Меню

Сечение линии по экономической плотности тока



Экономическая плотность тока, выбор сечения кабеля по экономической плотности тока

Что такое экономическая плотность тока Расходы, приходящиеся на эксплуатацию систем передачи электроэнергии подразделяются на несколько составляющих:

стоимость потерь в линиях и в трансформаторах;

текущие расходы на ремонт;

Стоимость потерь в линиях связана с двумя параметрами: с количеством ежегодных потерь и со стоимостью единицы потерянной электроэнергии. Количество потерь напрямую увязано с коэффициентом мощности нагрузки. Ведь при одной и той же активной потребляемой мощности, ток в линии оказывается обратно пропорционален коэффициенту мощности, следовательно мощность потерь будет обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности:

Потери энергии

Так, чтобы снизить активные потери в линиях, необходимо по возможности увеличить коэффициент мощности нагрузки. В частности, трансформаторы должны быть полностью загружены, а электродвигатели не должны работать без нагрузки. Часто для повышения коэффициента мощности трансформаторов и двигателей достаточно возле потребителя установить компенсирующие конденсаторы, установить систему компенсации реактивной мощности.

Что касается амортизационных отчислений, то они увязаны с изначальными капитальными затратами и со сроком службы линии. Здесь содержатся отчисления на улучшение с полным возмещением основных фондов, и на проведение капитального ремонта. Отчисления на амортизацию в процентах от изначальной стоимости линии определяются как проценты от первоначальной стоимости. И эта полная стоимость должна быть возвращена к концу ее срока службы. Амортизационные отчисления в процентах определяются следующей формулой:

Амортизационные расходы

Текущие расходы на ремонт

Как правило, эти расходы составляют минимальную долю от первоначальной стоимости линий. Что касается сельских сетей, то это всего несколько процентов от первоначальной стоимости.

Линейные обходчики, дежурные подстанций, инженеры-техники, административно-хозяйственные работники и т. д. — все нуждаются в зарплате. Так, к годовым эксплуатационным расходам прибавляется еще и эта составляющая. В итоге эксплуатационные расходы на передачу электроэнергии за год будут составлять:

Зарплата персонала

Экономическую эффективность можно оценить по расчетным приведенным затратам:

Расчет экономической эффективности

Роль сечения проводов

Еще на стадии проектирования необходимо добиться таких условий, чтобы данный показатель (расчетные приведенные затраты) оказался бы наименьшим. И здесь как раз очень важно оптимально выбрать сечение проводов.

Если сечение увеличить, то стоимость потерь электроэнергии снизится по гиперболе. Но стоимость непосредственно линии возрастет прямолинейно. То есть возрастут линейно и отчисления, зависящие от изначальных затрат.

Расходы связанные с обслуживанием и с зарплатами почти не связаны с сечением проводов, и их в расчет можно не брать. И в итоге, значение расчетных приведенных затрат без учета затрат на обслуживание, графически можно изобразить кривой, которая будет суммой затрат на потери электроэнергии и эксплуатационных расходов.

Минимальное значение на этой кривой как раз и будет соответствовать оптимальному, так называемому экономическому сечению провода линии.

Определение экономического сечения провода линии

Факт, что выбрано правильное экономическое сечение провода говорит о том, что линия спроектирована наиболее оптимально, и расчетные приведенные затраты в таких условиях будут наименьшими из возможных.

В процессе проектирования каждой линии необходимо вычислить экономическое сечение провода, рассмотрев различные варианты. Но на практике так поступают крайне редко. Минимум приведенного графика не является точным значением, график пологий, поэтому зачастую стараются выбрать проводник (кабели) наименьшего сечения, чтобы сэкономить.

Экономическая плотность тока для проводов из различных материалов

Согласно ПУЭ, экономическая плотность тока выбирается исходя из нескольких критериев: в зависимости от того, какой металл провода используется (медь или алюминий), какая будет изоляция (резина, пвх, комбинированная) и будет ли она вообще, сколько часов придется на максимум нагрузки, — выбирается экономическая плотность тока. Для этого есть таблица. А экономическое сечение, исходя из определенной плотности тока, можно легко найти по формуле:

Экономическое сечение

Так выбирают сечения для ЛЭП с напряжением от 35 до 220 кВ. Операции расчета несложны.

Для линии с несколькими разными нагрузками принимают в расчет тот факт, что на каждом участке линии должна быть своя экономическая плотность тока, и делают сечение либо одинаковым на всей линии, либо на каждом участке свое. Опять же для каждого участка используют формулу:

определение сечения для каждого участка

Потери мощности в линии с единственной нагрузкой определяются формулой:

Потери мощности в линии с единственной нагрузкой

Если линия имеет несколько нагрузок, а провод выбран всюду одного сечения, то потери мощности будут равны:

Потери мощности в линии с несколькими нагрузками

Для нахождения постоянного сечения для нескольких нагрузок, исходя из эквивалентного тока, сначала находят эквивалентный ток:

Эквивалентный ток

Затем вычисляют экономическое сечение, исходя из значения экономического тока:

Экономическое сечение

Проще всего возвести линию одного и того же сечения по всей длине, но тогда придется смириться с тем, что потери мощности и расходы материалов окажутся больше, чем при индивидуальном подборе сечений для каждого конкретного участка.

Читайте также:  Самые лучшие секреты тока бока

В сельских районах для воздушных линий с напряжением в 10 кВ, прибегают к одному из трех способов выбора сечения:

Исходя из экономической плотности тока;

По магистральному принципу построения сетей с напряжением 10 кВ, когда магистраль делают из сталеалюминиевых проводников сечением от 70 кв.мм, а к трансформаторным подстанциям 10/0,4 кВ — отпайки не менее AC35.

По принципу минимальных затрат, когда для каждого значения тока подбирается соответствующего сечения проводник, и приведенные затраты получаются минимальными из возможных.

По графикам зависимости общих приведенных затрат от расчетной мощности, изображенных для различных сечений на одном рисунке, выбирают оптимальный провод. Графики пересекаясь дают представление об ограниченном интервале экономических нагрузок.

Далее корректируют выбор в отношении механической прочности и с учетом нормируемых отклонений напряжения на стороне потребителей. Экономическая плотность тока для воздушных линий с напряжением 380 вольт в сельских электрических сетях традиционно должна укладываться в интервал от 0,5 до 0,7 А/кв.мм, и сечение провода выбирается исходя из этого требования. Далее проверяют допустимые потери по напряжению. Все участки линии делаются полнофазными, и сечение алюминиевых проводов не должно быть ниже 50 кв.мм.

Источник

Метод экономической плотности тока для выбора сечений проводов

Nuvola apps important blue.svg Это незавершённая статья. Вы поможете проекту, исправив и дополнив её.

Содержание

  • 1 Выбор сечений по экономическому критерию
  • 2 Описание метода
  • 3 Область и условия применения метода экономической плотности тока
  • 4 Обоснованность использования опыта проектирования
  • 5 Достоинства и недостатки использования метода экономической плотности тока
  • 6 Пример выбора сечений методом экономической плотности тока
  • 7 Использованная литература

Выбор сечений по экономическому критерию

Классический подход к выбору сечений воздушных и кабельных линий электропередачи по экономическому критерию основан на использовании методов экономической плотности тока или экономических токовых интервалов сечений. Оба упомянутых метода разработаны на базе одного экономического критерия проектирования электрической сети — статических приведенных затрат. Представление экономического критерия в виде статических приведенных затрат не соответствует современным экономическим отношениям, поэтому приведенные в справочной литературе числовые характеристики экономической плотности тока и экономических интервалов сечений не могут быть использованы при проектировании в чистом виде и должны быть подвержены корректировке.

Корректировку числовых характеристик экономической плотности тока и экономических интервалов сечений в настоящее время в условиях инфляции провести практически невозможно, однако в случае с методом экономической плотности тока есть возможность воспользоваться опытом проектирования.

Описание метода

Алгоритм расчета

  1. Задание начальных приближений сечениям линий;
  2. Расчет установившегося режима;
  3. Выбор первой проектируемой линии;
    1. Расчет экономического сечения провода Fэк выбранной линии;
    2. Проверка по нагреву и допустимому уровню падения напряжения;
    3. Расчет установившегося режима с выбранными линиями;
  4. Выбор следующей линии с исключением уже выбранных ранее из множества выбираемых; повтор П. 3.1-3.3 для вновь выбранной линии с учетом выбранных линий, перерасчет установившегося режима;
  5. Повторение П. 3-4 до исчерпания всего множества проектируемых линий.

Критерии выбора линии:

  1. линия должна иметь наибольшую токовую загрузку;
  2. при равенстве токовой загрузки брать линии ближе к станции (источнику).

Область и условия применения метода экономической плотности тока

Экономическая плотность тока jэк в течение многих лет применялась для выбора сечений кабельных линий напряжением выше 1 кВ и воздушных линий 35–500 кВ. В настоящее время по экономической плотности тока выбирают сечения кабельных линий при Uном > 1 кВ, а также воздушных линий 6–20 кВ.

Сечение проводов и кабелей, выбранное по экономической плотности тока, проверяют по нагреву, по допустимой потере напряжения DUдоп, по механической прочности.

Выбору по экономической плотности тока не подлежат:

  1. сети промышленных предприятий с напряжением до 1 кВ при числе часов максимальной мощности до 4000–5000 ч;
  2. ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1000 В;
  3. осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;
  4. сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3–5 лет.

Сечение кабельных линий напряжением выше 1 кВ, выбранное по экономической плотности тока, проверяется по нагреву, по допустимым потерям и отклонениям напряжения, а также по термической стойкости при токах короткого замыкания.

Данные, приведенные в табл. 1, относятся к линиям с номинальным напряжением, не превышающим 220 кВ. Для электропередач 330 и 500 кВ экономическая плотность тока не нормируется. Сечение проводов таких линий выбирается на основе сопоставления приведенных затрат, которые определяются для нескольких вариантов конструкции расщепленного провода и его суммарного сечения.

Читайте также:  Номинальный ток трансформатора тдтн 25000 110

Обоснованность использования опыта проектирования

Анализ реальных, уже реализованных или находящихся на этапе конкретного проектирования, проектов развития электрических сетей различных классов номинального напряжения показал малообоснованную тенденцию снижения экономической плотности тока относительно используемых ранее нормативных значений. Несмотря на сокращение сроков окупаемости объектов, что, согласно классической теории, должно способствовать росту экономической плотности тока, наблюдается ее убыль.

Следует отметить, что четкого обоснования причин снижения экономической плотности тока на вновь проектируемых линиях нет и оно, скорее всего, объясняется пожеланиями заказчиков проектов и снижением номенклатуры сечений проводов.

Таким образом, прогнозирование тенденции изменения экономической плотности тока на основании классической теории может оказаться ошибочным, поэтому появляется необходимость использования накопленного опыта проектирования электрических сетей.

С учетом изложенного в настоящее время наиболее перспективным является использование экономической плотности тока с выбором ближайшего большего к экономическому сечения воздушных и кабельных линий электропередачи. Это позволит учесть тенденцию к снижению значения экономической плотности тока по сравнению с нормативными значениями.

Выбор сечений проводников выполняется по экономической плотности тока в зависимости от вида проводника и времени использования максимальной нагрузки.

Достоинства и недостатки использования метода экономической плотности тока

Достоинства:

  1. Выбор сечений проводов по экономической плотности тока является прогрессивным методом, поскольку позволяет учитывать при выборе сечений капитальные вложения на сооружение линий и стоимость потерь электроэнергии в электрической сети.
  2. Простота выбора сечений.
  3. Выбор экономически целесообразных сечений проводов с помощью нормированных значений экономической плотности тока позволяет унифицировать подход к проектированию, избежать разнохарактерности в оценках экономической эффективности.
  1. Применение экономической плотности тока для выбора сечений воздушных линий может привести к ошибкам, поскольку метод следует из не вполне обоснованных допущений:
    • выражение для [math]j_ < \text<эк>>[/math] получено в предположении линейной зависимости капитальных вложений в линию от ее длины, которая нарушается при переходе к массовому строительству воздушных линий на унифицированных опорах.
    • вывод выражения для [math]j_ < \text<эк>>[/math] сделан с допущением о непрерывности шкалы сечений в выражении удельных приведенных затрат.
    • сделано предположение, что в формуле затрат нормальный максимальный ток в линии Imax неизменен.
  2. В классическом методе существует неоднозначность выбора сечения, следовательно, появляется необходимость учета дополнительных условий по снижению экономической плотности тока либо увеличение сечения; при отсутствии таких условий требуются дополнительные расчёты для сравнения двух вариантов стандартных сечений — большего и меньшего.
  3. Использование экономической плотности тока не позволяет в полной мере учесть все влияющие факторы в каждом конкретном случае, поскольку для коэффициентов, определяющих единые экономические плотности тока, могут приниматься лишь некоторые средние обобщенные значения.
  4. Использование нормированных экономических плотностей тока не позволяет принять во внимание характерную особенность современной практики строительства воздушных линий, заключающуюся в широком применении унифицированных типов опор.

Пример выбора сечений методом экономической плотности тока

[math]Р_ < \text<1>> = 15 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<2>> = 35 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<4>> = 30 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<5>> = 15 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<6>> = -10 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<7>> = 20 [/math] МВт

Примечание: положительные значения мощности — нагрузка, отрицательные — генерация.

[math]\cos \varphi[/math] = 0.8

[math]U_ < \text<б>>[/math] = 110 кВ

[math]j_ < \text<эк>> = (0.9-1.2)[/math] [math] А / мм^2[/math] ; примем [math]j_ < \text<эк>> = 1.1[/math] [math] А / мм^2[/math]

Пусть [math]\alpha_ < \text<пот>> = 3 \% [/math] от [math] Р_< \text<н> <\Sigma>>[/math] ; [math]\alpha_ < \text<сн>> = 5 \% [/math] (уголь)

Возможные сечения для данного класса напряжения ( [math] 110 [/math] кВ): [math]70, 95, 120, 150, 185, 240[/math] [math] мм^2.[/math]

Расчет баланса мощности

[math]Р_ < \text<Г6>> = 10 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<2>> = 35 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<4>> = 30 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<5>> = 15 [/math] МВт

[math]Р_ < \text<7>> = 20 [/math] МВт

[math] Р_< \text<н> <\Sigma>> = Р_ < \text<1>> + Р_ < \text<2>> + Р_ < \text<4>> + Р_ < \text<5>> + Р_ < \text<7>> = 15 + 35 + 30 + 15 + 20 = 115 [/math] МВт

[math] \triangle Р = \frac <\alpha_< \text<пот>>> <100>\cdot Р_< \text<н> <\Sigma>> = \frac<3> <100>\cdot 115 = 3.45 [/math] МВт

Итого: [math]Р_ < \text<б>> = Р_< \text<н> <\Sigma>> + \triangle Р + Р_ < \text<сн>> — Р_ < \text<3>> — Р_ < \text<6>> = 115 + 3.45 + 2.5 — 40 — 10 = 70.95 [/math] МВт

  • Сеть дефицитная [math] \Longrightarrow [/math] дефицит покрывается за счет базисного узла
  • ЛЭП должны тяготеть (стремиться) в сторону базисного узла, т. е. чем ближе к базисному узлу, тем мощнее нагрузка на ЛЭП, [math] \Longrightarrow [/math] расчет нужно вести от базисного узла [math] Б [/math] .

Разработка вариантов развития

Рассчитаем схему I. Другие возможные варианты схем будут рассчитываться аналогично.

На данной схеме (схема I) представлено два варианта связи ПС с базисным узлом [math] Б [/math] : радиалная сеть (узлы 5, 6, 7 относительно узла [math] Б [/math] ) и кольцевая сеть (узлы 1, 2, 3 относительно узла [math] Б [/math] ) с ответвленным узлом 4.

Расчет режимов

  • примем на начальном этапе расчетов, что все ЛЭП выполнены проводом марки АС-240 с сечением [math] 240[/math] [math] мм^2[/math] .
  • предполагаемое количество цепей для участков:
    • [math] Б-5 [/math] , [math] 5-6 [/math] , [math] 5-7 [/math] , [math] 1-4 [/math] — 2 цепи (обеспечение надежности подключения);
    • [math] Б-1 [/math] , [math] 3-Б [/math] — 2 цепи (обеспечение надежности подключения внутри кольца из-за большой мощности, протекающей от базисного узла [math] Б [/math] );
    • [math] 1-3 [/math] , [math] 2-3 [/math] — 1 цепь (в кольце обеспечена надежность подключения наличием двух независимых путей).
  • напряжения во всех узлах примем равным напряжению узла [math] Б [/math] , [math] U_ < \text> = V_ < \text<б>> = 110 [/math] кВ, [math] i = \overline <1,8>[/math]

Так как ЛЭП на начальном этапе расчетов соответствует марке АС-240, то [math] Z_ < \text<0>>^ < \text<АС-240>> = 0.118 + j \cdot 0.405 [/math] Ом/км; [math]b_ < \text<0>>^ < \text<АС-240>> = 2.808 \cdot 10^ < \text<-6>> [/math] См/км.

Мощности узлов:

[math]Q_ < \text> = \frac <Р_< \text>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi[/math] ; [math] \dot S_ < \text> = Р_ < \text<1>> + j \cdot Q_ < \text<1>>[/math] , [math] i = \overline <1,8>[/math]

[math]Q_ < \text<1>> = \frac <Р_< \text<1>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<15> <0.8>\cdot 0.6 = 9[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<1>> = Р_ < \text<1>> + j \cdot Q_ < \text<1>> = 15 + j \cdot 9[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<2>> = \frac <Р_< \text<2>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<35> <0.8>\cdot 0.6 = 21[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<2>> = Р_ < \text<2>> + j \cdot Q_ < \text<2>> = 35 + j \cdot 21[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<3>> = \frac <Р_< \text<3>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<-40> <0.8>\cdot 0.6 = -24[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<3>> = Р_ < \text<3>> + j \cdot Q_ < \text<3>> = -40 — j \cdot 24[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<4>> = \frac <Р_< \text<4>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<30> <0.8>\cdot 0.6 = 18[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<4>> = Р_ < \text<4>> + j \cdot Q_ < \text<4>> = 30 + j \cdot 18[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<5>> = \frac <Р_< \text<5>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<15> <0.8>\cdot 0.6 = 9[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<5>> = Р_ < \text<5>> + j \cdot Q_ < \text<5>> = 15 + j \cdot 9[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<6>> = \frac <Р_< \text<6>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<-10> <0.8>\cdot 0.6 = -6[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<6>> = Р_ < \text<6>> + j \cdot Q_ < \text<6>> = -10 — j \cdot 6[/math] МВА;

[math]Q_ < \text<7>> = \frac <Р_< \text<7>>> <\cos \varphi>\cdot \sin \varphi = \frac<20> <0.8>\cdot 0.6 = 12[/math] Мвар; [math] \dot S_ < \text<7>> = Р_ < \text<7>> + j \cdot Q_ < \text<7>> = 20 + j \cdot 12[/math] МВА.

Разнесем поперечные сопротивления линий в виде шунтов по узлам:

Примечание: мощность шунта рассчитана на 1 линию.

Полная мощность узлов:

[math] \dot S_< \text<1> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<1>> + 5 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (15 + j \cdot 9) + 5 \cdot (- j \cdot 0.034) = 15 + j \cdot 8.830 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<2> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<2>> + 3 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (35 + j \cdot 21) + 3 \cdot (- j \cdot 0.034) = 35 + j \cdot 20.898 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<3> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<3>> + 2 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (-40 — j \cdot 24) + 2 \cdot (- j \cdot 0.034) = -40 — j \cdot 24.068 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<4> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<4>> + 2 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (30 + j \cdot 18) + 2 \cdot (- j \cdot 0.034) = 30 + j \cdot 17.932 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<5> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<5>> + 6 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (15 + j \cdot 9) + 6 \cdot (- j \cdot 0.034) = 15 + j \cdot 8.796 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<6> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<6>> + 2 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (-10 — j \cdot 6) + 2 \cdot (- j \cdot 0.034) = -10 — j \cdot 6.068 [/math] Мвар;

[math] \dot S_< \text<7> <\Sigma>> = \dot S_ < \text<7>> + 2 \cdot \dot S_ < \text<ш>>^ < \text<АС-240>> = (20 + j \cdot 12) + 2 \cdot (- j \cdot 0.034) = 20 + j \cdot 11.932 [/math] Мвар.

Источник