4. Расчет воздушных и кабельных линий электропередачи

При расчете воздушных и кабельных линий определяют:

S_н – минимально допустимое сечение по нагреву;

S_э – допустимое сечение по экономической плотности тока;

S_t.c – минимально допустимое сечение по термической стойкости токам КЗ;

S_∆U – минимально допустимое сечение по потере напряжения;

S_мех – допустимое сечение по механической прочности.

4.1. Выбор сечений жил кабеля и проводов лэп по нагреву

Выбор сечений линий, питающих ГПП, осуществляется по расчетной мощности трансформатора, определяемой на стороне ВН ГПП.

S_p = ∙ k_{p max} = ∙ 0,9 = 9253,26 кВ∙А

Для выбора сечений жил кабелей или проводов ВЛ по нагреву определяем расчетный ток:

I_p = = = 48,57 А

Определив величину расчетного тока, выбираем стандартное сечение, соответствующее ближайшему большему току, в зависимости от величины напряжения. Выбираем провод марки АС-70 (I_доп = 265 А).

Выбор сечений проводов ЛЭП по экономической плотности тока

Сечение, выбранное по нагреву, проверяется по экономической плотности тока, основным критерием оценки которой является ми­нимум годовых приведенных затрат (МГПЗ), определяемый сто­имостью ежегодных потерь электроэнергии в сети; ежегодными расходами на текущий ремонт и обслуживание сетей, а также амортизационными отчислениями. Экономическая плотность тока выбирается в зависимости от материала провода и числа часов использования максимума нагрузки.

Принимаем экономическую плотность тока j_эк по ПУЭ-7 для 5000 – 8760 часов использования максимальной нагрузки и алюминиевого провода, равной j_эк =1,0.

Выбираем по таблице большее сечение 70 мм² (провод марки АС-70).

Потери активной и реактивной мощности в проводах определяются соответственно:

∆P_ВЛ1 = =

= = 54,0 кВт

∆Q_ВЛ1 = = = = 53,54 квар

∆P_ВЛ2 = =

= = 231,45 кВт

∆Q_ВЛ2 = = = = 229,44 квар

где R и X – соответственно активное и индуктивное сопротивления линии;

R_ВЛ1 = r₀∙l₁ = 0,46∙14 = 6,44 Ом,

X_ВЛ1 = x₀∙l₁ = 0,456∙14 = 6,384 Ом,

R_ВЛ2 = r₀∙l₂ = 0,46∙60 = 27,6 Ом,

X_ВЛ2 = x₀∙l₂ = 0,456∙60 = 27,36 Ом;

где r₀ и x₀ – соответственно активное и индуктивное сопротивление линии, Ом/км. В зависимости от среднегеометрического расстояния между проводами фаз D_ср = 5,0 (для 110 кВ) выбираем x₀ = 0,456 Ом/км.

Производим выбор кабеля для питания ЦПП:

I_р = = 640,1 А

Выбираем кабель ЦСКн 3х185-6.

4.2. Расчет сети по потере напряжения

Значения потерь напряжений должны быть не более допустимого:

-для ВЛ1:

_{= 751,5В = 0,7515кВ → данная линия удовлетворяет условию потери напряжения 0,7515кВ<5,5кВ.}

_-для ВЛ2:

_{= 3220В = 3,22кВ → данная линия удовлетворяет условию потери напряжения 3,22кВ<5,5кВ.}

Таким образом, обе линии проходят по потере напряжения, следовательно, провод АС-70 подходит для дальнейших расчетов.

4.3. Расчет проводов на механическую прочность

Расчет проводов на механическую прочность производится: а) при наибольшей внешней нагрузке; б) при низшей температуре и отсутствии внешних нагрузок; в) при среднегодовой температуре и отсутствии внешних нагрузок.

Последовательность расчёта на механическую прочность сле­дующая:

1) Определяются исходные данные для расчёта.

Все данные выбираем по ПУЭ - 6, 7:

- регион: Курская область;

- номинальное напряжение ВЛ: ;

- марка провода: АС – 70/11;

- район по толщине стенки гололёда: III;

- район по скоростному напору ветра: II;

- длина пролета (наибольшая допустимая): l_пр =430 м; принимаем l = 180 м;

- температуры: t_= -7,7°С; t₊ = 18,4°С; t_э = 10,6°С; t_г= -5°С;

- приведенная нагрузка от собственного веса

(для АС-70/11): g₁ = даН/(м·мм²);

- скоростной напор ветра (повторяемость 1 раз в 5 лет) q=35 (v=24 м/с);

- толщина стенки гололеда с = 10 мм;

_{- допустимое напряжение в материале провода при гололеде} t_г

- напряжение при наибольшей нагрузке σ_доп=27,2 даН/мм²

_- допустимое напряжение в материале провода при минимальной температуре t_:

_{- допустимое напряжение в материале провода при среднегодовой температуре} t_Э:

- модуль упругости: Е=13,4 · 10³ даН/мм²;

- температурный коэффициент линейного удлинения:

α =14,5 ·10^-6 1/градус;

- коэффициент неравномерности скоростного напора: α = 0,91;

- диаметр провода АС-70/11: d = 11,4 мм;

- коэффициент лобового сопротивления: С_х = 1,2 – для проводов и тросов

d<20 мм;

- коэффициент упругого удлинения: β = 1/Е =1/(13,4· 10³)= 74,6· 10^-6

2) Определяются погонные и приведенные нагрузки для приня­тых сочетаний климатических условий.

1. Погонная нагрузка от собственного веса:

Суммирование осуществляется по всем проводам и тросам линии.

2. Погонная нагрузка на провод диаметром d при толщине стенки гололёда c определяется:

где с – толщина стенки гололёда, м; d – диаметр провода, м.

3. Результирующая погонная нагрузка:

4. Погонная ветровая нагрузка на провод без гололеда:

где ά - коэффициент неравномерности скоростного напора; - коэффициент лобового сопротивления; с_х = 1,1 - для про­водов и тросов при d > 20 мм; с_х = 1,2 - для проводов и тросов при d < 20 мм; q - скоростной напор, даН/м.

5. Погонная ветровая нагрузка на провод с гололёдом:

6. Погонная нагрузка от веса провода, при действии ветра на провод и отсутствии гололёда:

7. Погонная нагрузка от веса провода, при действии ветра и наличии гололёда:

Приведенные нагрузки:

3) Определяем длины критических пролетов.

При определении критических пролетов напряжения в проводах и тросах ВЛ не должны превышать допустимых значений для следующих режимов:

1. режим наибольшей нагрузки, имеющий место при пятой или шестой комбинациях расчетных климатических условий (его пара­метры - );

2. режим низшей температуры при отсутствии внешней нагруз­ки, характерный для третьей комбинации климатических условий ( );

3) режим среднегодовой температуры при отсутствии внешней нагрузки (четвертая комбинация - ).

Для каждого из этих режимов определяется критический пролет.

Первый критический пролет - пролет такой длины, при кото­ром напряжение провода при среднегодовой температуре равно допускаемому значению , а в режиме низшей температуры :

где - приведенная нагрузка от собственного веса проводов;

α - температурный коэффициент линейного удлинения провода; b = 1/Е;

E - модуль упругости; θ_э - среднегодовая для данного региона температура;

θ_ - исходная низшая для данного региона температура; θ_г - темпера­тура образования гололеда (-5 °С); _г - приведенная нагрузка от гололеда _г = ₇

4) По таблице соотношений, определяющих исходные условия, устанавливаем исходный режим.

Исходным для расчета ВЛ на механическую прочность являет­ся режим, при котором напряжение в материале провода равно допускаемому, а в остальных режимах напряжение меньше до­пускаемого. Исходный режим зависит от соотношения между длинами трех критических пролетов и соотношения между реаль­ным и критическим пролетом.

Соотношение критических пролётов: l_1k – мнимый, ;

соотношение реального пролёта с критическим l_Р > l_3k;

параметры исходного режима: .

5) Зная исходный режим, определяем напряжение в материале провода и допустимую стрелу провеса.

где и - напряжения в низшей точке провода в начальном (до изменения климатических условий) и искомом (после их измене­ния) состояниях, даН/м², соответственно; l - длина пролета, м; и - соответствующие нагрузки на провод, даН/м²; и - соот­ветствующая температура, °С.

Произведем подстановку:

Таким образом, получаем значение σ = 26,84 даН/мм², не превышающее допустимое σ_доп= 27,2 даН/мм², σ_доп ≥ σ , 27,2 ≥ 26,84.

Условие прочности выполняется.

Определим стрелу провеса:

Отсюда следует, что выбранный по каталогу провод АС – 70/11 для ВЛ удовлетворяет требованиям механической прочности.

В результате расчетов по выбору сечения провода на нагрев, проверку его на экономическую плотность тока, потерю напряжения в линии, механическую прочность получили, что предварительно выбранный провод АС – 70/11 проходит по всем условиям, следовательно, окончательно принимаем провод АС – 70/11.

Рис.1. Стрела провеса и длина пролета.