Выбор сечений проводов

 

Выбор экономических сечений проводов является одной из важнейших задач проектирования и сооружения электрических сетей, т.к. связан со значительными капиталовложениями, основными расходами проводниковых мате­риалов, потерями мощности и электроэнергии в системах.

При выборе экономических сечений для линий напряжением до 500 кВ нужно пользоваться нормированными обобщенными показателями. К ним от­носятся:

– значения экономической плотности тока для основных районов страны;

– экономические токовые интервалы для каждой марки провода.

В первом случае суммарное сечение проектируемой линии электропередачи

где – нормированное значение экономической плотности тока, выби­раемое по [6,7]; – расчетный ток линии при её эксплуатации (он должен соответствовать условиям нормальной работы сети, т.е. не следует учитывать увеличения тока при авариях или ремонтах в каких-либо элементах сети); – коэффициент, учитывающий изменение тока нагрузки по годам эксплуатации.

В расчетах рассматриваем нормальный максимальный режим работы сети и принимаем . Сечение, полученное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного.

Следует знать, что значения [6,7] относятся к проектируемым линиям и не являются критерием экономической нагрузки существующих линий. Для эксплуатируемых линий допускается превышение (вплоть до двухкратного) нормативных значений плотности тока вместо прокладки дополнительных ли­ний или замены проводов на большие сечения, конечно, при выполнении до­пустимых условий по короне и по нагреву.

В связи с применением на линиях унифицированных опор, капитальные затраты и ежегодные отчисления изменяются дискретно, поэтому для выбора экономических сечений целесообразно использовать метод экономических интервалов.

Согласно этой методике для воздушных и кабельных линий разных напряжений и исполнений определяются затраты в зависимости от тока для различ­ных сечений на единицу длины линии без учета ущерба:

, (4)

где – коэффициент, учитывающий норму дохода на капитал; – коэффициент суммарных ежегодных отчислений на амортизацию, ре­монт и обслуживание линии; – стоимость одного километра длины линии; – время потерь, – стоимость потерянной энергии по замыкающим затратам [6]; – погонное активное сопротивление линии [6,7].

Указанные зависимости представляют собой серию пересекающихся параболических кривых (рис. 10).

 

 

Рис. 10. Методика выбора сечений линий (экономические интервалы)

 

На рис. 10 показаны кривые, построенные по (4) для трёх стандартных зна­чений сечений линии ( ). Точки их пересечения ( ) – опреде­ляют значение тока, при котором следует перейти от одного к другому сече­нию, а отрезок ( ) определяет экономический интервал сечения . Внешняя ломаная кривая (изображена утолщенной линией) соответствует минимальным затратам, а, следовательно, определяет экономические сечения.

По данной методике построены номограммы экономических интервалов , которые позволяют точно выбирать экономические сечения для линий, различных по напряжению и конструкции [3].

На выбранные экономические сечения накладываются ограничения, учитывающие ряд технических требований.

1. При напряжении выше 35 кВ для устранения коронирования и радио­помех выбираемые сечения ( ) должны удовлетворять условию .

2. Для сетей напряжением ≤ 35кВ по условиям механической прочности .

3. Сечения проводников по нагреву длительно допустимым током нагруз­ки в нормальных и послеаварийных режимах должны обеспечить условие .

4. Минимальные сечения жил кабельных линий по условию протекания токов короткого замыкания – .

Здесь , , – соответственно минимальные допус­тимые сечения проводов по короне, по механической прочности, по термиче­ской устойчивости к токам короткого замыкания.

При выборе сечений проводников достаточно учесть наиболее жесткое из названных ограничений.

К техническим требованиям относится также необходимость обеспечения допустимых потерь напряжения в местных сетях и допустимых отклонений напряжения у потребителей в районных сетях.

Экономические сечения проводов выбираются лишь для вновь проектируемых линий. Для существующих линий провода проверяются только по условию нагрева.

В настоящее время увеличение передаваемой мощности по сети требует больших капиталовложений. Так как потребление электроэнергии растет, сетевые компании должны реконструировать существующие сети с увеличением сечения провода, и соответственно увеличением его массы. В конечном счете, компании сталкиваются с заменой существующих опор электросетей новыми, рассчитанными на более высокие нагрузки, или строительством новых ЛЭП. Последнее может быть затруднено особенно при пролегании трассы ВЛ в густонаселенном районе, и в малонаселенных районах частных земель, таких как национальные парки, заповедники и другие зоны с запретом на строительство. Таким образом, недавние попытки разработать провода, сочетающие в себе высокую механическую прочность и малый вес без снижения пропускной способности, привлекли интерес различных компаний.

Рассмотрим ряд существующих разработок, которые при необходимости можно использовать при выполнении курсового проекта.

1. Композитные провода марки АССС

Стандартные стальные сердечники могут перегреться в условиях пиковых электрических нагрузок, что приводит к растяжению провода и провисанию ниже допустимой нормы. В противоположность этому, провод с сердечником из композитов обладает более низким коэффициентом термического расширения и поэтому они менее подвержены тепловому расширению, чем проводники со стальными сердечниками. Заменяя провод со стальным сердечником на провод с композитными материалами, можно увеличить пропускную способность линий. Производители провода говорят, что можно удвоить величину тока в линии без риска провисания и разрушения провода. Свойства композитных материалов – высокое отношение прочности к весу и малая величина провисания, что приводит к увеличению пролетов между опорами, уменьшая количество опор в линии на

16 %.
Алюминиевый Проводниковый Провод с Композитным Сердечником (Aluminum Conductor Composite Core (ACCC) cable) от компании Composite Technology Corp.'s (CTC, Irvine, Calif) построен вокруг углеволоконного и стекловолоконного эпоксидного ядра (рис. 11).

 

Рис. 11. Композитные провода марки АССС

 

Сердечники имеют размеры, соответствующие стандартным размерам, диаметрами от 12,7 мм до 69,85 мм, что обеспечивает их применение для изготовления проводников с пропускной способностью от 300 А до 3500 А.

Одним из проектов установки композитных проводов стала ВЛ протяженностью в 60 км в провинции Фуджиан, Китай. В случае применения обычного провода для реконструкции линии (с увеличением сечения провода) потребовалось бы заменить 150 опор, чтобы удерживать возросший вес. Использование ACCC кабеля позволило избежать замены всех опор, кроме семи штук, снижая материальные затраты и уменьшая полную стоимость проекта.