25 Выбор номинального напряжения

При увеличении номинального напряжения сети возрастает стоимость электрооборудования. С другой стороны, при снижении напряжения увеличиваются потери мощности и энергии, так как возрастает ток при той же передаваемой мощности. Примерная зависимость приведенных затрат от напряжения показана на рис. 5.2.

Напряжение, при котором затраты имеют минимум, называется рациональным. Рациональное напряжение зависит от длины линий и передаваемой мощности и может быть определено следующими способами:

1) по специальным таблицам;

2) по номограммам;

3) по эмпирическим формулам, например:

, (5.5)

, (5.6)

где U_рац – рациональное напряжение, кВ; P – передаваемая по данной линии активная мощность, МВт; l – длина линии, км.

После вычисления рационального напряжения предварительно намечаются два стандартных номинальных напряжения: ближайшее меньшее и ближайшее большее. Окончательный вариант выбирается на основе технико-экономического сравнения. При учебном проектировании допускается округлять рациональное напряжение до одного ближайшего стандартного.

26. Выбор сечений проводов линий электропередачи

Нормированная плотность тока. При увеличении сечения провода растет стоимость линии. Уменьшение сечения приводит к увеличению активного сопротивления, и, следовательно, к росту потерь электроэнергии. Зависимость приведенных затрат от сечения имеет минимум (рис. 5.3). Сечение, соответствующее этому минимуму, называется экономическим.

Капиталовложения в строительство одного км линии можно приближенно записать в виде

, (5.7)

где a – составляющая капиталовложений, не зависящая от сечения; b – капиталовложения, зависящие от сечения и отнесенные к единице сечения; F – сечение провода.

Годовые издержки на эксплуатацию одного км линии равны:

, (5.8)

где И_обсл – издержки на обслуживание линии; И_р – издержки на ремонт; И_W – годовая стоимость потерь энергии в линии.

Издержки на обслуживание линий практически не зависят от сечения. Издержки на ремонт можно считать пропорциональными капиталовложениям:

, (5.9)

где a_р – норма отчислений на ремонт линии.

Годовая стоимость потерь энергии равна

, (5.10)

где C_э – стоимость электроэнергии; W – потери энергии в одного км линии; P_max – потери мощности в одного км линии в режиме максимальных нагрузок;  – время максимальных потерь; I_max – ток в линии в режиме максимальных нагрузок; r₀ – погонное активное сопротивление линии;  – удельное сопротивление материала провода, Оммм²/км.

Приведенные затраты на строительство и эксплуатацию одного км линии (без учета ущерба от перерывов электроснабжения) равны :

. (5.11)

Определим минимум затрат, продифференцировав их по сечению и приравняв производную к нулю:

.

Отсюда

. (5.12)

Отношение тока в режиме максимальных нагрузок к экономическому сечению называется нормированной плотностью тока:

. (5.13)

Из последнего выражения видно, что нормированная плотность тока увеличивается при увеличении отношения стоимости линии к стоимости электроэнергии и уменьшается при возрастании удельного сопротивления материала провода и времени максимальных потерь. Зная нормированную плотность тока и ток режима максимальных нагрузок, можно найти экономическое сечение. Значения нормированной плотности тока для разных типов линий приводятся в справочниках и в правилах устройства электроустановок в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки (эта величина применяется вместо времени максимальных потерь).

27 Длительно допустимый ток. Ток, протекание которого в течение длительного времени приводит к нагреву провода до предельно допустимой температуры, называется длительно допустимым. В установившемся тепловом режиме температура неизолированного провода  связана с током следующим приближенным уравнением теплового баланса:

, (5.14)

где  – удельное сопротивление материала провода; F – сечение провода; k – коэффициент теплоотдачи; F_пов – площадь поверхности провода, приходящаяся на единицу длины; _окр – температура окружающей среды.

Левая часть уравнения (5.14) представляет собой потери активной мощности в проводе, приходящиеся на единицу длины, а правая часть – мощность, рассеиваемую в виде тепла в окружающей среде. Из данного уравнения получается следующее выражение для допустимого тока:

, (5.15)

где _доп – предельно допустимая температура провода; r_пр – радиус провода.

Из данной формулы следует, что допустимый ток возрастает при увеличении радиуса провода. Это обусловлено как уменьшением активного сопротивления, так и увеличением поверхности провода. Последнее, однако, справедливо только для подвижной окружающей среды (воздух или вода); при прокладки кабелей в земле площадь поверхности почти не влияет на допустимый ток, так как вместе с кабелем нагревается также и грунт. Поэтому при подземной прокладке линий зависимость допустимого тока от радиуса слабее, чем при воздушной прокладке.

Допустимый ток возрастает также при увеличении допустимой температуры, уменьшении температуры окружающей среды и уменьшении удельного сопротивления материала провода.

Значения допустимых токов, приведенные к нормированной температуре окружающей среды _{окр,ном}, приводятся в справочных таблицах. Из (5.15) следует, что

, (5.16)

где I_{доп,таб} – табличное значение допустимого тока.

Приведение тока к фактической температуре окружающей среды осуществляется по выражению

, (5.17)

где k₁ – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды.