Выбор площади сечения проводников по нормативной экономической плотности тока и экономическим токовым интервалам (сущность методов, область применения).

Ответ: Выбор сечения проводников по экономической плотности тока: 1.3.25. Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение S, мм², определяется из соотношения где I — расчетный ток в час максимума энергосистемы, А; J_эк — нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.3.36.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается. 1.3.26. Выбор сечений проводов линий электропередачи постоянного и переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов. 1.3.27. Увеличение количества линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения экономической плотности тока производится на основе технико-экономического расчета. При этом во избежание увеличения количество линий или цепей допускается двукратное превышение нормированных значений, приведенных в табл. 1.3.36.

Таблица 1.3.36. Экономическая плотность тока

В технико-экономических расчетах следует учитывать все вложения в дополнительную линию, включая оборудование и камеры распределительных устройств на обоих концах линий. Следует также проверять целесообразность повышения напряжения линии. Данными указаниями следует руководствоваться также при замене существующих проводов проводами большего сечения или при прокладке дополнительных линий для обеспечения экономической плотности тока при росте нагрузки. В этих случаях должна учитываться также полная стоимость всех работ по демонтажу и монтажу оборудования линии, включая стоимость аппаратов и материалов.

1.3.28. Проверке по экономической плотности тока не подлежат:

· сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000;

· ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;

· сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;

· проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т. п.;

· сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

1.3.29. При пользовании табл. 1.3.36 необходимо руководствоваться следующим (см. также 1.3.27): 1. При максимуме нагрузки в ночное время экономическая плотность тока увеличивается на 40%. 2. Для изолированных проводников сечением 16 мм² и менее экономическая плотность тока увеличивается на 40%. 3. Для линий одинакового сечения с n ответвляющимися нагрузками экономическая плотность тока в начале линии может быть увеличена в k_y раз, причем k_y определяется из выражения где l₁,l₂,...l_n — нагрузки отдельных участков линии; l₁,l₂,...l_n — длины отдельных участков линии; L — полная длина линии. 4. При выборе сечений проводников для питания n однотипных, взаиморезервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. д.), из которых m одновременно находятся в работе, экономическая плотность тока может быть увеличена против значений, приведенных в табл. 1.3.36, в k_n раз, где k_n равно:

1.3.30. Сечение проводов ВЛ 35 кВ в сельской местности, питающих понижающие подстанции 35/6 - 10 кВ с трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой, должно выбираться по экономической плотности тока. Расчетную нагрузку при выборе сечений проводов рекомендуется принимать на перспективу в 5 лет, считая от года ввода ВЛ в эксплуатацию. Для ВЛ 35 кВ, предназначенных для резервирования в сетях 35 кВ в сельской местности, должны применяться минимальные по длительно допустимому току сечения проводов, исходя из обеспечения питания потребителей электроэнергии в послеаварийных и ремонтных режимах. 1.3.31. Выбор экономических сечений проводов воздушных и жил кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует производить для каждого из участков, исходя из соответствующих расчетных токов участков. При этом для соседних участков допускается принимать одинаковое сечение провода, соответствующее экономическому для наиболее протяженного участка, если разница между значениями экономического сечения для этих участков находится в пределах одной ступени по шкале стандартных сечений. Сечения проводов на ответвлениях длиной до 1 км принимаются такими же, как на ВЛ, от которой производится ответвление. При большей длине ответвления экономическое сечение определяется по расчетной нагрузке этого ответвления. 1.3.32. Для линий электропередачи напряжением 6-20 кВ приведенные в табл. 1.3.36 значения плотности тока допускается применять лишь тогда, когда они не вызывают отклонения напряжения у приемников электроэнергии сверх допустимых пределов с учетом применяемых средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. До применения экономической плотности тока сечение выбиралось в основном исходя из величины капитальных вложений. Выбор сечения по экономической плотности тока использовался с сороковых годов и был прогрессивным для своего времени, так как позволял учитывать при выборе сечения не только капитальные затраты на сооружение линий, но и стоимость потерь электроэнергии. Метод прост и не требует большого числа исходных данных. Вместе с тем применение экономической плотности тока для выбора сечения линий электропередачи приводит к некоторым ошибкам, поскольку следует из ряда допущений:

·- выражение (4.42) для J_экполучено в предположении линейной зависимости капитальных вложений в линию от ее длины. Линейная зависимость нарушается при переходе к массовому строительству воздушных линий на унифицированных опорах. Промышленность изготовляет ограниченное количество унифицированных типов опор, каждый из которых предназначен для подвеса проводов нескольких стандартных сечений;

·- при выводе выражения для J_экпредполагается непрерывность изменения сечения в выражении приведенных затрат (4.39). В действительности сечения изменяются дискретно и определять минимум затрат из условия непрерывности сечения нельзя;

·- экономическая плотность тока J_эк приведена для сравнительно больших диапазонов времени использования максимума нагрузки Т_м , т.е. дискретной, тогда как в действительности является непрерывной функцией Т_м ;

·- в выражении затрат (4.38) наибольший (расчетный) ток в линии I_м принят постоянным. Это не так. Для разных линий наибольший ток разный и I_м в (4.39) следует считать переменной величиной. В этом случае экономическое сечение должно определяться не только из условия равенства нулю производной затрат по сечению, но также равенства нулю производной затрат по наибольшему току ;

·- коэффициенты амортизационных отчислений от капитальных вложений принимались одинаковыми для различных исполнений линий. Между тем эти коэффициенты неоднозначны;

·- стоимость потерь электроэнергии в настоящее время существенно изменилась, кроме того, она различна в разных районах страны.

Метод выбора сечения, более полно учитывающий перечисленные факторы, получил название метода экономических интервалов. Экономические интервалы токовых нагрузок для выбора сечения провода определяются следующим образом. Для различных стандартных сечений проводов воздушных или кабельных линий строятся зависимости приведенных затрат на линию от тока I_mах (рис. 4.10). Для каждого сечения приведенные затраты определяются по выражению (4.39), которое можно переписать в следующем виде: . (4.47). На рис. 4.10 зависимости расчетных затрат показаны для стандартных сечений F₁, F₂ и F₃, причем F₃ > F₂ > F₁. Постоянная часть затрат соответствует первому слагаемому в (4.47). Второе слагаемое соответствует стоимости потерь электроэнергии И_DW в (4.47) и зависит от квадрата тока, поэтому приведенные затраты – параболы. Чем больше сечение, тем больше пологость парабол. Точка пересечения кривой F₁ с кривой F₂ определяет значение наибольшего тока I_mах1, при котором приведенные затраты в варианте с сечением F₁равны приведенным затратам в варианте с сечением F₂. Если ток в линии меньше I_м1, то наименьшие затраты соответствуют сечению F₁, т.е. экономически целесообразно выбрать именно это сечение. Значения тока от нуля до I_м1– экономический интервал для первого сечения. Если ток находится в пределах от I_м1 до I_м2, экономически целесообразным будет второе сечение. При токе, большем I_м2, выбирается сечение F₃. По данной методике могут быть построены номограммы экономических интервалов, позволяющие выбрать экономическое сечение для линий различных напряжений и исполнений сетей. С целью упрощения расчетов для наиболее типовых вариантов сооружения воздушных и кабельных линий напряжением 1…35 кВ построены номограммы для определения экономических интервалов, позволяющие точно выбрать экономическое сечение для различных напряжений, токовых нагрузок, материала и типа опор, количества цепей в линии, района по гололеду.

Номограммы представляют собой зависимости I_mах= f(s)для различных сечений проводов и кабелей, где s – обобщенный коэффициент, учитывающий все постоянные константы, характеризующие данную линию, На рис. 4.11, а приведена номограмма для воздушных линий 10 кВ на железобетонных опорах. При выборе сечения провода по номограмме экономических интервалов необходимо определить максимальный (расчетный) ток линии I_м и значение по формуле s = (р_н + а_э) / t × С_пот . Зона, в которую попадает точка с координатами I_м и , определяет экономическое сечение (точка N). Более точными являются многопараметрические номограммы, где переменными являются все величины, входящие в выражение (4.47). Пример многопараметрической номограммы для выбора экономически целесообразного сечения кабелей с алюминиевыми жилами показан на рис. 4.11, б. При существенном изменении уровня цен на материалы и стоимости электроэнергии пользование ранее построенными номограммами затруднено. В связи с этим целесообразно строить многопараметрические номограммы либо экономические интервалы тока, как показано на рис. 4.10.

ПРИМЕР 4.3. Электроснабжение объекта, имеющего мощность S_м = 35 МВ·А и T_м = 5500 ч и расположенного на расстоянии 40 км от центра питания, осуществляется по воздушной линии напряжением 110 кВ. Определить экономически целесообразное сечение проводов типа АС. Решение. Расчетный ток линии

А. Для T_м = 5500 ч по табл. 4.3 определяем J_эк = 1 A/мм². Расчетное экономическое сечение мм². Принимаем стандартное сечение провода марки АС равным 185 мм². ПРИМЕР 4.4. На рис. 4.9, а показана схема проектируемой кабельной сети с номинальным напряжением 10 кВ. Нагрузки подстанций сети Р₁ = 1800 кВт, Р₂ = 1500 кВт, Р₃ = 1900 кВт. Коэффициенты мощности нагрузок подстанций одинаковые: cosj = 0,95. Длины линий l₁= 0,5 км, l₂= 0,7 км, l₃= 0,5 км. Принимаем для всех подстанций одно и то же время использования наибольшей нагрузки T_mах = = 3500 ч. Выбрать сечение кабельных линий по J_эк и J_ээ. Решение. Активные мощности, передаваемые по участкам линий, Р₀₁ = Р₁ + Р₂ + Р₃ = 1800 + 1500 + 1900 = 5200 кВт; Р₁₂ = 1500 + 1900 = 3400 кВт; Р₂₃ = 1900 кВт. Вычислим наибольшие токи, протекающие по участкам кабелей в нормальном режиме работы сети: А; А; А. При T_mах = 3500 ч J_эк для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией составляет 1,4 А/мм² (табл. 4.3).

Экономические сечения жил участков: мм²; мм²; мм². Примем ближайшие стандартные сечения жил кабеля: F₀₁ = 240 мм²; F₀₂ = 150 мм²; F₀₃= 95 мм². Выберем сечение кабеля по эквивалентной экономической плотности тока, для чего по формуле (4.45) определим эквивалентную экономическую плотность тока:

.

Эквивалентное экономическое сечение магистральной сети с распределенными нагрузками . Ближайшее большее стандартное сечение – 185 мм².