какое сечение проводов называется экономическим

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

Раздел 1. Общие правила

Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны

Выбор сечения проводников по экономической плотности тока

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 ¶

Экономическая плотность тока, А/мм, при числе часов использования максимума нагрузки в год

более 1000 до 3000

более 3000 до 5000

Неизолированные провода и шины:

Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:

Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:

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: ¶

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 мм 2 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 ¶

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: ¶

1.3.31. 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. ¶

Источник

Антипов Вадим Тимурович

Электротехнический факультет

Кафедра электрических систем

Специальность Электрические системы и сети

Анализ методов оценки экономической эффективности выбора сечений линий электропередач в электрических сетях

Научный руководитель: к.т.н., доц.Ларина Инна Ивановна

Реферат по теме магистерской работы

Содержание

Введение

Электрические воздушные линии (ВЛЭП) предназначены для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным к различным опорным конструкциям. Воздушные линии состоят из следующих основных конструктивных элементов: опор различного типа для подвески проводов и грозозащитных тросов; проводов различных конструкций и сечений для передачи по ним электрического тока; грозозащитных тросов для защиты линий от грозовых разрядов; изоляторов, собранных в гирлянды, для изоляции проводов от заземленных частей опоры; линейной арматуры для крепления проводов и тросов к изоляторам и опорам, а также для соединения проводов и тросов; заземляющих устройств для отвода токов грозовых разрядов или короткого замыкания в землю.

Проектирование и сооружение ВЛЭП в Украине ведется в соответствии с ПУЭ (Правила устройства электроустановок). Проектирование строительных конструкций опор и фундаментов производится на основании ДБН ( укр. Державні будівельні норми). ПУЭ устанавливают требования к линиям с различным напряжением исходя из их назначения: чем выше передаваемые напряжение и мощность линии, тем больший ущерб приносит ее повреждение, поэтому к линиям с более высоким напряжением предъявляются и более строгие требования. При сооружении ВЛЭП самым ответственным этапом является проектирование. От правильного выбора сечений проводов, конструкции опор зависят не только режимы работы самой линии, но и безопасность окружающих её объектов, а также экономические затраты на её сооружение и срок её работы и окупаемости. Далее в этой работе будут рассмотрены методы выбора сечений проводов, экономическая и техническая целесообразность в выборе того или иного типа провода, опоры и т.д.

1. Выбор сечений проводов

1.1 Метод экономической плотности тока

Сечение проводов является важнейшим параметром линий электропередачи. Методики определения сечений проводов и кабелей основаны на поиске экономического сечения, соответствующего минимальным затратам. С увеличением сечения вырастают затраты на сооружение линии, отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание (на рис.1 З1), но снижаются потери мощности и электроэнергии и связанные с ними затраты (на рис.1 З2):

Рисунок 1 – Зависимость приведенных затрат от сечения

Из рис.1.1 видно, что существует точка, в которой З1=З2 и суммарные затраты будут минимальны. Этой точке соответствует сечение, которое называют экономическим сечением:

Порядок выбора сечений по методу экономической плотности тока следующий:

1)Находят экономическое сечение по формуле.

2)Выбирают ближайшее стандартное сечение.

3)Выполняют проверки выбранного стандартного сечения:

· по нагреву в нормальном и послеаварийном режимах;

· по допустимой потере напряжения в нормальном и послеаварийном режимах;

· на механическую прочность.

В настоящее время по экономической плотности тока выбирают сечения воздушных линий Uном = 35-110 кВ, для сетей более высоких номинальных напряжений этот метод служит для выбора исходного сечения метода экономических интервалов.

Недостатком метода является то, что принимается линейная зависимость К1км от сечения, это не соответствует действительности [2].

1.2 Метод экономических интервалов

При выборе сечения по экономическим интервалам нагрузки экономическим для данного сечения проводников называется такой интервал нагрузок, в пределах которого приведенные затраты по передаче единицы тока (или мощности) на единицу длины проводника минимальны по сравнению с другими сечениями:

Рисунок 2 – График экономических интервалов
(Анимация: объем – 13,7 кБ, число кадров – 5, задержка – 0,7 с, число циклов повторений – 4)

Значения тока на границе экономического интервала определяется равенством затрат двух сечений:

МЭИ учитывает реальную экономическую обстановку (первое подкоренное выражение) реальный график электропотребления и изменяющийся тариф на энергоносители [3], [7]. Если второе подкоренное выражение оказывается отрицательным, то это означает, что кривые не пересекаются и какое-то сечение при любых токах будет экономически не целесообразным.

На основе этого метода построены номограммы. В справочниках Шапира и Файбисовича приведены таблицы экономических интервалов токов и мощностей передаваемых по линиям с разным номинальным напряжением.

В методе учитывается изменение наибольшего тока по годам эксплуатации.

1. Учитывается фактическая нелинейная зависимость капвложения от сечения.

2. Учитывается непрерывность изменения .

3. Учитывается ступенчатость стандартных сечении.

4. Метод позволяет учитывать динамику роста нагрузок.

5. Сеть выбранную по МЭИ не нужно проверять по потерям напряжения [1].

Недостаток: при изменении стоимости ЛЭП необходимо либо перестраивать номограммы либо непосредственно строить зависимость ЗF(Iнб) [9].

Экономические интервалы токов находятся для сечений, которые равны минимально допустимым по условиям короны или больше них. Поэтому проверять по условиям короны надо только воздушные линии 110 кВ и выше, прокладываемые по трассам с отметками выше 1500 м над уровнем моря. Проверять по допустимым потерям и отклонениям напряжения сечения воздушных линий 35 кВ и выше не надо, так как повышение уровня напряжения путем увеличения сечения проводов таких линий экономически нецелесообразно. Сечения проводов воздушных линий необходимо проверить по допустимому нагреву в послеаварийном режиме.). С этой целью производится сравнение тока послеаварийного режима Iав на каждом участке сети с допускаемым Iдоп для соответствующего марки провода. Аварийный ток определяется с учетом количества цепей.

В разомкнутых сетях аварийная ситуация связана с отключением одной цепи. При этом потокораспределение не изменяется, но вся нагрузка ложится на одну цепь, что ведет к увеличению тока в два раза (Iав = 2Iр).

В замкнутой сети наиболее тяжелыми авариями являются случаи отключения одного из головных участков. Это приводит к тому, что сеть становится разомкнутой. Поскольку заранее неизвестно, отключение какого из головных участков приведет к более серьезным последствиям, в работе рассматриваются оба случая.

Провод не перегревается при выполнении соотношений: Iав Iдоп, то необходимо увеличить сечение провода на этом участке. При этом, однако, необходимо проконтролировать, чтобы оно не превысило максимальное рекомендуемое сечение для используемого номинального напряжения.

Расчеты на корону не выполняются, поскольку минимальные стандартные сечения проводов в сети 110, 220 и 330 кВ сразу выбираются в соответствии с требованиями ПУЭ [3].

По ПУЭ механическая прочность обеспечивается, если выполняется заданное соотношение алюминиевой и стальной части провода А:С [4].

2. Опоры воздушных ЛЭП

Различают следующие типы опор, применяемых в воздушных линиях электропередачи: анкерные, промежуточные, угловые, концевые и специальные. Анкерные опоры устанавливают на прямых участках трассы для перехода ВЛ через естественные препятствия или инженерные сооружения и воспринимают продольную нагрузку от тяжести проводов и тросов. Промежуточные опоры устанавливают на прямых участках трассы и предназначены только для поддержания проводов и тросов и не рассчитаны на нагрузку от тяжести проводов вдоль линии.Угловые опоры, установленные на углах поворота трассы ВЛ, при нормальных условиях воспринимают равнодействующую силу тяжести проводов и тросов смежных пролетов. При углах поворота трассы до 30 градусов, когда нагрузки небольшие, применяют угловые промежуточные опоры. При больших углах поворота используют угловые анкерные опоры, имеющие более жесткую конструкцию и анкерное крепление проводов [6].

Концевые опоры устанавливают в начале или в конце линии и воспринимают нагрузку от одностороннего тяжести проводов. В специальных опор относятся переходные – для перехода ВЛ через естественные препятствия или инженерные сооружения; ответвленные – для установки ответвлений от магистральных линий; перекрестные – которые устанавливают в местах пересечения ВЛ двух направлений; транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; противоветровые – для усиление механической прочности ВЛ. По конструкции различают опоры свободностоящих и с оттяжками. Оба типа опор могут быть как одностоечные, так и портальные. К свободностоящим относятся также А-образные опоры и опоры с подкосами. Свободностоящие опоры рассчитаны на передачу действующих на них нагрузок непосредственно через стойки на грунт или фундамент. Стойки опор с оттяжками передают на грунт или фундамент только вертикальные нагрузки, а поперечные и продольные нагрузки передаются на грунт оттяжками, которые закреплены за анкерные плиты или сваи. Для изготовления опор используют дерево, металл или железобетон.

Заключение

В данной работе были проанализированы вопросы выбора оптимальных сечений проводов ЛЭП, а также рассмотрена практика проектирования линий высокого напряжения в Украине. Также была приведена основная информация по видам и техническим характеристикам высоковольтных опор. Основной проблемой этого вопроса является то, что перед проектировщиками встает выбор между ростом приведенных затрат на сооружение ЛЭП и уменьшению потерь электроэнергии при транспортировке или минимальные затраты при сооружении и большие потери электроэнергии в дальнейшем.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Перечень литературы

1. Пелисье Р. Электрические системы/Пер. с франц. [Предис. и комент. В. А. Веникова ]. // М.: Высш. Школа 1982.-568 с.

2. Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий/Л. А. Плащанский// – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006.-499 с.:ил.

3. Воротницкий В. Э. Инструкции по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергоносителей и энергообъединений. / В. Э. Воротницкий, Ю. С. Железко Ю. С.// М. СПО. Союзтехэнерго 1987.

4. Правила устройства электроустановок. //Х.: Изд-во «Форт», 2009.-704 с.

5. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов./ В. И. Идельчик // М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.: ил.

6. Ершевич В. В. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г. А. Илларионов и др.; Под. ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. и доп. // М.: Энергоатомиздат, 1985. – 352 с.

7. Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Д. Л. Файбисович// М.: Энергоатомиздат, 2006.-300с.

8. Dany G. Impact of Inercasing Generation оn the Electricity Supply System // IAEW-FGE-Annual Report 2003, Aachen, Germany, 2003.

9. Назарычев А.Н. Совершенствование системы ремонтов электро-оборудования электростанций и подстанций с учетом технического состояния / Назарычев А.Н.; Дис. д-ра техн. наук: 05.14.02 Иваново, 2005 390 с. РГБ ОД, 71:06-5/256

Источник

Экономическое сечение и экономическая плотность тока

Для нахождения минимума затрат нужно приравнять нулю первую производную затрат по сечению:

, или

.

Последнее выражение означает, что минимум затрат имеет место при сечении Fэк, которое обеспечивает равенство переменной части капиталовложений и стоимости потерь электроэнергии. Оно называется экономическим сечением.

(2.2.1)

Экономическое сечение прямо пропорционально току (S/U), оно растет с увеличе­нием стоимости электроэнергии и с увеличением времени использования макси­мума и времени максимальных потерь (С = Со * τ), оно снижается с увеличением стоимости ЛЭП (Е * НК).

На практике экономическое сечение обычно определяют с помощью экономиче­ской плотности тока j эк, значения которой приводят в справочниках:

В соответствии с ПУЭ расчету по экономической плотности тока подлежат все проводники, кроме

— сетей напряжением ниже 1000 В при Тм менее 4000 – 5000 часов в год,

— временных сетей (срок службы до 3 – 5 лет).

Округление расчетного сечения Fэк производится в ближайшую (а не в большую) сторону.

2.3. Математическая модель затрат на передачу мощности по ЛЭП.

Определение: типовая группа ЛЭП – это группа ЛЭП одной конструкции, с проводниками одного материала, но разного сечения.

Поставим задачу определения ежегодных приведенных затрат на типовую группу ЛЭП в зависимости от передаваемой по ЛЭП мощности S (рис2.4).

Рис.2.4. Определение затрат на передачу мощности S.

Ежегодные приведенные затраты на ЛЭП сечением F определяются по формуле (2.1.1): .

Первое слагаемое в этой формуле – это ежегодные отчисления от капитальных затрат на ЛЭП, не зависящие ни от сечения, ни от мощности. Например, для воздушной ЛЭП – это стоимость земли под ЛЭП, опор, изоляторов и т.п.

Третье слагаемое – это стоимость годовых потерь электроэнергии в ЛЭП, пропорциональная квадрату мощности и обратно пропорциональная сечению.

На рис.2.5.а приведены графики затрат на передачу мощности по типовой группе ЛЭП. В интервале мощности 0 – S₁ минимум затрат будет обеспечен при использовании сечения F₁, в интервале S₁ – S₂ – при использовании сечения F₂ и так далее. Интервалы изменения мощности 0 – S₁, S₁ – S₂ и т.д., в которых минимум затрат имеет место при одном определенном сечении, называются экономическим интервалами. Границы экономических интервалов – это точки пересечения кривых затрат, соответствующих разным сечениям проводов.

Рис. 2.5. Точная математическая модель затрат на передачу мощности по ЛЭП.

График точной математической модели затрат на ЛЭП приведен на рис.2.5.б – это нижняя огибающая семейства кривых затрат, изображенных на рис. 2.5.а.

Точная математическая модель – это кусочно-гладкая квадратичная функция от мощности, границы излома которой соответствуют границам экономических интервалов. Недостатком точной модели является ее сложность, которая может быть устранена линеаризацией. Для перехода к линейной модели делается допущение о непрерывности шкалы сечений, т.е. предполагается, что, например, между стандартными сечениями F₁ и F₂ имеется еще множество промежуточных сечений. Тогда набор отрезков кривых заменяется касательной к этим отрезкам прямой линией (рис.2.6).

Рис.2.6. Линейная математическая модель затрат.

Для получения аналитического выражения линейной математической модели в точную формулу затрат (2.1.1) подставим выражение экономического сечения

.

, тогда

2.4. Расчет сечения по допустимой потере напряжения.

После расчета и выбора сечения ЛЭП по нагреву (сети ниже 1000 В) или по экономической плотности тока (сети выше 1000 В) производится проверка по токам КЗ и на допустимую потерю напряжения ΔU ≤ ΔU_ДОП. Если эта проверка дает отрицательный результат (ΔU > ΔU_ДОП), то нужно определить сечение, при котором потеря напряжения будет равна допустимой ΔU = ΔU_ДОП, т.е. сделать расчет сечения по допустимой потере напряжения.

Допустим имеется магистральная ЛЭП 6-35 кВ, состоящая из «n» участков

Потеря напряжения в ЛЭП:

, где (2.4.1)

— удельная проводимость материала проводников.

Учитывая, что удельное индуктивное сопротивление х₀ слабо зависит от сечения, можно принять его неизменным х₀ = Const и известным (на уровне среднего значения). Тогда реактивная составляющая потери напряжения:

. (2.4.2)

Далее при известной величине ΔU_ДОП можно определить допустимую (располагаемую) активную составляющую потери напряжения:

, или:

. (2.4.3)

Это уравнение содержит “n” неизвестных F₁… F_i …F_n и, следовательно, имеет множество решений. Поэтому для нахождения одного решения необходимо наложить дополнительные условия. Ими могут быть:

а) Одно сечение на всех участках ЛЭП, F = Const;

б) Минимум расхода проводникового материала;

в) Одинаковая плотность тока на всех участках ЛЭП, j = Const.

Условие а: одинаковое сечение по всей длине магистрали.

Перепишем формулу (2.4.3), вынося постоянные члены за знак суммы:

, где F = Const, откуда

. (2.4.4)

Благодаря удобству монтажа и эксплуатации ЛЭП, имеющей одинаковые провода на разных участках, на практике это решение используется часто. К недостаткам этого решения относятся повышенные расходы на потери электроэнергии на перегруженных головных участках ЛЭП и на провода завышенного сечения конечных участков.

Условие б: минимум расхода проводникового материала.

Вывод формулы расчета сечения удобно сделать на примере магистральной ЛЭП, состоящей из двух участков (рис. ).

Потеря напряжения на реактивных сопротивлениях участков ЛЭП:

;

Допустимая потеря напряжения на активных сопротивлениях участков ЛЭП:

.

. (2.4.5)

Потери напряжения на активных сопротивлениях участков 1 и 2:

, . (2.4.6)

Потеря напряжения на втором участке:

.

Сечения проводов на участках 1 и 2 из формул (2.4.6):

.

Далее запишем выражение для объема трех проводов ЛЭП:

.

Объем проводов зависит от распределения потерь напряжения по участкам 1 и 2, то есть от ΔU_a1. Для нахождения минимума объема нужно первую производную от V по ΔU_a1 приравнять к нулю:

, или:

. Вместо ΔU_a1 и ΔU_a2 подставим их значения (2.4.6):

.

После упрощений получаем важное соотношение сечений и мощностей участков ЛЭП: . (2.4.7)

Сечение проводов разных участков должно изменяться пропорционально корню квадратному из мощности.

Например, Р₂ =1, F₂ =1, Р₁ = 2, F₁ = √2 = 1,41. Мощность, передаваемая по первому участку вдвое больше мощности первого участка, а сечение первого участка лишь в 1,41 раз больше сечения второго участка.

Далее, используя (2.4.7), выразим F₁ через F₂:

и подставим его в (2.4.5):

.

После упрощений получаем:

, откуда находим сечение F₂:

откуда находим сечение F₂:

.

Если ЛЭП состоит не из двух, а из «n» участков, то сечение последнего (n-го) участка запишется:

. (2.4.8)

Зная сечение последнего участка, можно найти сечение любого другого, используя выражение (2.4.7):

.

Условие в: постоянная плотность тока.

Для ЛЭП, состоящей из «n» участков запишем формулу допустимой потери напряжения:

.

Считая реактивное сопротивление известным, определяем потерю напряжения на нем:

и допустимую потерю напряжения на активном сопротивлении:

,

. (2.4.9)

В последнем выражении (2.4.9) отношение — это плотность тока на участке “i”, одинаковая на всех участках.

Вынесем постоянные величины за знак суммы:

, откуда:

и (2.4.10)

Если плотность тока, полученная с помощью выражения (2.4.10) значительно меньше экономической плотности для данного типа ЛЭП, то это свидетельствует о неправильном выборе номинального напряжения ЛЭП: оно занижено.

3. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях.

Для перемещения эл.энергии от мест производства до мест потребления расходуется часть самой передаваемой эл.энергии, т.е. ее потери неизбежны.

Перемещение энергии (например, бензина с помощью бензовоза) из одного места в другое требует затрат, но никто не говорит, что «потери бензина составили 15 л», а говорят «расход бензина составил 15 л.» Но расход электроэнергии на ее перемещение традиционно называют «потерями», что среди неспециалистов вызывает представление о плохо организованном процессе транспортировки, ассоциируясь с потерями угля, зерна и т.п.

Известен случай, когда в 80-х годах комиссия народного контроля в акте проверки одной из энергосистем предписала «устранить потери электроэнергии».

Поэтому проблема снижения потерь очень актуальна.

Источник