Выбор сечений проводов воздушных линий

Для воздушных линий электропередачи (ВЛ) применяются многопроволочные алюминиевые и сталеалюминиевые провода, а также провода из алюминиевых сплавов. Для ВЛ 35 кВ и выше применяют, как правило, сталеалюминиевые провода. Применение медных или других проводов должно обосновываться технико-экономическими расчетами.

Для ВЛ напряжением до 35 кВ в настоящее время получают все большее распространение самонесущие изолированные провода СИП. Для СИП используются сталеалюминиевый провод или провод из алюминиевого сплава высокой прочности. В качестве изоляции используется сшитый полиэтилен СПЭ.

Выбор сечений проводов ВЛ напряжением 750 кВ и выше производится на основе технико-экономических расчетов.

При проектировании ВЛ напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения провода проводится по нормированным обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются нормированные значения экономической плотности тока j_н, указанные в табл. 4.1 [4].

Экономическая плотность тока соответствует минимальным затратам при передаче по ВЛ заданной нагрузки.

Таблица 4.1

Сечение провода F проектируемой ВЛ составляет

F = I_p /j_н, (4.1)

где I_p - расчетный ток линии на пятый год ее эксплуатации [5].

Для системообразующих линий основной сети I_p определяется по расчетным длительным потокам мощности. Для линий распределительной сети I_p определяется расчетом потокораспределения при прохождении максимума нагрузки энергосистемы.

Полученное по выражению (4.1) сечение округляется до ближайшего стандартного сечения. Шкала стандартных сечений проводов ВЛ составляет следующий ряд:

6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 330, 400, 500, … мм².

Метод экономической плотности тока достаточно прост, поскольку для выбора сечения используется простейшая формула (4.1). В этом привлекательность метода. Однако этот метод не учитывает ряд факторов, влияющих на стоимость ВЛ. Это, в частности, материал опор, напряжение и количество цепей ВЛ, ее географическое расположение.

Выбранные сечения проводов ВЛ должны удовлетворять ряду технических требований, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация линии. Окончательный выбор сечения можно сделать только после проверки выполнения этих технических требований.

Проверка по механической прочности. Провода ВЛ подвергаются внешним механическим воздействиям. Это, главным образом, ветровые и гололедные нагрузки. С целью обеспечения надежной работы проводов ВЛ в условиях внешних механических воздействий устанавливаются минимальные допустимые сечения проводов F_{min мех} по механической прочности, приведенные в табл. 4.2 [4].

Сечение провода, выбранное по (4.1), должно быть проверено по условию

F >F_{min мех}. (4.2)

Проверка по условиям короны. Явление общей короны возникает при высокой напряженности электрического поля на поверхности провода и сопровождается характерным потрескиванием и видимым свечением. Процессы ионизации воздуха вокруг коронирующего провода приводят к потерям активной мощности. Уменьшение напряженности на поверхности провода достигается увеличением радиуса (сечения) провода.

Минимальные сечения проводов F_{min кор} по условию ограничения потерь на корону приведены в табл. 4.3. Проверка сечений проводов по условиям короны выполняется для ВЛ напряжением 110 кВ и выше. Сечение провода, выбранное по (4.1), должно быть проверено по условию

F >F_{min кор}. (4.3)

Таблица 4.2

Таблица 4.3

Проверка по допустимому нагреву. В соответствии с [4] все проводники должны удовлетворять требованиям допустимого нагрева в длительных режимах работы. Под этими режимами понимаются, как правило, послеаварийные и ремонтные режимы работы электрической сети.

Допустимый нагрев проводов ВЛ характеризуется длительно допустимой температурой _д =70^оС. Осуществлять температурный контроль проводника в процессе эксплуатации затруднительно, поэтому в справочных данных приводятся значения допустимого длительного тока, вызывающего нагревание проводника до температуры _д при температуре воздуха (25^оС). В табл. 4.4 приведены допустимые длительные токи для сталеалюминиевых проводов. Поправочные коэффициенты на температуру воздуха приведены в табл. 4.5 [5].

Сечение провода ВЛ, выбранное по (4.1), должно быть проверено по условию

I_max k_QI_д, (4.4)

где I_max – максимальный ток длительного режима.

Таблица 4.4

Таблица 4.5

Рассмотрим два типичных случая проверки сечений ВЛ по условиям допустимого нагрева. На рис. 4.4 приведены две схемы электрических сетей: двойная радиальная (а) и замкнутая кольцевая (б). Сечения проводов следует проверить по допустимому нагреву.

а) б)

Рис. 4.4. Схемы электрических сетей

В первой схеме (рис. 4.4,а) при отключении одной линии головного участка ЦП-1 или одной линии участка 1-2 ток оставшейся в работе линии увеличивается в два раза. Для каждого из этих случаев проверяется условие

I_max=2I_рI_д,

где I_р – расчетный ток линии.

Условия проверки сечений по допустимому нагреву можно записать через заданные мощности нагрузок. Для участка ЦП-1схемы рис. 4.4,а

I_max=(S₁+S₂)/ U_номI_д,

для участка 12

I_max=S₂/ U_номI_д.

В кольцевой схеме рис. 4.4,б наиболее тяжелыми режимами будут отключения головных участков сети. По этим режимам и выполняется проверка сечений по допустимому нагреву.

При отключении головного участка ЦП-1 проверяются условия

I_{max ЦП-3}=(S₁+S₂+S₃)/ U_номI_д,

I_{max 3-2}=(S₁+S₂)/ U_номI_д,

I_{max 2-1}=S₁/ U_номI_д.

При отключении головного участка ЦП-3 проверяются условия

I _{max ЦП-1}=(S₁+S₂+S₃)/ U_номI_д,

I_{max 1-2}=(S₂+S₃)/ U_номI_д,

I_{max 2-3}=S₃/ U_номI_д.

Если для какого-то участка сети условие проверки по допустимому нагреву не выполняется, сечение на этом участке следует увеличить до значения, при котором это условие будет выполнено.

Проверка по допустимой потере напряжения. Для распределительных сетей напряжением до 20 кВ рассчитывается потеря напряжения U_maх от центра питания до наиболее электрически удаленного потребителя. Выбранные по (4.1) сечения линий распределительной сети должны проверяться по условию

U_max U_д, (4.5)

где U_д =6 %, допустимая потеря напряжения [5].

Другие технические требования. Для ВЛ 110 и 220 кВ, сооружаемых на территории крупных городов, рекомендуется применять сечения проводов не менее 240 и 400 мм² соответственно [5].

Сечения проводов на ответвлениях (длиной до 2 км) от основной ВЛ, сооружаемых одновременно с основной ВЛ, принимаются такими же, как на основной ВЛ.

При невыполнении любого из технических требований, сечения проводов, выбранные по нормированной экономической плотности тока, увеличиваются до значений, удовлетворяющих этим требованиям.