2. Розрахунок електричних мереж трифазного струму при сталому перерізі проводів магістралі за допустимою втратою напруги

Основним завданням при розрахунках мереж є визначення перерізу проводів за заданою допустимою втратою напруги. В свою чергу, допустиму втрату напруги в мережі визначають виходячи із допустимих значень відхилення напруги у споживачів. При змінному струмі, на відміну від постійного, в мережі окрім активного опору необхідно також враховувати і реактивний опір. Реактивний і активний опір проводів по різному залежать від зміни перерізу проводів. Так, наприклад, із збільшенням перерізу алюмінієвого проводу від 16 мм² до 95 мм² активний опір зменшиться в 5,8 разів, а індуктивний – лише в 1,2 рази. Тому для визначення перерізу проводів використовують метод розподілу допустимої втрати напруги на реактивну та на активну складові (метод Степанова), згідно із (6.18):

, (6.20)

де – складова допустимої втрати напруги в активному опорі;

– складова допустимої втрати напруги в реактивному опорі.

Відомо, що реактивний (індуктивний) опір одного кілометру провода із кольорового металу мало змінюється із зміною перерізу і становить для повітряних ліній у середньому 0,35…0,45 Ом/км. Тому ще до визначення перерізу провода, підставивши значення х₀ можна обчислити наближене значення реактивної складової допустимої втрати напруги:

. (6.21)

або

. (6.22)

Віднявши від допустимої втрати напруги її реактивну складову, матимемо активну складову втрати напруги:

(6.23)

Згідно із (6.18):

(6.24)

Підставивши , при сталому перерізі проводів отримаємо:

(6.25)

або через потужність:

(6.26)

Звідси переріз проводів:

(6.27)

або

(6.28)

Загальний порядок розрахунку електричних мереж за допустимою втратою напруги при сталому перерізу проводів наступний:

1. Якщо електрична мережа розгалужена, то визначаємо магістраль; після головної ділянки магістраль пройде по відгалуженню, для якого сума моментів навантаження (Pl, Il, Sl) буде найбільшою.

2. Задаємося середнім індуктивним опором (х₀ = 0,35…0,45 Ом/км) одного кілометру проводу і за (6.21) або (6.22) визначаємо реактивну складову допустимої втрати напруги в магістралі.

3. Користуючись рівнянням (6.23), знаходимо активну складову допустимої втрати напруги в магістралі.

4. За рівнянням (6.27) або (6.28) визначаємо розрахунковий переріз провода;

5. Вибираємо за таблицями відповідний стандартний переріз провода і знаходимо його активний і реактивний опори для 1 км і за рівнянням (6.18) або (6.20) визначаємо дійсну втрату напруги в мережі. Якщо вона більша допустимої то необхідно збільшити переріз провода.

6. Обчислюємо втрату напруги в магістралі до відгалуження і знаходимо допустиму втрату напруги на відгалуженні:

7. Аналогічно до розрахунку на магістралі за допустимою втратою напруги у відгалуженні знаходимо переріз його проводів.

8. Вибрані проводи перевіряємо за допустимим нагріванням.

3. Перевірка електричної мережі на коливання напруги при пуску електричних двигунів

Пусковий струм короткозамкнених електродвигунів у 4...7,5 разів більший від їх номінального струму. Тому втрата напруги в мережі при пуску електродвигуна в кілька разів більша від втрати напруги при його нормальній роботі, що приводить до різкого зниження напруги на клемах електродвигунів.

Пуски електродвигунів здійснюють не часто, а тривалість пуску здебільшого не перевищує 10 с. Тому відхилення напруги при пуску електродвигунів допускають значно більші, ніж при нормальній роботі. Проте пусковий момент повинен бути достатнім для розгону електродвигуна до номінальних обертів.

Для електродвигунів з легкими умовами пуску (якщо початковий момент приводного механізму менший за або дорівнює йому) допускається зменшення напруги на затискачах у момент пуску не нижче 30 % від номінальної. На затискачах інших електродвигунів напруга не повинна знижуватись більш як на 20 % номінальної.

Коливання напруги в мережі перевіряють здебільшого при пуску короткозамкнених електродвигунів, приєднаних до джерела електроенергії (трансформатора) через повітряну лінію.

Для того, щоб коливання напруги в мережі 0,38 кВ під час пуску асинхронного електродвигуна знаходилося у заданих межах, необхідно щоб виконувалася умова:

(6.29)

де – допустиме коливання (втрата) напруги в мережі , %;

– фактичне коливання (втрата) напруги в мережі, %.

Наближене значення фактичного коливання (втрати) напруги в процентах при пуску двигуна визначають за формулою:

(6.30)

де Z_м – повний опір електричної мережі, Ом;

Z_ед – повний опір короткого замикання асинхронного двигуна, Ом.

Причому

, (6.31)

де U_н – номінальна напруга мережі, В;

k_i – кратність пускового струму електродвигуна;

I_нд. – номінальний струм електродвигуна (каталожні дані), А.

При живленні від трансформатора повний опір мережі визначається:

, (6.32)

де Z_л – повний опір лінії від трансформатора до двигуна, Ом;

Z_т – повний опір короткого замикання трансформатора, Ом.

Повний опір лінії від трансформатора до двигуна:

, (6.33)

де r_oi, x_oi – питомі опори проводів i–тої ділянки лінії, Ом/км;

l_i – довжина i-ї ділянки лінії, км.

Повний опір короткого замикання трансформатора:

, (6.34)

де U_к% – напруга короткого замикання трансформатора, %;

U_н – номінальна напруга трансформатора з низької сторони, кВ;

S_{н тр} – номінальна потужність трансформатора , кВА.

Перевіряємо умову (6.29):