Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
идельчик / гл 6 повтор / гл 6 повтор.doc
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.04.2015
Размер:
1.22 Mб
Скачать

ния приведенные затраты определяются по выражению (6.31), которое можно переписать в следующем виде:

. (6.37)

На рис. 6.7, а зависимости расчетных затрат показаны для сечений ,и , причем >>.Постоянная часть

Рис. 6.7. Выбор сечения по экономическим интервалам токовых нагру- зок:

а – построение экономических интервалов: б, в варианты схемы сети

затрат соответствует первому слагаемому в (6.37). Второе слагаемое соответствует стоимости потерь электроэнергии (6.29) и зависит от квадрата тока, поэтому кривые приведенных затрат–параболы. Чем больше сечение, тем больше пологость парабол. Точка пересечения кривой с кривой определяет значение наибольшего тока , при котором приведенные затраты в варианте с сечением равны приведенным затратам в варианте с сечением . Если ток в линии меньше то наименьшие затраты со- ответствуют сечению, т.е. экономически целесообразно выбрать именно это сечение. Значения тока от нуля до ,–экономический интервал для первого сечения. Если ток находится в пределах от до, экономически це- лесообразным будет второе сечение. При токе, большем , выбирается сечение .

При использовании экономических интервалов тока необходимо уточнение понятия наибольшего тока линии. Сечения проводов надо выбирать по расчетной токовой на- грузке линии , которая определяется по выражению

, (6.38)

где - ток в линии на пятый год ее эксплуатации в нор- мальном режиме, определяемый для линий питающей и распределительной сетей из расчета режима, соответст- вующего максимуму нагрузки энергосистемы; коэф- фициент, учитывающий изменение нагрузки по годам экс- плуатации линии; –коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линиии коэффициент ее попадания в максимум энергосистем.

Для линий 110–220 кВ значение , принимается рав- ным 1,05, для линий более высокого напряжения этот ко- эффициент определяется по специальным выражениям, а коэффициент по таблице [10].

Экономические интервалы тока для выбора сечений про- водов воздушных линий 35–750 кВ приведены в [10, табл. 7.8] в зависимости от напряжения, расчетной токовой нагруз- ки, определенной по (6.38), района по гололеду, материала опор и количества цепей в линии. Таблица составлена для всех стандартных сечений проводов для четырех регионов нашей страны.

Если расчетная токовая нагрузка превышает верхнюю границу интервала использования максимального сечения для данного напряжения, то надо рассмотреть варианты усиления сети. Например, для линии 110 кВ наибольшее сечение равно 240 мм2. Предельная экономическая нагруз- ка на одну цепь для одноцепной линии 110 кВ с железобе- тонными опорами при сечении 240 мм2 равна 370 А. Допу- стим, что определенная расчетом наибольшая расчетная нагрузка равна 450 А, т. е. больше, чем предельная нагруз- ка при =240 мм2. В этом случае необходимо технико- экономическое сравнение варианта одноцепной линии 110 кВ с =240 мм2 и наибольшей расчетной нагрузкой 450 А с вариантом двухцепной линии этого же напряжения при нагрузке на одну цепь 225 А, а также с вариантом ли- нии напряжением 220 кВ.

Если расчетная токовая нагрузка меньше нижней гра- ницы интервала применения минимального сечения данно- го напряжения, то необходимо сравнение с вариантом ли- нии более низкого напряжения.

В настоящее время для строительства воздушных ли- ний применяется большое количество сечений проводов: для линий 110 кВ–семь, 220–330 кВ–четыре, 500 кВ– три. Это противоречит принципам унификации линий. Про- веденные институтом Энергосетьпроект исследовательские и конструкторские работы по унификации линий обоснова- ли целесообразность применения сокращенной номенкла- туры сечений проводов воздушных линий 110–750 кВ, сооружаемых на унифицированных опорах. В сокращенной номенклатуре проводов количество сечений для воздушных линий 110 кВ–три, для линий каждого из напряжений 220–750 кВ –два. Экономические интервалы тока для воз- душных линий сокращенной номенклатуры проводов при- ведены в [10, табл. 7.9].

Аналогично экономическим интервалам токовых нагру- зок для выбора сечений проводов воздушных линий могут быть построены экономические интервалы мощностей, пе- редаваемых по линиям. В [10, табл. 7.10 и 7.11] приведены экономические интервалы мощности при полной и сокра- щенной номенклатуре сечений.

Экономические интервалы токов и мощностей подсчи- таны для сечений, которые равны минимально допустимым по условиям короны или больше них. Поэтому проверять по условиям короны надо только воздушные линии 110 кВ и выше, прокладываемые по трассам с отметками выше 1500 м над уровнем моря.

Проверять по допустимым потерям и отклонениям на- пряжения сечения воздушных линий 35 кВ и выше не надо, так как повышение уровня напряжения путем увеличения сечения проводов таких линий экономически нецелесооб- разно. Сечения проводов воздушных линий необходимо про- верить по допустимому нагреву в послеаварийном режиме (см. § 6.9).

Пример 6.4. На рис. 6.7, б и в показаны варианты схем проектируе- мой сети с номинальным напряжением 110 кВ. Длины линий в кило- метрах указаны на рисунках. Нагрузки подстанций:

= 17 МВт; = 36 МВт; = 39 МВт: = 22 МВт; =41 МВт;

коэффициенты мощности нагрузок всех подстанций одинаковы и равны =0,8. Выберем сечения сталеалюминиевых проводов по экономи- ческим интервалам тока, принимая для всех подстанций одно и то же время наибольшей нагрузки =3800 ч.

Вариант 1. Определим распределение мощности в проектируемой сети по первому закону Кирхгофа:

== 36 + 39 = 75 МВт; = 39 МВт; МВт;

МВт; = 41 МВт.

В нормальном режиме работы сети наибольший ток в каждой це- пи линии равен

;

Расчетную токовую нагрузку цепи определим по формуле (6.38):

,

где =1,05; = 0,8 [10];

=206,6 А;

= 107,4 А;

= 220,4 А;

= 159,9 А;

= 113 А.

По [10, табл. 7.8) выбираем сечения сталеалюминиевых проводов:

= 185 мм2; = 120 мм2 ; = 240 мм2 ; = 150 мм2;

= 120 мм2.

Проверка выбранных сечений по допустимому нагреву рассмотрена в примере 6.8.

Вариант 2. Для кольца 1231 находим сначала активные мощности на головных участках (см. гл. 3) по активным мощностям и длинам ли- ний:

;

где =23+50=73 км; =50 км; =103 км;

=44,45 МВт;

=30,55 МВт.

Правильность найденных значенийиподтверждается следу- ющей проверкой:

+=44,45+30,55==75 МВт.

Мощность в линии 23 определим в соответствии с первым законом Кирхгофа:

= 44,45–36 = 8,45 МВт.

Мощности в линиях 14, 45 и 56 те же, что и в варианте 1

Далее расчет производим аналогично расчету варианта 1:

Линия

12

23

13

14

45

56

Расчетный наибольший

ток цепи линии , А

291,6

55,44

200,4

262,4

190,3

134,5

Расчетная токовая на- грузка цепи линии , А

244,9

46,57

168,3

220,4

159,9

113

Сечение провода, мм2 .

240

70

185

240

150

120

6.7. Особенности определения сечения линий в распределительных сетях по допустимой потере напряжения

Допустимые потери напряжения в распределительной сети –это такие потери напряжения, при которых в резуль- тате регулирования напряжения отклонения напряжения на зажимах всех ЭП не выходят за пределы предусмотрен- ных ГОСТ технически допустимых значений (см. § 5.1), т.е. выполняются условия (5.12). Допустимая потеря напряже- ния в распределительной сети всегда должна быть больше наибольшей потери напряжения или равна ей, т. е. должно выполняться следующее условие:

. (6.39)

Напряжение источника питания примерно постоянно. Если наибольшая потеря напряжения больше, чем допус- тимая, то в конце линии, например на рис. 6.8, а в узле 4, будет очень низкое напряжение и обеспечить выполнение (5.12) невозможно.

В распределительных сетях 0,38–20 кВ сечение линий надо выбирать так, чтобы выполнялось условие (6.39). Ес- ли при проектировании увеличить сечение провода линии , то уменьшатся активное и реактивное сопротивления и соответственно уменьшится наибольшая потеря напряже- ния

(6.40)

Зависимости удельных активных и индуктивных сопро- тивлений проводов от сечения показаны на рис. 6.8, г. При изменении в питающих сетях меняется мало, а >. В питающих сетях возможности регулирования велики и изменение сечения для уменьшения экономически не оправдано, поэтому условие (6.39) при выборе не учиты- вается (см. § 6.6). В распределительных сетях >. При увеличении сечения сильно уменьшается и потери напря- жения существенно уменьшаются. В распределительных се- тях возможности регулирования U невелики и при выборе F учитывается условие (6.39).

Особенности выбора сечений в распределительных се- тях 0,38–20 кВ обусловлены необходимостью учитывать при выборе F условия экономичности (см. § 6.6), допусти- мых потерь напряжения (6.39) и нагрева (см. § 6.8). Се- чения в сетях до 1 кВ, кроме случаев, указанных в § 6.6,

Рис. 6.8. Зависимость удельных сопротивлений воздушной линии от се- чения:

а–линия с четырьмя узлами; б–линия с п узлами; в–двухцепная линия с тре- мя узлами; е– зависимости

и в сетях 6–20 кВ определяются по условиям экономично- сти (по ), по и допустимому нагреву. Сечения в се- тях до 1 кВ в случаях, указанных в § 6.6, определяются по условиям и нагрева [16].

Следует отметить, что для определения сечений по раз- личным условиям можно использовать несколько алгорит- мов, дающих один и тот же результат. Первый заключает- ся в первоначальном выборе сечения проводника по одно- му, наиболее определяющему условию, например по , и в дальнейшей проверке этого сечения по другим услови- ям, например по (6.39), нагреву и т. д. Второй алгоритм предполагает нахождение стандартного сечения по каждо- му условию и дальнейший выбор наибольшего из них. На практике обычно применяется более простой, первый алго- ритм. При его использовании важное значение имеет опре- деление основного условия, в соответствии с которым пер- воначально выбирается сечение. Это условие может быть разным для городских, промышленных и сельских сетей в зависимости от характера сети и нагрузки. Для распре- делительных сетей таким основным условием, определяю- щим выбор F, часто является (6.39). Будем называть сече- нием , выбранным по условию допустимой потери на- пряжения, такое наименьшее стандартное сечение, которое удовлетворяет условию (6.39).

Поясним, почему при использовании второго алгоритма выбирается наибольшее из сечений, удовлетворяющих раз- ным условиям. Сравнение сечений, выбранных по допусти- мой потере напряжения и по экономической плотности то- ка, не следует делать в сетях до 1 кВ для тех перечислен- ных (см. § 6.6) случаев, когда сечение не следует выбирать по экономической плотности тока. Во всех ос- тальных случаях надо определить кроме сечения , вы- бранного по допустимой потере напряжения, сечение , выбранное по экономической плотности тока (см. § 6.6). Если выполняется условие

>,

то потери напряжения при будут меньше, чем при. В этом случае следует выбрать, так как ограничения по допустимой потере напряжения для экономического се- чения соблюдаются.

Если <, то наибольшая потеря напряжения при будет больше допустимой. В этом случае надо выби- рать для соответствующих участков проектируемой сети сечения по допустимой потере напряжения. Аналогич- но сечения инадо сравнить сF, выбранным по условию допустимого нагрева (см. § 6.8).

Выбор сечения линий по допустимой потере напряже- ния достаточно прост, если сеть имеет только один участок. В этом случае допустимые потери напряжения в соответст- вии с (6.40) однозначно определяют сечения проводов. Для сети с несколькими участками нельзя однозначно выбрать сечения участков по .Можно выбрать различные зна- чения удовлетворяющие (6.39). Для сети с несколь- кими участками для однозначного выбора кроме (6.39) могут быть наложены дополнительные условия, косвенно отражающие условия экономичности. Этим условием может быть, например, соображение о целесообразности выбора неизменного по всей линии с несколькими нагрузками се- чения проводов. В ряде случаев используется условие ми- нимума расхода металла или минимума потерь мощности в линии. Все три рассмотренных способа выбора сечения определяются допустимой потерей напряжения. Каждый из них удовлетворяет (6.39) и еще одному условию, кото- рое и определяет область применения этого способа выбо- ра сечения в распределительных сетях.

Проанализируем выбор сечения по допустимым потерям напряжения при использовании каждого из условий.

Выбор сечения из условия его равенства на всех участ- ках линии, . Это условие используется при выборе сечения проводов и кабелей в городских электри- ческих сетях. Равенство сечений проводов обеспечивает наиболее выгодные условия для строительства и монтажа сети или ее участков. Особые преимущества такая струк- тура имеет для линий с большим количеством нагрузок, достаточно близко расположенных друг к другу.

Рассмотрим схему замещения линии на рис, 6.8, б. Оп- ределены конструкции линии и марки проводов (но не их сечения). Известны мощности k-го узла , расстояние между узлами , допустимая потеря напряжения . Надо определить сечение F.

Наибольшая потеря напряжения в линии находится по формуле (3.61):

, (6.41)

где kначало участка линии; jконец участка линии; , сопротивления участка линии; актив- ная и реактивная мощности на участке линии.

Представим допустимую потерю напряжения в линии в виде двух слагаемых:

, (6.42)

где соответствует первому слагаемому в (6.41), т.е. это как бы допустимая потеря напряжения в активном сопротивлении линии ; соответствует второму сла- гаемому в (6.41), т. е. это допустимая потеря напряжения в реактивном сопротивлении линии.

Пусть наибольшая потеря напряжения равна допусти- мой потере напряжения:

. (6.43)

Отсюда получим

; . (6.43а)

Реактивное удельное сопротивление при изменении сечения изменяется мало (рис. 6.8, г). Поэтому для распре- делительной сети при постоянном сечении участков линии выбор сечения ведется в следующем порядке:

а) задаем значение, например для воздушных линий =0,4 Ом/км, а для кабельных линий 6–10 кВ и до 1 кВ – 0,09 и 0,06 Ом/км соответственно;

б) находим из (6.43а) ;

в) находим из (6.42) ;

г) определяем сечениеF.

Допустимая потеря напряжения на активном сопротивле- нии линии

.

Учитывая, что

где – расчетное удельное сопротивление проводника; расчетная удельная проводимость проводника, допустимую потерю напряжения на активном сопротивлении линии мож- но охарактеризовать следующим выражением:

. (6.44)

Из (6.44) сечение можно определить следующим обра- зом:

. (6.45)

Найденное сечение F должно быть округлено до бли- жайшего стандартного, после чего проверяется условие (6.39). Если данное условие не выполняется, то сечение на- до увеличить.

Выбор сечения из условия минимума потерь мощности. Можно показать, что минимум потерь мощности соответ- ствует постоянной плотности тока, т. е. при этом плотность тока на всех участках линии одинакова:

,

где плотность тока, выбираемая по допустимой по- тере напряжения. Это дополнительное условие использует- ся при выборе сечений в сетях систем электроснабжения промышленных предприятий. В этих сетях относительно короткие линии и большие нагрузки, т. е. расход металла мал, а потери электроэнергии велики. Экономия потерь мощности и электроэнергии имеет особенно важное значе- ние в промышленных сетях.

Условия выбора сечения те же, что и в предыдущем слу- чае. Известны мощности k-го узла , расстояние между узлами , допустимая потеря напряжения . Надо определить сечение на участках . Разница в том, что сечение на участках , разное, но постоянна плот- ность тока .

Для распределительной сети при одинаковой плотности тока на всех участках линии расчет ведется в следующем порядке:

а) принимаем =0,4 Ом/км;

б) находим по выражениям, (6.43а) и (6.42);

в) находим плотность тока по допустимой потере напря- жения и затем определяем сечения на всех участках линии .

Из выражения (6.44) плотность тока по допустимой по- тере напряжения определяется так:

.

По найденной плотности тока легко определяются рас- четные сечения:

.

Расчетные сечения округляем до ближайших стандарт- ных. Определяем активное и реактивное сопротивления на участках линии . Рассчитываем наибольшую потерю напряжения по (6.40), используя параметры линии, выпол- ненной проводами найденных сечений, и проверяем, удов- летворяют ли выбранные стандартные сечения требованию (6.39). Если это условие не выполняется, то увеличиваем сечения.

Выбор сечения из условия минимального расхода про- водникового материала на сооружение линии [1]. Это до- полнительное условие используется в сельских сетях при малой их загрузке, где экономия металла важнее, чем эко- номия потерь электроэнергии. В случае n нагрузок сечение последнего (n-1) n-го участка линии (см. рис. 6.8, б) оп- ределяется следующей формулой:

,

где , сечение и поток мощности последнего участка (n-1);мощность и длина участка – расчетное удельное сопротивление проводника.

Сечения остальных участков могут быть найдены на ос- новании соотношения

.

Дальнейший ход выбора, как и в ранее рассмотренных случаях, предусматривает округление найденных значений сечений до ближайших стандартных, проверку условия и изменение найденных сечений, если это ус- ловие не удовлетворяется.

Пример 6.5. Для питания ряда нагрузок проектируется радиальная кабельная сеть трехфазного переменного тока напряжением 0,38 кВ (рис. 6.8, в). Длины участков сети, нагрузки и их коэффициенты мощ- ности равны 40 м; =100 м; =77 кВт; =130 кВт; =0,98. Допустимая потеря напряжения в процентах номиналь- ного равна =4%. Определим сечение кабельных линий по до- пустимой потере напряжения при одинаковых сечениях участков линий.

По первому закону Кирхгофа определим активную мощность, пере- даваемую по линиям:

= 77 + 130 = 207 кВт; = 130 кВт.

Реактивная мощность в линиях равна

= 42 квар; = 26,4 квар.

Примем удельное индуктивное сопротивление всех линий равным 0,06 Ом/км и определим ориентировочное значение потери напряжения в реактивном сопротивлении линий из формулы (6.43а):

Допустимая потеря напряжения равна

= 15,2 В.

Вычислим допустимую потерю напряжения в активных сопротивле- ниях кабеля:

= 14,9 В.

Определим токи в линиях:

= 160,5 А;

= 100,8 А.

По выражению (6.45) найдем сечение жилы кабеля:

.

Ближайшее большее стандартное сечение равно 70 мм2. Выбранное сечение кабеля проверим по условию (6.39):

= 5 В;

;

Наибольшая потеря напряжения в процентах равна

= 3,37%.

Следовательно,

<,

т. е. выбранные кабели удовлетворяют условию (6.39) и увеличивать сечения не требуется.

Пример 6.6. На рис. 6.6, б показана схема варианта проектируемой кабельной сети с номинальным напряжением 10 кВ. Нагрузки подстан- ций сети равны =1880 кВт; =1930 кВт. Коэффициенты мощности нагрузок всех подстанций одинаковы и равны 0,96. Допустимые потери напряжения в сети в процентах номинального составляют 4 °/о. Длины линий равны = 0,64 км; =0,5 км. Сечения на всех участках линии равны.

Определим сечение жилы кабеля по допустимой потере напряжения.

Активные и реактивные мощности в линиях равны (пример 3.7)

=3810 кВт; = 1930 кВт; = 1113 квар; =564 квар.

Примем удельное индуктивное сопротивление всех линий = =0,09 Ом/км и определим ориентировочное значение потери напряже- ния в реактивном сопротивлении линий по формуле (6.43а):

= 4,5 В.

Допустимые потери напряжения равны

10 000 = 400 В

Найдем потери напряжения, которые могут быть допущены в ак- тивных сопротивлениях кабеля:

=400-4,5=395,5В.

Токи в линиях равны (пример 6.3)

= 114,6 А; = 58 А.

По выражению (6.45) определим сечение жил кабеля:

Так как по условию механической прочности сечение жил кабеля 10 кВ не должно быть меньше 35 мм2, то принимаем стандартное сече- ние =35 мм2.

По табл. П.2 найдем удельные активное и индуктивное сопротивле- ния кабеля 10 кВ сечением 35 мм2 и по выражению (3-61) определим наибольшую потерю напряжения в линиях:

Найдем наибольшую потерю напряжения в сети в процентах :

Условие (6.39) выполняется, и увеличивать сечение не требуется.

Удельное реактивное сопротивление кабеля напряжением 10 кВ очень мало и не учитывается в схеме замещения (ом. § 3,2). Поэтому можно определять сечение кабеля, считая, что При этом получим то же сечение кабеля, кото- рое получили выше при предположении =0,09 Ом/км: