Электрический расчет сети напряжением 10 кВ

Электрический расчет схемы одностороннего питания сети напряжением 10 кВ

Одиночная магистраль, питаемая с одной стороны, проста по конструктивному исполнению, но не обеспечивает высокой надежности электроснабжения, поскольку любое повреждение отражается на питании всех приемников, присоединенных к ней.

Разомкнутые сети применяют по следующим причинам. Во-первых, в разомкнутых схемах почти в два раза ниже токи короткого замыкания, чем в замкнутых. Это позволяет применять дешевую коммутационную аппаратуру, устанавливаемую в цепях напряжением 6 и 10 кВ. Во-вторых, для обеспечения селективности релейной защиты потребуется дорогая и сложная аппаратура, вследствие малых индуктивных сопротивлений кабельных линий, широко применяемых в этих сетях. Экономические и технические преимущества, достигаемые при использовании простой и дешевой коммутационной аппаратуры и релейной защиты, превосходят ущерб, определяемый особенностями разомкнутых распределительных сетей.

В соответствии с ПУЭ [4] питание подстанций, предназначенных для электроснабжения электроприемников первой категории, должно осуществляться при одностороннем питании по двухцепной ЛЭП.

Электрический расчет схемы одностороннего питания сети напряжением 10 кВ начинают с составления расчетной схемы в соответствии с рис. 5. Расчетную схему необходимо привести в пояснительной записке на листе формата А4 в масштабе.

Рис. 5 Расчетная схема одностороннего питания сети 10 кВ

На расчетной схеме кроме длины участков указывают суммарные мощности S_У1 — S_У3 от нагрузок подстанций S_ТП1 — S_ТП3 с учетом потерь мощности? S_ТП1 — ?S_ТП3, передаваемые по участкам l₁ — l₃.

Суммарная активная мощность, передаваемая по i-му участку сети, определяется по формуле:

S_Уi = P_Уi + j Q_Уi, (15).

где P_Уi и Q_Уi — суммарные активная и реактивная мощности, протекающие по i-му участку.

Например, для участка длиной l₁ суммарную передаваемую активную и реактивную мощности можно определить по формулам:

P_У1= P_ТП1+ P_ТП2 + P_ТП3 + ДP_тр1 + ДP_тр2 + ДP_тр3; (16).

Q_У1= Q_ТП1+ Q_ТП2 + Q_ТП3 + ДQ_тр1 + ДQ_тр2 + ДQ_тр3. (17).

Аналогично определяются суммарные активные P_У2, P_У3 и реактивные Q_У2, Q_У3 мощности.

Величины ДP_тр1 — ДP_тр3 и ДQ_тр1 — ДQ_тр3 рассчитаны в подразд. 3.2, P_ТП1 и P_ТП2 заданы в исходных данных (см. табл. 1), P_ТП3 рассчитана в разд. 3.

По аналогии с формулой (15) определяются нагрузки подстанций S_ТП1 — S_ТП3 и потери мощности ДS_ТП1 — ДS_ТП3 в трансформаторах подстанции:

S_ТПi = P_ТПi + j Q_ТПi; (18).

ДS_ТПi = P_трi + j Q_трi. (19).

Зная суммарную мощность и номинальное напряжение сети, принимаемое равным 10 кВ, определяются токи I₁ — I₃, протекающие по участкам, по формуле, А:

. (20).

При проектировании воздушных линий напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения провода производится по нормированным обобщенным показателям. В качестве таких показателей используются нормированные значения экономической плотности тока.

Введем понятие «экономическое сечение провода» F_эк — это сечение, при котором приведенные затраты на линию будут наименьшими. Плотность тока, соответствующая экономическому сечению, называется экономической плотностью тока j_эк. Данная плотность тока не зависит от нагрузки, а определяется только типом проводов (изолированные, неизолированные), материалом, районом проложения линии и временем использования максимума активной мощности Т_max. Время использования максимума нагрузки — это условное время, в течение которого линия, работая с максимальной нагрузкой I_max, передала бы такое же количество энергии, что и при работе по действительному графику I (t) за год.

Значения плотности тока для воздушных линий, нормированные в соответствии с правилами [4], приведены в табл. 7.

Таблица 7.

Нормированные значения плотности тока для воздушных линий.

Экономическая площадь сечения провода определяется по формуле, мм²:

(21).

где I_экв — эквивалентный расчетный ток, А.

Эквивалентный расчетный ток — это неизменный по длине линии ток, который вызывает в ней те же потери, что и все действительные токи на отдельных участках. Как видно из определения — это условное понятие, которое используется в случае, если в сети, различные участки которой можно выполнить проводами разного сечения, используют провода одного сечения.

Эквивалентный расчетный ток находят по формуле, А:

. (22).

Рассчитывается экономическая площадь сечения провода для схемы одностороннего питания и округляется до ближайшего стандартного значения. При выполнении курсовой работы на основании расчета рекомендуется выбрать алюминиевые или сталеалюминиевые провода из справочных материалов [2, 3], каталогов или прил. 1 и привести их параметры в расчетно-пояснительной записке.

Далее необходимо проверить выбранные провода по допустимой потере и отклонению напряжения. По нагреву выполнять проверку не обязательно, так как нормированная экономическая плотность тока значительно ниже плотности тока, допустимой по нагреванию (для алюминия j_нагр = 4 А/мм², для меди j_нагр = 7 А/мм²).

Сечение провода проектируемой воздушной линии должно обеспечивать выполнение следующего условия (см. рис. 5): потери напряжения от пункта питания (в данном случае ГПП) до наиболее удаленных приемников (ТП3) в различных режимах не должны быть больше допустимого значения. Для сетей напряжением 10 кВ допустимые потери напряжения в нормальном режиме рекомендуется принимать 8% от номинального (800 В), а в аварийном — 12% (1200 В). Расчет необходимо произвести для двух режимов: нормального, когда в работе находятся обе цепи ЛЭП, и аварийного, когда в работе находится одна ЛЭП. При выполнении данного расчета следует обратить внимание на то, что сопротивление линии в нормальном режиме в два раза меньше, чем в аварийном.

Потери напряжения до наиболее удаленной точки сети определяются как сумма потерь напряжения на всех участках, В:

(23).

где — потери напряжения на i-м участке, В,.

. (24).

Потери напряжения до наиболее удаленной точки сети, полученные по формуле (23), сравнивают с допустимыми:

ДU? ДU_доп. (25).

Если условие (25) не выполняется для какого-либо из режимов, то необходимо увеличить сечение провода и проверку повторить.

В связи с тем, что режим работы сетей, а также их нагрузок, постоянно меняется, — меняется и напряжение у приемников электроэнергии. Плавные длительные изменения называют установившимся отклонением напряжения. Эту величину определяют как разность между напряжением на зажимах электроприемников и их номинальным напряжением [5], %:

. (26).

В соответствии с ГОСТ 13 109–97 [5] принимаются следующие допустимые отклонения напряжения на шинах наиболее удаленного потребителя: для нормального режима —, для остальных режимов — .

Отклонение напряжения на шинах наиболее удаленной подстанции (ТП3) рассчитывают для двух режимов: для максимальной и минимальной нагрузки. Для этого необходимо по заданному отклонению напряжения найти напряжение на шинах ГПП для обоих режимов по формулам, кВ:

(27).

(28).

где k_max и k_min — максимальное и минимальное заданные в исходных данных отклонения напряжения на шинах ГПП в относительных единицах (см. табл. 1).

Напряжение на шинах наиболее удаленной подстанции в обоих режимах определяется по формуле, кВ:

. (29).

Отклонение напряжения на шинах наиболее удаленного потребителя, полученное по формуле (26), сравнивают с допустимым:

дU_{max (min)}? дU_доп. (30).

Если условие (30) не выполняется для какого-либо из режимов, то необходимо увеличить сечение провода и проверку повторить.