Тема 4.2. Выбор параметров линий и подстанций
4.2.1. Выбор параметров линий электропередачи
[1, с. 206-212].
4.2.2. Определение сечения проводов и кабелей по экономической плотности тока и экономическим интервалам
[1, с. 206-212].
Основным критерием, по которому при проектировании выбирают провода и кабели, является минимальное значение годовых приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию линии электропередач. В общем случае провода и кабели различаются материалом токоведущей части и ее сечением. На основе имеющегося опыта эксплуатации и проектирования для линий электропередач на напряжение 35 кВ применяются алюминиевые провода. Линии электропередачи напряжением 110-500 кВ выполняются из сталеалюминевых проводов.
В этих условиях выбору подлежат лишь сечения проводов. Сечение проводов электрической сети должны выбираться так, чтобы они соответствовали оптимальному соотношению между капитальными затратами на сооружение сети, прямо пропорциональными сечению, и расходами на потери энергии, уменьшающимися при увеличении сечений.
Согласно ПУЭ упрощенный выбор сечений осуществляется по экономической плотности тока:
(4.3)
где Iр – расчетный ток нормального рабочего режима; jэ – экономическая плотность тока для заданных условий работы линий (табл. 4.1).
Расчетный ток Iр определяется по мощности, протекающей по рассматриваемому участку линии в режиме наибольших нагрузок
,
(4.4)
где S – полная мощность участка; Р – активная мощность; соsφ – коэффициент мощности сети.
Таблица 4.1
Проводники \ Tmax |
1000-3000 |
3000-5000 |
5000-8700 |
jэ для медных проводов |
2.5 |
2.1 |
1.8 |
jэ для алюминиевых проводов |
1.3 |
1.1 |
1.0 |
Сечение, полученное по формуле 4.3 округляется до ближайшего стандартного (ГОСТ 839-80), которое и принимается для дальнейших расчетов.
Применение сталеалюминевых проводов с различным сечением стальной части определяется климатическими условиями района, где сооружается линия. Чем меньше толщина стенки гололеда, тем меньше сечение стального сердечника может быть выбрано для провода.
На линиях напряжением свыше 1000 В, по условиям механической прочности, должны применяться многопроволочные провода и тросы, сечения которых не менее 35мм2 для алюминиевых и 25мм2 для сталеалюминевых.
При определении расчетного тока не следует учитывать увеличение тока, при авариях или ремонтах, в каких либо элементах сети, а рассматривать только нормальный рабочий режим. Например, для двухцепной линии потоки мощности устанавливаются исходя из нормальной работы обеих ее цепей. Поэтому, выбирая сечение такой линии, следует считать, что по каждой ее цепи длительно передается половина суммарной мощности.
4.2.3. Проверка сечений линий по условиям короны,
механической прочности и нагреву
Выбранные по экономическим критериям сечения необходимо проверить по техническим ограничениям. В общем случае проводятся следующие проверки [5]:
а) проверка по условиям потерь на корону;
б) проверка на механическую прочность;
в) проверка по допустимому нагреву;
г) проверка по потерям и отклонениям напряжения;
д) проверка по термической устойчивости к токам короткого замыкания.
Рассмотрим подробно первые три проверки.
Проверка выбранных сечений по условиям потерь на корону проводится для воздушных линий электропередачи напряжением выше 35 кВ, которые прокладываются по трассам свыше 1000 м над уровнем моря. При более низких отметках проверка по условиям короны и уровню радиопомех не производится, если количество проводов в фазе и их диаметр равны или больше минимально допустимых сечений и диаметров проводов по условиям короны которые приведены в табл. 4.2
Таблица 4.2
Номинальное напряжение, кВ |
Количество проводов в фазе |
Диаметр провода, мм |
Сечение, мм2 |
110 |
1 |
11.4 |
70/11 |
150 |
1 |
15.2 |
120/19 |
220 |
1 |
21.6 |
240/39 |
330 |
2 |
21.6 |
240/39 |
500 |
3 |
17.1 |
150/24 |
Проверка сечений по механической прочности требует отдельного довольно объёмного расчета, поэтому ограничимся рассмотрением проверки по условию механической прочности опор.
Так как на сооружение ВЛ должны применяться унифицированные или типовые опоры, выбранные сечения должны находиться в границах используемых сечений для каждого типа применяемых опор.
Если расчетное сечение участка сети превысит верхнюю границу использования максимального сечения проводов ВЛ, для выбранного класса напряжения, то следует рассмотреть вариант усиления сети( переход на высший класс напряжения или использование двухцепной линии).
В табл. 4.3 приведены границы использования марок проводов для унифицированных опор в зависимости от класса напряжения.
Таблица 4.3
Напряжение, кВ |
Минимальное сечение, мм2 |
Максимальное сечение, мм2 |
Материал опоры |
35 |
AC70/11 AC95/16 AC50/8 |
AC150/24 AC150/24 AC150/24 |
Сталь Жел.бетон Дерево |
110 |
AC70/11 AC70/11 AC70/11 |
AC240/32 AC240/32 AC185/29 |
Сталь Жел.бетон Дерево |
220 |
AC300/39 AC300/39 AC300/39 |
AC400/51 AC400/51 AC500/64 |
Сталь Жел.бетон Дерево |
Проверка по допустимому нагреву производится по условию
Iм≤Iдоп, (4.5)
где Iм – наибольший из средних за полчаса токов лини в нормальном, послеаварийном и ремонтном режимах; Iдоп – допустимый длительный ток провода с учетом поправочных коэффициентов на условия прокладки и температуру окружающей среды.
В простых замкнутых сетях Iм определяют из условий наиболее тяжелого режима работы сети:
- отключение самых нагруженных участков для одноцепных линий;
- отключение одной цепи для двухцепной линии.
(4.6)