Выбор оптимальных длин и сечений, рабочего напряжения и

УДК 621.311
С.В.Смоловик, Ф.Х.Халилов
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ДЛИН И СЕЧЕНИЙ, РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
И ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ В СЕТЯХ 0.38-110 КВ
Аннотация
Показывается, что ВЛ и КЛ имеют неоптимальные для сетей 0.4-35 кВ длины,
неоптимальные сечения фазных проводов, передаваемые мощности и
неоптимальные рабочие напряжения в сетях НН. Предлагаются оптимальные
величины, вводятся новые рабочие напряжения 0.66 и 1.15 кВ.
Ключевые слова:
длина линий, сечение фазных проводов, мощность, рабочее напряжение сетей,
оптимальные характеристики сетей.
S.V.Smolovik, F.Кh.Кhalilov
THE CHOICE OF OPTIMAL LENGTHS, CROSS SECTIONS, THE OPERATING
VOLTAGE AND TRANSMISSION CAPACITY IN THE NETWORKS OF 0.38-110 KV
Abstract
It is shown that overhead and cable lines have nonoptimal for networks 0.4-35 kV
lengths, cross-section of phase conductors, transmitted power, operating voltages in
LV networks. The optimal values are suggested, new operating voltages 0.66 and
1.15 kV are introduced.
Keywords:
length of the line, cross-section of phase conductors, power, operating voltages in networks,
optimum characteristics of networks.
Выбор оптимальных длин и сечений фазных проводов линий, рабочего
напряжения и передаваемой мощности в сетях 0.38-110 кВ производится по трем
требованиям: по условиям экономичности; по величине допустимой потери
напряжения; по условиям нагревания.
При проектировании и эксплуатации допустимую потерю напряжения
обычно принимают:
 в сетях 6, 10 и 20 кВ Uдоп = (0.06-0.08) Uн;
 сетях 0.4 кВ
Uдоп = (0.05-0.06) Uн.
По сути, решение проблемы сводится к тому, чтобы выбрать такие
площади сечения фазных проводов S, при которых фактическая наибольшая
потеря напряжения от источника питания (ИП) до наиболее удаленного узла
(Uнб) была бы не больше допустимой Uдоп (рис. 1).
Uнб  Uдоп.
Рис.1. Схема распределительной сети
155
Потерю напряжения можно представить в виде:
n
U нб 
 (P R
iл
i 1
iл
 Qiл Х iл )
U ном
ном
n

 (P R
i 1
iл
U ном
ном
iл
n
)

 (Q
i 1
iл
Х iл )
U ном
ном
 U а  U р
,
где Рiл, Qiл, – активная и реактивная мощности соответственно на i-м участке,
определяемые по заданным нагрузкам в узлах сети; Riл, Хiл – активное и реактивное
сопротивление i-го участка сети; n – число последовательных участков; ∆Uа, ∆Uр –
соответственно, потери напряжения в активном и реактивном сопротивлениях.
Результаты расчетов опт, Sопт и Ропт приведены в табл.1-4 и рис.2-11.
Для распределительных линий класса 0.4 кВ основным
ограничивающим фактором является допустимая потеря напряжения на участке
линии от ТП до потребителя.
В табл.1 приведены данные, характеризующие параметры наиболее
употребительных проводов, которые использовались при строительстве линий
электропередачи напряжением 0.4 кВ. Следует указать, что при переходе
к применению самонесущих изолированных проводов (СИП) соотношения
практически сохраняются, поскольку основным влияющим параметром является
активное сопротивление проводов, значение которого для соответствующих
сечений остается неизменным.
Таблица 1
ΔР при ΔР/Рдоп ΔР/Рдоп ΔР/Рдоп
Iдоп по
0.4 кВ, 0.66 кВ, 1.14 кВ,
ΔU, кВт
%
%
%
АС16
1.98
105
20
13.8
0.792
5.74
2.1
0.67
АС25
1.28
135
31.3
21.7
1.25
5.76
АС35
0.92
170
43
29.7
1.7
5.72
АС50
0.64
215
62.5
43.3
2.5
5.77
АС70
0.46
265
87
60.0
3.5
5.8
Условно рассмотрены отрезки линий длиной 1 км. Для этого случая
токовая загрузка линии, определяющая предельно допустимую величину потери
напряжения, соответствует плотности тока, равной площади сечения,
умноженной на коэффициент 1.25 (столбец 4 табл.1).
Провод
R,
Ом/км
Iдоп,
А
Iдоп по
ΔU, А
Рдоп по
ΔU, кВт
Таблица 2
Режимы работы ВЛ 0.4, 0.66 и 1.15 кВ длиной 3.2 км
(Pнагр = 8.6 кВт; Qнагр = 6.4 кВАр)
Uном,
кВ
0.4
0.66
1.15
156
Провод
R, Ом
X, Ом
АС-35
АС-35
АС-35
2.5
2.5
2.5
1.38
1.37
1.36
Потери Потери Q, Потери
кВАр
P, кВт
U, кВ
1.80
0.99
0.08
0.66
0.36
0.05
0.22
0.12
0.03
Uнагрузки,
кВ
0.32
0.61
1.12
Таблица 3
Режимы работы ВЛ 0.4, 0.66 и 1.15 кВ длиной 3.2 км
(Pнагр = 8.6 кВт; Qнагр = 0.4 кВАр)
Uном,
кВ
0.4
0.66
1.15
Провод
R, Ом
X, Ом
АС-35
АС-35
АС-35
2.5
2.5
2.5
1.38
1.37
1.36
Потери Потери Q, Потери
кВАр
P, кВт
U, кВ
1.16
0.64
0.06
0.43
0.23
0.04
0.14
0.08
0.02
Uнагрузки,
кВ
0.34
0.62
1.13
Таблица 4
Параметры линий электропередачи напряжением 10-220 кВ
UH,
кВ
10
35
110
220
Средняя
длина
пролета,
м
40-55
180-260
200-350
250-450
Среднее
расстояние
между
проводами, м
0.6
2.75
3.75
5.5
X,
Ом/км
0.36-0.43
0.4
0.41
0.42
Натур.
мощность,
МВт
Рmax на
1 цепь,
МВт
Lmax,
км
0.25
3.0
30
120
3-5
10-12
45-60
100-200
20-30
30-60
50-150
150-350
Допустимые мощности, приведенные в табл.1 для напряжения 0.4 кВ,
приблизительно в 2-2.5 раза превосходят реальные мощности, передаваемые по
линиям с проводами соответствующих сечений. Это означает, что
целесообразная граница длин линий, применяемых для распределения
электрической энергии на напряжении 0.4 кВ, составляет приблизительно
2.8-3.2 км. При больших длинах линий либо при больших передаваемых
мощностях соответственно рационален переход к более высоким классам
напряжений распределения (0.66 и 1.14 кВ).
Предварительный анализ данных о распределительной сети 0.4 кВ показывает,
что имеется ряд линий, длина которых превышает указанные выше величины.
Так, имеются сведения о линиях длиной 3.5-4.2 км. Данные табл.1-3
показывают, что при длине ВЛ более 3 км (до 5-6 км) и мощности порядка
20 кВт целесообразен переход к напряжению 0.66 кВ. При большей длине линии
и мощности более 25 кВт целесообразно рассмотреть вариант перехода
к напряжению линии электропередачи 1.14 кВ. При больших длинах и
мощностях следует переходить к напряжению 10 кВ.
Процентное снижение потерь мощности (столбцы 8 и 9 табл.1)
соответствует отношению потерь при передаче мощности, отвечающей столбцу
5 (то есть предельно допустимой для напряжения распределения 0.4 кВ), к
величине допустимой мощности, соответствующей повышенному напряжению
распределения (0.66 кВ и 1.14 кВ соответственно).
157
а
б
в
Рис.2. Допустимая мощность по линии электропередачи 0.4кВ (а) с учетом
потери мощности; 0.66 (б) и 1.15 кВ (в); cosφ = 0.8, 0.99, провод АС-35
158
При мощностях потребителей, превышающих 25 кВт, и длинах линий
0.4 кВ, превышающих 1.5 км, следует рекомендовать повышение номинального
напряжения распределения до 0.66 кВ (1.15 кВ).
Для линий класса 10 кВ сечение проводов проверяется по допустимому
току и по допустимой потере напряжения. Обычно при использовании наиболее
распространенных сечений проводов ограничивающим условием является
допустимая потеря напряжения.
Рис.3. Зависимость относительных потерь в линии класса 0.4 кВ при передаче
мощности, определяемой допустимым снижением напряжения
Рис.4. Зависимость потерь в линий различных классов напряжения при передаче
мощности, определяемой допустимым снижением напряжения
159
Рис.5. Зависимость допустимой мощности линии электропередачи 10 кВ,
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-50 (с учетом потерь мощности), ΔРСР = 5%
Рис.6. Зависимость допустимой мощности линии электропередачи 10 кВ,
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-50 (l =10 . . . 20 км)
160
Рис.7. Зависимость допустимой мощности
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-50
линии электропередачи 10 кВ,
Рис.8. Зависимость допустимой мощности
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-70
линии электропередачи 10 кВ,
161
Рис.9. Зависимость допустимой мощности линии электропередачи 10 кВ,
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-70 (l =10 . . . 25 км)
Рис.10. Зависимость допустимой мощности
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-95
162
линии электропередачи 10 кВ,
Рис.11. Зависимость допустимой мощности линии электропередачи 10 кВ,
cosφ =0.8, 0.99, провод АС-95 (l =10 . . . 30 км)
На рис.5-11 приведены графики, характеризующие допустимую
передаваемую мощность в функции длины линии электропередачи 10 кВ и
коэффициента мощности нагрузки. На графиках показаны ограничения,
определяемые допустимым током проводов. Для каждого сечения проводов
графики построены для двух диапазонов длин линий. Область допустимых
значений мощности находится ниже соответствующей кривой и слева (для
малых длин линий) ограничена значением, определяемым допустимым током.
Для линий класса 35 и 110 кВ передаваемая мощность (для средних
сечений проводов) приблизительно соответствует натуральной мощности линий
(3 и 30 МВт соответственно). Фактическая дальность передачи мощности для
всех классов напряжения, как правило, ниже предельной (предельными длинами
считают 25-30 км для ВЛ 35 кВ и 75-80 км для ВЛ 110 кВ). Для линий небольшой
длины передаваемая мощность может быть существенно увеличена.
Таким образом, выбраны оптимальные длины, сечения проводов ВЛ
различных классов напряжения. В ряде случаев, в зависимости от влияющих
факторов, оптимальные характеристики могут иметь место и для двух классов
напряжения одновременно. Определены оптимальные рабочие напряжения
в зависимости от величин требуемых передаваемых мощностей. На основании
полученных данных и результатов расчета установившихся режимов могут быть
даны рекомендации о конкретных оптимальных длинах ВЛ 0,4; 6; 10; 35 и
110 кВ для снижения потерь в распределительных сетях.
Сведения об авторах
Халилов Фирудин Халилович,
профессор Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, д.т.н.
Россия, 194251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29
Эл. почта: natalia-shilina@yandex.ru
Смоловик Сергей Владимирович,
профессор Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, д.т.н.
Россия, 194251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29
Эл. почта: smol401@ yandex.ru
163