Выбор сечения проводов и жил кабелей

 

Различной площади сечения проводников линий электропередачи соответствует различный расход проводникового материала. Следовательно, при изменении площади сечения проводников будут изменяться капитальные затраты в линию. С другой стороны, от площади сечения проводника зависит его активное сопротивление и его диаметр, которые в свою очередь влияют соответственно на нагрузочные потери электроэнергии и потери холостого хода и, как следствие, на стоимость этих потерь. Причем эти факторы выступают как конкурирующие. Действительно, например, при увеличении площади сечения проводников капитальные затраты на них будут возрастать, а стоимость потерь электроэнергии в них уменьшаться. Таким образом, проблема выбора площади сечения проводников по существу связана с определением оптимального соотношения между капитальными затратами на сооружение линии и затратами, связанными с потерями энергии в ней.

Один из подходов при решении данной задачи основывается на использовании экономической плотности тока:

где Е – нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат; р_а – доля амортизационных отчислений; β_н – стоимость 1 кВт·ч потерь энергии; ρ – удельное сопротивление материала, из которого изготовлен проводник; τ - время наибольших потерь.

Рекомендуемая ПУЭ нормативная плотность тока для неизолированных алюминиевых и сталеалюминиевых проводов равна: при Т_нб до 3000 ч J_э = 1,3 А/мм², при Т_нб от 3000 до 5000 ч J_э = 1,1 А/мм², при Т_нб более 5000 ч J_э = 1,0 А/мм².

При заданной нормативной плотности тока площадь сечения проводников линии подсчитывается предельно просто:

где I_нб – расчетный ток в нормальном режиме наибольших нагрузок, проходящий по линии. Найденное значение F_э округляется до ближайшего стандартного.

Однако такой подход имеет много недостатков. Действительно, расчетная площадь сечения проводников не совпадает со стандартной, поэтому приходится производить округление. Не учитывается различие стоимости 1 км линии в зависимости от материала и типа опор, расчетных климатических условий и района сооружения сети. Затраты на покрытие потерь электроэнергии принимались одинаковыми для различных регионов, не учитывалась стоимость потерь энергии холостого хода. Кроме того, с течением времени существенно изменились различные технико-экономические показатели.

Некоторые из перечисленных недостатков устраняются при подходе к выбору площади сечения проводников на основе предварительного определения экономических интервалов нагрузки.

Если задаться номинальным напряжением, числом цепей, типом и материалом опор воздушных линий для заданного региона, расчетными климатическими условиями, то можно по укрупненным показателям либо иным путем найти капитальные затраты К и потери на корону ΔР_х. Тогда по формуле для каждой стандартной площади сечения проводника можно построить зависимости приведенных затрат от тока в нормальном режиме работы сети З = f(I_нб) (рис. 15.2). Здесь затраты З₁ соответствуют какой-то стандартной площади сечения F₁, затраты З₂ – следующей площади сечения F₂ из ряда стандартных площадей сечений и т.д.

Совокупность зависимостей, приведенных на рис. 15.2, позволяет получить экономические интервалы нагрузки, которым будут соответствовать минимальные приведенные затраты и, следовательно, наивыгоднейшие площади сечения проводников. Так, при расчетной наибольшей нагрузке линии I_нб < I₁ таковой будет площадь сечения F₁, которой соответствуют приведенные затраты З₁, при I₁ < I_нб < I₂ – площадь сечения F₂, а при I_нб > I₂ – площадь сечения F₃, для которой приведенные затраты равны З₃.

Граничное значение тока, при котором целесообразно переходить от одной площади сечения к другой, можно найти, если записать выражение для двух смежных площадей сечений F₁ и F₂:

Тогда, приравнивая З₁ и З₂, получим

Отсюда

Следует заметить, что в ряде случаев, экономические интервалы нагрузки для некоторых площадей сечений проводников ВЛ могут отсутствовать, что свидетельствует о нецелесообразности их применения (кривая З₄ на рис. 15.2, соответствующая площади сечения F₄).

Такая ситуация может быть следствием, например, того, что стоимость линии на

унифицированных опорах с меньшей площадью сечения оказывается выше, чем линии с большей площадью сечения проводников. В кабельных линиях такого положения обычно не возникает. В них стоимость линии повышается при переходе с меньшей стандартной площади сечения жилы на соседнюю бóльшую. Поэтому экономические интервалы нагрузки могут быть найдены для всех площадей сечений жил, имеющихся в шкале стандартных сечений.

По сравнению с нормативной экономической плотностью тока экономические интервалы нагрузки позволяют учитывать дискретность шкалы стандартных площадей сечений проводников, конкретные условия сооружения линии (климатический и географический районы, тип и материал опор, число цепей), при необходимости – потери электроэнергии на корону и др.

При их построении условие линейности зависимости капитальных затрат от площади сечения не обязательно. При этом следует отметить, что для ВЛ выбор площади сечения проводов по экономическим соображениям практическое значение имеет в основном при напряжениях 35 кВ и выше. Что же касается распределительных сетей до 20 кВ включительно, то из-за отсутствия в них трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой или иных регулирующих устройств определяющим фактором является преимущественно допустимая потеря напряжения.