книги из ГПНТБ / Электрические сети жилых зданий

поддержание напряжения на зажимах электроприемников жилых зданий в пределах, близких к номинальному, без специальных средств местного регулирования в различное время суток крайне затруднено.

Для регулирования напряжения сети могут исполь­ зоваться различные технические средства, такие, как кон­ денсаторы поперечной и продольной компенсации, син­ хронные электродвигатели, вольтодобавочные и регули­ руемые трансформаторы и т. п. Однако регулирование напряжения в распределительных городских электриче­ ских сетях среднего и низкого напряжений до настоящего времени, как правило, не производится.

Тем не менее расчеты сетей на потери напряжения должны базироваться на определенной величине напряже­ ния питающих трансформаторов со стороны высшего напряжения, и ввиду отсутствия каких-либо других крите­ риев для оценки этой величины первичное напряжение трансформаторов принимается равным номинальному на­ пряжению сети. В этом сказывается известная условность расчета сетей на потери напряжения. Однако, учитывая возможность использования переключателя витков обмотки высшего напряжения силовых трансформаторов, позволяю­ щего изменять низшее напряжение в пределах 2 X 2,5% за счет некоторого изменения коэффициента трансформа­ ции трансформатора, можно установить переключатель таким образом, чтобы в часы н а и б о л ь ш е й н а ­ г р у з к и в известной степени скомпенсировать отсутствие устройства по регулированию напряжения и, по возмож­ ности, приблизить величину напряжения к номинальному значению. Таким образом, расчет сети на потери напряже­ ния, даже в условиях отсутствия регулирования напря­ жения, сохраняет свою правомерность и имеет важнейшее значение для обеспечения нормальной работы электро­ приемников в часы наибольшей нагрузки.

Вместе с тем в часы м а л о й н а г р у з к и , особенно ночью, величина напряжения может в условиях отсутствия регулирования существенно превышать номинальное, что, в частности, вызывает ускоренный выход из строя ламп освещения лестничных клеток и других помещений, а также некоторых бытовых приборов, работающих в эти часы суток, что отмечалось в гл. 1.

Влияние изменения величины напряжения сети по мере удаления от центра питания иллюстрирует график на рис. 5-9. График характеризует изменение напряжения

151

сети в часы наибольших нагрузок. Изменение напряже­ ния в линии высокого напряжения А Б показывает ха­ рактер уменьшения напряжения (отрезок тп) от центра питания до силового трансформатора АС/двОтрезок nf = Ет показывает надбавку напряжения, обусловлен-

Рис. 5-9. Схема (а) и график изменения напря­ жения (б) в сети в период наибольшей нагрузки.

Л-1 — линия высокого напряжения; Л-2 — линия низко­ го напряжения.

ную уставкой установленного на трансформаторе переклю­ чателя (ответвления) обмотки высшего напряжения, а отре­ зок /с характеризует потери напряжения в самом трансфор­ маторе АUT. Далее, отрезок cg отражает потери напря­ жения в линии низкого напряжения до условной точки Г At/вгОтклонение напряжения от UHизображено отрез­

ком rg (Fr)-

График построен при условии поддержания на центре питания величины напряжения на 5% больше номиналь­ ного, что имеет место на практике.

Допустимая (располагаемая) потеря напряжения

При расчете электрических сетей по потерям напряжения всегда возникает вопрос о величине допустимой (распола­ гаемой) потери напряжения. Эта величина не является

постоянной.

Если говорить о расчете сетей н и з к о г о н а п р я ­ ж е н и я , то она зависит от величины потери напряжения

152

в самом трансформаторе и нормированного отклонения напряжения на зажимах электроприемников. Поскольку в основу расчета принимается, что напряжение на зажи­ мах высшего напряжения трансформатора равно номиналь­ ному, напряжение холостого хода трансформатора на вторичной стороне составляет 105% номинального напря­

пряжения в трансформаторе, до наиболее удаленного электроприемника определяется следующим выражением:

где £/х X— напряжение при холостом ходе трансформато­ ра, В; AU-r — потеря напряжения в трансформаторе, В; и л. э — допустимое наименьшее напряжение на зажимах электроприемников, В.

Из выражения (5-18) следует, что из трех величин, опре­ деляющих общую потерю напряжения в сети, лишь одна является переменной, так как напряжение холостого хода трансформатора и наименьшее допустимое напряжение на зажимах электроприемников заданы. Выражая в фор­ муле (5-18) величины в процентах от £/н, получаем:

АС/о = 105 — At/, — С/д.3, %.

Таким образом, зная для конкретных условий проекти­ рования нормированное отклонение напряжения на за­ жимах электроприемников и параметры работы трансфор­ матора в часы наибольших нагрузок, а следовательно, и величину потери напряжения в трансформаторе, можно определить наибольшую допустимую (располагаемую) по­ терю напряжения в сети. Иными словами, принимая согласно табл. 5-8 для жилых домов ІІЯіЭ = 95%, полу­ чаем:

AUC— 10 — Д£/т, %.

В е л и ч и н а п о т е р и н а п р я ж е н и я в т р а н с ф о р м а т о р е может быть определена с доста­ точной для практических целей точностью по следующей формуле:

153

мощности в обмотках трансформатора, Вт, принимаются

по каталогу; Uv = ]/ U£ —Ul — реактивная составляю­ щая напряжения короткого замыкания, %; UK— напря­ жение к. з. трансформатора принимается по каталогу, %; cos ф — коэффициент мощности во вторичной цепи транс­ форматора; S„ т— номинальная мощность трансформа­ тора, кВ-А; / н т — номинальный ток трансформатора, А.

Пример 5-3.

Определить потерю напряжения в трансформаторе мощностью 400 кВ-А, напряжением 10/0,4/0,23 кВ, загруженном на 80% при коэффициенте мощности 0,9, и располагаемую потерю напряжения в сети. Трансформатор питает электроприемники квартир жилого

дома. Определить также допустимую потерю напряжения в сети.

Ре ше ние .

1. Принимаем по каталогу напряжение короткого замыкания Uѵ = 4,5%; потери короткого замыкания ДРК. з = 5 500 Вт.

2. Определяем активную составляющую напряжения короткого

3. Определяем реактивную составляющую напряжения корот­ кого замыкания

Uv = y v * K-U * = у 4,52 — 1,372 = 4,28 %.

4. Определяем потерю напряжения в трансформаторе по фор­ муле (5-19):

At7T = ßs (Ua costp-f- Up sin ф) = 0,8 (1,37 • 0,9 + 4,28 • 0,44) = 2,4 %.

5. Располагаемая потеря напряжения в сети от шин низшего напряжения трансформатора до наиболее удаленного электроприемника составит:

AUC= 10— AZ7T = 10— 2,4 = 7,6 %.

Учитывая, что оценка режима работы силового транс­ форматора не является вполне точной, а также для умень­ шения объема расчетов целесообразно иметь таблицу допустимых (располагаемых) потерь напряжения в сети для различных режимов работы трансформатора и видов электроприемников. С этой целью в табл. 5-9 приведены величины наибольших допустимых (располагаемых) по­ терь напряжения.

Приведенные в табл. 5-9 наибольшие допустимые (рас­ полагаемые) потери напряжения являются предельными и учитывают лишь требования ПУЭ о наибольших допус­ тимых отклонениях напряжения на зажимах электропри­ емников от номинального. Между тем в табл. 4-1 даны рекомендации по распределению допустимых потерь на-

154

напряжения в осветительных сетях общественных зданий величины табл. 5-9 следует уменьшить на 2,5%.

155

пряжения в элементах сети жилого дома, отвечающих наименьшим приведенным затратам, т." е. экономически наиболее выгодным и соответствующим оптимальным схе­ мам сетей. В ряде случаев суммарная допустимая потеря напряжения от шин подстанции до наиболее удаленного электроприемника может оказаться ниже величин, ука­ занных в табл. 5-9.

При проектировании следует стремиться к выбору схем, близких к оптимальным, и соответственно к опти­ мальным величинам допустимых потерь напряжения по табл. 4-1.

В случаях, когда по конструктивным соображениям или из условий надежности электроснабжения и другим причинам принимаются схемы, отличающиеся от оптималь­ ных, определяющими становятся величины, приведенные в табл. 5-9, которые не должны быть превышены. В слож­ ных случаях целесообразно выполнять вариантные рас­ четы.

Активное и индуктивное сопротивления проводов

Для выполнения расчета электрической сети по потере напряжения необходимо знать величины активного и ин­ дуктивного сопротивлений линий. Емкостное сопротивле­ ние линий до 1 000 В ввиду его незначительного влияния на величину потери напряжения не учитывается.

Активное сопротивление проводников из цветных ме­ таллов определяется по формуле

где L — длина проводника, км; s — площадь поперечного сечения провода, мм2; у — удельная проводимость мате­ риала провода, м/(Ом-мм2).

Активное сопротивление проводника изменяется с изме­ нением температуры его нагрева. Однако для температур, имеющих место в сетях жилых зданий, влияние их незна­ чительно и в расчетах может не учитываться.

Величина удельной проводимости алюминиевых про­ водов при температуре +20° С согласно'действующему стандарту составляет уаЛ = 33,9 м/(Ом-мм2). Однако фак­ тические сечения жил проводов несколько меньше номи­ нальных (в среднем на 2%). Учитывая некоторое увеличе­ ние длины проводников на 2—3% из-за скрутки проволок

156

жил проводов, значение удельной проводимости алюми­ ниевого провода можно принимать равным уал = = 32 м/(Ом-мм2). Практически величина активного со­ противления провода г может быть определена по формуле

Индуктивное сопротивление проводов из цветных ме­ таллов зависит от расстояния между ними и их диаметра. Для скрытых проводок, наиболее часто выполняемых в жилых зданиях в трубах, каналах строительных конст­ рукций и двух-трехжильными проводами, характерны небольшие значения индуктивных сопротивлений. Тем не менее благодаря наличию в жилом доме значительного количества электроприемников, имеющих электродвига­ тели или другие элементы, потребляющие реактивный ток, коэффициент мощности оказывается существенно ниже единицы. Поэтому при определении величины потери напряжения нужно учитывать индуктивные сопротивления проводов. В противном случае возможны ошибки, приво­ дящие к уменьшению действительной величины потери напряжения.

Для практических расчетов при прокладке в трубах или каналах индуктивные сопротивления трехфазных четырехпроводных линий можно принимать равными на фазу для сечений: до 6 мм2 — 0,1 Ом/'км; до 16 мм2 — 0,07 0,09 Ом/км; выше 16 мм2 — 0,06 Ом/км.

При прокладке на роликах или изоляторах, а также при выполнении сети шинопроводами индуктивное сопро­ тивление составляет на фазу 0,2—0,25 Ом/км.

Определение потери напряжения с учетом активного п индуктивного сопротивлений проводов. Прежде чем перейти к изложению методов расчета сетей по потерям напряжения, целесообразно рассмотреть простейшую век­ торную диаграмму для линии с нагрузкой на ее конце. Схема линии и отвечающая ей векторная диаграмма пока­ заны на рис. 5-10. Векторная диаграмма отражает вели­ чины напряжения от начальной его величины до величины в конце линии. На диаграмме отрезок Оа представляет собой вектор фазного напряжения Пф2 в конце линии. Под углом ф к нему отложен в некотором масштабе вектор тока нагрузки I. Вектор тока отстает от вектора напря­ жения. Отрезок ab, параллельный вектору тока I, равен активной составляющей падения напряжения в линии Іг.

157

От точки Ъ перпендикулярно вектору Іг отложена индук­ тивная составляющая падения напряжения в линии Іх — отрезок Ьс.

Из треугольника abc видно, что отрезок ас представляет собой г е о м е т р и ч е с к у ю сумму падений напря­ жения в активном и индуктивном сопротивлениях одной

Рис. 5-10. Схема (а) и векторная диаграмма (б) линии трехфазного тока с нагрузкой на конце.

л и ч и н а н а п р я ж е н и я , а не его фаза. Поэтому расчетом определяется не геометрическая разность на­ пряжений в начале и конце линии, называемая падением

величина называется п о т е р е й напряжения. На век­ торной диаграмме потеря напряжения изображена отрез­

проекцией вектора падения напряжения ас на направление вектора напряжения в конце линии Нф2. Ошибка, по­ лучающаяся при этом допущении, не превосходит 3% от расчетной потери напряжения.

158

Из векторной диаграммы видно, что величина потери напряжения А £/ф (В) может быть выражена формулой

Потеря напряжения при трехфазной нагрузке. Теперь легко перейти от потери напряжения при однофазной нагрузке к потере напряжения при трехфазной нагрузке, имея в виду, что линейная потеря напряжения равна:

AU = V 3 Аи ф;

AU = У 31 (г cos ф-fa: sin ф).

Для практических расчетов удобнее пользоваться той же формулой, где потеря напряжения выражена в про­ центах и где используются табличные данные величин г и X . Тогда формула принимает вид:

Нагрузка на конце линии может быть задана не током, а мощностью. Тогда формула (5-22) принимает вид:

где Р — мощность, кВт; L — длина линии, км. Формулы (5-22) и (5-23) являются основными для рас­

четов трехфазных сетей по потере напряжения, учитываю­ щих, как активное, так и индуктивное сопротивления проводов. Ниже без выводов приведены формулы для определения потери напряжения в линии с несколькими нагрузками. Вывод этих формул, а также подробная методика выполнения расчетов приводятся в курсах

159

наковые сечения на всех участках, формулы (5-26) и (5-29) упрощаются и принимают следующий вид:

160