Выбор сечения провода по экономической плотности тока

Организационно-методические мероприятия по подготовке к занятию.

-- изучить по конспекту лекций и рекомендуемой литературе теоретический материал;

-- знать ответы на вопросы, подлежащие закреплению на практическом занятии;

-- уметь решать типовые задачи.

Перечень вопросов, подлежащих закреплению на ПЗ

1. Определение сечения проводов и кабелей по экономической плотности тока.

2. Определение сечения проводов и кабелей по экономическим интервалам.

3. Определение сечения проводов и кабелей по допустимой потери напряжения.

4. Проверка выбранного провода и кабеля по нагреву.

5. Допустимые нормы потери напряжения.

6. Формулы для определения потери напряжения.

7. Условия проверки выбранного провода и кабеля по нагреву.

 

Методические указания к практическому занятию

 

Основные теоретические положения

 

Задачей экономических расчетов электрических сетей является определение основных экономических показателей, которые характеризуют строительство эксплуатацию сетей. Экономические показатели зависят от правильного выбора сечения провода и кабеля. Поэтому выбор сечения проводов производится на основании технико-экономических расчетов, т.к. сечение проводов является важнейшим параметром линии электропередачи. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение и отчисления от них. Одновременно уменьшаются потери электроэнергии и их стоимость за год. Существует несколько методов расчета сечения проводов

1. Расчет по экономической плотности тока.

2. Расчет по экономическим интервалам.

3. Расчет по допустимому нагреву в продолжительном режиме.

4. Расчет по допустимым потерям напряжения. Этот метод особенно применим при расчете городских и сельских распределительных сетей.

5. Расчет по минимуму расхода цветного металла

6. Расчет на равенство сечений кабельных трасс.

7. Расчет на минимум потерь мощности.

8. Расчет на механическую прочность.

9. Расчет проводов по номограммам.

10. Расчет на минимум потерь на корону и т.д.

 

Выбор сечения провода по экономической плотности тока

 

Предположим, что имеем одноцепную линию электропередачи, причем известны максимальный ток I_max, напряжение U, коэффициент мощности cos φ, время максимальных потерь τ, тариф (цена) электроэнергии β и удельное сопротивление ρ или удельная проводимость γ материала проводов. Необходимо найти оптимальное сечение проводов S_опт из условия, что расчетные затраты «3» будут минимальны. В целом расчетные затраты равны:

 

З=И+К=И_ПОТ+И_А+И_О+Е_НК_Л

 

И -- суммарные издержки

К -- суммарные капитальные затраты

И_ПОТ -- издержки, вызванные потерями энергии

И_А -- издержки на амортизацию

И_О   -- затраты на обслуживание

Е_Н -- нормативный коэффициент эффективности – 0,15 капиталовложений Е_Н=0,12÷0,15

К_Л   -- капитальные вложения на сооружение линий, причем К_Л=(К_О+К_SS)ℓ

К_О -- удельная (на 1 км длины линии) стоимость опор и изоляторов

К_S -- удельная стоимость линии, зависящая от сечения проводников

Эксплуатационные расходы на амортизацию зависят от сечения в соответствии с формулой

.

Р_А  -- норма амортизационных отчислений.

Суммарная стоимость передачи электроэнергии

 

.

 

Издержки, вызванные потерями энергии

 

,

 

β - тариф, стоимость потерь электроэнергии;

τ_нб - время наибольших потерь, т.е. время за которое при работе с наибольшей нагрузкой потери за год те же, что и при работе по реальному графику нагрузок.

И_О -- можно принять, что И_О – постоянны.

Общие расчетные затраты равны:

 

 .

 

Зависимость составляющих расчетных затрат от сечения проводов показана на рис. 1.

Дифференцируя полученное выражение по сечению и приравнивая производную к нулю, найдем условие минимума функции затрат. Преобразуя его получим выражение для экономического сечения.

 

 

.

 

 

Рис. 1.

 

 

Откуда получим, что оптимальное сечение равно

 

.

 

Искомая экономическая плотность тока будет равна

 

 

Значения экономических плотностей тока установлены ПУЭ и указаны в специальных таблицах. Следует отметить, что эти плотности тока значительно ниже плотности тока, применяемых при расчетах электрических машин.

Если экономическая плотность тока I_эк известна, то экономическое сечение проводников находится по выражению

 

,

 

где I_{расч.ном.} -- расчетный ток линии в нормальном продолжительном режиме работы.

Следует отметить, что экономическая плотность тока выбирается в зависимости от вида проводника и времени использования максимальной нагрузки. Значение I_эк приведено в специальных таблицах, в зависимости от Т_нб -- времени наибольшей нагрузки, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потребитель получил бы то же количество электроэнергии, что и при работе по реальному графику.

Для выбора сечения линии по экономической плотности тока сначала из таблиц находят I_эк, затем рассчитывают экономическое сечение по выражению:    

 

.

 

В настоящее время по экономической плотности тока выбирают сечение кабельных линий при напряжении более 1 кВ и воздушных линий 6-10 кВ.

Сечение проводов и кабелей, выбранное по экономической плотности тока, проверяют по нагреву, по допустимой потере напряжения, по механической прочности. Если сечение проводника, выбранное по J_эк получается меньше сечения, требуемого по другим условиям, то надо выбирать наибольшее сечение, определяемое этими условиями.

При выборе сечения кабельных линий по J_эк рекомендуется использовать не просто I_нб, а расчетную токовую нагрузку, учитывающую изменение нагрузки по годам эксплуатации линии, а также число часов использования наибольшей нагрузки.