Принципы выбора сечений проводов и кабелей при проектировании
Основным правилом выбора при проектировании сечений проводов и кабелей линий электропередачи должен быть принцип экономической целесообразности варианта электрической сети, для сооружения которой эти линии электропередачи предназначаются.
Количественной характеристикой этого правила служит минимальное значение используемого экономического функционала на сооружение и эксплуатацию линии сети, выполненной выбранными проводами и кабелями.
Провода и кабели различают по материалу и номинальному сечению токоведущей части, поэтому при проектировании выбирают сечения проводов и кабелей, а также материал, из которого они должны быть изготовлены.
Для воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше применяются сталеалюминевые провода марок АС, АСО, реже АСУ.
Электрические сети с меньшим номинальным напряжением чаще выполняются алюминиевыми проводами. С учетом этих условий, отражающих имеющийся опыт проектирования, выбору подлежат лишь сечения проводов воздушных линий.
Выбор сечений линий электропередачи постоянного и переменного токов напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей выполняется на основе технико-экономических расчетов.
При проектировании кабельных линий электропередачи необходимо решать одновременно задачи выбора материала и сечения линии электропередачи. В качестве материала токоведущей части кабелей могут использоваться алюминий и медь.
При выборе проводов и кабелей по условию экономической эффективности принимают во внимание нормальный длительный рабочие режим электрических сетей. Как правило, к таким режимам относятся нормальный режим максимальных нагрузок, однако для отдельных линий электропередач 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 расчетного при проектировании.
При выборе сечений проводов и кабелей необходимо учитывать ограничения по нагреву и по потере напряжения. По условию допустимого нагрева должны проверяться при проектировании сечения всех сетей независимо от их конструктивного выполнения и назначения. 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 электросетях при ограниченном применении устройств регулирования напряжения. Поэтому при выборе сечений проводов и кабелей местных электрических 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 электросетей ограничение по потере напряжения не учитывается. Объясняется это прежде всего тем, что потребители электроэнергии связаны с линиями районной электрической сети трансформаторами и автотрансформаторами, способными регулировать напряжение в распределительных сетях. Другой причиной является сравнительно малая зависимость потерь напряжения от сечений проводов в таких электросетях, 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 электропередач районных сетей отказаться от учета ограничения, связанного с сохранением допустимой потери напряжения в электрической сети.
В электросетях 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 определяют 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:
- 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 правилу, например условия 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 ее использовании важное значение имеет определение основного условия, в соответствии с которым первоначально выбирается сечение. Это условие зависит от характера электрической сети и нагрузки и может быть различным для системообразующих, распределительных, городских, промышленных и сельских электросетей.
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.
Рубрика: Проектно-изыскательные работы