Расчет воздушных линий электропередач

Воздушные линии электропередач (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояния по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, опоры, изоляторы, тросы и линейная арматура. В целях безопасности провода ВЛ подвешиваются на опорах высоко над землей от нескольких метров до нескольких десятков метров в зависимости от напряжения линий.

Рассчитывать ВЛ это значит определить сечение провода. Сечения проводов выбирают в зависимости от ряда технических и экономических факторов.

Технические факторы, влияющие на выбор сечений, следующие:

1 Нагрев от длительного выделения тепла рабочим (расчетным) током

2 Нагрев от кратковременного выделения тепла током короткого замыкания

3 Потери (падения) напряжения в проводах ВЛ от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режимах

4 Механическая прочность – устойчивость к механической нагрузке (собственная масса провода, гололед, ветер)

5 Коронирование – фактор, зависящий от применяемого напряжения, сечения провода и окружающей среды

ВЛ выбирают по материалу провода, номинальному напряжению линии и экономической плотности тока.

Для проводов ВЛ в основном используется медь и алюминий. Для усиления механической прочности алюминиевых проводов используется стальной сердечник – такие провода называются сталеалюминиевыми.

Выбор ВЛ по напряжению сводится к выполнению условия:

, (2.1)

где U_{ВЛ ном} – номинальное напряжение ВЛ, кВ;

U_{уст. ном} – номинальное напряжение установки, численно равное номинальному напряжению сети, питающейся от этой установки, кВ.

Согласно ПУЭ выбор экономически целесообразного сечения ВЛ производится по так называемой экономической плотности тока - j_эк, которая зависит от материала провода и числа использования максимальной нагрузки в году – Т_max.

Для этого определяют расчетный ток, текущий в линии, согласно формуле:

(2.2)

где S_max – суммарная максимальная нагрузка всех потребителей, питающихся от этой ВЛ, кВА, МВА;

U_ном – номинальное напряжение, кВ;

n – число цепей линии или число параллельных линий.

Затем, выбрав по таблицам ПУЭ экономическую плотность тока – j_эк, А/мм², определяют экономическое сечение ВЛ, согласно формуле:

, (2.3)

где I_расч – расчетный ток, текущий в линии, А;

j_эк – экономическая плотности тока, А/мм².

Далее по таблицам ПУЭ выбирают ближайшее стандартное сечение проводов ВЛ и проверяют выбранное сечение по аварийному режиму, согласно неравенству:

I’_{длит.доп} I_ав (2.4)

где I’_{длит.доп} - длительно –допустимый ток в линии с учетом температурного коэффициента, А;

I_ав – аварийный ток в линии, А.

В таблицах ПУЭ для данного стандартного сечения задается длительно-допустимый ток, но так как провода ВЛ испытывают в процессе эксплуатации воздействие изменения температуры, этот ток должен быть скорректирован по температуре, согласно формуле:

I’_{длит.доп} = I_{длит.доп} · k (2.5)

где I_{длит.доп} – длительно-допустимый ток, взятый из таблиц ПУЭ, согласно стандартному сечению, А;

k – температурный коэффициент, который определяется по таблицам ПУЭ, в тех случаях, когда расчетная температура окружающей среды отличается от условной расчетной, т.е. 25⁰С.

Аварийный ток в линии – это ток, текущий по одной цепи (или одной линии), в случае обрыва другой цепи (или другой линии) ВЛ, определяют согласно формуле:

, (2.6)

Если условие (2.4) выполняется, говорят о том, что сечение провода ВЛ выбрано верно, в противном случае увеличивают сечение провода ВЛ на ступень выше.