Работа №2 Определение сечений проводов и кабелей

1. Цель работы

Изучить методы определений сечений проводов и кабелей по заданной величине потери напряжения

2. Задание

1. Изучить влияние активного и индуктивного сопротивления на потери напряжения в линии переменного тока.

2. Изучить метод определения сечений проводов по условию постоянства плотности тока.

3. Провести расчет необходимого сечения проводов по исходным данным.

4. Проверить результаты расчета путем моделирования на ПО «Расчет сечений проводников».

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

<Решение ><этой ><задачи ><в ><линиях ><постоянного ><тока ><или ><в ><тех ><линиях ><переменного ><тока, ><в ><которых ><можно ><пренебречь ><индуктивным ><сопротивле­><нием, ><весьма ><просто. ><Сечение ><определяется ><непосредственно ><из ><формул ><и ><зависит ><от ><суммы ><моментов ><тока, ><деленной ><на ><проводимость ><и ><допусти­><мую ><величину ><потери ><напряжения.>

<В ><линиях ><переменного ><тока ><с ><большими ><значениями ><индуктивного ><сопротивления ><потеря ><напряжения ><может ><рассматриваться ><как ><состоящая ><из ><двух ><частей: ><части, ><обусловленной ><активными ><сопротивлениями, ><и ><час­><ти ><обусловленной ><индуктивными ><сопротивлениями. ><Поэтому ><для ><линии ><с ><несколькими ><нагрузками ><можно ><написать:>

< (2.1)

т. е. потеря напряжения зависит не только от активных сопротивлений r, но и от индуктивных сопротивлений х, причем зависимость последних от сечения проводов более сложна, чем для активных сопротивлений.

Действительно индуктивное сопротивление, как это видно из формулы:

(2.2)

зависит от стоящих под знаком логарифма диаметра провода d и расстояния D между проводами.

Зависимость активного сопротивления от сечения провода определяется гиперболической кривой, в то время как индуктивное сопротивление зависит от сечения весьма мало и имеет значение, колеблющееся для воздушных линий в пределах от 0,35 до 0,45 Ом/км.

Учитывая это обстоятельство, можно задаться в начале расчета некоторой средней величиной индуктивного сопротивления (например, x = 0,4 Ом/км — для воздушных линий) и подсчитать часть потери напряжения, обусловленную этим сопротивлением:

(2.3)

Зная общую величину допустимой потери напряжения ΔU_доп и вычитая ΔU_r из ΔU_доп, находим величину потери напряжения, которая может быть допущена в активных сопротивлениях линии, т. е.

(2.4)

Тогда в предположении постоянного сечения проводов вдоль линии можем написать:

(2.5)

Отсюда определяем сечение проводов

(2.6)<>

Полученное сечение провода должно быть округлено до стандартного, после чего необходимо определить потерю напряжения с учетом действительных значений r₀ и x₀ для выбранного сечения, поскольку ранее х₀ было принято условно. Если полученная величина потери напряжения будет меньше допустимой, то выбранные сечения проводов принимаются; если же потеря напряжения окажется больше допустимой, необходимо расчет провести снова, увеличив соответственно сечение провода. Разумеется, повторный расчет не требуется, если предварительно принятое значение сопротивления x_о больше фактически полученного x_о для выбранного сечения.

Выбранные изложенным выше методом сечения проводов и кабелей по допустимой потере напряжения должны быть проверены по экономической плотности тока и в случае необходимости увеличены.

>

<<Определение ><сечения ><по ><условию ><постоянства ><плотности ><тока>

<Для определения сечения на отдельных участках линии по допустимой потере напряжения при условии постоянства плотности тока на всех участках для схемы рисунка 2.1 напишем выражение допустимой активной потери напряжения для всей линии:>>

<(2.7)

Задавшись на всех участках, согласно условию постоянной плотности тока, получим:

( 2.8)

откуда , или для линии с любым числом нагрузок

т (2.9)

Определив j_пост, находят сечение проводов для каждого участка из соотношения , после чего делается проверка на допустимую потерю напряжения для фактических значений r₀ и x₀ и допустимый по нагреву ток нагрузки.

>

<Метод расчета сети, рекомендуемой ПУЭ, по экономической плотности тока учитывает главнейшие факторы, влияющие на экономичность сооружения, и поэтому является основным. Однако сечение проводов, выбранное по этому методу, может не обеспечить допустимой потери напряжения, поэтому предварительно следует определить плотность тока I_пост, обеспечивающую заданную потерю напряжения. Если полученное значение I_пост будет меньше экономической плотности тока I_э, то принимается I_пост, если I_пост > I_э, то принимается экономическая плотность тока.

Для более точной оценки экономичности запроектированной сети, а также для сетей сложной конфигурации должны быть выполнены технико-экономические подсчеты с определением капитальных затрат, потерь электрической мощности и энергии и эксплуатационных расходов для нескольких возможных вариантов.

Сказанное иллюстрируется приведенным ниже примером.

<Пример>

<а) ><Определить ><сечения ><сталеаллюминиевых ><проводов ><воздуш­><ной ><линии ><передачи ><трехфазного ><тока ><напряжением ><35 ><Кв, ><питающих ><два ><промышленных >< >< >< ><предприятия >< >< >< ><по >< >< ><схеме, >< >< >< ><изображенной >< >< ><на >< >< >< ><рисунке 1.1.>

<>

<Рисунок ><2.><1 - ><Схема ><к ><примеру>

<На ><схеме ><даны ><нагрузки ><(в ><МВт ><и ><MB ><Ар), ><а ><расстояния ><(в ><км).>

<Коэффициент ><мощности ><потребителей ><cos φ ><= 0,8. ><Расстояние ><между ><осями ><горизонтально ><расположенных ><проводок ><линии ><3,0 ><м. ><Допустимая ><потеря ><напряжения ><8%.>

Для выбора наивыгоднейшего решения произвести технико-экономический расчет, принять стоимость установленного 1 КВт на электростанции 2000 руб/КВт, стоимость 1 КВт^.ч электроэнергии 2 руб/КВт^.ч, отчислении на амортизацию и ремонт линии 7,0 %.

<><Решение:>>

<> Допустимая потеря напряжения

Приняв среднее значение реактивного сопротивления линии х₀ = 0,4 Ом/км, находим:

Допустимая потеря напряжения от активных нагрузок

Определяем плотность j_пост, при которой будет обеспечиваться указанная потеря напряжения:

.

Токи на участках:

; .

Сечения проводов:

- принимаем АС-185; r₀=0,16 Ом/км;

- принимаем АС-70; r₀=0,43 Ом/км.

Определяем сечение магистрали по заданной допустимой величине потери напряжения:

-

принимаем АС-150; r₀=0,20 Ом/км;

Определяем сечения проводов ответвлений. Действительная потеря напряжения на участке А1:

.

Допустимая потеря напряжения для ответвления 12

.

Ответвление 12

.

.

-

принимаем АС-120/27; r₀=0,25 Ом/км;

Для окончательного выбора варианта производим технико-экономический подсчет для обоих вариантов (используя данные таблицы 1 Приложения 1).

Таблица 2.1

Наименование технико-экономических показателей	Вариант 1 (по постоянству плотности тока)	Вариант 2 (по заданной допустимой величине потери напряжения)
Потери мощности, кВт	3∙(2062∙0,16∙15+ +82,62∙0,43∙10) =394	3∙(2062∙0,20∙15 + +82,62∙0,25∙10) = 382
Стоимость потерь электрической энергии (при τ=1800ч), тыс. руб.	10-3∙2∙1800∙394=1418	10-3∙2∙1800∙382=1375
Стоимость линий, тыс. руб.	72,8∙15+25,7∙10=1349	60∙15+51∙10=1410
Стоимость добавочной мощ­ности на электростанции для покрытия потерь, тыс. руб.	2∙394=788	2∙382=764
Полная величина капиталь­ных затрат, тыс. руб.	1349+788=2137	1410+764=2174
Отчисление на амортизацию и ремонт (7%), тыс. руб.	0,07∙2137=150	0,07∙2174=152
Полная стоимость ежегод­ных эксплуатационных рас­ходов, тыс.руб.	1418+150=1568	1375+152=1527

По капитальным затратам второй вариант выходит немного затратнее. Но так как потери в первом варианте больше, то и эксплуатационные расходы для него превышают эксплуатационное расходы второго варианта на сопоставимую сумму с разницей в капзатратах, поэтому окончательно должно быть принято сечение АС-150 на первом участке и AC-120 на втором.

Задание на расчетную часть лабораторно-практической работы:

Воздушная сеть трехфазного тока (см. рис. 2.2) с номинальным напряжением 640 В выполняется сталеалюминиевыми проводами со средним геометрическим расстоянием между проводами 600 мм. На схеме сети и в вариантах задания даны нагрузки в киловаттах, а также расстояние между точками приложения нагрузок в метрах.

Рис. 2.2. - Схема к заданию

l1=N;

l2=(100-N);

l3=N/2;

l4=2∙N;

l5=75+N/2;

P1=N+80;

P2=N/2+70;

P3= P1- P2;

P6= P2/6;

P5=N;

P4= P2- P5- P6;

Q1=(100-N)/2+40;

Q2=0,8∙Q1;

Q3=0,2∙Q1;

Q4=0,3∙Q2;

Q5=0,2 Q2;

Q6=0,5∙Q2.

В случае, если P4 окажется <0, принятьP4 =0

<Коэффициент ><мощности ><потребителей ><cos φ ><= 0,8. ><Расстояние ><между ><осями ><горизонтально ><расположенных ><проводок ><линии ><3,0 ><м. ><Допустимая ><потеря ><напряжения ><8%.>

<Определить ><сечения ><сталеаллюминиевых ><проводов ><воздуш­><ной ><линии ><передачи ><трехфазного >тока с помощью изученных методов. Для выбора наивыгоднейшего решения произвести технико-экономический расчет, принять стоимость установленного 1 КВт на электростанции 2000 руб/КВт, стоимость 1 КВт^.ч электроэнергии 2 руб/КВт^.ч, отчислении на амортизацию и ремонт линии 7,0 %.

Произведите проверку расчета путем моделирования заданных условий на программе «Расчет сечений проводников».

Описание используемого программного обеспечения – «Расчет сечений проводников»

При запуске данного ПО Вам вначале будет предложено ввести такие исходные данные, как: номинальное напряжение воздушной сети, среднее значение реактивного сопротивления линии, <коэффициент ><мощности >потребителей, <допустимую ><потерю >напряжения.

Далее откроется основное окно программы, на котором необходимо построить заданную преподавателем электросеть. Сначала строится магистраль (начало в точке А1), путем последовательного отмечания узловых участков на карте и задания необходимых расчетных данных для каждого отрезка электросети. При этом на каждом участке магистрали на карте отображается № участка, его длина в километрах и нагрузка на нем в киловаттах. После нанесения магистрали, при неоходимости, отмечаются ответвления магистрали (нажатие на кнопку «Ответвление», указание начального и конечного узла на карте, его параметров).

По нажатию кнопки «Расчет промежуточных характеристик» будет произведен расчет ΔUdop, ΔUr, ΔAdop, j. После нажатия кнопки «Расчет сечений» будет произведен расчет необходимых сечений магистралей и ответвлений.

Порядок выполнения работы

1. Изучите теоретическую часть, прилагаемую к данной лабораторной работе.

2. Сделайте расчет сечений электросети (исходные данные – по № студента в зачетном списке (к примеру, \\172.20.20.20\ITiK\Sviaz\210406 Сети связи и системы коммутации\4 курс\ОЭвТС\успеваемость ИС41_20**.xls)).

3. Проверьте расчет моделированием с помощью ПО «Расчет сечений проводников».

4. Сравните полученные результаты и сделайте соответствующие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Имеет ли значащую роль индуктивное сопротивление линии <>в <линиях ><переменного ><тока ><с >малым значением диаметра проводов?

2. В каком случае необходимо провести повторный расчет сечения проводов вдоль линии?

3. Каким образом происходит определение сечения проводов вдоль линиипо условию постоянства плотности тока?

4. Какие факторы влияют на выбор метода расчета сечения проводов вдоль линии