Сечение проводов линий электропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, потеря напряжения в линиях не превышала установленные пределы, а плотность тока в проводах соответствовала экономической.
Первое из этих условий записывается в виде
(9.1)
т.е. рабочий ток, передаваемый по линии в нормальном режиме, не должен превышать допустимый по ПУЭ для данного провода ток нагрузки. Исходя из выражения (9.1), для выбора площади сечения провода или кабеля необходимо определить наибольший расчетный ток получасового максимума Iр и по нему подобрать нужную площадь сечения по справочнику. В справочниках даются сведения о длительно допустимых токах Iлоп в проводах и кабелях различных сечений при расчетной температуре окружающей среды (температура воздуха 25 °С, земли 15 °С). При расчете сечений кабелей, прокладываемых в одной траншее с другими кабелями, надо учитывать их взаимный нагрев. Поэтому допустимый ток, указанный в справочнике, следует уменьшить, умножив на коэффициент 0,9 при двух кабелях или на 0,85 при трех кабелях в одной траншее.
Второе условие, которому должно удовлетворять выбранное сечение проводника,— непревышение допустимой потери напряжения в линии. Если потеря напряжения в линии слишком велика, то с ростом тока нагрузки значительно снижается напряжение в конце линии, т.е. у приемников. Из-за этого резко падает вращающий момент на валах двигателей, снижается световой поток электроламп, уменьшается производительность электротехнических установок.
Потеря напряжения зависит от активного Rи индуктивного X сопротивлений линии. В соответствии с выражениями (5.12), (5.13)
Ориентировочно можно считать допустимыми следующие потери напряжения на участках электросети:
для линий напряжением 6 (10) кВ внутри предприятия — 5 %;
для линий напряжением 10... 220 кВ, питающих ГПП предприятия, — 10%.
В кабельных линиях при любой площади сечения жил кабелей, а в воздушных линиях только при площади сечения проводов до 50 мм2 активное сопротивление во много раз больше индуктивного, поэтому последним можно пренебречь. Тогда выражение для определения потерь упрощается:
Выразим сопротивление Я, Ом, через длину провода /, м, удельную проводимость у, См/м, и площадь сечения
Отсюда определяется минимальная площадь сечения провода, мм2, при которой потеря напряжения не превышает допустимую
где Р — передаваемая по линии мощность, кВт; 1/н — номинальное напряжение линии, кВ; ДС/ДОП — допустимая потеря напряжения, В; — допустимая потеря напряжения, %, =
Для воздушных линий с проводами площадью сечения более 50 мм2 нельзя пренебрегать индуктивным сопротивлением проводов. Для учета влияния сопротивления Хя проводов на
ходимо в формулы потери напряжения (5.12), (5.13) подставить Хп= (0,35...0,4)/, вследствие чего определяемые расчетом допустимые потери напряжения снизятся.
Итак, в результате расчета по первому условию определяется минимально допустимая площадь сечения провода по нагреву в нормальном режиме работы линии, а по второму условию — по потере напряжения в линии. При выборе проводов или кабелей для временных высоковольтных электросетей по каталогу (справочнику) подбирают ближайшую стандартную площадь сечения, причем определяющим служит большее из этих двух расчетных сечений. Если же данная линия напряжением выше 1000 В строится для постоянной, а не для временной электросети (т. е. сооружается на срок не менее 6 лет), то площадь сечения проводов, выбранная по двум указанным условиям, должна быть проверена по экономической плотности тока jэк.
Таблица 9.2. Экономическая плотность тока
Рис. 9.7. Зависимости капитальных вложений (линия 7), стоимости потерь электроэнергии (2) и ежегодных затрат (3) от площади сечения (F) проводов или жил кабелей
Таким образом, для линий постоянной электросети требуется выполнение третьего условия: выбираемая площадь сечения должна быть близка к экономической площади сечения провода, определяемой по формуле (5.37). Нормированные значения экономической плотности тока приведены в табл. 9.2. Суть технико-экономического расчета, на основании которого в ПУЭ определена экономическая плотность тока, поясняет рис. 9.7. Чем больше площадь сечения при данном токе /р, тем дороже провод (прямая /), но тем меньше потери электроэнергии в линии и, следовательно, стоимость этих потерь (кривая 2). Суммарным ежегодным затратам, получаемым сложением ординат линий / и 2, соответствует кривая 3, которая имеет минимум при некоторой оптимальной площади сечения провода Рж.
Значения Рж и jэк зависят, таким образом, от ежегодных потерь энергии. Потери энергии в линии, как было показано в подразд. 5.2, зависят от плотности графика нагрузки линии, которая характеризуется временем потерь т и временем использования максимума нагрузки Тм. При увеличении Тм потери электроэнергии растут, поэтому минимум кривой 3 смещается вправо, т.е. при неизменном токе нагрузки /р экономическая площадь сечения провода Рм увеличивается.
Расчет экономической площади сечения проводов линии проводится в следующем порядке. Для истребителя, подключенного к линии, находят Тм в зависимости от числа смен, а затем по табл. 9.2 выбирают экономическую плотность тока ]ж. Далее по формуле (5.37) определяют экономическую площадь сечения Еж. Если эта площадь оказывается больше, чем по первому и второму условиям (т.е. по нагреву и потерям напряжения), то для линии выбирают площадь сечения провода, равную ближайшему к Рж меньшему стандартному значению (табл. 9.3). Ближайшая меньшая площадь сечения принимается по соображениям экономии металла проводов.
Таким образом, в общем случае выбираемая площадь сечения провода должна удовлетворять трем указанным выше условиям. Кроме того, выбранное сечение кабеля проверяют по термической стойкости при коротком замыкании и допустимому току в послеаварийном режиме (см. формулу (5.36)). 208
Таблица 9.3. Технические характеристики проводов воздушных линий
Примечание. Для проводов марки АС в числителе указана площадь сечения алюминиевой части, в знаменателе — стальной.
По условиям механической прочности проводов и исключения возникновения короны накладывают ограничения на минимальные значения площади сечения, а по экономическим соображениям рекомендуется не превышать их максимальные значения.