6.5. Выбор номинального напряжения

Номинальное напряжение электрической сети сущест- венно влияет как на ее технико-экономические показатели, так и на технические характеристики. Так, например, при повышении номинального напряжения снижаются потери мощности и электроэнергии, т. е. снижаются эксплуатаци- онные расходы, уменьшаются сечения проводов и затраты металла на сооружение линий, растут предельные мощно- сти, передаваемые по линиям, облегчается будущее разви- тие сети, но увеличиваются капитальные вложения на со- оружение сети. Сеть меньшего номинального напряжения требует, наоборот, меньших капитальных затрат, но приво- дит к большим эксплуатационным расходам из-за роста потерь мощности и электроэнергии и, кроме того, обладает меньшей пропускной способностью. Из сказанного очевид- на важность правильного выбора номинального напряже- ния сети при ее проектировании.

Номинальные напряжения электрических сетей в СССР (табл. 6.4) установлены действующим стандартом (ГОСТ 721–77*).

Таблица 6.4. Номинальные междуфазные напряжения, кВ, для напряжений выше 1 кВ по ГОСТ 721–77* (СТ СЭВ 779–77)

Сети и приемники электроэнергии	Генераторы и син- хронные компенса- торы	Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН		Трансформаторы и автотрансформаторы с РПН		Наибольшее рабочее напряжение электро- оборудования
		Первич- ные обмотки	Вторич- ные обмотки	Первич- ные обмотки	Вторич- ные обмотки
(3)	(3,15)	(3)/(3,15)	(3,15) и (3.3)	-	(3,15)	(3,6)
6	6,3	6/6,3	6,3 и 6,6	6/6,3	6,3 и 6,6	7,2
10	10,5	10/10,5	10,5 и 11	10/10,5	10,5 и 11	12
20	21	20	22	20/21	22	24
35	-	35	38,5	35 и 36,75	38,5	40,5
110	-	-	121	110 и 115	115 и 121	126
(150)	-	-	(165)	(158)	(158)	(172)
220	-	-	242	220 и 230	230 и 242	252
330	-	330	347	330	330	363
500	-	500	525	500	-	525
750	-	750	787	750	-	787
1150	-	-	-	1150	-	1200

Примечания: 1. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются.

2. В знаменателе приведены напряжения для трансформаторов и автотранс- форматоров, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряже- ния электрических станций или к выводам генераторов.

Экономически целесообразное номинальное напряже- ние зависит от многих факторов: мощности нагрузок, уда- ленности их от источников питания, их расположения отно- сительно друг друга, от выбранной конфигурации электри- ческой сети, способов регулирования напряжения и др. Ориентировочное значение можно определить по зна- чению передаваемой мощности и расстоянию, на которое она передается. Напряжение выбирают, исходя из получен- ного распределения потоков мощности и протяженности участков сети. Чем больше передаваемая по линии мощ- ность и расстояние, на которое она передается, тем выше по техническим и экономическим нормам должно быть но- минальное напряжение электропередачи. Номинальное на- пряжение можно приближенно оценить одним из следую- щих способов: а) по кривым на рис. 6.5, а и б; б) по эмпи- рическим выражениям; в) по табл. 6.5 пропускной способности и дальности передачи линий [10].

Кривые на рис. 6.5 характеризуют экономически целе- сообразные области применения электрических сетей раз-

Рис. 6.5. Области применения электрических сетей разных номинальных напряжений:

а ,б–границы равноэкономичности: 1–1150 и 500 кВ. 2–500 и 220 кВ, 3–220 и 110 кВ. 4–110 и 35 кВ, 5–750 и 330 кВ, 6–330 и 150 кВ, 7–150 и 35 кВ: в–схема сети

ных номинальных напряжений. Это обобщающие зависи- мости, построенные в результате сравнения приведенных затрат для многочисленных вариантов сети с разными и . Кривые на рис. 6.5 ориентировочно характеризу- ют границы равноэкономичности для систем напряжений 110–220–500 кВ (кривые 1– 4) и 110(150)–330–750 кВ (кривые 5– 7). Например, точки кривой 2 соответствуют значениям , для которых равноэкономичны варианты сети при =220 и 500 кВ. Ниже кривой 2 расположена область значений , для которых экономичнее = =220 кВ, выше кривой 2 –область , для которых экономичнее 500 кВ.

Номинальное напряжение можно предварительно определить по известным передаваемой мощности Р, МВт, и длине линии , км, по формуле Стилла:

. (6.23)

Эта формула приемлема для линий длиной до 250 км и передаваемых мощностей, не превышающих 60 МВт. В случае больших мощностей, передаваемых на расстояние до 1000 км, используется формула А. М. Залесского:

. (6.24)

Г. А. Илларионов предложил для предварительного оп- ределения следующее выражение:

. (6.25)

В отличие от эмпирических выражений (6.23), (6.24) формула (6.25) дает удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений от 35 до 1150 кВ.

Таблица 6.5 характеризует пропускную способность и дальность передачи линий 110–1150 кВ. В таблице уч- тены наиболее часто применяемые сечения проводов, прак- тика их выбора и фактическая средняя длина воздушных линий. Отметим, что номинальное напряжение, равное 400 кВ не стандартное и мало распространенное. В столб- це 4 приведены значения передаваемой мощности, опреде- ленные на основании опыта проектирования для сечений проводов, указанных в столбце 2. Из табл. 6.5 видно, что передаваемая мощность, определенная на основании опыта проектирования, для средних сечений проводов близка к на- туральной мощности электропередачи или совпадает с ней.

При увеличении передаваемой мощности экономически целесообразная дальность передачи уменьшается (рис. 6.5). Предельная дальность передачи для данного соответ- ствует наименьшей передаваемой мощности. Фактическая дальность передачи для ВЛ всех напряжений, как прави- ло, значительно ниже предельной. В столбце 6 табл. 6.5 Таблица 6.5. Пропускная способность и дальность передачи линий 110–1150 кВ

Напряже- ние линии, кВ	Сечение провода, мм2	Передаваемая мощность, МВт		Длина линии элект-ропередачи, км
		натураль-ная	При плотнос- ти тока 1,1 А/ мм2*	предель-ная при КПД=0,9	средняя (между двумя со-седними ПС)
1	2	3	4	5	6
110 150	70–240 150-300	30 60	13–45 38–77	80 250	25 20
220 330 400 500 750 1150	240–400 2х240–2х400 3х300–3х400 3х300–3х500 5х300–5х400 8х300– 8х500	135 360 500 900 2100 5200	90–150 270–450 620–820 770–1300 1500–2000 4000–6000	400 700 1000 1200 2200 3000	100 130 180 280 300 -

* Для ВЛ 750–1150 кВ при плотности тока 0.85 А/мм².

приведены средние длины линий электропередачи, т. е. среднее расстояние между двумя подстанциями. Напри- мер, средняя длина линии 500 кВ составляет 280 км. Сред- няя дальность передачи отличается от средней длины ли- нии и определяет среднее расстояние, на которое передается электроэнергия на данном напряжении. Среднюю даль- ность передачи можно оценить как половину средней дли- ны линии соседнего высшего для данной шкалы класса напряжения, которая характеризует расстояние между центрами питания рассматриваемой сети. Например, сред- няя дальность электропередачи по сети 220 кВ равна поло- вине средней длины линии 500 кВ, т.е. 140 км, [10].

Варианты проектируемой электрической сети или от- дельные ее участки могут иметь разные номинальные на- пряжения. Обычно сначала определяют номинальное на- пряжение головных, более загруженных участков. Участ- ки кольцевой сети, как правило, необходимо выполнять на одно номинальное напряжение.

Найденные по рис. 6.5, табл. 6.5 либо по одной из фор- мул (6.23) – (6.25) напряжения округляются до ближай- шего номинального. Все эти три способа позволяют опре- делить по передаваемой мощности и расстоянию, на кото- рое она передается, лишь ориентировочное значение . После определения ориентировочного значения надо для каждой конкретной сети наметить ограниченное число вариантов различных номинальных напряжений для их по- следующего технико-экономического сравнения. В резуль- тате сравнения приведенных затрат (см. § 6.3) для этих вариантов сети при различных номинальных напряжениях можно обоснованно выбрать номинальное напряжение всей сети или отдельных ее участков. При разнице приведен- ных затрат менее 5 % надо выбирать вариант использова- ния более высокого .

Пример 6.2. На рис. 6.5, в показана схема варианта вновь проекти- руемой сети, где длины линий указаны в километрах. Нагрузки подстан- ций равны: МВт, =17 МВт, =36 МВт, 39 МВт, =41 МВт. Определим ориентировочное значение номинального напря- жения сети.

Найдем по первому закону Кирхгофа мощности в линиях, МВт:

= 41 + 17 + 22 == 80;

=41+17=58; =41; = 36 + 39 = 75;

= 39.

Номинальное напряжение можно предварительно определить по эмпирическому выражению (6.23). Напряжения, кВ, определенные по этому выражению, для линий сети равны

Ближайшим стандартным напряжением является 150 кВ (см. табл. 6.4).

По кривым на рис. 6.5 получим, что значения и попадают в об- ласть выше кривой 7, для которой ориентировочное номинальное напря- жение сети 150 кВ. По табл. 6.5 также получим =150 кВ для сети на рис. 6.5,е. Таким образом, эмпирическое выражение (6.23), кривые на рис. 6.5 и табл. 6.5 дают одну и ту же приближенную оценку значе- ния . Однако номинальное напряжение 150 кВ не рекомендуется применять во вновь проектируемых сетях. Поэтому надо сравнить по приведенным затратам варианты использования сетей с номинальным напряжением 110 и 220 кВ.