7.3.3. Выбор сечения проводов и кабелей

По каждому из вариантов схемы электроснабжения необходимо определить и выбрать сечение линий электропередачи:

• по экономической плотности тока нагрузки нормального режима (s₄);

• по допустимой плотности тока аварийного режима на нагрев (s₃);

• по термическому действию токов короткого замыкания (s₂);

• по допустимой потери напряжения (s₁).

Выбор целесообразного сечения проводов по экономической плотности тока позволяет унифицировать расчеты и избежать дополнительных затрат на технико-экономическое обоснование принимаемых решений. При выборе сечения проводов (кабелей) по экономической плотности тока нагрузки нормального режима необходимо определить число часов использования максимума нагрузки.

Т = W_год/Р. (7.9)

Зная число часов использования максимума нагрузки определяют экономическую плотность тока (j_эк, А/мм²) по справочным данным. Тогда величина сечения проводов:

s₄ = I/j, (7.10)

где I - расчетный ток нагрузки, А, определяется по формуле:

I = S 10³/ U_ф. (7.11)

Здесь S - полная мощность переменного трехфазного тока, Ква; U_ф - фазное напряжение электрической сети, В.

Величина сечения, полученного в результате расчетов по экономической плотности тока, округляется до ближайшего большего стандартного значения. При этом следует помнить, что по условиям короны для ВЛ минимально допустимым сечением ЛЭП 110 кВ -70 мм², ЛЭП 220 кВ - 240 мм².

При выборе сечения проводов (кабелей) необходимо учитывать и другие ограничения. В частности, при проектировании любых сетей необходимо делать проверку выбранного сечения проводников по условию нагрева или пропускной способности линий. При этом рассматривается режим, в котором по проектируемой линии протекает наибольший ток, т.е. при аварийном режиме.

Проверка пропускной способности линий при аварийном режиме работы, когда предполагается, что одна из двух линий вышла из строя, требует проверки сечения оставшейся в работе линии по условию нагрева. Допустимая токовая нагрузка на провода (кабели) определяется из соотношения:

I_доп = I_нд К_п, (7.12)

где I_нд - допустимая длительная токовая нагрузка при нормальных условиях прокладки;

К_п - поправочный коэффициент, учитывающий изменения условий прокладки и равный произведению коэффициентов:

К_п = К₁ К₂ К₃, (7.13)

учитывающих фактическую температуру окружающей среды, число кабелей проложенных совместно, фактическую величину удельного электрического сопротивления почвы, прокладку кабелей в блоках, увеличение нагрузки в аварийном режиме и отклонение напряжения от номинального значения.

Наибольшая допустимая токовая нагрузка на голые провода обеспечивает их нагрев до 70С, а кабелей до 65⁰С. Следовательно, расчетный ток нагрузки должен быть меньше допустимого для выбранного сечения по условиям нагрева

I  I_доп., (7.14)

а s₃  s₄,

где s₃ - сечение проводов (кабелей) по допустимому нагреву, мм².

Проверке на термическую стойкость проводников при коротких замыканиях подлежат кабельные линии, сборные шины и шинопроводы. По данному условию не проверяются воздушные линии, а также кабельные линии защищенные плавкими предохранителями. Сечение проводника по термическому действию тока короткого замыкания

s₂ = I_ /с (7.15)

и, следовательно, s₂  s₃  s₄,

где I_ - установившийся ток к.з., А;

t_Ф - фиктивное время, определяемое временем уставки защитных аппаратов и коэффициентом затухания;

с - коэффициент, учитывающий материал кабелей (шинопроводов).

Другим ограничением является обеспечение необходимого уровня напряжения у потребителей. В этом случае проверяют сечение проводников по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения  U, представляющая собой разность между напряжением в начале и конце ЛЭП при неизменной величине расчетного тока и сечении проводов, равному выбранному по экономической плотности тока. Потеря напряжения определяется из векторной диаграммы ЛЭП:

U = I (R cos + X sin). (7.16)

При трехфазной нагрузке потери напряжения в процентах от номинального значения (U_ном) и с использованием удельных значений активных (r₀) и реактивных (X₀) сопротивлений линии:

U_% = 100I L (r₀ cos + X₀ sin)/U_ном. (7.17)

Для множества нагрузок с одинаковым коэффициентом мощности и одинаковым сечением всех участков линии потери напряжения составят

U_% = (r₀ X₀ tg) 10⁵ / U , (7.18)

где R, X - активное и реактивное сопротивления ЛЭП, м;

l_j, L₁ - длина i- го участка и всей ЛЭП;

Р_i - активная нагрузка i-го участка ЛЭП.

При заданном значении допустимых потерь напряжения U_Д и пренебрежительно малом значении реактивного сопротивления линии требуемое сечение определяется по формуле:

s₁ = А М_а/U_Д, (7.19)

где А - коэффициент, зависящий от принятых единиц измерения,

М_а= - сумма моментов активных нагрузок ЛЭП, кВт/м.

Окончательный выбор сечения проводов (кабелей) производится из условия

s₁  s₂  s₃  s₄. (7.20)

Провода ВЛ подвергаются воздействию ветра и гололеда. Эти нагрузки определяют механические напряжения в проводах. Поэтому выбранные сечение и марка проводов для ВЛ подвергается механическому расчету, который позволяет выявить:

• механические нагрузки, действующие на провода, опоры и оснастку (штыри, изоляторы);

• стрелы провеса проводов и необходимые расстояния до земли и инженерных сооружений;

• расчетные напряжения в материале проводов и сравнить их с допустимыми.

Расчет проводов ВЛ на прочность является заключительным в определении допустимого их сечения.