Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

245
????
н????1
= 4,34 · √????
????1
+ 0,016 · ????
????1
· 10 3
; (87)
????
н????1
=
1000
√
500
????????1
+
2500
????????1
. (88)
Для участка 1–2:
????
н12
= 4,34 · √????
12
+ 0,016 · ????
12
· 10 3
; (89)
????
н12
=
1000
√
500
????12
+
2500
????12
. (90)
Для участка 2–В:
????
н2В
= 4,34 · √????
2В
+ 0,016 · ????
2В
· 10 3
; (91)
????
н2????
=
1000
√
500
????2В
+
2500
????2В
. (92)
ПРИМЕР
Для участка А–1:
????
н????1
= 4,34 · √????
????1
+ 0,016 · ????
????1
· 10 3
= 4,34 · √17 + 0,016 · 46,35 · 10 3
????
н????1
= 119,54 кВ
????
н????1
=
1000
√500
????
????1
+
2500
????
????1
=
1000
√500 17 +
2500 46,35
= 109,53 кВ
Для участка 1–2:
????
н12
= 4,34 · √????
12
+ 0,016 · ????
12
· 10 3
= 4,34 · √42 + 0,016 · 5,35 · 10 3
????
н12
= 49,02 кВ
????
н12
=
1000
√500
????
12
+
2500
????
12
=
1000
√500 42 +
2500 5,35
= 45,68 кВ
Для участка 2–В:
????
н2В
= 4,34 · √????
2В
+ 0,016 · ????
2В
· 10 3
= 4,34 · √38 + 0,016 · 26,65 · 10 3

246
????
н2В
= 93,53 кВ
????
н2????
=
1000
√500
????
2В
+
2500
????
2В
=
1000
√500 38 +
2500 26,65
= 96,69 кВ
На основе полученных результатов принимаем решение строить воздушную линию напряжением 110 кВ.
Задача 3. Выбор сечений проводов
Выбор сечений проводов по экономической плотности тока
Основным критерием, по которому при проектировании выбирают провода и кабели, является минимальное значение годовых приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию ЛЭП. При определении расчетного тока не следует учитывать увеличение тока при авариях или ремонтах в каких-либо элементах сети, а рассматривать только нормальный режим, так как при сооружении воздушных линий должны применяться унифицированные или типовые опоры. Выбранные сечения должны находиться в границах используемых сечений для каждого типа применяемых опор.
Согласно ПУЭ, упрощенный выбор сечений осуществляется по экономической плотности тока. Так как ранее были рассчитаны распределение мощности по участкам сети и номинальное напряжение, а коэффициент мощности задан в исходных данных, ток нормального режима для каждого участка будет определяться выражением
????
уч
=
????
уч
·10 3
√3·????
????
·cos ????

. (93)
Сечение провода выбирается в соответствии с экономической плотностью тока
????
????1
=
????
????1
????
Э
, (94) где
???????????? φ – коэффициент мощности сети;

247
????
Э
– экономическая плотность тока для заданных условий работы линий,
А/мм
2
Значение
????
Э
при продолжительности
Т
????????????
= 6500 и при использовании неизолированных алюминиевых проводов принимаем равным 1,0 А/мм
2
Зная сечение провода для каждого участка, выбираем его конкретный тип и сечение. Для этого применяем вышеприведенные формулы для каждого участка каждой схемы сети. Выбранные провода и их основные характеристики вносятся в таблицу.
ПРИМЕР
Рассчитаем ток нормального рабочего режима и сечение провода для участка А–1:
????
????1
=
????
????1
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
46,35 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 293,10 А
????
????1
=
????
????1
????
Э
=
293,10 1,0
= 293,10 мм
2
,
где
???????????? φ – коэффициент мощности сети;
????
Э
– экономическая плотность тока для заданных условий работы линий,
А/мм
2
Значение
????
Э
при продолжительности
Т
????????????
= 6500 и при использовании неизолированных алюминиевых проводов принимаем равным 1,0 А/мм
2
На основании полученных данных выбираем провод 2xАС150/24
Рассчитаем ток нормального рабочего режима и сечение провода для участка
1–2:
????
12
=
????
12
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
5,35 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 33,83 А
????
12
=
????
12
????
Э
=
33,83 1,0
= 33,83 мм
2
На основании полученных данных выбираем провод АС35/6,2.
Рассчитаем ток нормального рабочего режима и сечение провода для участка
2–В:

248
????
2В
=
????
2В
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
26,65 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 168,53 А
????
2В
=
????
2В
????
Э
=
168,53 1,0
= 168,53 мм
2
На основании полученных данных выбираем провод АС185/24.
Проверка выбранных сечений по условиям коронного разряда
Проверка выбранных сечений по условиям коронного разряда проводится для воздушных линий электропередачи напряжением от 35 кВ, которые прокладываются в нормальных условиях. Если выбранные сечения меньше допустимых для конкретного класса напряжения, то их следует увеличить.
По условиям возникновения коронного разряда существуют известные справочные значения, определяющие безопасные с рассматриваемой точки зрения сечения проводов. Их легко найти в интернете. Так, например, для напряжения 110 кВ минимально допустимое сечение проводов составляет
70/11 мм
2
. Если выбранный провод имеет меньшее сечение, его следует увеличить до безопасного значения. В нашем случае по результатам расчетов для участка 1–2 был выбран провод АС35/6,2, который не подходит для напряжения 110 кВ. Поэтому заменим его на АС 70/11.
Таким образом, с поправкой на защиту от возникновения коронного разряда, в нашей схеме используются три типа провода:

2xАС150/24
на участке А–1;

АС185/24 на участке 2–В;

АС 70/11 на участке 1–2.
Проверка выбранных сечений по допустимой токовой нагрузке
Расчетный ток определяют из условий наиболее тяжелого режима работы сети, для чего моделируют аварию на каждом ее участке. Проверка

249 заключается в сравнении рассчитанного значения тока на каждом участке с максимально допустимым, которое берется из справочника для каждого типа провода. При необходимости выбирается провод с большим сечением.
Рассмотрим показанный на рис. 160 случай с отключением участка А–
1:
P1
P2
B
A
1 2
P1
P2
A
1 2
Рис. 160. Схема электроснабжения с отключением участка А–1
Проходящая через данный участок мощность расходуется исключительно на питание первого потребителя:
????
12
= ????
1
, тогда
????
12
=
????
12
·10 3
√3·????
????
·cos ????
. (95)
Сравнив полученное значение со справочной величиной для выбранного ранее типа провода, принимаем решение о его соответствии критерию максимальной токовой нагрузки.
????
2В
= ????
1
+ ????
2
????
2В
=
????
2В
·10 3
√3·????
????
·cos ????
(96)
Случай с отключением участка 2–В иллюстрирует рис. 161.

250
P1
P2
B
A
1 2
P1
P2
A
1 2
Рис. 161. Схема электроснабжения с отключением участка 2–В
Расчётный ток на участке А–1 определим из выражений:
????
А1
= ????
1
+ ????
2
;
????
????1
=
????
????1
·10 3
√3·????
????
·cos ????
. (97)
Ток на участке 1–2 найдем по аналогичным формулам:
????
12
= ????
2
;
????
12
=
????
12
·10 3
√3·????
????
·cos ????
. (98)
ПРИМЕР
Найдем расчетный ток на участке 1–2 для проверки провода АС70/11 по допустимой токовой нагрузке:
????
12
= ????
1
= 41 МВт
????
12
=
????
12
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
41 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 259,27 А .
Так как, согласно справочнику, допустимый ток
????
д.доп
= 265 ???? , следовательно провод АС70/11 на участке 1–2 соответствует требованию по допустимой токовой нагрузке.
Найдем расчетный ток на участке 2–В для проверки провода АС185/29 по допустимой токовой нагрузке:
????
2В
= ????
1
+ ????
2
= 41 + 32 = 73 МВт

251
????
2В
=
????
2В
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
73 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 461,63 А.
Так как допустимый ток
????
д.доп.
= 510 ????, следовательно провод АС185/29 на участке 2-В соответствует требованию по допустимой токовой нагрузке.
Рассмотрим случай с отключением участка 2–В.
Найдем расчетный ток на участке А–1 для проверки провода 2xАС150/24 по допустимой токовой нагрузке:
????
А1
= ????
1
+ ????
2
= 41 + 32 = 73 МВт
????
????1
=
????
????1
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
73 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 461,63 А .
Так как допустимый ток
????
д.доп.
= 2????445 ????, следовательно провод 2xАС150/24 на участке А–1 соответствует требованию по допустимой токовой нагрузке.
Найдем расчетный ток на участке 1–2 для проверки провода АС70/11 по допустимой токовой нагрузке:
????
12
= ????
2
= 32 МВт
????
12
=
????
12
· 10 3
√3 · ????
????
· cos ????
=
32 · 10 3
√3 · 110 · 0,83
= 202,36 А .
Так как допустимый ток
????
д.доп.
= 265 ????, следовательно провод АС70/11 на участке 1–2 соответствует требованию по допустимой токовой нагрузке.
Задача 4. Расчет удельных механических нагрузок в проводах
Расчет удельных механических нагрузок проводят для каждого выбранного типа провода с учетом заданных районов по ветру и гололедности.
Вначале составляется сводная таблица с характеристиками выбранных проводов. Применительно к нашим примерам она может иметь следующий вид (табл. 12).
Таблица 12

252
Характеристики рассматриваемых проводов
Номинальное сечение, мм
2
Сечение, мм
2
Диаметр провода, мм
Масса провода, кг/км
Погонное активное сопр.,
Ом/км алюминия стального сердечника
АС70/11 68 11,3 11,4 276 0,46
АС150/24 149 24,2 17,1 599 0,210
АС185/29 181 29 18,8 728 0,17
Затем для каждого провода проводятся расчеты удельных нагрузок
????
1
− ????
7
, учитывающих собственный вес проводов, гололед и ветер.
1. Расчет удельной нагрузки от собственной массы провода в Н/(м мм
2
) производится по формуле
????
1
=
????·????
0
·10
−3
????
, (99) где
????
0
– масса 1 км провода в кг;
????– полное поперечное сечение провода в мм
2
;
???? = 9,81 м/с
2
– ускорение свободного падения.
2. Удельная нагрузка от массы гололедных отложений рассчитывается по формуле
????
2
=
????·????
0
·????·????
Г
·(????+????
Г
)·10
−6
????
. (100)
Расчетные значения толщины стенки гололеда определяются по формуле
????
Г
= ????
Г.Н.
· ????
????
????
· ????
????
ℎ
,(101) где
????
Г.Н.
– нормативная толщина стенки гололеда;
????
????
????
– коэффициент, учитывающий отличие действительного диаметра провода от 10 мм;
????
????
ℎ
= 1, т. к. в задании не указана высота центра тяжести.
????
????
????
=
0,83
√0,1·????
п
4
+ 0,17 (102)

253 3. Удельная нагрузка от собственной массы и массы гололеда будет равна сумме двух ранее полученных величин:
????
3
= ????
1
+ ????
2
. (103)
4. Удельная нагрузка от давления ветра на провод без гололеда рассчитывается по формуле
????
4
=
????·????
????
·????
????
·????
????
ℎ
·(????
????
·????)·10
−3
????
. (104)
Расчетные значения скоростного напора ветра определяются по формуле
????
????
= ????
????.????
· ????
????
ℎ
, (105) где
????
????.????
– нормативный скоростной напор ветра;
????
????
ℎ
– поправочный коэффициент на высоту подвески проводов.
Это справочные величины.
Аэродинамический коэффициент
????
????
= 1,2 для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.
Коэффициент неравномерности распределения скоростного напора по пролету воздушной линии α определяется по формуле
Α
=
0,9
√0,01·????
????.????
−1,7 4
+ 0,1.
(106)
5. Удельная нагрузка от давления ветра на провод с гололедом рассчитывается по формуле
????
5
=
????·????
????
·????
????
·????
????
ℎ
·(
????????
4
)·(????
П
+2·????
Г
)·10
−3
????
. (107)
6. Удельная результирующая нагрузка от массы провода и давления ветра без гололеда рассчитывается по формуле
????
6
= √????
1 2
+ ????
4 2
.(108)

254 7. Окончательную величину – удельную результирующую нагрузку от массы провода, давления ветра и массы гололеда – рассчитаем по формуле
????
7
= √????
3 2
+ ????
5 2
.(109)
ПРИМЕР
Расчет удельных механических нагрузок для сталеалюминиевых проводов АС70/11, АС150/24, АС185/29 воздушной линии 110 кВ, проходящей во втором районе по ветру и во втором районе по гололедности
Определим механические нагрузки на провод АС70/11.
Рассчитаем удельную нагрузку от собственной массы провода:
????
1
=
????·????
0
·10
−3
????
=
9,81·276·10
−3 79,3
= 34,14 · 10
−3
H
м·мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от массы гололедных отложений по формуле
????
2
=
????·????
0
·????·????
Г
·(????+????
Г
)·10
−6
????
Расчетные значения толщины стенки гололеда определяются по формуле
????
Г
= ????
Г.Н.
· ????
????
????
· ????
????
ℎ
,
где
????
????
ℎ
= 1, т. к. в задании не указана высота центра тяжести.
????
????
????
=
0,83
√0,1 · ????
п
4
+ 0,17 =
0,83
√0,1 · 11,4 4
+ 0,17 = 0,97
????
Г
= 20 · 0,97 · 1 = 19,47 мм
????
2
=
9,81 · 900 · 3,14 · 19,47 · (11,4 + 19,47) · 10
−6 79,3
????
2
= 210,14 · 10
−3
H
м · мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от собственной массы и массы гололеда:

255
????
3
= ????
1
+ ????
2
= 34,14 · 10
−3
+ 210,14 · 10
−3
= 244,28 · 10
−3
H
м·мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от давления ветра на провод без гололеда по формуле
????
4
=
????·????
????
·????
????
·????
????
ℎ
·(????
????
·????)·10
−3
????
Расчетные значения скоростного напора ветра определяются по формуле
????
????
= ????
????.????
· ????
????
ℎ
= 650 · 1 = 650 Па.
Коэффициент неравномерности распределения скоростного напора по пролету воздушной линии α определяется по формуле
α
=
0,9
√0,01 · ????
????.????
− 1,7 4
+ 0,1 =
0,9
√0,01 · 650 − 1,7 4
+ 0,1 = 0,71
????
4
=
0,71 · 1 · 1,2 · 1 · (650 · 11,4) · 10
−3 79,3
= 79,39 · 10
−3
H
м · мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от давления ветра на провод с гололедом по формуле
????
5
=
???? · ????
????
· ????
????
· ????
????
ℎ
· (
????
????
4 ) · (????
П
+ 2 · ????
Г
) · 10
−3
????
????
5
=
0,71 · 1 · 1,2 · 1 · (
650 4 ) · (11,4 + 2 · 19,47) · 10
−3 79,3
????
5
= 87,63 · 10
−3
H
м · мм
2
Рассчитаем удельную результирующую нагрузку от массы провода и давления ветра без гололеда:
????
6
= √????
1 2
+ ????
4 2
= √(34,14 · 10
−3
)
2
+ (79,39 · 10
−3
)
2
= 86,42 · 10
−3
H
м·мм
2
.
Рассчитаем удельную результирующую нагрузку от массы провода, давления ветра и массы гололеда:
????
7
= √????
3 2
+ ????
5 2
= √(244,28 · 10
−3
)
2
+ (87,63 · 10
−3
)
2
= 259,53 · 10
−3
H
м·мм
2
.

256
Определим механические нагрузки на провод АС150/24.
Расчет механических нагрузок на провод АС150/24 проведем аналогично вышерассмотренному примеру.
Рассчитаем удельную нагрузку от собственной массы провода:
????
1
=
???? · ????
0
· 10
−3
????
=
9,81 · 599 · 10
−3 173,20
= 33,93 · 10
−3
H
м · мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от массы гололедных отложений по формуле
????
2
=
???? · ????
0
· ???? · ????
Г
· (???? + ????
Г
) · 10
−6
????
????
2
=
9,81 · 900 · 3,14 · 17,92 · (17,1 + 17,92) · 10
−6 173,20
????
2
= 100,47 · 10
−3
H
м·мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от собственной массы и массы гололеда:
????
3
= ????
1
+ ????
2
= 33,93 · 10
−3
+ 100,47 · 10
−3
= 134,40 · 10
−3
H
м · мм
2
Рассчитаем удельную нагрузку от давления ветра на провод без гололеда по формуле
????
4
=
???? · ????
????
· ????
????
· ????
????
ℎ
· (????
????
· ????) · 10
−3
????
????
4
=
0,71·1·1,2·1·(650·17,1)·10
−3 173,20
= 54,53 · 10
−3
H
м·мм
2
.
Рассчитаем удельную нагрузку от давления ветра на провод с гололедом по формуле
????
5
=
???? · ????
????
· ????
????
· ????
????
ℎ
· (
????
????
4 ) · (????
П
+ 2 · ????
Г
) · 10
−3
????
????
5
=
0,71 · 1 · 1,2 · 1 · (
650 4 ) · (17,1 + 2 · 17,92) · 10
−3 173,20