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 (Iдоп = 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 Ти = 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 Dср = 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): lпр = 430 м;
- район гололёду: I;
- ветровой район: II;
- температуры: t_= –20,1°С; t+ = 16,6°С; tэ = 6,4°С; tг= –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 tг
- напряжение при наибольшей нагрузке
- допустимое напряжение в материале провода при минимальной температуре t_:
- допустимое напряжение в материале провода при среднегодовой температуре tЭ:
- 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: Сх = 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; сх = 1,1 - для проводов и тросов при d >20 мм; сх = 1,2 - для проводов и тросов при d < 20 мм; q - скоростной напор, даН/м.
5. Погонная ветровая нагрузка на провод, покрытый гололёдом, при 0.25qнор:
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;
αt - температурный коэффициент линейного удлинения провода; b = 1/Е;
E - модуль упругости; tэ - среднегодовая для данного региона температура;
t_ - исходная низшая для данного региона температура; tг - 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: l1k – мнимые l2k< l3k;
соотношение реального пролёта с критическим lр> l3k
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