Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

270 Технико-экономические

расчеты

в электрических сетях Гл. 6

ния приведенные затраты определяются по выражению

(6.31),

которое можно переписать в следующем виде:

3 = (/>„ + «,)*+ 3/^10. (6.37)

На рис. 6.7, а зависимости расчетных затрат показаны для

сечений F

и F

, причем F

>F2>Fi. Постоянная часть

Вариант

Рис.

6.7. Выбор сечения по экономическим интервалам токовых нагру-

зок:

—

построение экономических интервалов; б, в

—

варианты схемы сети

затрат соответствует первому слагаемому в (6.37). Второе

слагаемое соответствует стоимости потерь электроэнергии

HAW

В (6.29) и зависит от квадрата тока, поэтому кривые

приведенных затрат

—

параболы. Чем больше сечение, тем

больше пологость парабол. Точка пересечения кривой Fi

с кривой F

определяет значение наибольшего тока /

бь

при котором приведенные затраты в варианте с сечением

F1 равны приведенным затратам в варианте с сечением F

Если ток в линии меньше /

бь то наименьшие затраты со-

ответствуют сечению F\, т, е. экономически целесообразно

§ 6.6 Определение сечения по эконом,

плотности

тока 271

выбрать именно это сечение. Значения тока от нуля до

ЛЙ1

—

экономический интервал для первого сечения. Если

ток находится в пределах от /

6i до /

б2, экономически це-

лесообразным будет второе сечение. При токе, большем

б2,

выбирается сечение F$.

При использовании экономических интервалов тока

необходимо уточнение понятия наибольшего тока линии.

Сечения проводов надо выбирать по расчетной токовой на-

грузке линии /

, которая определяется по выражению

'р = 'е6«,«Г. (6-38)

где /нб — ток в линии на пятый год ее эксплуатации в нор-

мальном режиме, определяемый для линий питающей

и распределительной сетей из расчета режима, соответст-

вующего максимуму нагрузки энергосистемы; а»— коэф-

фициент, учитывающий изменение нагрузки по годам экс-

плуатации линии;

ат —

коэффициент, учитывающий число

часов использования максимальной нагрузки линии 7^6

и коэффициент ее попадания в максимум энергосистемы

Кы.

Для линий ПО—220 кВ значение а

принимается рав-

ным 1,05, для линий более высокого напряжения этот ко-

эффициент определяется по специальным выражениям,

а коэффициент а

—

по таблице [10].

Экономические интервалы тока для выбора сечений про-

водов воздушных линий 35—750 кВ приведены в [10, табл.

7.8] в зависимости от напряжения, расчетной токовой на-

ки,

определенной по (6.38), района по гололеду, материала

опор и количества цепей в линии. Таблица составлена для

всех стандартных сечений проводов для четырех регионов

нашей страны.

Если расчетная токовая нагрузка превышает верхнюю

границу интервала использования максимального сечения

для данного напряжения, то надо рассмотреть варианты

усиления сети. Например, для линии ПО кВ наибольшее

сечение равно 240 мм

. Предельная экономическая нагруз-

ка на одну цепь для одноцепнои линии ПО кВ с железобе-

тонными опорами при сечении 240 мм

равна 370 А. Допу-

стим, что определенная расчетом наибольшая расчетная

нагрузка равна 450 А, т. е. больше, чем предельная нагруз-

ка при /

=240 мм

. В этом случае необходимо технико-

экономическое сравнение варианта одноцепнои линии

272 Технико-Экономические

расчеты

в электрических сетях Гл. 6

ПО кВ с F=240 мм

и наибольшей расчетной нагрузкой

450 А с вариантом двухцепной линии этого же напряжения

при нагрузке на одну цепь 225 А, а также с вариантом ли-

нии напряжением 220 кВ.

Если расчетная токовая нагрузка меньше нижней гра-

ницы интервала применения минимального сечения данно-

го напряжения, то необходимо сравнение с вариантом ли-

нии более низкого напряжения.

В настоящее время для строительства воздушных ли-

ний применяется большое количество сечений проводов:

для линий ПО кВ — семь, 220—330 кВ — четыре, 500 кВ—

три. Это противоречит принципам унификации линий. Про-

веденные институтом Энергосетьпроект исследовательские

и конструкторские работы по унификации линий обоснова-

ли целесообразность применения сокращенной номенкла-

туры сечений проводов воздушных линий ПО—750 кВ,

сооружаемых на унифицированных опорах. В сокращенной

номенклатуре проводов количество сечений для воздушных

линий ПО кВ — три, для линий каждого из напряжений

220—750 кВ —два. Экономические интервалы тока для воз-

душных линий сокращенной номенклатуры проводов при-

ведены в [10, табл. 7.9].

Аналогично экономическим интервалам токовых нагру-

зок для выбора сечений проводов воздушных линий могут

быть построены экономические интервалы мощностей, пе-

редаваемых по линиям. В [10, табл. 7.10 и 7.11] приведены

экономические интервалы мощности при полной и сокра-

щенной номенклатуре сечений.

Экономические интервалы токов и мощностей подсчи-

таны для сечений, которые равны минимально допустимым

по условиям короны или больше них. Поэтому проверять

по условиям короны надо только воздушные линии ПО кВ

и выше, прокладываемые по трассам с отметками выше

1500 м над уровнем моря.

Проверять по допустимым потерям и отклонениям на-

пряжения сечения воздушных линий 35 кВ и выше не надо,

так как повышение уровня напряжения путем увеличения

сечения проводов таких линий экономически нецелесооб-

разно. Сечения проводов воздушных линий необходимо про-

верить по допустимому нагреву в послеавариином режиме

(см.

§6.9).

§ 6.6 Определение сечения по эконом,

плотности

тока 273

Пример 6.4. На рис 6 7, б и в показаны варианты схем проектируе-

мой сети с номинальным напряжением ПО кВ. Длины линий в кило-

метрах указаны на рисунках. Нагрузки подстанций-

= 17 МВт; Р

= 36 МВт; Р

= 39 МВт; Р

= 22 МВт;

МВт;

коэффициенты мощности нагрузок всех подстанций одинаковы и равны

cos<p=0,8. Выберем сечения сталеалюминиевых проводов по экономи-

ческим интервалам тока, принимая для всех подстанций одно и то же

Время наибольшей нагрузки 7Л,<|=3800 ч.

Вариант 1. Определим распределение мощности в проектируемой

Сети по мерному закону Кирхгофа:

п = Рг +

з = 36 + 39 = 75 МВт; Р

=*=

= 39 МВт;

Ри =

Р*

+ Рь +

Р»

= 22 + 17 +

= 80 МВт;

Р*ь

= Р

+ Р

= 17 + 41 = 58 МВт; Р

5в

= Р

МВт.

В нормальном режиме работы сети наибольший ток в каждой це-

пи линии равен

/H6W

—

]/з Г/,

ном

°S

<Р

75-Ю

/аб!2 = — = 246 А;

2КЗ-110-0.8

39-Ю

/нбгз = — = 127,9 А;

21/3-110-0,8

80-Ю

/нем = — = 262,4 А;

2 К З-ПО-0,8

58-Ю

/нб45 = — = 190,3 А;

2КЗ-110-0,8

4Ы0

/нбзе = — = 134,5 А.

2У 3-1100,8

Расчетную токовую нагрузку цепи определим по формуле (6.38)5

р =

нв

Г,

где а, = 1,05; а

= 0,8 [10];

р12

= 246-1,05-0,8 = 206,6 А;

р23

= 127,9-1,05-0,8= 107,4 А;

18-237

274 Технико-экономические

расчеты

в электрических сетях Гл. 6

Р14

= 262,4-1,05-0,8 = 220,4 А;

р45

= 190,3-1,05-0,8== 159,9 А;

р5а

= 134,5-1,05-0,8 = 113 Л.

По [10, табл. 7 8] выбираем сечения сталеалюмшшевых проводов:

= 185 мм

; F

= 120 мм

; F

= 240 мм

; F

= 150 мм

;

= 120 мм

Проверка выбранных сечений по допустимому иагреву рассмотрена

в примере 6.8.

Вариант 2. Для кольца 1231 находим сначала активные мощности

на головных участках (см. гл. 3) по активным мощностям и длинам ли-

ний:

р __ ^а hi

"1"

Pa ^81

'12

+ 'as "f 'et

где /

-t-/

=23 + 50=73 км; /

j = 50 км; /,

з+/з1=30+23 + 50=

103

км;

36-73+39-50

нб12

тз

Вт:

(23 + 30) -f 36-30

нб13

= „ ' =30,55 МВт.

Hms

50+23 + 30

Правильность найденных значений Рщ и P

подтверждается следу-

ющей проверкой:

и + •Pis ~ 44,45 + 30,55 --=/>„ \-Р

^75 МВт.

Мощность в линии 23 определим в соответствии с первым законом

Кирхгофа:

^623 = ^12-^2 = 44,45-36 = 8,45 МВт.

Мощности в линиях 14, 45 н 56 те же, что н в варианте 1

Далее расчет производим аналогично расчету варианта 1:

Линия 12 23

Расчетный наибольший

ток цепи линии /„

, А 291,6 55,44

Расчетная токовая на-

грузка цепи линии /

А 244,9 46,57

Сечение провода, мм

. 240 70

13 14 45

200,4 262,4 190,3

134,5

168,3

185

220\4

240

159,9

15J

113

120

§ 6.7

Особенности

определения сечения линий 275

6.7. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ЛИНИИ

В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

ПО

ДОПУСТИМОЙ

ПОТЕРЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Допустимые потери напряжения

распределительной

сети

—

это такие потери напряжения, при которых

резуль-

тате регулирования напряжения отклонения напряжения

на зажимах всех

ЭП не

выходят

за

пределы предусмотрен-

ных ГОСТ технически допустимых значений (см.

5.1),т.

е.

выполняются условия (5.12). Допустимая потеря напряже-

ния

распределительной сети всегда должна быть больше

наибольшей потери напряжения

или

равна

ей, т.е.

должно

выполняться следующее условие:

Д£/

нб

<Д£/

доп

. (6.39)

Напряжение источника питания примерно постоянно.

Если наибольшая потеря напряжения больше,

чем

допус-

тимая,

то в

конце линии, например

на рис. 6.8,а в

узле

будс1 очень низкое напряжение

обеспечить выполнение

(5.12) невозможно.

В распределительных сетях 0,38—20

кВ

сечение линий

надо выбирать

так,

чтобы выполнялось условие (6.39).

Ес-

ли

при

проектировании увеличить сечение провода линии

то

уменьшатся активное

реактивное сопротивления

и соответственно уменьшится наибольшая потеря напряже-

ния

(6.40)

^ном

Зависимости удельных активных

индуктивных сопро-

тивлений проводов

от

сечения показаны

на рис.

6.8, г.

При

изменении

F в

питающих сетях

меняется мало,

>г

В питающих сетях возможности регулирования

велики

и изменение сечения

для

уменьшения

At/

экономически

не

оправдано, поэтому условие (6.39)

при

выборе

F не

учиты-

вается

(см. § 6.6). В

распределительных сетях г

>х

При

увеличении сечения сильно уменьшается

потери напря-

жения существенно уменьшаются.

распределительных

се-

тях возможности регулирования

невелики

и при

выборе

F учитывается условие (6.39).

Особенности выбора сечений

распределительных

се-

тях 0,38

—

кВ

обусловлены необходимостью учитывать

18*

276 Технико-экономические

расчеты

в электрических сетях Гл. 6

при выборе F условия экономичности (см. § 6.6), допусти-

мых потерь напряжения (6.39) и нагрева (см. § 6.8). Се-

чения в сетях до 1 кВ, кроме случаев, указанных в § 6.6,

jf~^ { ^^ а)

Рис.

6.8. Зависимость удельных сопротивлений воздушной линии от се-

чения:

—

линия с четырьмя узлами; б

—

линия с п узлами, в

—

двухцепиая линия с тре-

мя узлами; г

—

зависимости r

(F), xo(F)

и в сетях

6—20

кВ определяются по условиям экономично-

сти (по /

эк

), по Л"£/

оп и допустимому нагреву. Сечения в се-

тях до 1 кВ в случаях, указанных в § 6.6, определяются по

условиям Д£/

оп и нагрева [16].

Следует отметить, что для определения сечений по раз-

личным условиям можно использовать несколько алгорит-

мов,

дающих один и тот же результат. Первый заключает-

ся в первоначальном выборе сечения проводника по одно-

му, наиболее определяющему условию, например по /

к,

и в дальнейшей проверке этого сечения по другим услови-

ям,

например по (6.39), H-агреву и т. д. Второй алгоритм

§6.7

Особенности

определения сечения линий

277

предполагает нахождение стандартного сечения по каждо-

му условию и дальнейший выбор наибольшего из них. На

практике обычно применяется более простой, первый алго-

ритм. При его использовании важное значение имеет опре-

деление основного условия, в соответствии с которым пер-

воначально выбирается сечение. Это условие может быть

разным для городских, промышленных и сельских сетей

в зависимости от характера сети и нагрузки. Для распре-

делительных сетей таким основным условием, определяю-

щим выбор F, чяпо является (0.39). Будем называть сече-

нием /'"лс/, ныбрпниым но условию допустимой потери на-

пряжения, i.-iivoo наименьшее стандартное сечение, которое

удов/iei порист условию (6.39).

Поясним, почему при использовании второго алгоритма

выбирается наибольшее из сечений, удовлетворяющих раз-

ным условиям. Сравнение сечений, выбранных по допусти-

мой потере напряжения и по экономической плотности то-

ка, не следует делать в сетях до 1 кВ для тех перечислен-

ных (см. § 6.6) случаев, когда сечение не следует

выбирать по экономической плотности тока. Во всех ос-

тальных случаях надо определить кроме сечения F

, вы-

бранного по допустимой потере напряжения, сечение F

выбранное по экономической плотности тока (см. § 6.6).

Если выполняется условие

F ^>f

эк -^

то потери напряжения при F

будут меньше, чем при F^u

В этом случае следует выбрать F

K, так как ограничения

по допустимой потере напряжения для экономического се-

чения соблюдаются.

Если /

эк</

д£/, ю наибольшая потеря напряжения при

будет больше допустимой. В этом случае надо выби-

рать для соответствующих участков проектируемой сети

сечения по допустимой потере напряжения

F&и •

Аналогич-

но сечения F

«. и F&u надо сравнить с F, выбранным по

условию допустимого нагрева (см. § 6.8).

Выбор сечения линий по допустимой потере напряже-

ния достаточно прост, если сеть имеет только один участок.

В этом случае допустимые потери напряжения в соответст-

вии с (6.40) однозначно определяют сечения проводов. Для

Сети с несколькими участками нельзя однозначно выбрать

сечения участков по Д£/

ДО

п. Можно выбрать различные зна-

278 Технико-экономические

расчеты

в электрических сетях Г л 6

чения

F&U,

удовлетворяющие (6.39). Для сети с несколь-

кими участками для однозначного выбора F

u кроме (6 39)

могут быть наложены дополнительные условия, косвенно

отражающие условия экономичности. Этим условием может

быть, например, соображение о целесообразности выбора

неизменного по всей линии с несколькими на1рузками се-

чения проводов. В ряде случаев используется условие ми-

нимума расхода металла или минимума потерь мощности

в линии. Все три рассмотренных способа выбора сечения

определяются допустимой потерей напряжения. Каждый

из них удовлетворяет (6.39) и еще одному условию, кото-

рое и определяет область применения этого способа выбо-

ра сечения в распределительных сетях.

Проанализируем выбор сечения по допустимым потерям

напряжения при использовании каждого из условий

Выбор сечения из условия его равенства на всех участ-

ках линии, F

= const=F. Это условие используется при

выборе сечения проводов и кабелей в городских Электри-

ческих сетях. Равенство сечений проводов обеспечивает

наиболее выгодные условия для строительства и монтажа

сети или ее участков. Особые преимущества такая струк-

тура имеет для линий с большим количеством нагрузок,

достаточно близко расположенных друг к другу.

Рассмотрим схему замещения линии на рис. 6 8,6 Оп-

ределены конструкции линии и марки проводов (но не их

сечения) Известны мощности /е-ю узла S

, расстояние

между узлами /*/, допустимая потеря напряжения

aon

Надо определить сечение F.

Наибольшая потеря напряжения в линии находится по

формуле (3.61):

AU = V

Ph} rhJ + QftJ V|iJ

'""""I/

*=1

m m

h) 2 Qbj

ft=l k=l

= ^L + J=L ,

(

64i)

'-'ном

аом

где k — начало участка линии; /— конец участка линии;

Гк,, х

, — сопротивления участка линии; P

, Qkj — актив-

ная и реактивная мощности на участке линии.

§67

Особенности

определения сечения линий 279

Представим допустимую потерю напряжения в линии

в виде двух слагаемых'

Д^доп = Д^доп а + Л^доп р.

(

-42)

где Д£/

опа соответствует первому слагаемому в (6.41),

т е это как бы допустимая потеря напряжения в активном

сопротивлении линии; Д£/

ДО

соответствует второму сла-

гаемому в (6.41), т. е. это допустимая потеря напряжения

в реактивном сопротивлении линии.

Пусть наибольшая поюри напряжения равна допусти-

мой потере напряжения:

k=i

Лоп

= -^~ +

+ -£*-

(6.43)

Отсюда получим

hj 2 QhjXhj

A^ona

= -

~ ;

aonP

= ^- (6.42a,

"ном ^HOM

Реактивное удельное сопротивление х

при изменении

сечения изменяется мало (рис. 6.8,г). Поэтому для распре-

делительной сети при постоянном сечении участков линии

выбор сечения ведется в следующем порядке:

а) задаем значение х

, например для воздушных линии

Лч)=0,4 Ом/км, а для кабельных линий 6—10 кВ и до

1 кВ — 0,09 и 0,06 Ом/км соответственно;

k=l

/=2

б) находим из (6.43а) AU

aonp

= ;

^ном

в) находим из (6.42) Ml

aon

a=AU

Л0П

—М/

ао

„

;

г) определяем сечение F.

Допустимая потеря напряжения на активном сопротив-

лении линии