Выбор сечения проводников по экономическим интервалам

До применения экономической плотности тока сечение выбиралось в основном исходя из величины капитальных вложений. Выбор сечения по экономической плотности тока использовался с сороковых годов и был прогрессивным для своего времени, так как позволял учитывать при выборе сечения не только капитальные затраты на сооружение линий, но и стоимость потерь электроэнергии. Метод прост и не требует большого числа исходных данных.

Вместе с тем применение экономической плотности тока для выбора сечения линий электропередачи приводит к некоторым ошибкам, поскольку следует из ряда допущений:

·- выражение (4.42) для J _экполучено в предположении линейной зависимости капитальных вложений в линию от ее длины. Линейная зависимость нарушается при переходе к массовому строительству воздушных линий на унифицированных опорах. Промышленность изготовляет ограниченное количество унифицированных типов опор, каждый из которых предназначен для подвеса проводов нескольких стандартных сечений;

·- при выводе выражения для J _экпредполагается непрерывность изменения сечения в выражении приведенных затрат (4.39). В действительности сечения изменяются дискретно и определять минимум затрат из условия непрерывности сечения нельзя;

·- экономическая плотность тока J _эк приведена для сравнительно больших диапазонов времени использования максимума нагрузки Т _м , т.е. дискретной, тогда как в действительности является непрерывной функцией Т _м ;

·- в выражении затрат (4.38) наибольший (расчетный) ток в линии I _м принят постоянным. Это не так. Для разных линий наибольший ток разный и I _м в (4.39) следует считать переменной величиной. В этом случае экономическое сечение должно определяться не только из условия равенства нулю производной затрат по сечению, но также равенства нулю производной затрат по наибольшему току ;

·- коэффициенты амортизационных отчислений от капитальных вложений принимались одинаковыми для различных исполнений линий. Между тем эти коэффициенты неоднозначны;

·- стоимость потерь электроэнергии в настоящее время существенно изменилась, кроме того, она различна в разных районах страны.

Метод выбора сечения, более полно учитывающий перечисленные факторы, получил название метода экономических интервалов.

Экономические интервалы токовых нагрузок для выбора сечения провода определяются следующим образом. Для различных стандартных сечений проводов воздушных или кабельных линий строятся зависимости приведенных затрат на линию от тока I _mах (рис. 4.10). Для каждого сечения приведенные затраты определяются по выражению (4.39), которое можно переписать в следующем виде:

. (4.47)

На рис. 4.10 зависимости расчетных затрат показаны для стандартных сечений F ₁, F ₂ и F ₃, причем F ₃ > F ₂ > F ₁. Постоянная часть затрат соответствует первому слагаемому в (4.47). Второе слагаемое соответствует стоимости потерь электроэнергии И _{D W} в (4.47) и зависит от квадрата тока, поэтому приведенные затраты – параболы. Чем больше сечение, тем больше пологость парабол. Точка пересечения кривой F ₁ с кривой F ₂ определяет значение наибольшего тока I _mах1, при котором приведенные затраты в варианте с сечением F ₁равны приведенным затратам в варианте с сечением F ₂. Если ток в линии меньше I _м1, то наименьшие затраты соответствуют сечению F ₁, т.е. экономически целесообразно выбрать именно это сечение. Значения тока от нуля до I _м1– экономический интервал для первого сечения. Если ток находится в пределах от I _м1 до I _м2, экономически целесообразным будет второе сечение. При токе, большем I _м2, выбирается сечение F ₃.

По данной методике могут быть построены номограммы экономических интервалов, позволяющие выбрать экономическое сечение для линий различных напряжений и исполнений сетей.

С целью упрощения расчетов для наиболее типовых вариантов сооружения воздушных и кабельных линий напряжением 1…35 кВ построены номограммы для определения экономических интервалов, позволяющие точно выбрать экономическое сечение для различных напряжений, токовых нагрузок, материала и типа опор, количества цепей в линии, района по гололеду.

Номограммы представляют собой зависимости I _mах = f (s)для различных сечений проводов и кабелей, где s – обобщенный коэффициент, учитывающий все постоянные константы, характеризующие данную линию,

На рис. 4.11, а приведена номограмма для воздушных линий 10 кВ на железобетонных опорах.

При выборе сечения провода по номограмме экономических интервалов необходимо определить максимальный (расчетный) ток линии I _м и значение по формуле s = (р _н + а _э) / t × С _пот. Зона, в которую попадает точка с координатами I _м и , определяет экономическое сечение (точка N).

Более точными являются многопараметрические номограммы, где переменными являются все величины, входящие в выражение (4.47). Пример многопараметрической номограммы для выбора экономически целесообразного сечения кабелей с алюминиевыми жилами показан на рис. 4.11, б.

При существенном изменении уровня цен на материалы и стоимости электроэнергии пользование ранее построенными номограммами затруднено. В связи с этим целесообразно строить многопараметрические номограммы либо экономические интервалы тока, как показано на рис. 4.10.

ПРИМЕР 4.3. Электроснабжение объекта, имеющего мощность S _м = 35 МВ·А и T _м = 5500 ч и расположенного на расстоянии 40 км от центра питания, осуществляется по воздушной линии напряжением 110 кВ. Определить экономически целесообразное сечение проводов типа АС.

Решение. Расчетный ток линии

А.

Для T _м = 5500 ч по табл. 4.3 определяем J _эк = 1 A/мм².

Расчетное экономическое сечение мм².

Принимаем стандартное сечение провода марки АС равным 185 мм².

ПРИМЕР 4.4. На рис. 4.9, а показана схема проектируемой кабельной сети с номинальным напряжением 10 кВ. Нагрузки подстанций сети Р ₁ = 1800 кВт, Р ₂ = 1500 кВт, Р ₃ = 1900 кВт. Коэффициенты мощности нагрузок подстанций одинаковые: cos j = 0,95. Длины линий l ₁= 0,5 км, l ₂= 0,7 км, l ₃= 0,5 км. Принимаем для всех подстанций одно и то же время использования наибольшей нагрузки T _mах = = 3500 ч. Выбрать сечение кабельных линий по J _эк и J _ээ.

Решение. Активные мощности, передаваемые по участкам линий,

Р ₀₁ = Р ₁ + Р ₂ + Р ₃ = 1800 + 1500 + 1900 = 5200 кВт;

Р ₁₂ = 1500 + 1900 = 3400 кВт; Р ₂₃ = 1900 кВт.

Вычислим наибольшие токи, протекающие по участкам кабелей в нормальном режиме работы сети:

А;

А;

А.

При T _mах = 3500 ч J _эк для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией составляет 1,4 А/мм² (табл. 4.3).

Экономические сечения жил участков:

мм²;

мм²;

мм².

Примем ближайшие стандартные сечения жил кабеля:

F ₀₁ = 240 мм²; F ₀₂ = 150 мм²; F ₀₃= 95 мм².

Выберем сечение кабеля по эквивалентной экономической плотности тока, для чего по формуле (4.45) определим эквивалентную экономическую плотность тока:

.

Эквивалентное экономическое сечение магистральной сети с распределенными нагрузками .

Ближайшее большее стандартное сечение – 185 мм².