6. Оценка качества напряжения у потребителей

Для оценки качества напряжения у потребителей составляется таблица отклонений напряжения (таблица 6.1), из которой определяется допустимая потеря напряжения dUдоп в линиях 0,38 кВ. Таблица составляется для ближайшей расчетной и удаленной трансформаторных подстанций, в проекте ТП 1 является ближайшей и расчетной. Удаленной считается ТП 8, потери напряжения до которой от ГПП имеют наибольшую величину. Из таблицы выясняется, есть ли необходимость в применении дополнительных технических средств для поддержания напряжения у потребителей в допустимых пределах..

Отклонение напряжения в любой точке электропередачи:

n n

δUί%= Σ δUi + Σ ΔUi , (6.1)

i=1 i=1

n

где Σ δUi - сумма надбавок от ГПП до рассматриваемой точки с учетом знака, %;

i=1

n

Σ ΔUi - сумма потерь напряжения от ГПП до рассматриваемой точки, %.

i=1

В качестве минимальной нагрузки рассматривается режим 25 %-й нагрузки, при которой потери напряжения принимаются равными 1/4 части максимальных потерь.

В потребительских трансформаторах рассчитываются потери напряжения, %:

ΔUт%= (Р∙Rт+Q∙Xт) / U ²_тном ∙100 , (6.2)

где Р и Q - активная и реактивная мощности, протекающие через трансформатор (дневные и вечерние), полная мощность которых наибольшая;

Uт ном - номинальное напряжение трансформатора (обмотки высшего напряжения);

Rт и Хт - активное и индуктивное сопротивления трансформатора.

Rт= ΔРк ∙ U ²т ном / Sт ном ; (6.3 )

Хт= Uр % / 100 ∙ Uт ² ном / Sт ном, (6.4)

где Sт ном - номинальная мощность трансформатора, ВА;

Uр % - составляющая потери напряжения в реактивных сопротивления, определяемая через Uк по выражению:

Uр %=√ ( Uк %)² - (ΔРк/Sт ном∙100)² (6.5)

Регулируемая надбавка ПБВ трансформатора подбирается таким образом, чтобы отклонение напряжения δU25_Ш0,4 на шинах 0,4 кВ не выходило за допустимые пределы: +5 % - для потребителей I и II категорий надежности, и +7,5% для потребителей II и III категорий надежности.

Допустимая потеря напряжения во всей линии 0,38 кВ (по абсолютной величине) определяется как разница между отклонением напряжения на шинах 0,4 кВ в 100 %-ном режиме и допустимым отклонением напряжения у потребителя:

ΔU'доп=δU¹⁰⁰ш0,4 - δU¹⁰⁰доп (6.6)

Эта потеря распределяется на две части. Одна часть ΔU'' =2,0% оставляется, согласно ПУЭ [8], на линию внутри помещений, другая - на наружную линию, по которой рассчитываются все наружные линии 0,38 кВ, отходящие от ТП 1, при этом для каждой линии 0,38 кВ должно соблюдаться условие:

ΔUфакт <= ΔUдоп (6.7)

Величина ΔUдоп влияет на выбор сечения провода ВЛ 0,38 кВ: чем больше ΔUдоп, тем меньше сечение провода. Рекомендуется устанавливать ΔUдоп > 6 %. При невыполнении этого условия предлагаются следующие технические мероприятия:

- уменьшить ΔU'' до 1...0.6 %, если линии внутри помещении небольшой длины (например, к линии подключены жилые дома);

- увеличить сечение проводов на некоторых участках ВЛ 10 кВ.

- установить продольно-емкостную компенсацию реактивного сопротивления;

- предусмотреть замену на ГПП трансформатора с ПБВ на трансформатор с РПН и с помощью последнего создать на шинах 110 (35) кВ режим встречного регулирования напряжения.

В практике принятие технических мероприятий обычно рассматривается в указанной последовательности, окончательное решение принимается после технико-экономического сравнения вариантов.

При заполнении таблицы 6.1 используем следующие данные:

Отклонение напряжения на шинах ГПП - из исходных данных;

Потери в линии 10 кВ - из таблицы 5.1;

Потери в трансформаторах 10/0.4 кВ - по формул.(6.2) - (6.5).

6.1 Потери напряжения в ТП 1:

Uр%=√( Uк%)² - (ΔРк/Sт ном∙100)² =√(4.5)²-(1.97/ 100 ∙100) ² = 4.05 %

Rт= ΔРк ∙ Uт ном²/ Sт ном² = 1970*10000² / 100000²=19,7 Ом

Хт= Uр % / 100 ∙ Uт ном² / Sт ном = 4,05/100*10000²/ 10000 =40,46 Ом

ΔUт%= (Р∙Rт+Q∙Xт) / Uтном²∙100 = (114192*19,7+18124*40,459)/ 10000² = 2,98 %

6.2 Потери напряжения в ТП 8:

Uр%=√ ( Uк%)² - (ΔРк/Sт ном∙100)² = √(4.5) ²-(2,65/160 ∙100) ² = 4.18 %

Rт= ΔРк ∙ Uт ном²/ Sт ном² = 2650*10000² /160000²=10,35 Ом

Хт= Uр % / 100 ∙ Uт ном² / Sт ном = 4,18/100*10000²/ 16000 =26,13 Ом

ΔUт%= (Р∙Rт+Q∙Xт) / Uтном²∙100 = (91600*10,35+18300*26,13)/ 10000² = 1,43 %

6.3 Допустимые потери напряжения в линиях :

ΔU'_доп= δU¹⁰⁰_ш0,4 – δU¹⁰⁰_доп = 4,3 - (-5,0) = 9,3 %

ΔU_доп= ΔU' – ΔU'' = -9,3 - (-2) = -7.3 %

ΔU'_доп= δU¹⁰⁰_ш0,4 – δU¹⁰⁰_доп = 4,2- (-5)= 9,2 %

ΔU_доп= ΔU' – ΔU'' = -9,2 - (-2) = - 7,2 %

Элемент электропередачи	Величина	Ближайшая ТП-1 10/0,4			Удаленная ТП-8 10/0,4
		Нагрузка,%
		100	25	100		25
Шины 10 кВ ГПП Линия 10 кВ Трансформатор 10/0,4: Потеря напряжения Надбавка конструктивная Надбавка регулируемая Шины 0,4 кВ Линия 0,38 кВ Наружная часть Внутренняя часть	δUш10 ΔU10 ΔUT δUT δUT δUш0,4 ΔU’ ΔUдоп ΔU’’	+6,0 -1,27 -2,98 +5,0 -2,5 4,3 -9,3 -7,3 -2	+3,0 -0,32 -0,75 +5,0 -2,5 4,4 - - -	+6,0 -2,87 -1,43 +5,0 -2,5 4,2 -9,2 -7,2 -2		+3,0 -0,72 -0,36 +5,0 -2,5 4,4 - - -
Удаленный потребитель	δUдоп δUфакт	-5,0 -3,7	+5,0 +1	-5,0 -		+5,0 -

Таблица 6.1 - Отклонения напряжения потребителя

7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38 кВ

К линии Л1 подключен потребитель, имеющий крупный асинхронный электродвигатель, при запуске которого протекают большие пусковые токи, вызывая значительные потери напряжения. Поэтому выбор проводов в линии Л1 производим по экономическим интервалам нагрузки, пользуясь при этом данными таблицы 2.1 и 7.1 [2].

Полная мощность потребителя составляет 53 кВА, в соответствии с таблицой интервалов экономических нагрузок выбираем провод А95. Выбранное сечение провода проверяем по допустимому нагреву ( таблица 5.5 [2] ):

I_раб ≥ I_{р max},

320А ≥ 81А,

Провод по нагреву проходит.

Проверяем провод по допустимой потере напряжения :

L ∙ (P∙ r₀ + Q ∙ x₀ ) 0.06 ∙ (40000 ∙ 0.299 + 35000 ∙ 0.300)

ΔU_факт = ———————— ∙ 100= ———————————————— ∙100 =0.93 %

U²_ном 380²

ΔU_факт ≤ ΔU_доп ,

0,93 % ≤ 7,3 % - условие выполняется

Расчет линии Л2 производим по допустимой потере напряжения. Задаемся реактивным сопротивлением x₀ = 0,4 Ом/км.

Q∙x₀∙L 57700∙0.400∙0.15

ΔUp% = ——— 100 % = ———————— ∙100% = 2.40 % (7.1)

Uном² 380²

где Q – наибольшая реактивная мощность, вар ( дневная или вечерняя ).

ΔUа.доп% = ΔUдоп% - ΔUр% = 7.3 – 2.40 = 4.9 % (7.2)

P∙L∙100 66500∙150∙100

Fрасч = ———————— = ——————— = 44.1 мм (7.3)

γ*ΔUа.доп∙Uном² 32∙4.90∙380²

где γ = 32 м/Ом мм² – удельная проводимость алюминия;

P – активная мощность из того же максимума, что и Q ,Вт ;

Uном = 380 В.

Fстанд ≥Fрасч = 50 ≥ 44,1, мм² (7.4)

Выбираем провод АС50 и проверяем его на нагрев :

I_раб ≥ I_{р max},

215А ≥ 134А,

Провод по нагреву проходит.

Проверка провода по потере напряжения проводится аналогично как и для Л1:

ΔU_факт ≤ ΔU_доп ,

6,03 % ≤ 7,3 % - условие выполняется

Выбор проводов в линии Л3 производим по допустимой потере напряжения

Определяется допустимая потеря напряжения на участке 0-1 в процентах:

S _0-1∙L _0-1 38700 ∙ 0.05

ΔUдоп 0-1% = ΔUдоп∙———————— =7.30∙—————————— = 4.47 % (7.5)

S _0-1∙L _0-1 + S _1-2∙L _1-2 38700∙0.05+ 12259∙0.10

Q∙x₀∙L 20200∙0.4 ∙ 0.05

ΔUp0-1% = ——— 100%= ———————100% = 0.28%

Uном² 380²

ΔUа.доп0-1% = ΔUдоп% - ΔUр0-1% = 4.47 - 0.28 = 4.19 %

P∙L∙100 33000∙ 50∙100

Fрасч = ———————— = ———————— = 8.52 мм²

γ∙ΔUа.доп∙Uном² 32∙ 4.19∙380²

Fстанд ≥Fрасч = 25 ≥ 8.52 мм²

Выбираем провод АС25 и проверяем его на нагрев :

I_раб ≥ I_{р max},

135А ≥ 59А,

Провод по нагреву проходит.

Проверка провода по потере напряжения :

ΔU_факт ≤ ΔU_доп ,

1,54 % ≤ 4.47 % - условие выполняется

Определяется допустимая потеря напряжения на участке 1-2 в процентах:

S _1-2∙L _1-2 12259 ∙ 0.10

ΔUдоп1-2% = ΔUдоп ————————– =7.30∙—————————— = 2.83 % (7.6)

S _0-1∙L _0-1 + S _1-2∙L _1-2 38700∙0.05+ 12259∙0.10

Q∙x₀∙L 6800∙0.4 ∙ 0.10

ΔUp1-2% = ——— 100%= ———————100% = 0.19 %

Uном² 380²

ΔUа.доп1-2% = ΔUдоп% - ΔUр1-2% = 2.83 – 0.19 = 2.64 %

P∙L∙100 10200∙100∙100

Fрасч = ———————— = ———————— = 8.36 мм²

γ∙ΔUа.доп∙Uном² 32∙ 2.64∙380²

Fстанд ≥Fрасч = 25 ≥ 8.36 мм²

Выбираем провод АС25 и проверяем его на нагрев :

I_раб ≥ I_{р max},

135А ≥ 19А,

Провод по нагреву проходит.

Проверка провода по потере напряжения :

ΔU_факт ≤ ΔU_доп ,

1,0 % ≤ 2.83 % - условие выполняется

Необходимо учесть также следующие условия :

ΔU_доп = ΔU_{доп 0-1} + ΔU_{доп 1-2} = 4.47 + 2.83 = 7.3 % (7.7)

ΔU_{факт 0-1} + ΔU_факт1-2 ≤ ΔU_доп , % (7.8)

1,54 +1,0 = 2,54 % < 7,3 % - условие выполняется

Таблица 7.1 - Сводные данные расчета линий 0,38 кВ

Линия	Провод	Rо, Ом/км	Хо, Ом/км	Iрмах, А	Iдоп, А	ΔUф, %	ΔUдоп, %
Л1 Л2 Л3	АС95 А50 АС25	0,299 0,592 1,14	0,300 0,325 0,345	81 134 59	320 170 130	0,93 6,03 2,54	7,3 7,3 7,3

Орпеделяется фактическое отклонение напряжения у самого отдаленного потребителя для всех трех линий.

δU_факт = δU_доп – (ΔU_доп - ΔU_факт ) = -5,0 –(-7,3 –(-6,03)) = -3,7 % (7.8)

Полученное значение записывается в таблицу 6.1.

8.ПРОВЕРКА СЕТИ НА УСПЕШНЫЙ ЗАПУСК КРУПНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

При запуске крупных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (ЭД), потери напряжения в сети увеличиваются вследствие протекания пусковых токов, напряжение может снизиться настолько , что двигатель не запустится, так как его электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения. Допустимое снижение напряжения на запускаемом ЭД из условия успешного запуска определяется :

Мтрог+Мизб

δUдоп пуск%=(1 - √ —————— )∙100 , % (8.1)

Мпуск

где Мтрог - момент трогания рабочей машины, приведенный к валу ЭД (приложение 4);

Mизб=0,2...0,3 Мном - избыточный момент, необходимый для ускорения системы 'электродвигатель - рабочая машина' Мном и Мпуск - номинальный и пусковой моменты ЭД. Если все моменты разделить на Мном, т.е. выразить в относительных единицах, то выражение (8.1) примет вид:

m_трог + 0,2..0,3

δUдоп пуск%=(1 - √ —————— )∙100 , % (8.2)

m_пуск

Успешный запуск ЭД возможен, если фактическое снижение напряжения в момент пуска не превышает (по абсолютной величине) допустимого

δUфакт.пуск ≤δUдоп.пуск, % (8.3)

Фактическое отклонение напряжения определяется по формуле

δUфакт пуск% = ΔUпуск% + δUш0,4%, (8.4.)

где δUш0,4 - фактическое отклонение напряжения на ЭД перед пуском на шинах 0,4 кВ (меньшее из отклонений 100 или 25 % режимов), подставляется со знаком <плюс>, если напряжение ниже номинального и <минус> - если напряжение выше номинального.

ΔUпуск - потеря напряжения в трансформаторе от пускового тока, определяется по упрощенной формуле:

Zт + Zл

ΔUпуск = ——————∙100% , (8.5)

Zт + Zл + Zэд

где Zт - полное сопротивление трансформатора;

Uк% U ² т ном

Zт = ——— ∙ ———— , Ом (8.6)

100 Sт ном

Здесь Uт ном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения;

Полное сопротивление линии Л1 определяется:

Zл=Lv√ r₀²+х₀² , Ом (8.7)

Cопротивление электродвигателя в пусковом режиме находится по формуле:

Uном

Zэд = —————— , Ом (8.8)

√3*Кi*Iэд ном

где Uном и Iэд ном - номинальные напряжения и ток электродвигателя;

Кi - кратность пускового тока.

Сопротивления в (8.5) складываются по модулю. Если расчетом устанавливается, что двигатель может не запуститься, то необходимо провести более точные расчеты (не по упрощенным формулам), считая отклонение напряжения на шинах 10 кВ ТП 1 не меняющимся при пуске ЭД. Если и при этом условие (8.3) не будет выполнено, то завышается сечение проводов в линии Л1 и делается корректировка в табл. 7.1

Таблица 8.1 – Данные асинхронного двигателя дробилки кормов ДБ – 5 – 1

Двигатель	РДВИГ, кВт	n. мин-1	КПД	cos φ	Iст, А	mтрог	mпуск	KI
АИР200М4	40	1500	0.92	0.87	57	1.00	1.7	7.0

Допустимое снижение напряжения на запускаемом электродвигателе :

1.0 + 0,2

δUдоп пуск%=(1 - √—————— )∙100 = 16 %

1.7

Сопротивление электродвигателя :

380

Zэд = ——————— = 0.55 Ом

1.73∙7.0∙57

Сопротивление трансформатора :

4,5 380²

Zт = ——— ∙ ———— = 0.065 Ом

100 100000

Полное сопротивление линии Л1:

Zл=0.06∙√ 0.299²+0.300² = 0.025 Ом

Потеря напряжения в линии и трансформаторе от пускового тока :

0.065 + 0.025

ΔUпуск = ————————— ∙100% = 14 %

0.0.65+ 0.025+ 0.55

Фактическое отклонение напряжения :

δUфакт.пуск = ΔUфакт + δUпуск = 14 – 4.3 = 9.7 %

где ΔUфакт - из таблицы 6.1

Успешный запуск ЭД возможен, если фактическое снижение напряжения в момент пуска не превышает (по абсолютной величине) допустимого:

δUфакт.пуск ≤ δUдоп.пуск

9.7 ≤ 16 %

Условие выполняется, следовательно двигатель запустится.

9. КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЛИНИЙ 0,38 И 10 кВ И ТП10/0,4 кВ

Линия 10 кВ

Концевые опоры устанавливаются в начале ВЛ и вблизи всех потребительских ТП. Количество - 10 шт.

Угловые опоры устанавливаются в точках поворота и подсоединения ВЛ. Выбираем угловые опоры анкерного типа. Количество - 7 шт. Промежуточные опоры устанавливаем на прямых участках трассы. Крепление проводов к штыревым изоляторам при помощи проволочной вязки. Количество опор выбираем в зависимости от длины линии и пролета. Данные выбираем по приложению 5 [3]:

Для провода АС 70 длина пролета - 65 м;

Суммарная длина линии - 10600 м;

Для провода АС 35 длина пролета - 80 м;

Суммарная длина линии - 6500 м;

Общее количество промежуточных опор равно

N = 10600/65 +6500/80 = 244 шт

Тип изоляторов ШФ - 10В

Траверсы для опор 10 кВ металлические.

На концевых и угловых опорах устанавливается по 6 траверс, на промежуточных опорах – по 1.

Параметры выбранных опор ВЛ 10 кВ представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Параметры опор ВЛ 10 кВ

Шифр опоры	Кол – во опор	ЖБ стойки СНВ-2,7-11		Масса металлоконструкций, кг	Количество изоляторов	Проволока вязаная, м	Кол - во траверс
		шт	м3
К10-2В (концевая) УА10-2Б (угловая) П10-2В (промежут.)	10 7 244	20 14 244	18 12.6 110.8	906 784 5261	120 84 732	132 92.4 1611	60 42 244

Линия 0,38 кВ (на примере ТП1)

Концевые опоры - тип КАа-2 - 7 шт.

Угловые опоры - тип ААа-2 - 2 шт.

Промежуточные опоры - тип ППа-2.

Длина пролета Lпр - 35 м.

Количество промежуточных опор:

Линия Л1: N = Lл1 / Lпр = 60/35 = 2 шт.

Линия Л2: N = Lл2 / Lпр = 150/35 = 4 шт.

Линия Л3: N = (Lл0-1+Lл1-2) / Lпр = 220/35 = 6 шт.

Всего промежуточных опор 10 шт.

Изоляторы - фарфоровые типа ТФ-20 (по 5 штук на опору)

Для крепления изоляторов используем крюки.

Выбираем трансформаторную подстанцию для ТП1

Тип КТП- 100 10/0,4-У1

Основные технические характеристики приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2 – Технические характеристики ТП1

Uном вн, кВ	Iном, А	Iном пв, А	Iном Л1, А	Iном Л2, А	Iном Л3, А
10	7,0	16	80,8	133,8	58,8