Тогда выражение для определения объема провода имеет вид

, (15.7)

Так как в это выражение входят два переменных значения, то нужно взять частные производные по ним и приравнять их к нулю

Соединив оба выражения в общую пропорцию, получим

Сокращая обе части равенства на 3/, заменяя неизвестные через их первоначальные обозначения и извлекая квадратные корни, получаем

Таким образом, по аналогии для любого участка и для всей линии условия минимума проводникового материала имеет вид

, (15.8)

Отсюда получаем окончательное выражение для определения потерь напряжения на участках

(15.9)

Активные составляющие токов в уравнениях (15.9) могут быть заменены активными мощностями.

Уравнения (15.9) справедливы только для магистрали, т.е. для линии без разветвлений. Уже при одном разветвлении расчетные формулы, выведенные аналогичным путем, усложняются, а при большем числе разветвлений они практически неприменимы. В то же время сельские сети очень разветвлены, и, следовательно, расчет их на наименьший расход металла по приведенному методу неосуществим.

Многочисленные подсчеты показывают, что вследствие больших разрывов между стандартными сечениями проводов можно применять более простой метод расчета с достаточной точностью. Он основан на распределении допустимой потери напряжения по участкам пропорционально моментам общих токов этих участков, т.е. произведениям линейных токов или мощностей на участках на длину этих участков.

(15.10)

где - момент нагрузки, M₁=I₁l₁; M₂=I₂l₂; …; M_n=I_nl_n; или M₁=S₁l₁; M₂=S₂l₂; …; M_n=S_nl_n;

По формулам (15.10) можно рассчитать любую разветвленную сеть, в том числе выполненную стальными проводами, причем расход металла обычно незначительно превышает наименьший возможный.

Методика расчета.

1. определяют моменты всех нагрузок М и их сумму М;

2. находят распределение допустимой потери напряжения по участкам сети с помощью уравнений (15.10);

3. рассчитывают каждый участок по изложенным ранее правилам.

При расчете следует иметь в виде, что в сети не должно быть слишком много различных марок проводов. Чем их меньше, тем удобнее монтировать и эксплуатировать сеть. На каждой питающей линии желательно иметь не более двух-трех марок проводов.

15.2 Задача для самостоятельного решения. Определить площади сечения алюминиевых проводов внутрипоселковой воздушной линии напряжением 0,38 кВ для двух вариантов: при одинаковой площади сечения по всей длине линии и при расчете на наименьший расход металла проводов. Схема сети показана на рисунке 15.2. На схеме нагрузки в отдельных точках даны в киловаттах и киловольтамперах реактивных; среднее расстояние между проводами принимаем равным 600 мм. Допустимую потерю напряжения в сети принять равной 7,N%, где N- последняя цифра зачетной книжки.

Рисунок 15.2 Расчетная схема сети

15.3 Вопросы для самоконтроля знаний

1. Сформулируйте дополнительные технико-экономические условия для выбора сечений проводников в местных распределительных сетях?

2. Что необходимо для обеспечения минимума расхода проводникового материала в распределительной сети?

3. При каком условии обеспечивается минимум потерь активной мощности в распределительной сети?

4. В каких случаях целесообразно использовать условие одинаковости сечений проводников на участках местной распределительной сети?

5. Чем вызвана необходимость проверки выбранных сечений линий распределительных сетей по условию обеспечения допустимой потери напряжения?

6. Каково условие обеспечения минимума расхода проводникового материала в магистральной сети?

7. Какая величина допустимой потери напряжения принимается в распределительных сетях?

8. Чем отличаются понятия падения напряжения и потерь напряжения?

9. Каковы возможные формулировки задачи выбора сечений линий распределительной сети с учетом обеспечения допустимой потери напряжения?

10. На чем основана возможность построения алгоритма программы для ЭВМ по определению сечений, удовлетворяющих каждому из дополнительных условий?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №16.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И СХЕМЫ СЕТИ

Цель занятия. Изучение методики оценки технико-экономических показателей и сопоставления вариантов по критерию минимума приведенных затрат при проектировании электросетей районного значения.

16.1 Краткие теоретические сведения

Известно, что с ростом номинального напряжения уменьшаются токи в элементах сети, снижаются потери мощности и падения напряжения в них. С другой стороны, при большем номинальном напряжении возрастает стоимость линий электропередач и понижающих подстанций. Окончательное решение о выборе того или иного должно быть принято после сопоставления технико-экономических показателей вариантов сети с предварительно намеченными исходя из технических соображений напряжениями.

Вместе с тем при проектировании на стадии выбора номинального напряжения сети точное распределение потоков активной и реактивной мощности по участкам сети еще не известно, так как не известны параметры схем замещения элементов сети. Поэтому в качестве первого приближения вместо полной мощности допускается использовать значения потоков активной мощности /1/

, (16.1)

где – модуль полной мощности, передаваемой в нормальном режиме;

- количество цепей линии;

Номинальное напряжение может быть представлено как функция двух параметров

, (16.2)

где - длина участка линии;

Эмпирическая формула Стилла, отражающая зависимость (16.2)

. (16.3)

Выражение (16.3) дает приемлимые результаты при значениях 250 км и 60 МВт.

Ученым в области передачи электрической энергии Залесским А.М. была предложена еще одна формула, справедливая при 1000 км и >60 МВт

. (16.4)

Специалистом-электроэнергетиком Илларионовым Г.А. была предложена более универсальная формула по сравнению с (16.3) и (16.4)

. (16.5)

Формула (7.5) при 1000 МВт принципиально правильно отражает необходимость выбора более высоких номинальных напряжений с ростом протяженности электропередачи.

Алгоритм выбора номинального напряжения и конфигурации схемы сети.

1. намечаются варианты конфигурации схемы сети на основе географического расположения источников питания и пунктов потребления, категории надежности электроснабжения;

2. ориентировочный выбор номинального напряжения на каждом участке;

3. выбираются число цепей линии и сечение проводов по условиям экономической целесообразности;

4. в каждом из намеченных вариантов проверяют выбранные сечения проводов по условиям допустимого нагрева в наиболее тяжелых послеаварийных режимах;

5. выбираются число и номинальная мощность трансформаторов (автотрансформаторов) на подстанциях сети;

6. оценивается приемлимость каждого из вариантов с точки зрения обеспечения условий встречного регулирования напряжения на шинах 6 – 10 кВ понижающих подстанций при максимальных нагрузках и послеаварийных режимах;

7. выбираются схемы электрических соединений подстанций из числа типовых схем;

8. выполняется оценка технико-экономических показателей, рассматриваемых вариантов в соответствии с критерием минимума приведенных затрат.

Таким образом, выбор номинального напряжения вновь проектируемой сети районного значения является сложным многоэтапным процессом, неразрывно связанным с технической и экономической оценкой преимуществ и недостатков всех намеченных вариантов схемы.

16.2 Задача для самостоятельного решения. Электроснабжение нового пункта потребления А с максимальной нагрузкой на шинах 10 кВ понижающей подстанции на пятый год эксплуатации Р_maxA=1№ МВт при = 0,9№ предполагается осуществить от подстанции С ОЭС Европейской части, имеющей шины 110 кВ и расположенной на расстоянии = 50 км. Трасса линии С-А прокладывается в III районе по гололеду в болотистой местности. Потребители подстанции А относятся к II и III категориям. График нагрузки подстанции А характеризуется числом часов использования максимума = 3№№№ ч/год и коэффициентом =1. На подстанции (ПС) А предполагается установка двух трансформаторов. Требуется: выбрать номинальное напряжение и схему электроснабжения потребителей пункта А, считая, что:

- аварийное отключение одного из двух параллельно включенных элементов и нахождение другого на плановом ремонте являются несовместимыми событиями;

- вероятностью отказа двух параллельно включенных трансформаторов можно пренебречь;

- возможность выполнения плановых ремонтов воздушных линий без снятия напряжения отсутствует.