Розрахунок і вибір перерізів жил кабелів розподільної мережі напругою 10 кВ

Розподільна лінія 10 кВ – кабельна. Матеріал жил кабелю – алюміній. Кабелі прокладають в земляних траншеях. Схема розподільної лінії (рис. 2.1) – петльова, для забезпечення резервування живлення кожної ТП (АТП).

Особливістю розподільних мереж є їхня експлуатація за розімкнутою схемою. Пояснюється це тим, що електрична мережа з однобічним живленням може бути реалізована значно дешевше, ніж із двостороннім живленням. У мережі з однобічним живленням є можливість встановлювати менше вимикачів і використовувати порівняно простий релейний захист. Крім того, в розімкнутих мережах силове і комутаційне устаткування вибирають більш легким у порівнянні із замкнутими мережами, за рахунок зменшення струмів короткого замикання (КЗ).

Таблиця 2.3 – Навантаження ТП і номінальна потужність трансформаторів

Розрахункові дані	Умовні позначення	Підстанція
АТП-1	АТП-2	ТП-3	ТП-4
Навантаження ТП (АТП) зі сторони НН, кВт	Р тп
Повне навантаження ТП (АТП) зі сторони НН, кВ·А	S тп
Номінальна потужність трансформаторів підстанції, кв·А	S т ном
Завантаження трансформаторів: у нормальному режимі
у післяаварійному режимі
Активне навантаження підстанції зі сторони ВН, кВт

Петльова схема 10 кВ експлуатується у вигляді двох напівпетель, які отримують шляхом розмикання однієї з ділянок кабельної мережі. В якості критерія, за яким визначають ділянку, яку потрібно відключити, приймають мінімум втрат потужності в схемі при нормальній її роботі. Природний потокорозподіл в замкнутій кабельній мережі збігається з економічним потокорозподілом, який характеризується мінімальними втратами потужності. З одного боку, петльову схему бажано експлуатувати замкнутою для зниження втрат потужності, з іншого боку, її потрібно розмикати за умовами експлуатації.

Звідки висновок: схему варто розмикати таким чином, щоб потокорозподіл розімкнутої мережі якнайменше відрізнявся від природного потокорозподілу в замкнутій мережі. Це досягається шляхом розмикання мережі в точці потокорозподілу з боку надходження меншої потужності. Для визначення ділянки, яку потрібно відключити, робиться розрахунок потокорозподілу в замкнутій петльовій схемі (рис. 2.4, а). Розрахунок виконують для навантажень ТП і АТП, приведених до сторони ВН трансформаторів (табл. 2.3).

Розрахунок потокорозподілу в петльовій схемі виконують в наступному порядку. Спочатку визначають потужність на одній з головних ділянок, «А-1» чи «В-3», за формулою, що відповідає цій ділянці:

; (2.16)

, (2.17)

де Р_А1 і Р_В3 – потужність, що протікає на головних ділянках, кВт; l_mА і l_mВ – довжина лінії від точки m, в якій включене навантаження Р_m, до пункту живлення А і В відповідно; l_АВ – повна довжина петльової лінії, км; – активне навантаження підстанції m на стороні ВН, кВт.

Після визначення потужності, що протікає на головній ділянці, знаходять потужності на інших ділянках петльової лінії за допомогою першого закону Кірхгофа, послідовно застосовуючи його для кожної точки включення навантаження. Наприклад, якщо розрахунок виконаний за формулою (2.16) для головної ділянки «А-1», то далі роблять такі обчислення:

Р₁₂ = Р_А1 – ; Р₂₄ = Р₁₂ – < 0; Р₄₃ = Р₂₄ – < 0; Р_3В = Р₄₃ – < 0.

Одне із значень потужностей, що протікають по ділянках мережі, обов'язково вийде негативним, наприклад, Р₂₄ < 0. Усі наступні потужності також будуть негативними. Це означає, що встановлено вузол, в який потужність надходить із двох сторін (точка потокорозподілу – Ñ), у даному прикладі вузол «2».

Треба виконати перевірку розрахунку потокорозподілу. Для цього, зокрема в розглянутому прикладі, треба розрахувати Р_В3 за формулою (2.17) і переконатися у відповідності значенню, отриманому по балансах у вузлах (Р_В3 ≈ – Р_3В).

Вибір перерізів кабелю на ділянках петльової схеми. Перерізи кабелю вибирають за тривалим припустимим струмом в нормальному і післяаварійних режимах з наступною перевіркою за економічною щільністю струму в нормальному режимі і припустимому відхиленню напруги.

Розподіл схеми роблять шляхом відключення лінії, по якій до точки потокорозподілу надходить менша потужність. У розглянутому прикладі, коли точка потокорозподілу знаходиться у вузлі 2 (рис. 2.4, а), припустимо, що Р₁₂ > Р₄₂. Тоді для постійної експлуатації мережі варто відключити ділянку «2-4» (рис. 2.4, б). У разі протилежної нерівності (Р₁₂ < Р₄₂), відключати треба було б ділянку «1-2». За такою схемою розраховують дві напівпетлі розподільної лінії 10 кВ у нормальному режимі.

У післяаварійних режимах розглядають по черзі два можливих найбільш складні випадки:

1) вихід з ладу головної ділянки в пункті живлення А (рис. 2.4, в);

2) вихід з ладу головної ділянки в пункті живлення В (рис. 2.4, г).

Розрахунок лінії в післяаварійному режимі ведуть з урахуванням того, що всі підстанції петлі одержують живлення від одного з пунктів (В чи А).

Порядок розрахунку. У нормальному режимі визначають потоки активної потужності на кожній з ділянок напівпетель мережі , починаючи з кінця розімкнутої лінії. Враховують коефіцієнт суміщення розрахункових максимумів активних навантажень підстанцій К_М. Для ділянки m

, (2.18)

де n – кількість ТП (АТП), що одержують живлення через ділянку m.

Рекомендується в розрахунковому завданні для n = 1 прийняти К_М = 1; для n = 2 – К_М = 0,85; для n ≥ 3 – К_М = 0,9.

Для нашого прикладу (рис. 2.4, б):

Р₁₂ = ; Р_А1 = 0,85 · ( + );

Р₃₄ = ; Р_В3 = 0,85 · ( + ).

Потоки потужності наносять на схему мережі і, як усі наступні розрахунки, вносять у табл. 2.4.

Розраховують струм кожної ділянки «m» мережі, А:

, (2.19)

де U_ном = 10 кВ – номінальна напруга мережі; cosj = 0,9 – середнє значення коефіцієнта потужності навантаження.

Знаходять переріз жили кабелів у нормальному режимі з огляду на наступне:

– у міських розподільних мережах 10 кВ переріз кабелів з алюмінієвими жилами при прокладці їх у земляних траншеях слід приймати не менше 35 мм², у кожній лінії допускається не більше трьох різних перерізів;

– довгострокове припустиме струмове навантаження на кабель (див.
табл. П.2) повинне бути не менше струмового розрахункового навантаження ділянки ;

– переріз жили кабелю, відключеного при розмиканні мережі, сдід приймати рівним перерізу жили кабелю тієї суміжної ділянки, на якій переріз менше.

Визначають завантаження кабелю в нормальному режимі на кожній ділянці:

. (2.20)

Таблиця 2.4 – Вибір перерізів жил кабелів розподільної лінії 10 кВ

Розрахункові дані	Умовне позначення	Ділянка лінії
А-1	1-2	2-4	3-4	В-3
Довжина ділянки, км	L
Потік активної потужності на ділянці «m» у нормальному режимі, кВт
Струм на ділянці «m» у нормальному режимі, А
Переріз жили кабелю, який обрано за нормальним режимом, мм2
Припустиме струмове навантаження на кабель, який обрано за нормальним режимом, А
Завантаження кабелю в нормальному режимі
Припустиме струмове навантаження на кабель у післяаварійному режимі, А
Потік активної потужності на ділянці «m» у післяаварійному режимі 1 (пошкоджено А - 1), кВт
Струм навантаження ділянки «m» у післяаварійному режимі 1, А
Потік активної потужності на ділянці «m» у післяаварійному режимі 2 (пошкоджено В - 3), кВт
Струм навантаження ділянки «m» у післяаварійному режимі 2, А
Переріз жили кабелю по струму навантаження в післяаварійному режимі, мм2
Економічно вигідний переріз жили кабелю, мм2	F ек
Переріз жили кабелів з урахуванням перерізів, обраних у нормальному і післяаварійних режимах і за економічною щільністю струму, мм2	F
Втрата напруги в кожній ділянці в нормальному режимі, В
Втрата напруги в нормальному режимі до найбільш віддаленої ТП, %
Втрата напруги в кожній ділянці в післяаварійному режимі 1, В
Втрата напруги до найбільш віддаленої ТП у післяаварійному режимі 1, %
Втрата напруги в кожній ділянці в післяаварійному режимі 2, В
Втрата напруги до найбільш віддаленої ТП у післяаварійному режимі 2, %

Розраховують припустиме струмове навантаження в післяаварійному режимі на кабель, переріз якого обрано за нормальним режимом, А:

, (2.21)

де К_п = 1,25 – коефіцієнт, який враховує припустиме перевантаження кабелів на період максимуму навантаження, рівний 3 години за добу (протягом 5 діб), якщо тривале завантаження кабелю К_З перед його перевантаженням не перевищувало 0,8.

Визначають потік активної потужності , кВт і струм навантаження , А, на ділянках лінії в післяаварійних режимах 1 і 2:

; (2.22)

. (2.23)

Перевіряють переріз жили кабелю по струму на кожній ділянці «m» у післяаварійних режимах , виходячи з того, що

.

При необхідності збільшують раніше обраний переріз жили кабелю до перерізу , що відповідає струму навантаження післяаварійних режимів .

Визначають переріз кабелю кожної ділянки за економічною щільністю струму, мм²:

, (2.24)

де j _ек – економічна щільність струму, А / мм² (див. табл. П.3).

Отримане значення F_ек округляють до стандартного найближчого перерізу.

Переріз жили кабелю F приймають найбільшим з отриманих раніше значень, обраних:

– за струмом для нормального режиму ( );

– за струмом в післяаварійних режимах ( );

– за економічною щільності струму j_ек (F ³ F_ек).

У зв'язку з відсутністю вихідних даних перевірку обраного перерізу кабелю по струму КЗ в розрахунковому завданні не проводять.

Визначають для нормального режиму втрату напруги в кожній з ділянок лінії, В:

, (2.25)

де R і Х – активний і індуктивний опори кабелю (табл. П.4); cosj = 0,9.

Розраховують для нормального режиму максимальну втрату напруги ( ), в кожній напівпетлі розподільчої лінії від шин ДЖ до найбільш віддаленої ТП:

. (2.26)

Аналогічно визначають для двох післяаварійних режимів втрату напруги в кожній з ділянок лінії, використовуючи відповідно струм навантаження , і знаходять максимальні втрати напруги ( ), у лінії від шин ДЖ до найбільш віддаленої ТП.

Припустимі величини втрати напруги в нормальному режимі
= 6% [5, 6], у післяаварійному – прийняти = 11%.

Необхідні для виконання розрахункового завдання 1 довідкові дані наведені в табл. П.1 – П.4.

РОЗРАХУНКОВЕ ЗАВДАННЯ 2

Постановка завдання

На рис. 3.1 наведені однолінійні схеми двохобмоточного (рис. 3.1, а), трьохбмоточного (рис. 3.1, б) трансформаторів і автотрансформатора (рис. 3.1, в).

Рис. 3.1 – Однолінійні схеми трансформаторів:

а) двохобмоточного; б) трьохбмоточного; в) автотрансформатора

При виконанні завдання потрібно зробити розрахунок:

1) двохбмоточного трансформатора;

2) трьохбмоточного трансформатора чи автотрансформатора залежно від вихідних даних.

У ході розрахунку необхідно:

- визначити параметри повної і спрощеної схем заміщення трансформаторів;

- визначити втрати електроенергії у трансформаторах при заданому навантаженні.

Варіант вихідних даних (табл. 3.1 і 3.2 графи «варіант») приймають відповідно до порядкового номера студента в журналі академічної групи. Варіанти відрізняються типом трансформатора і величиною навантаження зі сторін НН і середньої напруги (СН).