Расчёт воздушных линий электропередач

4.1. Выбор сечений проводов ЛЭП по нагреву

Выбор сечений линий, питающих ГПП, осуществляется по рас­четной мощности трансформатора, определяемой на стороне ВН ГПП.

Для выбора проводов ВЛ по нагреву определяется расчетный ток:

.

Зная величину расчетного тока, выбираем стандартное сечение, соответствующее ближайшему большему то­ку, в зависимости от величины напряжения. Предварительно выбираем провод АС – 70/11 (I_доп = 265 А).

Сечение, выбранное по нагреву, проверяется по экономической плотности тока, основным критерием оценки которой является ми­нимум годовых приведенных затрат (МГПЗ), определяемый сто­имостью ежегодных потерь электроэнергии в сети; ежегодными расходами на текущий ремонт и обслуживание сетей, а также амортизационными отчислениями. Экономическая плотность тока выбирается в зависимости от материала провода и числа часов использования максимума нагрузки.

Сечение по экономической плотности тока находят из выраже­ния

где - максимальный расчетный ток, А; - экономическая плотность тока, А/мм². Для алюминиевого провода и Т_и = 5490 ч., = 1 А/мм². Выбираем провод АС – 70.

Потери активной и реактивной мощности в проводах определя­ются соответственно:

где R и X – соответственно активное и индуктивное сопротивление линии;

где и – соответственно активное и индуктивное удельное сопротивление провода, Ом/км. В зависимости от среднегеометрического расстояния между проводами фаз D_ср = 5 м (для 110 кВ) выбираем

= 0,456.

4.2. Расчёт сети по потере напряжения

Потери напряжения в ВЛ1:

Потери напряжения в ВЛ2:

Полученные значения потерь напряжения должны быть не более допустимого:

Условие выполняется.

4.3. Расчёт проводов на механическую прочность

Расчет проводов на механическую прочность производится: а) при наибольшей внешней нагрузке; б) при низшей температуре и отсутствии внешних нагрузок; в) при среднегодовой температуре и отсутствии внешних нагрузок.

Последовательность расчёта на механическую прочность сле­дующая:

1) Определяются исходные данные для расчёта:

- номинальное напряжение ВЛ: ;

- марка провода: АС – 70/11;

- длина пролета (наибольшая допустимая): l_пр = 430 м;

- район гололёду: I;

- ветровой район: II;

- температуры: t_= –20,1°С; t₊ = 16,6°С; t_э = 6,4°С; t_г= –5°С;

- приведенная нагрузка от собственного веса

(для АС-70/11): даН/(м·мм²);

- скоростной напор ветра (повторяемость 1 раз в 5 лет) q=35 (v=24 м/с);

- толщина стенки гололеда с = 5 мм;

- допустимое напряжение в материале провода при гололеде t_г

- напряжение при наибольшей нагрузке

- допустимое напряжение в материале провода при минимальной температуре t_:

- допустимое напряжение в материале провода при среднегодовой температуре t_Э:

- модуль упругости: Е = 13,4 · 10³ даН/мм²;

- температурный коэффициент линейного удлинения:

α =14,5 ·10^-6 1/градус;

- коэффициент неравномерности скоростного напора: α = 1,0;

- диаметр провода АС–70/11: d = 11,4 мм;

- коэффициент лобового сопротивления: С_х = 1,2 – для проводов и тросов

d<20 мм;

- коэффициент упругого удлинения: β = 1/Е =1/(13,4· 10³)= 74,6· 10^-6

2) Определяются погонные и приведенные нагрузки для приня­тых сочетаний климатических условий.

1. Погонная нагрузка от собственного веса:

Суммирование осуществляется по всем проводам и тросам линии.

2. Погонная нагрузка на провод диаметром d при толщине стенки гололёда c определяется:

где с – толщина стенки гололёда, м; d – диаметр провода, м.

3. Результирующая погонная нагрузка:

4. Погонная ветровая нагрузка на провод без гололеда:

где - коэффициент неравномерности скоростного напора; - коэффициент лобового сопротивления; с_х = 1,1 - для про­водов и тросов при d >20 мм; с_х = 1,2 - для проводов и тросов при d < 20 мм; q - скоростной напор, даН/м.

5. Погонная ветровая нагрузка на провод, покрытый гололёдом, при 0.25q_нор:

6. Погонная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололёда:

7. Погонная нагрузка от веса провода, покрытого гололёдом и давления ветра на провод, покрытый гололёдом:

Приведенные нагрузки:

3) Определяются длины критических пролетов.

При определении критических пролетов напряжения в проводах и тросах ВЛ не должны превышать допустимых значений для следующих режимов:

1) режим наибольшей нагрузки, имеющий место при пятой или шестой комбинациях расчетных климатических условий (его пара­метры - );

2) режим низшей температуры при отсутствии внешней нагруз­ки, характерный для третьей комбинации климатических условий ( );

3) режим среднегодовой температуры при отсутствии внешней нагрузки (четвертая комбинация - ).

Для каждого из этих режимов определяется критический про­лет.

Первый критический пролет - пролет такой длины, при кото­ром напряжение провода при среднегодовой температуре равно допускаемому , а в режиме низшей температуры :

=

где - приведенная нагрузка от собственного веса проводов;

α_t - температурный коэффициент линейного удлинения провода; b = 1/Е;

E - модуль упругости; t_э - среднегодовая для данного региона температура;

t_ - исходная низшая для данного региона температура; t_г - темпера­тура образования гололеда (-5 °С); _г - приведенная нагрузка от гололеда _г = ₇ .

4) По таблице соотношений, определяющих исходные условия, устанавливаем исходный режим.

Исходным для расчета ВЛ на механическую прочность являет­ся режим, при котором напряжение в материале провода равно допускаемому, а в остальных режимах напряжение меньше до­пускаемого. Исходный режим зависит от соотношения между длинами трех критических пролетов и соотношения между реаль­ным и критическим пролетом.

Соотношение критических пролётов: l_1k – мнимые l_2k< l_3k;

соотношение реального пролёта с критическим l_р> l_3k

параметры исходного режима .

5) Зная исходный режим, определяют напряжение в материале
провода и допустимую стрелу провеса.

где и - напряжения в низшей точке провода в начальном (до изменения климатических условий) и искомом (после их измене­ния) состояниях, Н/м², соответственно; l - длина пролета, м; и - соответствующие нагрузки на провод, Н/м²; и - соот­ветствующая температура, °С.

Производим подстановку:

Таким образом при l = 180 м, получаем значение σ = 23,7 даН/мм², не превышающее допустимое

Условия прочности выполняется

Определяем стрелы провеса для всех :

Отсюда следует, что выбранный по каталогу провод АС – 70/11 удовлетворяет требованиям механической прочности.

В результате расчетов по выбору сечения провода на нагрев, проверку его на экономическую плотность тока, потерю напряжения в линии, механическую прочность получили, что предварительно выбранный провод АС – 70/11 удовлетворяет всем условиям, следовательно, окончательно принимаем провод АС – 70/11.

Основные характеристики пролёта воздушной линии приведены на рис. 1.

Рис.1. Стрела провеса и длина пролета