Выбор сечений и марок проводов линий электропередачи

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют производить выбор сечений проводов воздушных линий (ВЛ) электропередачи по экономической плотности тока , значения которой приведены в табл. П2 в зависимости от типа проводника и времени использования наибольшей нагрузки Т_нб. Этот метод в ряде случаев может приводить к ошибкам, поскольку основан на ряде не вполне обоснованных допущений: линейной зависимости капитальных вложений от сечения проводов ВЛ, предположения о непрерывности сечения проводов в выражении приведенных затрат. Экономическая плотность тока не зависит от номинального напряжения, материала и типа опор ВЛ и т.д.

В настоящее время разработан метод выбора сечений проводов линий 35-750 кВ по экономическим интервалам токовой нагрузки, свободный от перечисленных недостатков. Порядок расчета этим методом и соответствующие таблицы приведены в [3].

В данном курсовом проекте выбор сечений проводов ВЛ в соответствии с рекомендациями ПУЭ [5] производится по экономической плотности тока, порядок расчета при этом следующий:

1. Определяется распределение активных и реактивных мощностей в электрической сети в режиме максимальных нагрузок.

2. Определяются токи I_{max ik} на участках рассматриваемой сети, А:

, (2.8)

где – активная и реактивная мощности в линии i - k после компенсации реактивной мощности, МВт, Мвар; n_ik – количество цепей или параллельных ЛЭП на данном участке; U_{ном ik} – номинальное напряжение рассматриваемой линии, кВ.

3. По табл. П3 определяется значение экономической плотности тока .

4. Находится экономическое сечение провода линии i - k:

. (2.9)

5. По табл. П1 выбирается марка провода, при этом следует иметь ввиду, что по условиям отсутствия общей короны и механической прочности ЛЭП для каждого номинального напряжения существует свой диапазон применяемых сечений сталеалюминиевых проводов, приведенный в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Диапазон применяемых сечений проводов ВЛ

Номинальное напряжение , кВ
Сечения сталеалюминиевых проводов, мм2	35÷150	70÷240	120÷300	240÷400

Выбранные сечения проводов ЛЭП необходимо проверить по нагреву длительно протекающими токами и по потере напряжения. Проверка по нагреву должна выполняться для наиболее тяжелых послеаварийных режимов работы сети. Для двухцепных линий или для двух параллельных одноцепных линий электропередачи это будут отключения одной цепи или линии, для замкнутых схем необходимо определить токи в линиях при поочередном отключении головных участков. Совпадение аварийных отключений двух и более линий считается маловероятным. Токи, рассчитанные для послеаварийных режимов, необходимо сравнить с допустимыми по нагреву токами (I_доп) для выбранных проводов, приведенными в табл. П1 или в [4, 5].

Если ток послеаварийного режима окажется больше допустимого для данной марки провода, то следует выбрать провода с большим сечением.

Проверка по потере напряжения выполняется как для нормального, так и для послеаварийного режимов работы сети. Суммарные потери напряжения до электрически наиболее удаленного пункта в сети одного номинального напряжения в нормальном режиме работы не должны превышать 15 %, а при наиболее тяжелых аварийных отключениях линий – 20 %.

Если потери напряжения будут больше указанных допустимых значений, то рекомендуется выбрать провода с большим сечением или перейти к более высоким значениям номинального напряжения линий.

Пример 3.

Определить сечение сталеалюминиевых проводов воздушных линий электропередачи электрической сети, изображенной на рис. 2.4, методом экономической плотности тока. Номинальное напряжение линии А1 – 220 кВ, остальной сети – 110 кВ. Время использования максимальных нагрузок 5500 часов.

Распределение активных мощностей в сети рассчитано в п. 2.1. Аналогично определяется распределение реактивных мощностей.

Центром питания для замкнутой части сети является узел 1. Мысленно разрезав сеть по этому узлу, можно представить ее в виде линии с двухсторонним питанием (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Распределение реактивных мощностей

Распределение реактивных мощностей определяется по длинам линий, Мвар:

(2.10)

Проверка:

;

21,71 = 21,71.

На других участках сети распределение реактивных мощностей определяется по первому закону Кирхгофа:

; ;

; ; .

Токи в линиях в нормальном режиме максимальных нагрузок определяются по формуле (2.8), А

.

Экономическая плотность тока для сталеалюминиевых проводов при 5500 ч равна 1 А/мм². Экономическое сечение будет равно, мм²

.

Но при номинальном напряжении 220 кВ минимально допустимое сечение проводов по условию отсутствия общей короны равно 240 мм², табл. 2.6. Поэтому следует выбрать провод марки АС-240/32.

Результаты остальных расчетов сведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Результаты выбора сечений проводов линий электропередачи

Линия	Количество цепей	МВ∙А	Uном , кВ	Imax, A	Марка провода	Iдоп, А	Iпав, А	Отключение линии
А1	1 + 1	95+j37,51		134,2	АС-240/32		268,4	одна А1
1-4		23,14+j9,07		130,6	АС-150/24		310,7	1-3
4-2		7,14+j2,75		40,2	АС-70/11		220,3 90,4	1-3 1-4
3-2		1,86+j0,58		10,2	АС-70/11		169,9 140,8	1-3 1-4
1-3		31,86+12,64		180,1	АС-185/29		310,7	1-4
3-5		8+j3,16		45,2	АС-70/11		-	-

Проверку выбранных проводов по нагреву данной сети необходимо провести для трех послеаварийных режимов:

1. Отключение одной линии на участке А-1. Этот режим характеризуется увеличением тока, протекающего по оставшейся в работе линии А-1, в два раза по сравнению с нормальным режимом.

2. Отключение линии на участке 1-4 (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Послеаварийный режим сети при отключении участка 1-4

Потокораспределение в сети в данном режиме определяется по первому закону Кирхгофа:

3. Отключение линии на участке 1-3.

При этом изменятся мощности на участках 1-4, 4-2, 2-3:

Соответствующие этим режимам токи приведены в табл. 2.7.

Сравнение токов послеаварийных режимов для каждой линии с допустимыми по нагреву показало, что для каждого участка сети , следовательно, все марки проводов выдерживают нагрев длительно протекающими токами.

Потери напряжения в процентах от номинального на участке i - k определяются по формуле:

, (2.11)

где погонные параметры линии электропередачи, принимаемые в зависимости от марки провода, Ом/км (табл. П1).

Для линии А-1, выполненной проводом марки АС-240/32, =0,118 Ом/км, =0,435 Ом/км. Потеря напряжения в нормальном режиме работы сети в данной линии, %:

.

При отключении одной цепи линии А-1 увеличивается вдвое, т.е. %. Результаты расчета потерь напряжения для остальных участков сведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Результаты расчета потерь напряжения

Линия	Uном, кВ	F, мм2	l, км	r0, Ом/км	x0, Ом/км	Нормальный режим	Послеаварийный режим
Р, МВт	Q, Мвар	U,%	Р, МВт	Q, Мвар	U,%	Отключена линия
А1				0,118	0,435		37,51	1,96		37,51	3,92	1 цепь
1-4				0,204	0,420	23,14	9,07	1,34		21,71	3,19	1-3
4-2				0,422	0,444	7,14	2,75	0,52		15,39 6,32	2,89 0,68	1-3 1-4
3-2				0,422	0,444	1,86	0,58	0,17		12,06 9,65	2,97 0,71	1-3 1-4
1-3				0,159	0,413	31,86	12,64	1,36		21,71	2,34	1-4
3-5				0,422	0,444		3,16	0,83	-	-	-	-

Проверка по потере напряжения проводится для того, чтобы напряжение у самого удаленного приемника электрической энергии соответствовало требованиям ГОСТ 13109-97 [6]. Поэтому необходимо рассчитать суммарные потери в сети одного номинального напряжения от центра питания, в котором осуществляется регулирование напряжения, до электрически удаленного узла и сравнить их с допустимой величиной.

Для рассматриваемого примера в сети 220 кВ удаленным будет узел 1, следовательно, должно выполняться условие

Для остальной сети центром питания являются шины 110 кВ подстанции 1. На данной подстанции должны быть установлены автотрансформаторы, имеющие устройство для регулирования напряжения под нагрузкой. Удаленными в нормальном режиме будут являться узлы 5 и 2 (узел 2 – точка раздела мощностей или точка потокораздела).

Потери напряжения от узла 1 до узлов 2 и 5 равны, %:

Все потери напряжения меньше допустимых 15 %.

Различие в величине суммарных потерь напряжения от центра питания сети 110 кВ до точки потокораздела 2, полученное выше, объясняется принятым при расчете потокораспределения допущением о равенстве сечений проводов на всех участках замкнутой сети и расчету по номинальному напряжению , а не по действительному.

При отключении линии 1-4 удаленным будет узел 4:

При отключении линии 1-3 суммарные потери напряжения до удаленного узла 5

Во всех послеаварийных режимах потери напряжения не превышают допустимых значений.

В результате можно констатировать, что выбранные марки проводов воздушных линий электропередачи удовлетворяют условиям работы как нормальном, так и в послеаварийных режимах.