В первом случае напрямую зависит, во втором никак не зависит.

Алгоритм определения применяемой для расчётов величины тарифа на передачу электроэнергии, при непосредственном подключении ЭПУ потребителя к объектам электросетевого хозяйства ТСО

Описанная выше логика, нам нужна, чтобы решить всего одну следующую задачу:

Идентифицировать величину тарифа на передачу электроэнергии, для дальнейшего его применения в расчётах между ТСО и потребителем услуг по передаче электроэнергии в рамках договора энергоснабжения с энергосбытовой организацией (далее по тексту – ЭСО) или в рамках прямого договора оказания услуг по передаче электроэнергии с ТСО.

Целевой результат выполнения данной задачи: Правильно идентифицированная по тарифному меню ТСО величина тарифа на передачу электроэнергии.

Решается эта задача по следующему алгоритму:

Приведённый выше алгоритм касается только той ситуации, когда энергопринимающие устройства потребителя непосредственно подключены к объектам электросетевого хозяйства ТСО, и к ним применяются:

1. для ситуации когда «ГБП на источнике питания » положения абзаца 3 пункта 15(2) ПНД: «если граница раздела балансовой принадлежности объектов электросетевого хозяйства сетевой организации и энергопринимающих устройств … потребителя … установлена на объектах…, на которых происходит преобразование уровней напряжения (трансформация), принимается уровень напряжения, соответствующий значению питающего (высшего) напряжения указанных объектов …»

2. для ситуации когда «ГБП НЕ на источнике питания » положения части первой абзаца 5 пункта 15(2) ПНД, которые звучат так: «в иных случаях принимается уровень напряжения, на котором подключены энергопринимающие устройства и (или) иные объекты электроэнергетики потребителя электрической энергии (мощности)»

При заключении:

договора с энергосбытовой организацией (ЭСО) на продажу электрической энергии и мощности по типу «энергоснабжения»
договора с территориальной сетевой организацией (ТСО) на оказание услуг по передаче электрической энергии

требуется определить тарифный уровень (диапазон, класс) напряжения (ТУН), на котором подключён потребитель электроэнергии к сетям ТСО, так как по тарифному уровню напряжения, идентифицируется величина тарифа на передачу электроэнергии или величина предельных уровней нерегулируемых цен на электроэнергию, включающих в себя тариф на передачу электроэнергии.

По моему мнению, при идентификации тарифного уровня (диапазона) напряжения, предопределяющего размер тарифа на услуги по передаче, необходимо учитывать следующие обстоятельства:

При определении фактического уровня напряжения необходимо учитывать, где находится граница балансовой принадлежности (далее по тексту – ГБП): на «источнике питания» или нет?
Алгоритм определения применяемой для расчётов величины тарифа на передачу электроэнергии, при непосредственном подключении энергопринимающих устройств (далее по тексту – ЭПУ) потребителя к объектам электросетевого хозяйства ТСО

Понятия «уровень напряжения» и «напряжения» - это разные понятия

«Напряжение» – это техническая характеристика энергоустановки, оно указывает, для приёма какого напряжения предназначена ЭПУ. Измеряется в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Предопределяется техническими условиями, проектом на ЭПУ. Первично, как правило, напряжение фиксируется в документах о технологическом присоединении, чаще всего – в актах разграничения балансовой принадлежности. В нашей стране ЭПУ предназначаются для приёма следующего «напряжения»:

0,4 кВ
10 кВ
20 кВ
35 кВ
110 кВ
150 кВ
220 кВ и выше

«Уровень напряжения» (иногда «диапазон напряжения» или «тарифный уровень напряжения», или «тарифный уровень (диапазон) напряжения») – это понятие, используемое:

1. в тарифном регулировании – при установлении тарифов на передачу электроэнергии

2. в применении тарифов на передачу электроэнергии в расчётах за услуги по передаче электроэнергии

По «уровням напряжения» тарифы дифференцируются, то есть различаются по величине. Чем выше «уровень напряжения» , тем ниже величина тарифа. Поэтому потребители стремятся подтвердить наиболее высокий «уровень напряжения».

Понятие «уровень напряжения» в нормативно-правовых актах (далее по тексту – НПА) появляется и используется в контексте тарифообразования и тарифоприменения.

Дифференциация тарифов на передачу электроэнергии по « уровням напряжения » установлена следующими НПА:

Основами ценообразования в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 29.12.2011 № 1178 «О ценообразовании в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике» (далее по тексту – Основы ценообразования)
Методическими указаниями по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке, утверждённых Приказом Федеральной службы по тарифам от 6 августа 2004 г. N 20-э/2 (далее по тексту – Двадцатая методика):

высокое напряжение (ВН) - объекты электросетевого хозяйства (110 кВ и выше);
среднее первое напряжение (СН1) - объекты электросетевого хозяйства (35 кВ);
среднее второе напряжение (СН2) - объекты электросетевого хозяйства (20 - 1 кВ);
низкое напряжение (НН) - объекты электросетевого хозяйства (ниже 1 кВ).»

на высоком напряжении: (ВН) 110 кВ и выше;
на среднем первом напряжении: (СН1) 35 кВ;
на среднем втором напряжении: (СН 11) 20 - 1 кВ;
на низком напряжении: (НН) 0,4 кВ и ниже»

к уровню напряжения - высокое напряжение (ВН) относятся напряжения от 110кВ и выше (т.е. 150кВ и т.д.)
к уровню напряжения - среднее первое напряжение (СН1) относится только одно напряжение - 35 кВ
к уровню напряжения – среднее второе напряжение (СН2) относятся напряжения, значения которых попадают в диапазон: 20-1 кВ, т.е. - это 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ и др.
к уровню напряжения – низкое напряжение (НН) относятся напряжения, значения которых 0,4 кВ и ниже (например, 220 В, 150 В и др.)

По уровням напряжения также дифференцируются предельные уровни нерегулируемых цен на электроэнергию, включающие в себя тариф на передачу электроэнергии. Это можно увидеть из формы публикации данных о предельных уровнях нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность) и составляющих предельных уровней нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность), установленной Приложением к Правилам определения и применения гарантирующими поставщиками нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность), утверждённым Постановлением Правительства РФ от 29.12.2011 № 1179 «Об определении и применении гарантирующими поставщиками нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность)» (далее по тексту - Правила определения нерегулируемых цен)

Понятия «фактический уровень напряжения» и «фактическое напряжение» - это разные понятия

Для определения величины тарифа на передачу электроэнергии важно установить на каком «фактическом уровне напряжения» подключён потребитель электроэнергии. Не на каком « фактическом напряжении », а на каком «фактическом УРОВНЕ напряжения ». Это не одно и тоже.

В этом случае за « напряжение », относящееся к соответствующему «уровню напряжения », принимают «фактическое напряжение » ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО.

То есть «фактическое напряжение» ЭПУ совпадает с «напряжением», которое относится к тому или иному «уровню напряжению». « Фактическое напряжение » ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ «фактический УРОВЕНЬ напряжения», используемый для выбора величины тарифа на передачу электроэнергии.

Например, если у вас «фактическое напряжение» ЭПУ в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО составляет 6кВ, и эта точка подключения находится НЕ на источнике питания, то напряжение, относящееся к соответствующему « уровню напряжения », будет тоже 6 кВ. Поэтому, «уровень напряжения» будет «средним вторым» (СН2), так как напряжение ЭПУ полностью совпадает с напряжением, относящимся ко второму «уровню напряжения» (СН2). Отсюда, ваш «фактический уровень напряжения», на котором подключены ваши ЭПУ к объектам электросетевого хозяйства ТСО, будет полностью определяться указанным выше совпадением «напряжений»: напряжения ЭПУ и напряжения, относящегося к соответствующему «уровню напряжения ».

При определении фактического уровня напряжения необходимо учитывать, где находится граница балансовой принадлежности: на «источнике питания» или нет?

Теперь мы должны:

2. определять «фактический уровень напряжения» по совпадению этих двух напряжений.

А раз фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания составляет 110 кВ, то напряжение, относящееся к соответствующему « уровню напряжения », будет тоже 110 кВ. Поэтому, «фактический уровень напряжения» будет «высоким напряжением» (ВН), так как фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания полностью совпадает с напряжением, относящимся к высокому «уровню напряжения» (ВН). Отсюда, ваш «фактический уровень напряжения», на котором подключены ваши ЭПУ к объектам электросетевого хозяйства ТСО, будет полностью определяться указанным выше совпадением «напряжений»: питающего (высшего) напряжения источника питания и напряжения, относящегося к соответствующему «уровню напряжения ».

Не на источнике питания
Или на источнике питания

В первом случае, за напряжение, относящееся к соответствующему « уровню напряжения », надо принимать фактическое напряжение ЭПУ потребителя в точке подключения к объектам электросетевого хозяйства ТСО.

Во второму случае, за напряжение, относящееся к соответствующему « уровню напряжения », надо принимать фактическое питающее (высшее) напряжение источника питания, на котором находится ГБП потребителя.

Это вытекает из следующих НПА:

абзац 3 пункта 15(2) ПНД гласит:

пункт 45 Двадцатой методики устанавливает: «При расчете тарифа на услуги по передаче электрической энергии за уровень напряжения принимается значение питающего (высшего) напряжения центра питания (подстанции) независимо от уровня напряжения, на котором подключены электрические сети потребителя (покупателя, ЭСО), при условии, что граница раздела балансовой принадлежности электрических сетей рассматриваемой организации и потребителя (покупателя, ЭСО) устанавливается на: выводах проводов из натяжного зажима портальной оттяжки гирлянды изоляторов воздушных линий (ВЛ), контактах присоединения аппаратных зажимов спусков ВЛ, зажимах выводов силовых трансформаторов со стороны вторичной обмотки, присоединении кабельных наконечников КЛ в ячейках распределительного устройства (РУ), выводах линейных коммутационных аппаратов, проходных изоляторах линейных ячеек, линейных разъединителях»

Из этой матрицы наглядно видно:

Алгоритм определения применяемой для расчётов величины тарифа на передачу электроэнергии, при непосредственном подключении ЭПУ потребителя к объектам электросетевого хозяйства ТСО

Описанная выше логика, нам нужна, чтобы решить всего одну следующую задачу:

Решается эта задача по следующему алгоритму:

1. для ситуации когда « ГБП на источнике питания » положения абзаца 3 пункта 15(2) ПНД: «если граница раздела балансовой принадлежности объектов электросетевого хозяйства сетевой организации и энергопринимающих устройств... потребителя... установлена на объектах..., на которых происходит преобразование уровней напряжения (трансформация), принимается уровень напряжения, соответствующий значению питающего (высшего) напряжения указанных объектов...»

2. для ситуации когда « ГБП НЕ на источнике питания » положения части первой абзаца 5 пункта 15(2) ПНД, которые звучат так: «в иных случаях принимается уровень напряжения, на котором подключены энергопринимающие устройства и (или) иные объекты электроэнергетики потребителя электрической энергии (мощности)»

Правила Морского Регистра РФ и МЭК допускают применение ряда номинальных значений напряжений питания судовых потребителей (табл . 2.1).

Напряжение в СЭЭС определяет массогабаритные показатели ЭО, его надежность и опасность поражения электрическим током персонала. Развитие судовой электротехники показывает, что по мере увеличения мощности и протяженности кабельных линий наблюдался рост напряжений: до 20-х годов прошлого века применяли 100 В, позднее 220 В постоянного тока и 220 В, а затем 380 В – переменного.

Вес и габариты электрооборудования зависят от уровня напряжения в разной степени. Наиболее существенное влияние на массогабаритные показатели уровень напряжения оказывает на распределительные сети. Передача электроэнергии на судах в основном осуществляется с помощью кабелей. На участках небольшой длины и при больших токах используются шинопроводы. Сечение, а, следовательно, масса и габариты кабелей и кабельных трасс определяются главным образом значением тока.

Передаваемая мощность в трехфазных цепях переменного тока определяется:

Полная S = 3 U ф I ф = (ВА);

Активная P = 3 U ф I ф cosj = (Вт);

Реактивная Q = 3 U ф I ф sinj = (вар);

где U ф , I ф – действующие значения фазных напряжений и токов; U л , I л – линейных токов и напряжений; cosj - коэффициент мощности.

Поэтому при заданном уровне напряжения с ростом мощности существенно увеличиваются масса и габариты кабельных трасс. Основным средством их уменьшения является повышение напряжения.

Убедимся в правильности сделанного вывода на простом примере. Пусть имеется два потребителя с мощностями Р 1 =10 кВт и Р 2 =100 кВт, рассмотрим какое сечение проводов необходимо взять, чтобы передать им электроэнергию:

1) при напряжении U л = 380 В:

токи будут I 1 =19 А, I 2 =190 А, а сечения жилы - S 1 =2,5 мм 2 , S 2 =120 мм 2 ;

2) при напряжении U л = 1000 В:

токи будут I 1 =7,2 А, I 2 =72 А, а сечения жилы - S 1 =1,5 мм 2 , S 2 =25 мм 2 .

Полагая, что масса кабеля при одинаковой длине пропорциональна его сечению, получим:

Для первого потребителя ;

Для второго потребителя

Данный пример показывает, что степень снижения массогабаритных показателей зависит не только от степени повышения напряжения, но и от мощности потребителя – чем больше мощность, тем выше эффект снижения.

Влияние уровня напряжения на массогабаритные показатели электрических машин зависит как от значения напряжения, так и от мощности агрегата. Для напряжений до 380 В массогабаритные показатели мало зависят от его значения. Повышение напряжения до 1000 В может привести к увеличению массы и габаритов синхронных генераторов из-за необходимости усиления электрической прочности изоляции. Однако чем мощнее машина, тем фактор увеличения тока начинает превалировать и высоковольтные машины получают преимущества в весах и габаритах по сравнению с низковольтными. К преимуществам высоковольтных машин также можно отнести то, что они легче управляются.

Массогабаритные показатели коммутационно-защитной аппаратуры на напряжения до 380 В одинаковы. Увеличение напряжения до 1000 В приводит к уменьшению их массы на » 25%.

Наиболее часто применяемым номинальным напряжением в СЭЭС является 380 В.

Переход на более высокие напряжения приводит к увеличению количества устанавливаемых трансформаторов. Это вызвано следующими причинами:

1. Отдельные виды электрооборудования технически не могут быть выполнены на повышенное напряжение, например, асинхронные двигатели (АД) мощностью 0,5…2 кВт;

2. Часть потребителей, таких как системы освещения, отопления, приборы и сети управления, по условиям безопасности не делают на повышенное напряжение.

Существующее оборудование рассчитывается на напряжение £ 500 В, кабели – до 1000 В. Переход на более высокое напряжение требуют разработки нового оборудования. В настоящее время повышенное напряжение используется в основном на судах технического флота.

Таблица 2.1. .

Требования МЭК и Морского Регистра РФ к уровням напряжений

Характеристика	МЭК	Морской Регистр РФ
Номинальное, В	Максимально допустимое, В	Номинальное, В	Максимально допустимое, В
Напряжение постоянного тока для судовых систем питания:
- силовые установки	110, 220
- камбузные и нагревательные приборы	110, 220
- освещение и штепсельные розетки	24, 110, 220		24, 220
Напряжение переменного тока частотой 50 и 60 Гц для питания судовых систем:
- стационарно установленное постоянно подсоединенное к сети силовое, камбузное и отопительное оборудование	Трехфазное 220, 240 * 380, 415 440, 660 * 3000/3300 6000/6600 10000/11000 Однофазное 220, 240 *		220, 380	3000/3300 6000/6600 10000/11000
- переносные силовые потреби-тели, питаемые от штепсельных розеток, установленных стацио-нарно во время их работы	-	-	42, 220, 380
- освещение, сигнализация и внутренняя связь, штепсельные розетки для питания пере-носных потребителей с двойной изоляцией	220, 240 *
Штепсельные розетки, установ-ленные: - в местах с повышенной влаж-ностью; - в особо сырых помещениях, предназначенных для питания потребителей без двойной или усиленной изоляции	- -	- -

Примечания: * - в будущем только 230 В; ** - только 400 В; *** - только 690 В.

2.3. Уровни частоты

Частота напряжения в СЭЭС отечественных судов принята равной 50 Гц. На судах где массогабаритные показатели являются решающими (суда с динамическими принципами поддержания) применяется 400 Гц.

Рассмотрим влияние повышения частоты на массогабаритные показатели ЭО.

Отметим вначале положительные стороны повышения частоты в СЭЭС:

1. Снижаются массогабаритные показатели генераторных агрегатов (ГА). Данное утверждение иллюстрируют параметры, представленные в табл. 2.2, и рис. 2.1.

Таблица 2.2.

Рис. 2.1. Внешний вид и габаритные показатели ГА разного исполнения

Причиной этого являются:

· исключение редуктора при сочленении ПД и СГ. Частота вращения связана с электрической частотой следующим соотношением

где n – частота вращения первичного двигателя (об/мин), f – частота сети (Гц), p – число пар полюсов. Для сетей с частотой 50 Гц она составляет 3000 об/мин, а для сетей с частотой 400 Гц – 24000 об/мин, что позволяет при стыковке СГ с первичными высокоскоростными двигателями (ПД) исключить редуктор, а, следовательно, уменьшить вес ГА;

· улучшение показателей ПД;

· улучшение показателей самого генератора. Так генератор мощностью 50 кВт выполненный на 50 Гц и частоту вращения 1500 об/мин весит 600 кг, а генератор такой же мощности на 400 Гц и частоту вращения 12000 об/мин – 150 кг (рис. 2.2). Обычно, при оценке массогабаритных показателей генераторов полагают, что в заданном объеме .

Рис. 2.2. Внешний вид генераторов мощностью 50 кВт на 50 Гц и 400 Гц

2. Повышенная частота позволяет увеличить частоту вращения механизмов и электроприводов в 2…3 раза, что приводит к существенному уменьшению габаритов и массы агрегатов двигатель – механизм. Так переход от частоты вращения 3000 об/мин к частоте вращения 8000 об/мин дает снижение массы АД в 2,5…3,5 раза и габаритов в 2,5 раза (рис.2.3).

Рис. 2.3. Внешний вид АД мощностью 3,2 кВт на 50 Гц с частотой вращения

3000 об/мин, и на 400 Гц, с частотой вращения 8000 об/мин

3. Улучшаются массогабаритные показатели трансформаторов, дросселей, магнитных усилителей. Убедимся в этом с помощью простых соотношений.

По закону электромагнитной индукции Фарадея где Ψ – потокосцепление, Ф – поток, W – число витков, е – э.д.с. Полагая U =E и U =U m sin(ωt ), а следовательно и Ф=Ф m sin(ωt ) получим:

, учитывая, что соs(ωt )=-sin(ωt- π/2), е= ωФ m W sin(ωt- π/2),

Е m =2πf Ф m W , а , где В – индукция, S – сечение.

Таким образом, если Е 400 = Е 50, то .

Реальное преимущество рассматриваемых видов оборудования на 400 Гц ниже. Это связано с тем, что магнитопроводы изготавливают из электропроводящего материала, в котором под действием переменного магнитного поля возникают микротоки – токи Фуко или вихревые токи. Электрическое сопротивление стали мало, а значит, вихревые токи могут достигать большого значения, что приводит к разогреву магнитопровода - потери в стали оценивают пропорциональными f 1,3…1,5 . Поэтому для сохранения теплового баланса в высокочастотном оборудовании снижают индукцию В m 400 < В m 50 , плотность тока и стальные сердечники набирают из более тонких пластин: 50 Гц - толщина пластин 0,35 мм, 400 Гц – 0,08 мм. Сравнение существующего оборудования показывает, что в заданном объеме трансформатора .

4. Сокращается время переходных процессов. Рассмотрим это более подробно.

При увеличении частоты с 50 до 400 Гц и одновременном увеличении частоты вращения при той же мощности размеры генератора, периметр витка обмотки статора и число витков уменьшаются .

Постоянная времени обмотки равна . Выразим индуктивность через конструктивные параметры машины:

по закону полного тока ;

тогда в свою очередь , отсюда

В представленных выражениях использованы следующие обозначения: Н – напряженность поля; μ – магнитная проницаемость; μ 0 = 4π10 -7 (Гн/м); λ – магнитная проводимость.

Проводимость, при прочих равных условиях, уменьшается пропорционально периметру витка. Активное сопротивление R уменьшается пропорционально уменьшению числа витков и уменьшению их периметра. Таким образом, постоянные времени уменьшаются приблизительно пропорционально уменьшению числа витков.

Следует отметить, что индуктивные сопротивления обмотки, определяемые , увеличиваются . Это происходит из-за того, что число витков обмотки статора уменьшается не прямо пропорционально увеличению частоты.

К недостаткам применения высокой частоты следует отнести:

1. Отсутствие унификации с береговой сетью;

2. Отсутствие серийного оборудования;

3. Увеличение потерь в кабелях.

Кабель имеет активное R и индуктивное Х сопротивления. Рассмотрим характер и причины их изменения при повышении частоты:

1. При прохождении переменного тока по проводнику в нем, из-за скин-эффекта и эффекта близости, происходит вытеснение тока к поверхности. Чем выше частота и чем толще проводник тем в большей степени проявляется неравномерность распределения тока по сечению проводника. Это приводит к уменьшению полезного сечения проводника и как следствие – увеличению сопротивления и потерь в нем. Для учета этого явления используется следующая эмпирическая формула: , где R ~ - активное сопротивление кабеля на переменном токе; R - - активное сопротивление кабеля на постоянном токе; к - коэффициент пропорциональности.

Значение коэффициента пропорциональности зависит от частоты тока и количества жил в кабеле:

50 Гц к =1;

400 Гц: количество жил – 1 к =1, 25; количество жил 2,3 к =1, 45.

2. Х = ωL , т.е. Х 400 =8·Х 50 .