kush-01 / УМП сети 1

Преимущество напряжения 20 кВ по сравнению с напряжением 35 кВ заключается в более простом устройстве сети и использовании более дешевых коммутационно-защитных аппаратов.

По сравнению с напряжением 10 кВ при напряжении 20 кВ снижаются потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения и токи КЗ в сетях. Однако напряжение 20 кВ, как и напряжения 35 и 10 кВ, нецелесообразно применять в качестве основного напряжения для первых ступеней электроснабжения больших по мощности предприятий. Здесь возникает необходимость в более высоких напряжениях. Необходимо отметить, что, несмотря на имеющиеся преимущества, применение напряжения 20 кВ сдерживается отсутствием электрооборудования на это напряжение.

Напряжения 10 и 6 кВ широко используют на промышленных предприятиях: на средних по мощности предприятиях — для питающих и распределительных сетей; на крупных предприятиях — на второй и последующих ступенях распределения электроэнергии.

Напряжение 10 кВ является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ. Напряжение 6 кВ допускается применять только в тех случаях, если на предприятии преобладают приёмники электроэнергии с номинальным напряжением 6 кВ или когда значительная часть нагрузки предприятия питается от заводской ТЭЦ, где установлены генераторы напряжением 6 кВ.

2.4. РАСЧЕТ РАЗОМКНУТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 10(6) кВ

2.4.1. Содержание расчета и допущения

Разомкнутые электрические сети 10(6) кВ широко применяются на промышленных предприятиях в качестве распределительных и питающих сетей.

Задачами электрического расчета распределительных сетей 10(6) кВ являются: определение токов участков сети для выбора сечений проводов или жил кабелей по экономической плотности тока и их проверки по допустимому нагреву; определение максимальной потери напряжения в сети для сравнения с допустимой потерей напряжения; определение суммарных потерь активной и реактивной мощности и потерь электроэнергии за год.

Расчет таких сетей включает:

определение мощностей на участках сети; определение токов участков сети;

выбор сечений проводов или жил кабелей по экономической плотности тока на участках сети и проверка их по нагреву током;

определение активного (Ri) и индуктивного (Xi) сопротивлений каждого участка сети;

определение потерь напряжения на каждом участке и до наиболее удаленных точек сети;

проверка выбранных сечений проводов или жил кабелей по допустимой потере напряжения;

51

определение потерь активной и реактивной мощностей в сети и потерь электроэнергии за год.

При расчете разомкнутых распределительных сетей принимают сле-

дующие допущения [8, с. 467]:

в схемах замещения сети не учитывают проводимости; распределение потоков активной и реактивной мощностей в сети опре-

деляют без учета потерь мощности в элементах сети; потери мощности и напряжения, а также токи в отдельных участках сети

определяют не по истинным напряжениям в узлах, а по номинальному напряжению сети.

В соответствии с первым допущением каждый участок сети замещается своим полным сопротивлением. Второе допущение позволяет без значительных трудностей определить распределение потоков мощности по участкам сети. В соответствии с третьим допущением потери мощности и напряжения на участке сети между узлами i и j определяют по формулам:

Sij2

Sij Pij j Qij Uном2 (Rij jXij ),

(2.1)

Uij Pij Rij Qij Xij . Uном

Примечания. 1. Расчет разомкнутых питающих сетей напряжением 10(6) кВ выполняется так же, как и распределительных. 2. Для воздушных линий расчет называется электрическим, так как для них может выполняться еще и механический расчет.

2.4.2. Расчет радиальных распределительных кабельных линий напряжением 10(6) кВ

По радиальным распределительным линиям электроэнергия от шин 10(6) кВ ГПП (ГРП, РП) подается к цеховым ТП. Радиальные линии от ГПП к промежуточным РП или к ТП, совмещенным с РП, называются питающими.

Радиальные распределительные линии могут быть не резервированными (одиночными) или резервированными (двойными). Далее рассматривается расчет резервированной линии трехфазного тока с симметричной нагрузкой на конце, выполненной двумя параллельными кабельными линиями в одной траншее с расстоянием между ними 100 мм.

Исходные данные для расчета:

номинальное напряжение сети — 10(6) кВ; нагрузка на конце линий (задана трехфазной мощностью в комплексной

форме SP=PP+jQP; содержит более 50 % электроприемников I и II категорий надежности);

конструктивное исполнение линий — кабельные; число линий — две;

52

длина линий, км;

продолжительность использования максимума нагрузки Tmax, ч; допустимая потеря напряжения: в нормальном режиме (при работе

обеих линий) — 6—8 % от Uном; в послеаварийном режиме — 10—12 % [6,

с. 119].

Методика расчета

1. Определяется расчетная полная мощность и cos φ нагрузки

SP PP2 QP2 ,

cos PP .

SP

2. Определяются расчетные токи линий, А, в нормальном (IP) и послеаварийном (IP. па) режимах при аварийном отключении одной из линий

IP						SP			,	(2.2)
	2				3 Uном
Iр.па					SP			,		(2.3)
				3 Uном

где SP — расчетная полная мощность нагрузки, кВ А; Uном — номинальное напряжение линий, кВ.

3.Выбирается марка кабеля и способ его прокладки [8, с. 60].

4.Определяется экономически выгодное сечение жил кабельных линий, мм2, по экономической плотности тока jЭ, которая зависит от материала жил

ипродолжительности использования максимума нагрузки Tmax [4, с. 85]

FЭ IjP .

Э

Сечение FЭ, полученное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного, выбирается для кабельных линий, выписывается длительный допустимый ток нагрузки Iдоп на выбранное сечение [8, с. 60].

5. Определяется коэффициент загрузки кабельных линий в нормальном режиме

Kз	IP	,	(2.4)
	Iдоп Kпопр

где Кпопр — поправочный коэффициент на условия прокладки кабелей, определяемый по табл. П1, П2 [4] как произведение Кпопр= К1.К2.;

53

К1 — поправочный коэффициент, зависящий от числа работающих кабелей (при одном кабеле К1 = 1);

К2 — поправочный коэффициент, зависящий от фактической температуры среды; при прокладке в земле и температуре 15 оС — К2 =1, при прокладке в воздухе и температуре 25 оС — К2 =1.

6. Выбранное экономическое сечение жил кабельных линий проверяется по допустимому нагреву расчетным током послеаварийного режима с учетом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме и снижения допустимого тока в нормальном режиме при прокладке кабелей в одной траншее [1, с. 60]. Условие проверки:

Iр.па
Iдоп Kп.доп Kпопр	,	(2.5)

где Iр.па — расчетный ток линии в послеаварийном режиме (при аварийном отключении одной из линий);

Кп.доп — коэффициент допустимой перегрузки кабеля в послеаварийном режиме. Определяется по табл. 3.3 [1] в зависимости от коэффициента предварительной загрузки (Кз ), вида прокладки и времени ликвидации аварии;

Кпопр — поправочный коэффициент на условия прокладки кабелей (см. пункт 5).

7. Определяются потери напряжения, В, а также в процентах: в нормальном режиме

	Uнорм	3IPL(r0cos x0sin ),				(2.6)
	Uнорм %		Uнорм	100	;	(2.7)
			Uном

в послеаварийном режиме

Uпа 3Iр.па.L(r0cos x0sin ),

Uпа % Uпа 100,

Uном

где ro, xo — удельные активное и индуктивное сопротивления каждой линии, Ом/км. Значения удельных сопротивлений для кабельных линий приведены в табл. 3.5 [1];

L — длина линии, км;

соs φ — коэффициент активной мощности нагрузки в конце линий; sin φ — коэффициент реактивной мощности нагрузки в конце линии.

8. Выбранное сечение жил кабельных линий проверяется по потере напряжения в нормальном и послеаварийном режимах. Условия проверки:

54

Uнорм % Uдоп % ,

Uпа % Uдоп.па %,

где Uдоп % — допустимая потеря напряжения в нормальном режиме; Uдоп.па % — допустимая потеря напряжения в послеаварийном режиме. 9. Определяются потери активной и реактивной мощностей в линиях,

соответственно кВт и квар

2

P US2P R 103 , (2.8)

ном

2

Q US2P X 103, (2.9)

ном

где R r0 L — активное сопротивление двух параллельных кабельных

2

линий, Ом;

X x0 L — индуктивное сопротивление двух параллельных кабель-

2

ных линий, Ом;

SP — расчетная полная мощность, МВ А.

10. Определяются потери активной энергии в линиях за год, кВт ч

W P max ,

(2.10)

где max — продолжительность максимальных потерь, которая определяется по графикам на рис. 2.24 [4] в зависимости от Tmax и cos φ нагрузки.

Расчет и выбор сечений питающих кабельных линий напряжением

10(6) кВ производится путем технико-экономического сравнения вариантов. Пример расчета приводится в [1, с. 59—62].

2.4.3. Расчет линий напряжением 10(6) кВ с несколькими нагрузками

Схема трехфазной линии с несколькими нагрузками показана на рис. 2.6.

Исходные данные для расчета:

номинальное напряжение распределительной сети — 10(6) кВ; конструктивное выполнение линии — кабельная; схема линии (пример на рис. 2.6);

величины нагрузок (Pi, cos φi или Pi + jQi); длины участков, км;

продолжительность использования максимума нагрузки для потребителей, подключенных к линии (Tmax), ч;

допустимая потеря напряжения ( Uдоп , %). Принимается от 5 до 8 % от Uном сети в нормальных режимах и от 10 до 12 % в аварийных [6, с. 119].

55

Методика расчета

1.Все нагрузки линии, создаваемые потребителями, выражаются мощностями в комплексной форме.

2.Начиная с удаленной точки, определяются мощности участков сети через мощности нагрузок, используя первый закон Кирхгофа

P2–3 = P3,

P1–2 =P2 + P3,

P0–1 = P1 + P2 +P3,

Q2–3 = Q3,

Q1 2 Q2 Q3,

Q0 1 Q1 Q2 Q3.

3.Определяются токи участков линии, необходимые для расчета экономически выгодных сечений жил кабелей, А

Р2

Q2

Ii

i

уч

iуч

103,

(2.11)

3Uном

где Pi уч — активная мощность каждого участка сети, МВт;

Qi уч — реактивная мощность каждого участка сети, Мвар;

Uном — номинальное напряжение сети, кВ.

Р

2

Q2

Пример. Ток на участке 0—1 вычисляется по формуле I0 1

0 1

0 1

103

3Uном

итак далее на остальных участках.

4.Выбирается марка кабеля и способ его прокладки [8, с. 60].

5.В зависимости от материала жил и продолжительности использования

максимума нагрузки Tmax находится экономическая плотность тока, по которой определяется экономическое сечение жил кабеля, мм2, на каждом участке

FЭi IjЭi ,

где jЭ — экономическая плотность тока на участках линии, A/мм2. Экономические сечения жил кабеля, полученные в результате расчетов,

округляются до ближайших стандартных и выбираются для участков данной линии. Выписываются длительно допустимые токи на выбранные сечения

[8, с. 60].

6. Выбранные экономические сечения жил кабеля на участках линии проверяются по допустимому нагреву током. Условие проверки:

I	доп.i		Ii	,
			Kпопр

где Kпопр — поправочный коэффициент (см. формулу 2.4).

56

57

7. Определяются активное и индуктивное сопротивления каждого участка линии, Ом

Ri r0i li, Xi x0i li,

где r0 i, x0 i — удельные активное и индуктивное сопротивления каждого участка линии, Ом/км;

li — длина каждого участка, км.

Например, на участке 2—3 активное и реактивное сопротивления равны:

R2 3 r0.(2 3) l2 3, X2 3 x0.( 2 3) l2 3 и так далее.

8.	Определяется потеря напряжения, В, на каждом участке линии
	Ui	Pi Ri Qi Xi	103,	(2.12)
		Uном
где Pi измеряется в МВт; Qi — Мвар; Ri — Ом; Xi — Ом; Uном — кВ.
9.	Определяется потеря напряжения Umax, В,			до наиболее удаленной
точки линии

Umax U0 1 U1 2 U2 3,

или в процентах

Umax% Umax 10 1.

Uном

10. Линия проверяется по допустимой потере напряжения по условию

Umax% Uдоп %.

11. Определяются потери активной, кВт, и реактивной, квар, мощностей на каждом участке линии

	P2	Q	2		R 103,
P	i	i
i	U	ном2			i
	P2	Q	2				103,
Q	i	i			X
i	Uном2					i

где Pi измеряется в МВт; Qi — Мвар; Ri — Ом; Xi — Ом; Uном — кВ.

12. Определяются суммарные потери активной, кВт, и реактивной, квар, мощностей в линии:

n

Pл Pi P0 1 P1 2 P2 3,

1 n

Qл Qi Q0 1 Q1 2 Q2 3.

1

13. Определяются годовые потери активной энергии на участках линии, кВт ч

58

Wi Pi max.i,

где maxi — время максимальных потерь на каждом участке линии, ч, которое определяется по графикам на рис. 2.24 [4] в зависимости от Tmax и cos φi = Pi / Si нагрузки;

Pi, Si — активная и полная мощности на каждом участке линии, причем полная мощность определяется по формуле

Si Pi2 Qi2 .

14. Определяются суммарные годовые потери электроэнергии в линии, кВт ч

n

WЛ Wi W0 1 W1 2 W2 3.

1

Результаты расчетов сводятся в табл. 2.1.

					Таблица 2.1
	Результаты расчета линии 10(6) кВ с несколькими нагрузками
	Расчетные		Участки линии		Для всей линии
	величины	0—1	1—2	2—3
	Pi, MВт				—
	Qi, Mвap				—
	Ii, A				—
	Fэ.i, мм2				—
	Марка кабеля				—
	Iдоп.i, A				—
	r0 i, Ом/км				—
	x0 i, Ом/км				—
	Ri, Ом				—
	Xi, Ом				—
	Ui, %
	Pi, кВт
	Qi, квар
	Wi, кBт ч

Примечание. Пример расчета ВЛ-10 кВ с несколькими нагрузками приведен

в[6, с.131—132].

2.4.4.Расчет простой разветвленной электрической сети 10(6) кВ

Разветвленная сеть выполняется обычно с помощью воздушных линий. Расчет разветвленной сети аналогичен расчету линии с несколькими нагрузками, только потеря напряжения определяется для всех удаленных точек сети. Пример расчета простой разветвленной электрической сети приведён в [6, с. 132—133]. Схема простой разветвлённой электрической сети показана на рис. 2.7.

59

60