9.2. Выбор площади сечения проводов и жил кабелей

Сечение проводов линий электропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, потеря напряжения в линиях не превышала ус­тановленные пределы, а плотность тока в проводах соответство­вала экономической.

Первое из этих условий записывается в виде

(9.1)

т.е. рабочий ток, передаваемый по линии в нормальном режиме, не должен превышать допустимый по ПУЭ для данного провода ток нагрузки. Исходя из выражения (9.1), для выбора площади сечения провода или кабеля необходимо определить наибольший расчетный ток получасового максимума I_р и по нему подобрать нужную площадь сечения по справочнику. В справочниках даются сведения о длительно допустимых токах I_лоп в проводах и кабелях различных сечений при расчетной температуре окружающей среды (температура воздуха 25 °С, земли 15 °С). При расчете сечений ка­белей, прокладываемых в одной траншее с другими кабелями, надо учитывать их взаимный нагрев. Поэтому допустимый ток, указан­ный в справочнике, следует уменьшить, умножив на коэффициент 0,9 при двух кабелях или на 0,85 при трех кабелях в одной траншее.

Второе условие, которому должно удовлетворять выбранное сечение проводника,— непревышение допустимой потери напря­жения в линии. Если потеря напряжения в линии слишком вели­ка, то с ростом тока нагрузки значительно снижается напряже­ние в конце линии, т.е. у приемников. Из-за этого резко падает вращающий момент на валах двигателей, снижается световой по­ток электроламп, уменьшается производительность электротех­нических установок.

Потеря напряжения зависит от активного R и индуктивного X сопротивлений линии. В соответствии с выражениями (5.12), (5.13)

Ориентировочно можно считать допустимыми следующие по­тери напряжения на участках электросети:

для линий напряжением 6 (10) кВ внутри предприятия — 5 %;

для линий напряжением 10... 220 кВ, питающих ГПП предприя­тия, — 10%.

В кабельных линиях при любой площади сечения жил кабелей, а в воздушных линиях только при площади сечения проводов до 50 мм² активное сопротивление во много раз больше индуктивно­го, поэтому последним можно пренебречь. Тогда выражение для определения потерь упрощается:

Выразим сопротивление Я, Ом, через длину провода /, м, удель­ную проводимость у, См/м, и площадь сечения

Отсюда определяется минимальная площадь сечения провода, мм², при которой потеря напряжения не превышает допустимую

где Р — передаваемая по линии мощность, кВт; 1/_н — номиналь­ное напряжение линии, кВ; ДС/_ДОП — допустимая потеря напряже­ния, В; — допустимая потеря напряжения, %, =

Для воздушных линий с проводами площадью сечения более 50 мм² нельзя пренебрегать индуктивным сопротивлением про­водов. Для учета влияния сопротивления Х_я проводов на

ходимо в формулы потери напряжения (5.12), (5.13) подставить Х_п= (0,35...0,4)/, вследствие чего определяемые расчетом допус­тимые потери напряжения снизятся.

Итак, в результате расчета по первому условию определяется минимально допустимая площадь сечения провода по нагреву в нормальном режиме работы линии, а по второму условию — по потере напряжения в линии. При выборе проводов или кабелей для временных высоковольтных электросетей по каталогу (спра­вочнику) подбирают ближайшую стандартную площадь сечения, причем определяющим служит большее из этих двух расчетных сечений. Если же данная линия напряжением выше 1000 В строит­ся для постоянной, а не для временной электросети (т. е. сооружа­ется на срок не менее 6 лет), то площадь сечения проводов, выб­ранная по двум указанным условиям, должна быть проверена по экономической плотности тока j_эк.

Таблица 9.2. Экономическая плотность тока

Рис. 9.7. Зависимости капитальных вложений (линия 7), стоимости по­терь электроэнергии (2) и ежегод­ных затрат (3) от площади сечения (F) проводов или жил кабелей

Таким образом, для линий постоянной электросети требу­ется выполнение третьего условия: выбираемая площадь сечения должна быть близка к экономической площади сечения провода, определяемой по формуле (5.37). Нормированные значения экономической плотности тока приведены в табл. 9.2. Суть технико-экономическо­го расчета, на основании кото­рого в ПУЭ определена экономическая плотность тока, пояс­няет рис. 9.7. Чем больше пло­щадь сечения при данном токе /_р, тем дороже провод (прямая /), но тем меньше потери электроэнергии в линии и, следовательно, стоимость этих потерь (кри­вая 2). Суммарным ежегодным затратам, получаемым сложением ординат линий / и 2, соответствует кривая 3, которая имеет мини­мум при некоторой оптимальной площади сечения провода Р_ж.

Значения Р_ж и j_эк зависят, таким образом, от ежегодных по­терь энергии. Потери энергии в линии, как было показано в подразд. 5.2, зависят от плотности графика нагрузки линии, которая характеризуется временем потерь т и временем использования мак­симума нагрузки Т_м. При увеличении Т_м потери электроэнергии растут, поэтому минимум кривой 3 смещается вправо, т.е. при неизменном токе нагрузки /_р экономическая площадь сечения про­вода Р_м увеличивается.

Расчет экономической площади сечения проводов линии про­водится в следующем порядке. Для истребителя, подключенного к линии, находят Т_м в зависимости от числа смен, а затем по табл. 9.2 выбирают экономическую плотность тока ]_ж. Далее по формуле (5.37) определяют экономическую площадь сечения Е_ж. Если эта площадь оказывается больше, чем по первому и второму условиям (т.е. по нагреву и потерям напряжения), то для линии выбирают площадь сечения провода, равную ближайшему к Р_ж меньшему стандартному значению (табл. 9.3). Ближайшая мень­шая площадь сечения принимается по соображениям экономии металла проводов.

Таким образом, в общем случае выбираемая площадь сечения провода должна удовлетворять трем указанным выше условиям. Кроме того, выбранное сечение кабеля проверяют по термичес­кой стойкости при коротком замыкании и допустимому току в послеаварийном режиме (см. формулу (5.36)). 208

Таблица 9.3. Технические характеристики проводов воздушных линий

Примечание. Для проводов марки АС в числителе указана площадь сече­ния алюминиевой части, в знаменателе — стальной.

По условиям механической прочности проводов и исключения возникновения короны накладывают ограничения на минималь­ные значения площади сечения, а по экономическим соображе­ниям рекомендуется не превышать их максимальные значения.