Проверка выбранного сечения, по техническим ограничениям

В процессе эксплуатации провода воздушных линий подвергаются различным воздействиям. Это нагрев проводов протекающими токами, атмосферные воздействия (гололед, ветер) и некоторые др. Выбранное сечение должно быть таким, чтобы эти воздействия не препятствовали нормальной эксплуатации линий электропередачи и не приводили к преждевременному выходу проводов из строя.

Кроме того, высоковольтные ВЛ, если сечение проводов выбрано неверно, оказывают нежелательное воздействие на окружающую среду вследствие коронного разряда. С одной стороны – это значительные электромагнитные помехи и акустический шум, с другой – дополнительные потери энергии.

Как сказано в ПУЭ, все проводники «должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов». Так как в послеаварийных режимах часть элементов электрической сети выводится из работы, то оставшиеся работают с пе­регрузкой. Поэтому и проверку на допустимый нагрев нужно производить именно для послеаварийных режимов. При этом особенностью такой проверки является то, что температура провода как раз и не проверяется. На основе исследований и длительной практики эксплуатации ВЛ для каждого сечения установлены так называемые «допустимые нагрузки». Они широко опубликованы в справочной литературе. Это длительные токи, при которых при температуре воздуха +25 °С температура провода равна своему допустимому значению. А вся проверка состоит в том, чтобы проверить выполнение неравенства:

 (4.7)

где Iдоп – допустимая для данного сечения нагрузка, А; Iав – ток в проверяемом элементе в наиболее тяжелом послеаварийном режиме, А; kT – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую среднемесячную для наиболее жаркого месяца температуру воздуха в 13 часов дня (приводится в справочниках).

Если неравенство (4.7) выполняется, то проверяемое сечение выбрано правильно, если не выполняется, то сечение необходимо увеличить.

Интенсивность коронного разряда зависит от состояния атмосферы и напряженности электрического поля вблизи поверхности провода. Полностью исключить коронный разряд нельзя, но его можно ограничить до величины, когда потери энергии не превышают экономически приемлемый уровень. Исследованиями установлено, что в ВЛ 110...220 кВ такое ограничение имеет место, если диаметр провода dкр удовлетворяет условию:

Dкр > 0,11UНOM. (4.8)

По (4.8) для каждого номинального напряжения легко установить минимальное сечение провода, при котором потери энергии на коронный разряд экономически приемлемы. Для напряжения 110 кВ это 70 мм, а для 220 кВ – 240 мм2. Для напряжения 35 кВ потери на коронный разряд незначительны при любых сечениях, применяемых при этом напряжении.

Факторы, влияющие на выбор сечений: капиталовложения, потери электроэнергии. Понятие об экономически целесообразном сечении. Учет технических ограничений.

Площадь сечения проводников является важным параметром воздушных и кабельных линий. С увеличением площади сечения проводников возрастают затраты на сооружение линий электропередачи, но при этом снижаются потери электроэнергии. Уменьшение площади сечения до технически допустимого предела сокращает капиталовложения, однако вызывает увеличение потерь в линии. В связи с этим правильный выбор площади сечения проводников с учетом конкретных условий является важной и ответственной задачей проектирования СЭС. При проектировании линий электропередачи напряжением до 220 кВ выбор площади сечения проводников проводится не сопоставительным технико-экономическим расчетом в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются значения экономической плотности тока для воздушных и кабельных линий. Экономическая плотность тока устанавливает оптимальное соотношение между отчислениями от капиталовложений и стоимостью потерь электроэнергии в линии. Экономически целесообразная площадь сечения проводников F, выбирается из соотношения

где I — расчетный ток линии в нормальном режиме, A; j — нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2. Полученная по выражению (3.1) экономическая площадь сечения округляется до ближайшего стандартного значения.

Для конкретных условий проектирования величина экономической плотности тока принимается по табл. 3.1 [4].

 

При использовании табл. 3.1 необходимо учитывать следующее [4]: 1. Экономическая плотность тока увеличивается на 40 % при максимуме нагрузки линии в ночное время, а также для изолированных проводников площадью сечения 16 мм2 и менее. 2. Для линий с одинаковой площадью сечения проводников по всей длине и различными нагрузками на отдельных участках (рис. 3.3) экономическая плотность тока начального (головного) участка увеличивается в К раз:

где I₁,I₂,..., I_{n -} токовые нагрузки отдельных участков линии; I₁,I₂,..., I_n длины участков линии.

3. При выборе площади сечения проводников для питания п однотипных взаиморезервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. п.), из которых т одновременно находятся в работе, экономическая плотность тока может быть увеличена по сравнению с нормами, приведенными в табл. 3.1, в К раз:

4. Целесообразность увеличения количества линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения условий экономической плотности тока должна обосновываться технико-экономическими расчетами. При этом во избежание увеличения количества линий или цепей допускается двукратное превышение норм, приведенных в табл. 3.1. Выбор экономической площади сечения проводников воздушных и кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует осуществлять для каждого из участков исходя из соответствующих расчетных токов участков.

Площадь сечения жил кабельных линий напряжением выше 1 кВ, выбранная по экономической плотности тока, проверяется по нагреву, потерям напряжения, а также по термической стойкости. Выбор площади сечения проводов линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше, а также мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большой максимальной нагрузкой, проводится на основе технико-экономических расчетов [4]. При этом для выбора площади сечений проводов линий электропередачи могут использоваться экономические интервалы токовых нагрузок [11]. 

Метод экономической плотности тока. Теоретические основы. Порядок применения.

Выбор проводов и кабелей по экономической плотности тока

Установлены экономические плотности тока, по которым должны выбираться сечения проводов воздушных линий и жил кабелей. Экономическая плотность тока определяется из табл, 8-1. Сечение проводника по условию экономической плотности тока определяется по формуле   где I - расчетный ток линии, а; jэ - экономическая плотность тока, а/мм кв., принимаемая по табл. 8-1. Расчетный ток линии принимается из условий нормальной работы и при определении его не учитывается увеличение тока в линии при авариях или ремонтах в каких-либо элементах сети. Полученное по (8-1) сечение проводника округляется до ближайшего стандартного сечения.

При пользовании табл. 8-1 необходимо руководствоваться следующим:

1.При максимуме токовой нагрузки в ночное время экономическая плотность тока повышается на 40%. 2.Для изолированных проводов сечением 16 мм кв. и менее экономические плотности тока увеличиваются на 40%. 3.Для линий с одинаковым сечением проводников по всей длине и различными нагрузками ня отдельных участках их (рис. 8-1) 

Рис. 8-1. Схема линии с различными токовыми нагрузками участков

Экономическая плотность тока для начального участка увеличивается по сравнению с величинами, указанными в табл. 8-1, в Ку раз; при этом коэффициент увеличения определяется по формуле

  где I1, I2,...,Im - токовые нагрузки отдельных участков линии;  l1, l2,...,lm - длины тех же участков линии;  L - полная длина линии.  4.При выборе сечений проводников для питания ряда однотипных взаимно резервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. п.) общим числом n, если известно, что все они одновременно не включаются и n1 из них поочередно находятся в работе, экономическая плотность должна быть увеличена против норм табл. 8-1 умножением на коэффициент   

Таблица 8-1 Предельная экономическая плотность тока, а/мм кв

Наименования проводников	Продолжительность использования максимума нагрузки, ч
	1000-3000	3000-5000	более 5000
Голые провода и шины:  медные  алюминиевые  Кабели с бумажной и провода с резиновой изоляцией с жилами;  медными  алюминиевыми Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:  медными  алюминиевыми	2,5  1.3  3,0  1.6  3,5  1.9	2,1  1.1  2,5  1,4  3,1  1,7	1.8  1,0  2,0  1,2  2,7  1,6

Целесообразность увеличения числа линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения, а также замены существующих проводов проводами больших сечений при росте нагрузки в целях удовлетворения условий экономической плотности тока должна обосновываться только на основании технико-экономических расчетов. Проверке по экономической плотности тока не подлежат: 1)Сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1000 в при числе часов использования максимума нагрузки предприятия до 4000-5000; 2)все ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1000 в, а также осветительные сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, проверенные по потере напряжения; 3)сети временных сооружений, а также устройств с малым сроком службы (3-5 лет); 4)сборные шины; 5)проводники, идущие к сопротивлениям, пусковым реостатам и т. п. Для определения среднего числа часов использования максимума нагрузки при отсутствии уточненных данных можно пользоваться приведенными в табл. 8-2 ориентировочными данными как по категориям потребителей, так и по различным основным отраслям промышленности. В табл. 8-3 приведены значения тока в линии, обеспечивающего наибольшую экономичность эксплуатации в зависимости от материала и сечения проводов и жил кабелей и годового числа часов использования максимальной нагрузки.