Выбор сечений линий электропередачи

Материал из Wiki Power System
Перейти к: навигация, поиск

Принципы выбора сечений проводов и кабелей

Основным принципом выбора при проектировании сечений проводов и кабелей линий электропередачи должен быть принцип экономической целесообразности варианта электрической сети, для сооружения которой эти линии предназначаются. Количественной характеристикой этого условия служит минимальное значение используемого экономического функционала на сооружение и эксплуатацию линии сети, выполненной выбранными проводами и кабелями [1],[2],[3],[4],[5],[6].

Ориентировочная пропускная способность линий электропередачи 110-1150 кВ[5]
Напряжение, кВ Сечение фазы ВОЛ, мм2 Пропускная способность ВЛ, МВт Длина линии электропередачи, км
Натуральная При плотности тока 0,9 А/мм2 Предельная (КПД - 0,9) Средняя между двумя соседними ПС
110 70-240 30 11-37 80 25
150 150-300 60 31-63 250 20
220 240-400 135 74-123 400 100
330 2х240-2х400 360 221-368 700 130
500 3х330-3х500 900 630-1064 1 200 280
750 5х300-5х400 2 100 1500-2000 2 200 300
1 150 8х300-х500 5 200 4000-6000 3 000 -

Провода и кабели различаются материалом и номинальным сечением токоведущей части, поэтому при проектировании выбираются сечения проводов и кабелей, а также материал, из которого они должны быть выполнены.

Для воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше применяются сталеалюминевые провода марок АС, АСО, реже АСУ. Сети с меньшими номинальными напряжениями чаще выполняются алюминиевыми проводами. С учетом этих условий, отражающих имеющийся опыт проектирования, выбору подлежат лишь сечения проводов воздушных линий.

Согласно ПУЭ [7] выбор сечений линий электропередачи постоянного и переменного токов напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей выполняется на основе технико-экономических расчётов.

При проектировании кабельных линий электропередачи необходимо решать одновременно задачи выбора материала и сечения линии. В качестве материала токоведущей части кабелей могут использоваться алюминий и медь.

При выборе проводов и кабелей по условию экономической эффективности принимаются во внимание нормальные длительные рабочие режимы электрических сетей. Как правило, к таким режимам относятся нормальные режимы максимальных нагрузок, однако для отдельных линий максимальная длительная их загрузка может наступить в режиме минимальных нагрузок. Таким примером может быть режим работы линии связи между районом, характеризующимся избыточной генерацией и электростанциями с неизменными графиками работы, и остальной электрической системой. Очевидно, что по линии связи в режиме минимальных нагрузок передается большая мощность, чем в максимальном, такой режим является нормальным рабочим режимом и его следует принимать в качестве расчётного.

При выборе сечений проводов и кабелей приходится учитывать ограничения по нагреву и по потере напряжения. По условиям допустимого нагрева должны проверяться при проектировании сечения всех сетей независимо от их конструктивного выполнения и назначения [1],[2],[3]. Проверке подвергаются сечения, выбранные как по экономическому критерию, так и по другим условиям, например по критерию качества. При проверке по нагреву рассматриваются нормальные, ремонтные режимы или послеаварийные режимы, в которых по проектируемой линии длительно протекают наибольшие токи.

Требования поддерживать необходимый уровень напряжения на шинах потребителей влияют на выбор сечений проводов и кабелей, особенно эта проблема возникает в местных сетях при ограниченном применении устройств регулирования напряжения. Поэтому при выборе сечений проводов и кабелей местных сетей необходимо обеспечить такую максимальную потерю напряжения в них, чтобы она не превосходила допускаемого значения, что является условием обеспечения потребителей электроэнергией требуемого качества.

При проектировании районных электрчиеских сетей ограничение по потере напряжения не учитывается. Объясняется это прежде всего тем, что потребители электроэнергии связаны с линиями районной сети трансформаторами и автотрансформаторами, способными регулировать напряжение в распределительных сетях. Другой причиной является сравнительно малая зависимость потерь напряжения от сечений проводов в таких сетях, поскольку в сетях напряжением 35 кВ и выше потери напряжения определяются реактивными сопротивлениями, которые практически не зависят от сечений. Указанные причины позволяют при выборе сечений проводов линий районных сетей отказаться от учета ограничения, связанного с сохранением допустимой потери напряжения в сети.

В сетях 110 кВ и выше при проектировании передачи воздушными линиями принимаются во внимание другие ограничения. Одно из них определяется необходимостью предотвращения развития коронного разряда на проводах. Характеристики короны определяются величиной напряженности электрического поля на поверхности провода, которая при прочих равных условиях зависит от кривизны этой поверхности и, следовательно, от диаметра провода. При малых диаметрах напряженность электрического поля велика, увеличение диаметра может снизить величину этой напряженности до значений, при которых корона либо вообще не развивается, либо проявляется в незначительной степени.

В ПУЭ указаны минимально допустимые диаметры проводов воздушных линий, выполненных сплошными проводами [7]:

  • для линии напряжением 110 кВ — 11,3 мм;
  • для линий 150 кВ — 15,2 мм;
  • для линий 220 кВ — 21,6 мм.

Ограничение минимально допустимых диаметров сталеалюминиевых проводов воздушных линий сводится к ограничению минимальных сечений для различных классов номинальных напряжений:

  • для линии напряжением 110 кВ — АС‑70;
  • для линий 150 кВ — АС‑120;
  • для линий 220 кВ — АСО‑240.

Для линий 330, 500, 750 и 1150 кВ, выполняемых расщепленными проводами, правилами вводится требование обеспечить соответствующим выбором диаметра и числа проводов в фазе напряженность электрического поля, не превышающую 26 кВ/см.

Провода воздушных линий электрической сети испытывают значительные механические нагрузки. Уменьшение диаметра проводов сверх определенных значений может привести к их обрыву, поэтому вводится ограничение для диаметров проводов воздушных линий и по условию механической прочности.

Следует отметить, что для определения сечений по различным условиям можно использовать несколько методик, дающих один и тот же результат. Первая методика предполагает нахождение стандартного сечения по каждому условию и дальнейший выбор наибольшего из них. Вторая заключается в первоначальном выборе сечения проводника по одному, наиболее определяющему условию, например по экономическому критерию, и в дальнейшей проверке этого сечения по другим условиям, например по допустимой потере напряжения или по нагреву.

На практике обычно применяется более простая вторая методика. При её использовании важное значение имеет определение основного условия, в соответствии с которым первоначально выбирается сечение. Это условие зависит от характера сети и нагрузки и может быть различным для системообразующих, распределительных, городских, промышленных и сельских сетей.

В системообразующих и распределительных сетях 35 кВ и выше выбор сечений выполняется по условию экономичности, при этом ограничения по допустимым потерям напряжения и нагреву обычно заведомо выполняются.

Особенности выбора сечений в распределительных сетях 0,38–20 кВ обусловлены необходимостью одновременно учитывать при выборе сечений условия экономичности, допустимых потерь напряжения и нагрева.

С учетом опыта проектирования сечения в сетях 6–20 кВ определяются по экономической плотности тока, по допустимой потере напряжения и по допустимому нагреву. Сечения в сетях до 1 кВ определяются только по допустимой потере напряжения и по допустимому нагреву [1],[2],[3],[5].

Использованная литература

  1. 1,0 1,1 1,2 Электрические системы. Электрические сети : учебник для электроэнергетических специализированных вузов / В. А. Веников, А. А. Глазунов, Л. А. Жуков и др.; под ред. В. А. Веникова, В. А. Строева. 2‑е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1998. 511 с.
  2. 2,0 2,1 2,2 Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии : учеб. пособие. 3‑е изд. М. : КНОРУС, 2012. 648 с.
  3. 3,0 3,1 3,2 Идельчик В. И. Электрические системы и сети : учебник для вузов. М. : Энергоатомиздат, 1989. 592 с.
  4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. М. : Энергоатомиздат, 1985. 352 с.
  5. 5,0 5,1 5,2 Карапетян И. Г., Файбисович Д. Л., Шапиро И. М. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. М. : НЦ ЭНАС, 2012. 376 с
  6. Справочник по электрическим сетям 0,4–35 кВ и 110–1150 кВ. Т. 2 / под ред. Е. Ф. Макарова. М. : Папирус ПРО, 2003. 622 с.
  7. 7,0 7,1 Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ‑6 и ПУЭ‑7. М.: Норматика, 2016. 464 с.