книги из ГПНТБ / Соколов В.И. Электроснабжение промышленных предприятий и строительств [учеб. пособие]
.pdfАрифметическая разность напря жений, измеренных в начале и в конце гянии, называется потерей напряжения
На рис. зз потеря напряжения равна
отрезку am |
|
. В приближенных расче |
|||
тах считается, что величина отрезка |
|||||
ОС /77 приблизительно |
равна проекции 1 |
||||
вектора падения напряжения 12 |
на |
||||
направление 1/гф |
, т.е. отрезку act. |
||||
Исходя из этого допущения, най |
|||||
дем из векторной диаграммы, что |
|
||||
bUcpBlRCOS |
|
%+lx |
Sin |
. Рис. 33 |
|
или, переходя |
от' фазных напряжений Векторная диаграмма |
||||
к линейным, |
|
|
|
|
линии электрической |
ut/xVFl |
|
|
(Rcosfs+XSini)№) |
сети |
|
Иногда удобнее вести расчет |
|||||
Д U в зависимости от перелагаемой мощности Р и 3. Вы |
|||||
ражение 19 |
преобразуем, умножив и разделив правую часть |
||||
номинальное |
напряжение U |
|
|||
|
|
|
М - |
PR + QX |
(20) |
|
|
|
и |
||
|
|
|
|
|
|
Тогда напряжение в начале ив конце линии определяется
формулам: |
, |
|
|
PR + |
QX |
|
и |
(21) |
|
|
|
|
PR * |
Qx |
|
U |
(22) |
|
|
Из выражения 22 следует, что при постоянстве напря жения на шинах источника питания напряжение в кон линии t/g тем ниже, чем больше передаваемая мощность Р
\
и. 5 ичей больше сопротивления линии R и X. ОтсюДл следует, что для уменьшения потери напряжения в линии можно или увеличить сечение еёпроводов, благодаря чему сниаится величина актив ного сопротивления R ( X от сечения почти не зависит)4 или же уменьшить передаваемую по линии.реактивную мощность
Q • путем улучшения коэффициента мощности cos V потребителей за счет установки конденсаторов.
Потери1'напряжения в трансформаторе определяются по тем же формулам 19 и 20. Для регулирования напряжения на вы ходе из трансформатора последний снабжается у с т р о й ством .изменения коэффициента трансформации . Благодаря этому можно поддержи
вать заданную величину |
трансформатора |
при переменной, |
величине 1/^. Регулирование |
напряжения дано, |
в §.3-1, Л.1 |
§ 4-3. Потери мощности и энергии в электрических сетях
Потери активной мощностив трехфазной электрической цепи определяют по известным формулам:
~ я S1 Рг + ог |
Рл |
&Р'ЗГ**ф*'—^** |
** (23) |
Потери реактивной мощности определяются аналогично:
|
•2 |
S* Pl+Ql |
|
Рг |
|
|
д Q=3rx=—цТ—х |
= |
t / W * V X f |
i m |
|||
где |
I |
- полный ток в линии; |
|
|||
jfj pt Q |
|
- полная, активная и реактивная нагрузка линии; |
||||
^ |
X |
- |
активное и индуктивное сопротивления одной фа |
|||
|
|
|
зы данной цепи, схежлм§ЖЖя_которой соот |
|||
|
|
|
ветствует рис.,32н |
|
|
|
COsy |
- коэффициент мощности потребителя; |
|
||||
17- междуфазовое напряжение оети, принимаемое рав ным номинальному значению.
71
Если нагрузка, линии постоянна,' шр потери энергии
время 6 равны |
|
|
&vi*AP4*3*Iltj |
Kirn.г. |
(25) |
Однако на практике почти не встречаются потребител |
||
нагрузка которых оставалась бы постоянной в течение цел суток, недели, года. Наоборот, нагрузка в одни часы суток имеет максимум, в другие часы - минимум, а в остальное в мя - колеблется в широких пределах от максимума до мини ма. Примеры графиков нагрузок потребителей за сутки и год показаны в 5' 1-2.
Заменив годовой график нагрузки (рис. 2, § 1-2) эк валентным ему графиком меньшей продолжительности - Тмакс час/код, получим удобный для расчетов график. Ордината гр
фика |
О |
Г |
т |
|
Р^амс |
|
паке |
} ( U/IU |
J"'*c |
' |
i / c o s у |
и входит в формулу 25. Нодля определения потерь энергии по этой формуле требуется возвести токв квадрат. Поэтом каждую ординату графика (рис. 2) необходимо возвести в рат, как это и показано на рис. з^,а.
г |
—— |
|
|
|
|
|
|
||
ДОС |
|
|
||
бооо7000— |
Р-о, |
— |
||
40OQSDO0 |
— . . . |
|||
|
||||
3000 |
|
|
|
|
2000 |
-- |
газ%\ |
|
|
юоо |
|
— 1мо |
||
а |
moo imsooiimi^soKfwjmneo |
|||
Рис. 34. Зависимость времени потерь Т от продолжительности
использования максимума на> грузки Тмакс.
72
\
Этот квадратичный график (рис.34,а)также заменим эк вивалентным прямоугольным графиком. Его ордината 1*мдк^, ..
а абсцисса обозначена 7 |
. Величина Т называется в р е • |
менем п о т е р ь : |
это такое число часов,, эа кото |
рое передача тока -Г^^оздает те .же потери, что.и переда ча действительного тока за год.
Между 7%т<г*г и ^ |
существует зависимость, у,;./, |
установленная в результате |
анализа графиков нагрузки различ |
ных предприятий [Jl.lJ. Эта зависимость ?"=/^,Ме/(пр.догавле-
•на на рис 34,6 тремя'кривыми, полученными для трех значений cos^P нагрузок.
Зная ТМакс |
(см.табл. I), можно по рис. 34 най |
ти время потерь "с |
для любой нагрузки и тогда потери |
энергии определятся |
согласно выражению 25 |
§4-4. Расчет токов короткого замыкания
враспределительных электросетях
Короткие замыкания возникают в. электрических сетях при нарушении изоляции, при обрыве про водов линий строительными, машинами и транспортом, при раз рядах молнии на линии электропередач и по другим причинам. В результате короткого замыкания резко снижается сопротив ление электрической цепи,так как сопротивление ввгру8ни"ока зывается зашунтированны.м . Поэтому ток ко-' . роткого замыкания (сокращенно: ток КЗ) в 5-10 раз превышает ток нормального режима работы.
Для разработки мероприятий по ограничению токов К.8.
и для выбора аппаратов электрических сетей требуется выпол-ь нять расчеты токов К.З. в различных точках электросети. Са мый большой ток К.З. в распределительных электросетях воз никает при глухом металлическом соединении всех трех фаз* Поэтому ток трехфазного К.З. является расчетным для выбора аппаратов.
73
Расчет тока К.8. производится по закону Ома:
|
I - |
У |
где U |
- номинальное -линейное напряжение сети в мест |
|
|
короткого |
замыкания, вольт; |
Zpti" |
суммарное сопротивление в одной фаае от ист |
|
|
ника питания до точки К.8., ом. • |
|
При расчетах токов короткого замыкания обычно не тывают активное сопротивление цепи /*?,так как индуктивное сопротивление х мощных трансформаторов во много раз больше активного. Поэтому выражение 27 упрощается
I ~ |
V |
|
*~ |
}/ТХр„ |
(28) |
Таким образом, для вычисления тока К.8. необходимо |
||
найти индуктивное сопротивление Храз |
• всех участков ц |
|
ли от'источника питания до места К.9. В цепи с трансфор торами номинальные напряжения различных участков различ Поэтому сопротивления всех участков цепи приводятоя к нальному напряжению места К.З. через коэффициент трансф мации по формуле
|
Ъ'^М |
• (2S) |
где ' • UH |
- номинальное линейное напряжение данного уч |
|
|
стка сети, имеющего сопротивление Xv j |
|
U$ |
~ базисное, т.е. номинальное |
напряжение*в мес |
|
те К.З. |
|
Пример. Рассмотрим порядок р а с чета Хрез н а примере трехфазной электрической це пи» изображенной на рис. 35, а. Формулы для расчета сопро тивлений в схеме замещения -^см. в §4-1.
а) Сопротивление одного трансформатора ГПП (парамет ры его приведены на рис. 35, а)
74
\
где Iff - напряжение б кв в место Ki3., если замыкание происходит в точках К-3 и К-2.
Для двух трансформаторов ИШ
б) Сопротивление трансформатора ТП, приведенное к
! # = 6 к в . |
|
|
ХггГ—1Ш |
= i*m> |
|
в) Сопротивление линии б кв |
|
|
г) Сопротивление питающей сети Xfa |
определяет |
|
энергосистема. При отсутствии этих данных можно принять
Определив все сопротивления цепи, приведенные к одно му напряжению б кв, находим Хрез как сумму сопро тивлений всех участков от источника питания до места К.8.:
При К . 3 . в точке К-8: Xpei |
-Xrnn-0,&6»m |
Ток К.8. . |
|
|
£ |
S |
V |
;WOOa. |
При |
К.З. В |
точке |
K-ZiXpn'XnJXfQSfSHS'iWtM. |
|
|
Ток К.З. |
|
|
|
При |
К.З. в |
точке |
K-I: результирующее сопротив |
|
ление, приведенное к |
' V |
= б кв, равноJ^^JC^J^.,, |
||
Но .базисное номинальное |
напряжение для точки K-I равно |
|||
U$ |
= 0,4 кв, поэтому приводим сопротивление к этому на |
|||
пряжению . |
|
|
ijjj |
|
4oo
=S1600a.
Иногда для характеристики короткого замыкания пол зуются величиной мощности короткого за мыкания
(30)
где Iff |
- номинальное |
линейное |
напряжение участка сети в месте ко |
||
роткого |
замыкания; |
ГПП^ |
1К |
- -ток К.З. в данной |
|
точке.
Например, для точки K-I мощ ность К.З.
По величине т о ST:1000tta ка К . З . или м о щ
ности К.8. вы б и р а ю т аппараты, оценивают отключаю щую' способность выключателей, опре деляют нагревтоковедущих частей во время короткого замыкания. Динами-
неские усилия в аппаратах при ко |
' Рис. 35. |
ротком4-' замыкании определяют по веСхема |
трехфазной элек |
личине ударного тока |
трической цепи (а) и |
короткого з а м ы к а |
её расчетная схема з |
ния :- |
мещения (б) |
1у = Ку1н (31)
или по амплитудному значению ударного тока К.З. (32)
где In - токК.З. вданданжой точке; 1СЬ?87
76
-ударный коэффициент, учитывающий броски тока в момент замыкания и равный 1,8 - при К.З. в цепях
напряжением выше 1000 в и равный 1,3 - при К.З. в цепях 220 * 380 в..'..
Подробнее о расчетах токов К.З. см. § 3-2 ЛЛ § 4-5. Выбор сечений проводов и кабелей
Сечение проводов линий электропередачи должно быть таким, чтобы'провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, чтобы потеря напряжения в линиях не превышала установленные пределы и чтобы плотность тока в проводах соответствовала экономической величине. •
Первое из этих условий записы
вается в таком виде: |
|
|
^fi^Ifon |
( |
(33) |
т.е. рабочий ток, передаваемый по линии в нормальном режи ме, должен не превышать допустимое для данного провода значение тока нагрузки. Исходя из выражения 33, для выбора сечения провода или кабеля необходимо определить наибольший расчетный ток получасового максимума (см. § 1-3)_и по нему подобрать нужное сечение провода по справочнику Л.б J
'В приложении П-I даны сведения о длительно-допустимых токах в проводах и кабелях различных сечений при расчетной температуре окружающей среды (воздух +25°С, аемля +15°С). При расчете сечения кабелей, прокладываемых в одной траншее с другими кабелями, надо учитывать их взаимный нагрев. Поэ тому допустимый ток,указанный в табл.П-1,П-2,следует умень
шить, умножив на коэффициент 0,9 |
- при двух кабелях или на |
0,85 - при трех кабелях в одной траншее. |
|
Второе у с л о в и е , |
которому должно удовн |
летворять выбранное сечение проводника, это непревышение до пустимой величины потери напряжения в линии. Если потеря на пряжения в линии слишком велика, то с ростом тока нагрузки' сильно снижается напряжение в конце линии, т.е. напряжение у электроприемников. Из-за этого резко падает вращающий мо мент на валу двигателей, снижается световой поток электро_ламп, падает производительность труда.
Потеря напрпжния зависит от активного и индукти сопротивлении линии. Б соответствии с выражениями 19 и 20 полученными в § 4-2, эта зависимость такова:
дсУ=гё7 (Rcosv+xstn |
V ; |
или |
|
PR + QX |
|
и* |
|
Ориентировочно можно считать допустимыми следующи величины потери напряжения на участках электросети:
линии 220/380 |
в осветительной |
сети - 2,5% |
|
||||
линии 220/380 |
в силовой сети - 5% |
|
|||||
линии 6-10 |
кв внутри предприятия, стройки - 5% |
||||||
линии 6-II0 |
кв, питающие П1П предприятия - |
10$. |
|||||
|
В кабельных линиях при любом сечении жил кабелей |
||||||
активное сопротивление R |
значительно больше реактивно |
||||||
го X |
и последним можжьпренебречь. Тогда выражение п |
||||||
терь упрощается: |
|
|
|
|
|||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R._ |
PR |
|
|
|
|
|
|
Д U =77. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ином |
|
|
|
|
Заменим сопротивление в этих формулах его выраже |
||||||
ем через длину провода |
6 |
, сечение F |
и проводимост |
||||
|
|
|
К- |
у.р |
|
|
|
Тогда |
|
|
ь(/= |
|
jp-fflcosf |
|
|
е Р
или a U- ТР С/моп
Отсюда определяется минимальное сечение п р о в о д а , при котором потеря напряжения не прев шает допустимую величину л CSgon.
или |
|
|
|
|
|
f„ |
p-ew3 |
_ ре ws |
г |
|
' |
r u ^ t U ^ r T f u ' ^ ^ o n V o |
( 3 5 ) |
|
где |
P |
- передаваемая по линии мощность, квт; |
||
|
(7НЖ - номинальное напряжение линии, кв; |
|||
|
С |
- длина линии, км; |
|
|
7* - удельная проводимость (для меди - 57, для алюминия 35);
ьироп%- допустимая потеря напряжения, в процентах равная
bU$on - допустимая потеря напряжения, вольт.
Для воздушных линий с проводами более 50 ми^ нельзя пренебрегать индуктивным сопротивлением проводов. Для уче
та влияния X |
проводов на |
величину д [/ |
необходимо |
|||
в формулу |
потери напряжения |
(19 или 20) |
подставить величину |
|||
X = (0,35 |
- |
0,'Ю) I |
- так кэк'ТеТйчЖа |
*С не з'ввйойт |
||
от сечения проводами |
определит]» падение |
напряжения в реай- |
||||
тивном сопротивлении д Up . Далее расчет производится по
тем (же формулам, но допустимая величина |
bUpon снизится |
|
вследствие учета падения напряжения в X |
линии до вели |
|
чины д Ua - д Up0n-A |
Up. |
' |
Итак, в результате расчета по первому условию (см,вы-1 ражение 33) определяется минимально-допустимое сечение про вода по нагреву в нормальном режиме работы линии. А по вто рому условию (Зч-, 35) - минимально-допустимое сечение того же пров|да по потере напряжения в линии.
При выборе проводов или кабелей для временных электро сетей строительств и горных разработок подбирается по ката логу, (справочнику) ближайшее стандартное сечение, причем определяющим является большее из этих двух расчетных сечейний. Если же данная линия отроится для постоянной, а не алк
79