Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
60
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
22.99 Mб
Скачать

Чтобы 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 +

0

— г)

/ 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(72)

По аналогии

A UB0

— /в

z +

(z0

z)

 

/0;

 

А ^со =

1г

+

(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

+

а 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ