1387

и с учетом активной G и реактивной (емкостной) В проводимо­ стей, через которые протекает ток утечки /у. П-образная схема замещения такой линии, на которой равномерно распределен­ ные вдоль линии сопротивления и проводимости заменены со­ средоточенными, показана на рис. 1.5,6.

Здесь рассматриваются расчеты по выбору площади сечений проводов линий местных сетей напряжением до 35 кВ. Обычно площадь сечения проводов сначала определяется по условиям экономической выгоды (экономический расчет), а затем прове­ ряется по нагреву, потере напряжения, а в ряде случаев и по тепловой устойчивости действию токов короткого замыкания (электрический расчет). Воздушные линии, кроме того, рассчи­ тываются на механическую прочность и на соответствие стрел провеса проводов допустимым значениям с выбором необходи­ мых типов опор (механический расчет).

Экономический расчет

Для комплексного решения вопросов, определяющих выбор схемы электроснабжения, числа подстанций, номинальных на­ пряжений, площади сечений проводов линий, производят тех­ нико-экономические расчеты. Рассматривают ряд вариантов, из которых выбирают наивыгоднейший.

Если рассматривают два варианта с первоначальными капи­ тальными вложениями К\ и /С2 и ежегодными эксплуатацион­ ными расходами С\ и С2, то во всех случаях наиболее экономич­ ным будет тот, у которого и капитальные вложения и ежегод­ ные расходы будут меньше, например первый, если К\<Кч и

С\<С.С2.

В тех случаях, когда капитальные вложения у одного ва­ рианта оказываются больше ( / C i /С2 ), а эксплуатационные рас­ ходы меньше (Ci<C2), например за счет увеличения площади сечения проводов сетей и уменьшения потерь энергии в них, при­ менения более долговечных и более дорогостоящих опор и т. п. наиболее выгодный вариант выбирают на основе определения срока окупаемости капитальных вложений Г0. Под Т0 понима­ ется время, в течение которого увеличение капитальных вложе­ ний компенсируется экономией на ежегодных расходах:

°с2- с х

Величина Г0 сопоставляется с нормативным сроком окупае­ мости То. и. Если 7\>>7VH, следует принять вариант с меньшими капитальными вложениями, если Г0< Г 0. к, выгоден вариант с большими вложениями. Если Г0 = Г0. п, оба варианта равно­ ценны. Для расчетов в области энергетики нормативным срок окупаемости Г0. н установлен равным восьми годам.

21

Для определения q0 согласно ПУЭ следует пользоваться вы­ ражением

(1.19)

где Iр — расчетная сила тока нагрузки на проводник; /э — эко­ номическая плотность тока (в А/мм2), которая зависит от мате­ риала провода, конструкции линии, числа часов использования максимума нагрузки за год Тг (табл. 1.2).

По экономической плотности тока согласно ПУЭ рассчитыва­ ются площади сечения проводов всех электрических линий, за исключением проводов сетей промышленных предприятий на­ пряжением до 1 000 В при использовании максимума нагрузки до 4 000—5 000 ч/год;

проводов ответвлений к отдельным электроприемникам на­ пряжением до 1 000 В, осветительных сетей; проводов сетей вре­ менных сооружений и сооружений со сроком службы до 3— 5 лет (например, для питания буровых установок).

Промысловые сети 380 В, применяемые иногда для питания установок насосной эксплуатации скважин с Тг> 5 000ч, рассчи­ тываются по экономической плотности тока.

Выбор проводов по условиям нагрева

Протекающий по проводнику с активным сопротивлением ч ток / выделяет в нем за время t тепловую энергию Q= I2nt (в Дж), что приводит к нагреву проводника до определенной температуры. Эта температура не должна превышать допусти­ мой для проводов данной марки или линии данной конструкции. Допустимая температура определяется условиями надежной ра­ боты контактных соединений и изоляции провода. В частности, длительно допустимые температуры -Одол и кратковременно до­ пустимые температуры Од0п при перегрузках имеют соответ­ ственно значения (в °С):

После включения проводника протекающий по нему ток по­ степенно повышает температуру Ф проводника, которая изменя­ ется в функции времени I по закону

23

времени нагрева, зависящая от теплоемкости проводника и ин­ тенсивности теплоотдачи в окружающую среду.

Через время t= (3—4)ТНтемпература проводника 0 = (0,95— —0,98)'б’шах» а превышение ее над Оъ таково, что практически вся тепловая энергия, выделяемая в проводнике, отдается в ок­ ружающую среду, и дальнейший нагрев проводника прекра­ щается.

Соответствующее допустимой температуре Одой = Отах значе­ ние тока называется предельно допустимой силой тока по на­ греву /доп*

В установившемся режиме, когда достигнута установив­ шаяся температура проводника, количество тепла / 2г, выделяе­ мого в проводнике в единицу времени, равно количеству тепла

При удельной электропроводности материала провода у, его диаметра d и длине I

г = — и 5 = ndl. nd2y

Учитывая два последних выражения и то, что при подста­ новке в (1.21) 'О’шах= Фдоп получаем / = /Доп, можно написать

( 1. 22)

Выражение (1.22) показывает, что предельно допустимый ток провода по условиям нагрева зависит от температуры окру­ жающей среды, условий охлаждения провода (вида изоляции, способа прокладки), удельной электропроводности провода и диаметра его.

Для определения /доп пользуются таблицами, составленными для различных проводов и кабелей в зависимости от условий их прокладки. Эти таблицы приводятся в ПУЭ. Таблицы состав­ лены для определенных температур окружающей среды Фо, на­ пример для 25° С — при открытой и защищенной прокладке про­ водов, кабелей, шин в воздухе в помещении, для 25° С — для воздушных линий, для 15° С — при прокладке одного кабеля непосредственно в земле. При выборе или проверке проводов по нагреву найденное из этих таблиц значение /доп сравнивают с расчетным током. Условие выбора площади сечения провода по нагреву:

(1.23)

24

При выборе площади сечений проводов и кабелей для пита­ ния отдельных электроприемников в левую часть формулы (1.23) подставляют номинальный ток /н, а для линий с корот­ козамкнутым асинхронным двигателем во взрывоопасных по­ мещениях подставляют 1,25/ н.

Расчет проводов на потерю напряжения

Потеря напряжения в линии определяется как алгебраиче­ ская разность между абсолютными величинами напряжений в начале и в конце линии. В линиях постоянного тока потеря напряжения равна паде­ нию напряжения, т. е.

разности потенциалов между началом и концом линии. В линиях пере­ менного тока потеря на­ пряжения отличается от падания напряжения, оп­ ределяемого геометричес­ кой разностью векторов напряжений в начале и в конце линии.

Для подачи к элект­ роприемникам напряже­ ния, близкого к номи­ нальному, в числе прочих мер площадь сечения проводников следует вы­ бирать таким образом, чтобы потеря напряжения в них не превышала некоторого допустимого значения. Так как откло­

нения напряжения зависят от потерь напряжения и одновре­ менно с ограничением последних принимаются меры по регули­ рованию напряжения трансформаторов путем изменения их ко­ эффициентов трансформации, то расчет местных сетей на потерю напряжения дает возможность обеспечить отклонения, не выхо­ дящие за допустимые пределы. Соответственно и выбираются допустимые потери напряжения в элементах сети для каждого конкретного случая. Практически потеря напряжения принима­ ется: в воздушных линиях напряжением 6—10—35 кВ — 8%, в кабельных — 6%, в сетях 380 и 220 В на всем их протяжении (от ТП до последнего электроприемника)— 5—6% от номи­ нального напряжения.

Расчет линий трехфазного тока с одной симметричной на­ грузкой на конце (рис. 1.6, а) основывается на следующем. Если фазные напряжения в начале Uu\) и в конце U2ф линии,

25

ток нагрузки / и коэффициент мощности ее cos ф, то потеря на­ пряжения в одной фазе линии AU$ = U\$— Н2ф представится отрезком АВ на векторной диаграмме (рис. 1.6, б). Полное па­ дение напряжения в одной фазе линии представляется вектором

АС, численно равным Iz = / У г2+ х2, где г — активное, а х — индуктивное сопротивления линии. Полное падение напряжения может быть разложено на продольную АД и поперечную СД составляющие. В рассматриваемых сетях угол между векторами U2 ф и очень мал, следовательно, мал и отрезок СД. По­ этому принимают, что потеря напряжения равна продольной со­ ставляющей падения напряжения, т. е.

AU^ — AB « AD.

В свою очередь

AD = AK + KD = Ir cos ф+ /xsin ф

и

Л£/ф = / (г cos ф -f-х sin ф).

Потеря линейного напряжения

Для линии трехфазного тока с т симметричными нагрузками (рис. 1.6, в) на основе построения векторной диаграммы может быть получена расчетная формула потери линейного напряже­ ния от начала линии до последней нагрузки:

л=1

где 1ап и 1 р п , гп и хп — соответственно активные и реактивные составляющие токов, активные и индуктивные сопротивления на участках.

/1=1

адля трехфазной сети, не обладающей практически индуктив­ ностью (кабельные линии малого сечения),

Для двух проводных линий однофазного тока потеря на­ пряжения может быть найдена по формулам (1.24) — (1.27),

в которых УЗ должен быть заменен цифрой 2.

26

Для двухпроводной линии постоянного тока может быть при­

менена формула (1.26) с заменой в ней УЗ цифрой 2.

Площадь сечения провода должна удовлетворять условию (1.19), за исключением отмеченных случаев, когда экономиче­ ская плотность тока не учитывается, и условию (1.23), а также обеспечивать при данных длине линии и материале провода от­ сутствие превышения допустимой потери напряжения.

Для различных материалов провода и конструкции линий ПУЭ регламентируется минимально допустимая площадь сече­ ния провода <7min с точки зрения механической прочности. На­ пример, для воздушных линий электропередачи с алюминие­ вым проводом, проходящих в населенной местности, qm\n равно 35 мм2. Выбранное сечение провода должно быть не меньше

где т — число фаз линий; Кф— коэффициент формы; / с — сред­ ний ток, А; г — активное сопротивление провода одной фазы линии, Ом; Тг— время работы линии в год, ч.

Потери реактивной энергии определяются по формуле (1.28) с подстановкой вместо г индуктивного сопротивления х.

Для всех линий напряжением выше 1 000 В коэффициент Кф можно принимать равным единице, за исключением линий, которые питают буровые установки. В этом случае /Сф =1,3—1,4 для отдельных буровых и /Сф =1,1 —1,2 — для группы из тр ех - шести буровых. В сетях напряжением 380—660 В можно прини­ мать /Сф = 1,01—1,05 для магистралей и /Сф= 1,04—1,2 для ответ­ влений к отдельным глубиннонасосным скважинам.

§ 5. Основные конструктивные элементы электрических линий

Электрические линии, расположенные на открытых террито­ риях вне зданий, выполняются воздушными и кабельными. Внутри зданий линии выполняются изолированными проводами и кабелями, прокладываемыми в туннелях и каналах, непо­ средственно на стенах и потолках, в стальных трубах. Как на открытом воздухе, так и внутри зданий применяют иногда про­ водку в виде голых шин, закрепленных на изоляторах — шино­ проводы.

Воздушные линии имеют следующие конструктивные эле­ менты: провода, тросы для защиты проводов от атмосферных перенапряжений, опоры, поддерживающие провода и тросы, изо­ ляторы, арматуру для крепления провода на изоляторах и изо­ ляторов на опоре.

27

Существуют одноцепные и двухцепные воздушные линии, причем под одной цепью принято понимать три провода одной трехфазной линии или два провода одной однофазной линии.

В настоящее время для воздушных линий применяются алю­ миниевые, сталеалюминиевые и стальные провода и иногда — провода из специальных сплавов алюминия. Медные провода для вновь сооружаемых линий не применяются.

На морских нефтяных промыслах алюминиевые провода мо­ гут быстро разрушаться от коррозии; они менее надежны, чем медные. Для морских воздушных линий и кабелей разреша­ ется применять провода с медными жилами. Защитные тросы выполняются стальными.

Опоры изготовляют из дерева, стали и железобетона. Дере­ вянные опоры просты в изготовлении, дешевы, но недолговечны из-за гниения древесины. Срок службы опор, пропитанных ан­ тисептиком, составляет 15—20 лет. Деревянные опоры приме­ няются для линий всех напряжений (от 0,38 до 220 кВ).

Металлические опоры, устанавливаемые на железобетонных фундаментах, требуют большой затраты стали и регулярной ок­ раски во время эксплуатации. Эти опоры применяют на линиях напряжением от 35 кВ и выше, а для линий более низких на­ пряжений— на морских нефтяных промыслах. Используются опоры для линий напряжением 6 кВ, выполненные из отрабо­ тавших бурильных труб. На железобетонные опоры расходуется значительно меньше стали, чем на металлические, они долго­ вечнее деревянных и просты в обслуживании, их широко

виды опор: промежуточные, анкерные, концевые анкерные, угловые.

Промежуточные опоры предназначены для поддержания проводов на прямых участках линии (рис. 1.7) в анкерном про­ лете. На рис. 1.8 показаны деревянные промежуточные опоры воздушных линий.

Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления проводов и устанавливаются в анкерном пролете (рис. 1.7) через определенное число промежуточных опор. Их устанавли­ вают также на переходах через дороги, на пересечениях с дру­ гими линиями и сооружениями. Эти опоры рассчитывают на

усилия, возникающие при одностороннем тяжении двух про­ водов.

Концевые анкерные опоры, устанавливаемые на концах трассы при подходах к станции или подстанции, подвержены одностороннему тяжению проводов со стороны линии.

Угловые опоры устанавливают в местах поворота линии. При переходе через реки, ущелья и другие препятствия устанавли­ вают специальные опоры.

28