книги из ГПНТБ / Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства учеб. пособие
.pdfЧтобы сократить количество серий расчетных кривых и ускорить расчет по кривым Главсельэлектро, составлены номограммы. Образец такой номограммы приведен на рисунке 48. Пунктирными линиями показаны два примера определения потери напряжения. В первом примере полная мощность, передаваемая по линии, 103 кВ-А (ток 6 А),
провод ПС35, длина |
линии 14 км, потеря напряжения в линии |
5,3%. |
||||||||
Во втором примере активная мощность, передаваемая |
по |
линии, |
||||||||
75 кВт, |
коэффициент мощности 0,9, |
провод ПС50, длина линии |
14 км, |
|||||||
потеря |
напряжения |
3%. |
|
|
|
|
||||
Расчет |
стальных |
проводов по |
кривым |
проф. В. Н. |
Степанова. |
|||||
Другой |
метод построения диаграммы потерь |
напряжения |
предложен |
|||||||
AU В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ІГ'Ш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
350 |
|
|
|
|
|
|
Ш §_ |
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
250 |
|
|
|
|
|
|
і 'KM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
ZOO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
M |
ff |
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
60 |
A |
|
Щ |
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
30 |
Я/ |
-Jl |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
.ft' |
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
го |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
|
|
3 |
4 |
5 |
6 7831012 14 |
|
|
|
|
Рис. 49. |
Зависимость |
потери напряже- |
Рис. 50. Зависимость потери напряжения |
|||||||
ния от тока для стальных однопрово- |
от тока для стальных многопроволочных |
|||||||||
лочных проводов. |
|
|
|
проводов. |
|
|
|
проф. В. Н. Степановым с применением кривых, построенных в ло гарифмической системе координат для стальных однопроволочных (рис. 49) и многопроволочных (рис. 50) проводов. По оси абсцисс отложены токи, проходящие по проводу, а по оси ординат — потери линейных напряжений в вольтах на километр, вычисленные по фор муле
Д U0 = |
I [r0 cos ф + (х'о + х"о) sin ф] |
(71) |
(cos ф изменяется в пределах от 0,7 до 0,9).
Из диаграммы видно, что изменение cos ср сравнительно мало влия ет на потерю напряжения. Поэтому при расчете берут на заштрихо ванной полосе точку, расположенную между крайними кривыми для cos<p=0,9 (верхняя кривая) и д л я с о 5 ф = 0 , 7 (нижняя кривая), про порционально значению заданного сояф. По этим кривым можно быст ро найти сечения проводов по заданным потерям напряжения.
Порядок расчета стальных проводов методом проф. В. Н. Степа нова следующий:
1) допустимую потерю напряжения распределяют по участкам сети по формулам (68), затем определяют ее значение на километр длины каждого участка;
2) по кривым рисунков 49 и 50 находят сечения стальных прово дов, соответствующие найденным потерям напряжения на километр длины участков и токам, которые протекают по участкам сети.
Сравнение метода проф. В. Н. Степанова с другими из вестными методами расчета стальных проводов показывает, что он требует наименьшей затраты времени. Этот метод прост, удобен для пользования, и для расчета нужны только две несложные серии кри вых. Его можно рекомендовать как основной расчетный метод в на стоящем курсе.
§ 3. Расчет разомкнутых трехфазных сетей с неравномерной нагрузкой фаз
Трехфазные электрические сети не всегда имеют равномерную на грузку. В сетях низкого напряжения вследствие того, что осветитель ные потребители (лампы накаливания) и бытовые приборы включают ся на одну фазу, нагрузка между фазами может быть неодинаковой, особенно на конечных участках.
В связи с применением смешанной трехфазно-однофазной системы распределения электроэнергии в сетях высокого напряжения также может быть неравномерная нагрузка.
Расчет трехфазных сетей с неравномерной нагрузкой между фаза ми значительно сложнее, чем сетей с равномерной нагрузкой. В этом случае приходится определять междуфазные потери напряжения меж ду всеми тремя фазами.
Будем считать, что в трехфазной линии сопротивления фазных проводов одинаковые и только сопротивление нулевого провода, если он есть, отличается от фазных. Такое допущение полностью соответ ствует действительности, когда провода выполнены из цветных метал лов, и приближенно справедливо для стальных проводов.
Вэтом случае составляющие потери напряжения прямой,
обратной и нулевой последовательностей соответственно составляют
A £/n p |
= zlnp; A Uo6 |
= z / о б ; |
A U0 = z0 /0. |
Здесь 2 —полное |
сопротивление |
прямой |
последователности; |
z0 — полное |
сопротивление |
нулевой последовательности; |
Потеря напряжения в фазе АО
Д 0ДО = A U n p + AUo6 + AU0 = (/пр + /об)г + z0/0
= (/ п р + Де + |
А)) г |
+ |
(20 - г) |
/0. |
|||||
|
|
|
• |
|
• |
|
* |
|
• |
Ток |
в фазе А |
1А |
= / п р |
+ |
/ о б |
+ |
/о» |
||
и тогда |
A UA0 |
= |
IA |
z + |
(г0 |
— г) |
/ 0 . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(72) |
По аналогии |
A UB0 |
— /в |
z + |
(z0 |
— z) |
|
/0; |
||
|
А ^со = |
1'сг |
+ |
(2 о — 2 ) Л>- |
Междуфазные потери напряжения определяются как геометри ческая разность потерь напряжения соответствующих фаз:
- / в ) 2 ; |
|
(4- - / c ) z ; |
(73) |
(4- ~4)2- |
|
Пользуясь выведенными формулами, можно определить потерю напряжения в любой трехфазной сети с неравномерной нагрузкой.
Соединение однофазных нагрузок в треугольник. |
Если |
однофаз |
|||
ные нагрузки в трехфазной сети соединить в треугольник |
(рис. |
51) |
|||
то в такой |
схеме |
нейтраль |
от |
||
сутствует, |
и, |
следовательно, |
со |
||
ставляющей |
тока |
нулевой |
пос |
||
ледовательности |
нет. |
|
|
||
Потеря |
напряжения между |
||||
фазами А |
и В вычисляется |
как |
Рис. 51. Соединение однофазных нагрузок в треугольник.
С другой стороны, общее со противление фазного провода может быть приближенно выра жено как
2 = Г COS ф' -f- X Sin ф'.
• |
' * |
Здесь ф' — угол сдвига между линейными токами 1А—/в |
и напря |
жением ПАВ- |
|
Для точки А схемы (рис. 51) справедливо соотношение
ІА = h — h-
Соответственно
iB = k — h.
И окончательно
IА |
Iв — 2 it |
l2 |
i3. |
Рис. 52. Векторная диаграмма токов и напряже ний для схемы рисунка 51.
Построим на рисунке 52 векторную диаграмму токов и напряже ний для схемы рисунка 51 и найдем в ней разность токов 1А — /в . По предыдущему
|
|
А |
UAB = ( І А - Ів) Г C 0 S Ф' + ( ІА - 4) Х 5 І П Ф'- |
|
||||||||
Выразив |
векторы |
их проекциями на вектор |
напряжения |
UА в и |
||||||||
перпендикулярный к |
нему, |
получим: |
|
|
|
|
|
|||||
Д UAB |
= |
[2ii cos ф4 — 1 2 |
cos (ф2 4- 120°) — і, cos (ф, + |
240°)] г |
+ |
|||||||
|
|
+ |
[2tj sin фі — i 2 sin (ф2 + |
120°) — i3 sin (фз + 240°)] x. |
||||||||
Напомним |
некоторые |
тригонометрические |
соотношения: |
|
||||||||
|
|
|
sin (<х + |
р) = sin а cos (3 + |
cos a sin p; |
|
|
|||||
|
|
|
cos (a -4- p) == cos a cos p — sin a sin P; |
|
|
|||||||
|
|
|
sin 120° = |
^ |
• |
sin 240° = |
- |
Y r |
• |
|
||
|
|
|
cos 120° = |
— — ; |
cos 240° = |
— • |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Заменив |
синус и косинус суммы двух углов |
его значением, |
полу |
|||||||||
чим, |
что потеря напряжения |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Д UАв |
=( 2 it cos^j — i2 cos фгсоэ 120° + i2sin |
ф2 5Іп 120° — |
|||||||||
— і3 |
cos фз cos 240° + |
і'3 sin ф 8 |
sin 240°) г+(2Ї 4 sin ф4 |
— 1 2 |
sin ф2 cos 120°— |
|||||||
|
— f2 |
cos ф2 sin 120° — 1 3 |
sin фз cos 240° — i3 |
cos ф3 sin 240°) x. |
Подставив в формулу значения синуса и косинуса этих углов, получим окончательно:
|
A U АВ |
2ц cos ф4 + |
— г2 |
cos ф 2 + |
-Ч5— h sin cp2 |
+ |
|
||||||||||||
+ |
-3-13 cos фз |
|
Щ— i3sin |
ф3 | г + |
^2tj sin Ф4 |
+ |
4~ |
t'zsin ф2 — |
|||||||||||
|
|
/ з " |
, |
cos ф2 |
, |
|
і , |
. |
, |
/ Г |
, |
cos |
Л |
|
|
||||
|
|
|
~2— |
h |
+ |
|
~Y |
t3 sin фз + |
-t-y— |
t3 |
фзj x. |
|
|||||||
При равномерной |
нагрузке, |
то |
есть при |
i t = |
i 2 |
= |
г3 |
и ф4 = <р2 = |
|||||||||||
= фз, |
уравнение превращается |
в обычную формулу |
для |
определения |
|||||||||||||||
междуфазной |
потери |
напряжения |
в цепи с симметричной нагрузкой: |
||||||||||||||||
A UАв |
= |
3 (t г cos ф + |
Ї х sin |
ф) = j / з " |
(/ |
г cos |
ср -f- I х sin ф). |
|
|||||||||||
Вследствие |
того, |
что |
формула |
для |
определения |
|
A U при |
нерав |
|||||||||||
номерной |
нагрузке |
неудобна |
для |
вычислений, |
|
упростим ее, |
допу |
||||||||||||
стив, |
что |
|
|
ут г . |
|
|
|
yw |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ф2 |
|
f 8 s i n ( p j « 0; |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
- ^ 2 — i2 sin |
|
г -—2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
- ^ 2 ~ г зc |
o s |
Тз ' |
УТ |
• £2 |
cos ф2 |
да 0. |
|
|
|
Как показывают расчеты, при коэффициентах мощности нагрузок, мало отличающихся друг от друга, такое допущение не приводит к значительным ошибкам. В этом случае потеря напряжения в актив ных сопротивлениях определяется по формуле
A UAB |
= |
[2га1 |
+ |
0,5 (іа 2 |
+ |
і,,)] г, |
(74) |
а в реактивных — по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
A UAB = |
[2гр 1 |
+ |
0,5 (£р 2 |
+ |
tp 3 )] х. |
(75) |
|
|
а |
J |
, |
|
) |
11 |
э * 11s \ |
Со)- |
Рис. 53. Сеть высокого напряже ния с однофазными трансформато рами, включенными в треугольник.
Полная междуфазная потеря напряжения
AUAB = AUAB + bU"AB.
Потеря напряжения между другими фазами определяется по ана
логичным |
уравнениям. |
|
Пусть |
для примера на рисунке 53 изображена сеть высокого |
на |
пряжения |
с однофазными трансформаторами, включенными в |
тре |
угольник. |
|
|
Потерю напряжения в активных сопротивлениях находят по участ
кам, а затем |
суммируют: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
A UAB |
= |
(2ia e |
+ 0,5£а 5 ) rIV |
+ [2fa e + |
0,5 ( i a 5 |
+ iai |
+ |
ta 8 )] r l u |
+ |
|||||
+ |
[2г'а6 + |
0,5(ia 5 |
+ |
t a 4 |
+ |
i№ |
+ |
ia 2 )] rn + |
[2(ia e |
+ |
ta J ) + |
|
||
|
|
|
+ 0,5(t'a5 |
+ |
t a 4 |
+ |
i a 8 |
+ fa 2 )] r,. |
|
|
|
|||
Потеря |
напряжения |
в |
реактивных |
сопротивлениях |
|
|||||||||
Д U"AB |
= (2tp e + 0,5t'p5) x I V |
+ |
[2ірв |
+ |
0,5 (t p 5 + fp 4 |
+ |
їрз)] х ш |
+ |
||||||
|
|
+ |
[2fp„ + |
0,5(ір 5 |
+ |
|
|
+ і р 2 )]*„ |
+ |
|
|
|||
|
|
+ [2 (ipe + |
t p l ) + |
0,5 (ips + |
fp 4 + fp 8 + ip 2 )] x,. |
|
||||||||
Общая |
потеря |
напряжения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Д UAB |
= А ^л в + Д t/ив. |
|
|
|
|||||||
Аналогичным |
способом |
находятся |
потери |
напряжения |
AUBC и |
|||||||||
AUCA- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Все выведенные выше |
соотношения справедливы |
для |
проводов |
|||||||||||
из цветных |
металлов, |
у |
которых |
сопротивления |
фазных |
проводов |
одинаковы. При использовании стальных проводов такого равенства нет, линия является несимметричной. Токи и напряжения различных последовательностей в этом случае оказываются связанными слож
ными соотношениями. |
Так, например, |
ток нулевой |
последовательно |
|||||
сти отсутствует, |
но |
есть напряжение |
нулевой последовательности, |
|||||
а также сдвиг нулевой точки звезды |
|
напряжений. |
|
|||||
В этом случае потеря напряжения |
AUAB |
состоит |
издвух состав |
|||||
ляющих — в проводе |
Л и в |
проводе |
В: |
|
|
|
||
А |
UAB = |
О'аі + |
°> 5 г 'аз) ГА |
+ |
(їа 1 |
+ |
0,5t'a2) |
Гв\ |
A U'AB =(1 'рі + |
°'5 і 'рз) ХА |
+ |
(Si |
+ |
°>5 i 'p2) |
хв- |
Сопротивления фазных проводов находят по кривым или таблицам
в зависимости от протекающих |
по ним токам 1А и 1В , которые при |
ближенно можно определить по известным соотношениям: |
|
1л=У |
h - Из + h h і |
iB=V |
% + її + к ч ; |
ic= V й + й + hh •
В ряде случаев можно пренебрегать разницей сопротивлений стальных проводов и вести расчет, как для проводов из цветных ме таллов, считая, что сопротивления всех фазных проводов одинаковы.
Для практических целей большое значение имеет то обстоятель ство, что потеря напряжения в сети с неравномерной нагрузкой при правильном исполнении, то есть при соответствующем распределении нагрузок по фазам, не превышает потери напряжения в ней с такой же нагрузкой сети, но распределенной равномерно. Покажем это в об щем виде, допустив, что коэффициент мощности всех нагрузок оди наков.
Пусть есть две одинаковые линии с равной нагрузкой Р, но в пер вом случае нагрузка симметрично распределена между фазами, а во втором — неравномерно. Имея в виду, что мощность в обоих случаях одинакова, можем записать:
Р = ] / 3 / U cos ф = fj U cos ф + i2 |
U cos ф + г3 U cos ф, |
откуда |
|
h + h + h = V3~ |
I- |
Алгебраическая сумма потерь напряжения в трех фазах при рав номерной нагрузке
£ A Up = 3 A Up = 3 yW / (г cos ф + д: sin <р).
При неравномерной нагрузке
= [2ц + 0,5 ( i 2 + |
i3) + |
2t2 + |
0,5(і, + і,) |
+ |
2t3 |
+ |
0,5 (ц + |
+ |
h)] x |
(f cos ф + x sin ф); |
|
|
|
||
2 A UH = З {іі + |
i2 + i3) |
(r cos ф + |
x sin ф) |
= |
|||
= 3 Y'Tl |
{r cos ф + |
x sin ф) = |
2 |
A |
Up. |
|
Таким образом, в трехфазной линии сумма потерь напряжения между фазами при данной передаваемой мощности есть величина по стоянная, не зависящая от распределения нагрузок между фазами...
Отсюда можно сделать важный вывод. Если неравномерную наг грузку распределить между фазами так, что все три междуфазные
Рис. 54. Соединение однофазных нагрузок в звезду с нулевым про водом.
потери напряжения AUH будут равны между собой, то они также бу дут равны потере напряжения в этой линии AUP при симметричной нагрузке.
Соединение однофазных нагрузок в звезду. При соединении нагру зок в звезду (рис. 54) линейные токи равны фазным:
• |
• |
• |
• |
• |
• |
^4 ~ |
Л'> |
ІВ ' |
^' |
і с ~ |
А» |
и, следовательно, фазная потеря напряжения в фазе А может быть определена по формуле (72):
• |
|
• |
• |
• |
|
AUA0 |
=Iz |
|
+ / 0 ( 2 о — 2) = |
/1 (rcos<P1 -f-xsincp1 ) + |
|
|
+ |
h |
[(ro — r) cos ф л о |
+ |
{x0 — x) sin ф л о ] . |
Здесь фло |
есть угол сдвига фаз между фазным напряжением UAO |
||||
и током нулевой |
последовательности |
/ 0 . |
Рис. 55. Векторная диаграмма токов и напряже ний для схемы рисунка 54.
Векторная диаграмма цепи приведена на рисунке 55. Ток в нуле вом проводе / н равен геометрической сумме токов в фазах А, В и С:
/„ = Л + Л + h-
С другой стороны, ток в нулевом проводе
/„ = з / 0 .
Отсюда можно записать выражение для потери напряжения в фазе А, в котором геометрические суммы векторов токов заменены алгеб раическими суммами их проекций на напряжение UAO-
|
A U А 0 = / j г cos фі + А х sin ФІ |
+ |
|
||
+ |
-у- [ І І cos Ф і + |
/ 2 cos (ф2 + |
120°) + / 3 cos (фз + |
240°)] (г0 - |
г) + |
+ |
[/jsin Ф! + |
/ 2 si n (ф2 + |
120°) + / 3 s i n (фз + |
240°)] (х0 |
— х). |
4—499 |
• |
97 |
После тригонометрических преобразований получим:
|
Д UА0 |
=/t |
г cos фі + / j х sin ф4 |
+ |
|
|
|
|||||
+ |
-g- (/j COS фі |
2~ /2 COS ф2 |
r-j— |
J2 sin |
ф2 • |
|||||||
|
і- f, cos фз + |
- ^ J - |
/, sin ф3](г0 |
— r) + |
|
|||||||
+ -3-^1 s i n |
< P i |
|
|
2"2 S i n cp2 |
+ ~V~ 2 ° |
ф 2 ~ |
|
|
||||
|
j - |
/, sin фз — - i y - |
/3 cos ф3)(х0 |
— де). |
|
|
|
|||||
При равномерной |
нагрузке, |
то есть при |
/ t = |
/ 2 = |
/ 3 |
и |
ф4 = ф2 = |
|||||
= ф3, уравнение превращается в известную формулу |
для |
определе |
||||||||||
ния фазной |
потери напряжения |
в линии с симметричной |
нагрузкой: |
|||||||||
|
Д UА0 |
= |
I г cos ср + / х sin ф. |
|
|
|
|
|||||
Упростим уравнение, |
допустив, |
что |
|
|
|
|
|
|
||||
|
/3~ . . |
|
УТ |
т . |
|
г, |
|
|
|
|||
|
о |
/ |
2 |
cos ф2 |
Чт— / 3 cos фз « 0. |
|
|
|
||||
|
Vz |
, |
|
|
|
УЗ |
т |
|
л |
|
|
|
Потеря напряжения в активных сопротивлениях при данных до пущениях составит:
Д UA0 = /а1 г + - 1 - f/a l - 0 , 5 ( / а 2 + /а з )](г0 - г).
Потеря напряжения в реактивных сопротивлениях
Д U'A0 = / р 1 х + - І - [/ р 1 - 0,5 ( / р 2 + /р 3 )](х0 - х).
Сопротивления нулевой последовательности г0 и х0 зависят от схе мы сети. Если нулевой провод в воздушной сети является четвертым (рис. 56), то для тока нулевой последовательности / 0 общее сопро тивление
z0 = z + 3zH.
Сопротивление нулевого провода утраивается, так как в нем про
текает ток / н = 3 / 0 . Аналогично |
можно написать: |
г0 = |
г + Згн ; |
Подставляя эти значения в выражения, выведенные выше для определения фазной потери напряжения, получим окончательно:
Л UA0 =7а1 Г + [/,, |
~ 0,5 |
( / а 2 |
+ |
/„)] Гн. |
(76) |
Л £ 7 ^ = / р 1 х + [ / р 1 |
- 0 , 5 |
(7р 2 |
+ |
/ р 3 ) ] хн. |
(77) |
|
|
Л |
|
|
|
Рис. 56. Протекание токов нулевой последова- |
Q |
|
|
|
|
тельности в четырехпроводной цепи. |
|
Q |
|
|
|
Приведенные выше формулы применимы также с некоторым до пущением и для расчета сетей со стальными проводами.
Общий порядок расчета сетей с неравномерной нагрузкой, вклю ченной в звезду или в треугольник, следующий:
1) нагрузку между фазами распределяют по возможности равно мерно;
2)определяют сечение проводов сети, считая нагрузку равномер ной, описанными выше способами;
3)определяют фазные или междуфазные потери напряжения по формулам (72—77).
При значительной разнице потерь напряжений в отдельных фазах или между фазами нагрузки перераспределяют и расчет ведут заново.
Рассмотрим |
несколько частных случаев. |
|
|
Ч е т ы р е х п р о в о д н а я |
с е т ь с |
н е р а в н о м е р н о й |
|
а к т и в н о й |
н а г р у з к о й |
ф а з . В этом случае, встречающемся |
в низковольтных сетях с осветительной и бытовой нагрузками, со ставляющая потери напряжения в реактивных сопротивлениях от
сутствует и |
вся |
потеря напряжения |
по |
фазам |
составляет: |
|||||
Д UA0 |
= |
I, |
г + |
[/, - |
0,5 |
(72 |
+ |
/,)] /у, |
|
|
л |
иво |
= 7 |
2 |
г + |
lh ~ |
0,5 |
(78 |
+ |
/ 4 ) ] /у, |
(78) |
|
AUC0 |
= |
I3r + [ / 3 - 0 , 5 ( / 1 |
+ |
/ 2 )]г н . |
|
||||
При равномерной |
|
нагрузке, |
то |
есть |
при / 1 |
= / 2 = / 3 , второй член |
в каждом из уравнений становится равным нулю. Тогда уравнения превращаются в обычные выражения для фазной потери напряжения в симметричной трехфазной сети с активной нагрузкой.
Сечения, а следовательно, и сопротивления фазных проводов обыч но принимаются одинаковыми. Ток нулевого провода, как правило, меньше фазного тока, поэтому сечение нулевого провода в ряде случаев можно брать меньше, чем фазного, но не менее 50% его значения.
4* |
99 |