Выбор сечений проводников ВЛ и КЛ

Выбор экономически целесообразных сечений проводов линий производится с целью обеспечения минимума дисконтированных затрат (1.4) на сооружение и эксплуатацию линий сети. При увеличении сечений увеличиваются затраты цветного металла и повышается стоимость линий, но уменьшаются потери энергии.

В связи с дискретностью изменения сечений проводов большими ступенями практически приемлемым оказывается приближённое решение: для каждой линии сечение проводов выбирается обычно независимо. При этом применяют два несколько различных приёма расчёта: по экономической плотности тока и с помощью экономических интервалов [14]. Первый метод является более простым, но с помощью второго метода можно, например, более правильно учесть фактические стоимости линий.

Экономическая плотность тока приближённо определяется при условии, что погонная стоимость (на единицу длины) линии линейно зависит от сечения F проводов:

,

где – постоянная составляющая стоимости одного километра линии;

– коэффициент удорожания.

Для ВЛ напряжением до 220 кВ и длиной L, срок строительства которых (см. табл. 1.4) не превышает одного года, а эксплуатационные издержки неизменны в течение всего жизненного цикла (T_сл=50 лет), дисконтированные затраты (1.5) могут определяться по формуле

, (2.1)

где ;

. (2.2)

Здесь – дисконтированная норма амортизации ;

– норма отчислений на обслуживание и ремонт;

– затраты на возмещение потерь электроэнергии;

– максимальный ток линии;

– погонное сопротивление линии, зависящее от сечения провода и удельной проводимости материала провода ;

– число часов наибольших потерь;

– стоимость одного кВт·ч потерь электроэнергии.

Подставив (2.2) в (2.1), запишем

; (2.3)

(2.4)

В состав дисконтированных затрат (2.3) входят три составляющие, зависимость которых от сечения показана на рис. 2.12.

Рис.2.12. Зависимости составляющих затрат от сечения проводов

Сечение F_Э, соответствующее минимуму затрат (2.3) определяется из условия

.

Отсюда экономическое сечение

где экономическая плотность тока

. (2.5)

Число часов наибольших потерь τ определяется в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки линии (рис.2.13).

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ-7) [14] нормированы значения экономической плотности тока (табл. 2.5).

Таблица 2.5. – Нормированные значения плотности тока для ВЛ и КЛ

Проводники	Плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки Tм, ч/год
более 1000 до 3000	более 3000 до 5000	более 5000
Неизолированные провода и шины: медные алюминиевые	2,5 1,3	2,1 1,1	1,8 1,0

Продолжение табл. 2.5

Кабели с бумажной, резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,0 1,6	2,5 1,4	2,0 1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,5 1,9	3,1 1,7	2,7 1,6

Рис.2.13. Зависимость времени потерь τ от числа часов использования максимума нагрузки

Суммарное расчётное сечение проводов фазы проектируемой линии равно:

, (2.6)

где – расчётный ток, А;

– нормированная плотность тока, А/мм².

Увеличение числа линий (цепей) сверх требуемого по условиям надёжности для удовлетворения экономической плотности тока обосновывается технико-экономическими расчётами. Во избежание увеличения числа линий (цепей) допускается двукратное превышение из табл. 2.5 [14].

Значение I_р определяется по выражению [7]:

,

где – ток линии на пятый год её эксплуатации в нормальном режиме, определяемый для линий основной сети по расчётным планируемым потокам мощности. Для линий распределительной сети определяется расчётом потокораспределения при прохождении максимума нагрузки энергосистемы;

– коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии. Для линий 35…220 кВ значение может быть принято равным 1,05, что соответствует математическому ожиданию этого коэффициента в зоне наиболее часто встречающихся темпов роста нагрузки.

– коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки ВЛ (T_м), а коэффициент K_м отражает участие нагрузки ВЛ в максимуме энергосистемы (табл. 2.6).

Таблица 2.6. – Усредненные значения коэффициента

Напряжение ВЛ, кВ	Коэффициент участия в максимуме энергосистемы Kм	Значение коэффициента при числе часов использования максимума нагрузки Tм, ч/год
до 4000	4000...6000	более 6000
35 – 330	1,0	0,8	1,0	1,3
0,8	0,9	1,2	1,6
0,6	1,1	1,5	2,2

Расчётное сечение провода должно быть округлено до ближайшего стандартного.

Основным достоинством выбора площади сечения проводников линий по нормативной экономической плотности тока является его простота.

Однако такой подход имеет много недостатков. Расчётная площадь сечения проводников, определяемая по формуле (2.6), обычно не совпадает со стандартной, поэтому приходится производить округление. При определении экономической плотности тока по формуле (2.5) полагалось, что соблюдается линейная зависимость между капитальными затратами и площадью сечения проводников. Не учитывалась стоимость потерь энергии холостого хода.

Некоторые из перечисленных недостатков устраняются при выборе площади сечения проводников на основе предварительного определения экономических интервалов нагрузки [7, 12]. Экономические интервалы можно получить, пользуясь дискретными значениями погонной стоимости линий с проводами разных сечений . При этом можно учесть и другие факторы (например, потери мощности при короне ).

Для каждого из рассматриваемых сечений проводов определяются дисконтированные затраты как функция тока нагрузки линии .

На рис. 2.14 представлены зависимости дисконтированных затрат 3 для линий с сечениями F₁ – F_i от тока нагрузки.

Рис.2.14. Экономические интервалы нагрузки

Выбранные провода должны быть проверены по допустимой токовой нагрузке по нагреву I_доп:

,

где I_р.н – расчётный ток для проверки проводов по нагреву.

Расчётными режимами могут являться нормальные или послеаварийные режимы, а также периоды ремонтов других элементов сети, возможных неравномерностей распределения нагрузки между линиями и т. п.

Допустимые длительные токи для проводов марок АС и АСК приведены в табл. 2.7, а поправочные коэффициенты на температуру воздуха для неизолированных проводов – в табл. 2.8 [9].

Максимально возможные сечения проводов из условия механической прочности типовых опор составляют:

· для ВЛ-35 кВ – 150 мм²;

· для ВЛ-110 кВ – 240 мм²;

· для ВЛ-220 кВ – 500 мм².

Таблица 2.7. – Допустимые длительные токи для неизолированных проводов марок АС и АСК, применяемых на ВЛ 35…330 кВ при температуре

воздуха +25 °С

Сечение (алюминий/сталь), мм2	Ток, А	Сечение (алюминий/сталь), мм2	Ток, А
35/6,2		300/39
50/8		300/48
70/11		330/27
95/16		400/22
120/19		400/51
150/24		400/64
185/29		500/27
240/39		500/64

Таблица 2.8. – Поправочные коэффициенты на температуру воздуха для

неизолированных проводов

Расчетная температура воздуха, °С	Нормированная температура провода, °С	Поправочные коэффициенты при фактической температуре воздуха, С°
–5		+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50
		1,29	1,24	1,2	1,15	1,11	1,05	1,0	0,94	0,88	0,81	0,74	0,67

Минимально возможные сечения неизолированных проводов по условиям механической прочности проводов для ВЛ приведены в табл. 2.9.

Таблица 2.9. – Минимально допустимые сечения неизолированных проводов по условиям механической прочности для ВЛ свыше 1 кВ

Характеристика ВЛ	Сечение проводов, мм2
алюминиевых и из нетермообработанного алюминиевого сплава	из термообра­ботанного алюминиевого сплава	сталеалю-миниевых	стальных
ВЛ без пересечений в районах по гололеду:
до II			35/6,2
в III–IV			50/8
в V и более	–	–	70/11

Продолжение табл. 2.9

Пересечения ВЛ с судоходными реками и инженерными сооружениями в районах по гололеду:
до II			50/8
в III–IV			50/8
в V и более	–	–	70/11
ВЛ, сооружаемые на двухцепных или многоцепных опорах:
до 20 кВ	–	–	70/11	–
35 кВ и выше	–	–	120/19	–

Проверке по условиям короны подлежат ВЛ 110 кВ и выше, прокладываемые по трассам с отметками выше 1500 м над уровнем моря. При более низких отметках проверка не производится, если сечения проводов равны минимально допустимым по условиям короны или превышают их (табл. 2.10).

Таблица 2.10. – Минимальный диаметр проводов ВЛ по условиям короны, мм

Напряжение ВЛ, кВ	Фаза с проводами
одиночными	два и более
	11,4 (АС 70/11)	–
	15,2 (АС 120/19)	–
	21,6 (АС 240/32)	–
24,0 (АС 300/39)
	33,2 (АС 600/72)	2 ´ 21,6 (2 ´ AС 240/32)
3 ´ 15,2 (3 ´ AC 120/19)
3 ´ 17,1 (3 ´ AС 150/24)
	–	2 ´ 36,2 (2 ´ AC 700/86)
3 ´ 24,0 (3 ´ AС 300/39)
4 ´ 18,8 (4 ´ AС 185/29)
	–	4 ´ 29,1 (4 ´ AС 400/93)
5 ´ 21,6 (5 ´ АС 240/32)