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 SΣ1 – SΣ3 от нагрузок подстанций SТП1 – SТП3 с учетом потерь мощности ∆SТП1 – ∆SТП3, передаваемые по участкам l1 – l3.
Суммарная активная мощность, передаваемая по i-му участку сети, определяется по формуле:
SΣi = PΣi + j QΣi, (15)
где PΣi и QΣi – 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:
PΣ1= PТП1+ PТП2 + PТП3 + ΔPтр1 + ΔPтр2 + ΔPтр3; (16)
QΣ1= QТП1+ QТП2 + QТП3 + ΔQтр1 + ΔQтр2 + ΔQтр3. (17)
Аналогично определяются суммарные активные PΣ2, PΣ3 и реактивные QΣ2, QΣ3 мощности.
Величины ΔPтр1 – ΔPтр3 и ΔQтр1 – ΔQтр3 рассчитаны в подразд. 3.2, PТП1 и PТП2 заданы в исходных данных (см. табл. 1), PТП3 рассчитана в разд. 3.
По аналогии с формулой (15) определяются нагрузки подстанций SТП1 – SТП3 и потери мощности ΔSТП1 – ΔSТП3 в трансформаторах подстанции:
SТПi = PТПi + j QТПi; (18)
ΔSТПi = DPтрi + j DQтрi. (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» Fэк – это сечение, при котором приведенные затраты на линию будут наименьшими. Плотность тока, соответствующая экономическому сечению, называется экономической плотностью тока jэк. Данная плотность тока не зависит от нагрузки, а определяется только типом проводов (изолированные, неизолированные), материалом, районом проложения линии и временем использования максимума активной мощности Тmax. Время использования максимума нагрузки – это условное время, в течение которого линия, работая с максимальной нагрузкой Imax, 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
Проводник | Плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки Тmax, ч/год | ||
более 1000 до 3000 | более 3000 до 5000 | более 5000 | |
Неизолированные провода и шины: медные алюминиевые | 2,0 1,0 | 1,7 0,9 | 1,4 0,8 |
Экономическая площадь сечения провода определяется по формуле, мм2:
, (21)
где Iэкв – 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 jнагр = 4 А/мм2, для меди jнагр = 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:
ΔU ≤ ΔUдоп. (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 13109-97 [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 kmax и kmin – 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:
δUmax(min) ≤ δUдоп. (30)
Если условие (30) не выполняется для какого-либо из режимов, то необходимо увеличить сечение провода и проверку повторить.