Элементы проектирования электрических сетей

 

Задача 8.1

 

Для заданной принципиальной схемы сети, приведенной на рис. 8.1, составить однолинейную схему с выключателями и разъединителями, приняв на передающей подстанции схему с двумя системами шин и обходной системой шин, а на приемной подстанции – схему “мостика”. Номинальные напряжения U_1ном = 110 кВ, U_2ном = 10 кВ. Для заданного преподавателем варианта исходных данных (табл. 8.1 и 8.2) определить следующие экономические показатели: капитальные затраты, годовые эксплуатационные расходы (издержки), приведенные затраты, себестоимость и стоимость передачи электроэнергии. Для расчетов воспользоваться стоимостными показателями в ценах 1985 года, приведенными в [8, 3] и приложением 6 с учетом коэффициентов инфляции, которые задаются преподавателем.

При расчетах принять: для воздушных линий отчисления на амортизацию р_а = 0,024, на текущий ремонт и обслуживание р_ТО = 0,004; для подстанций соответственно р_а = 0,058 и р_ТО = 0,03.

 

 

	U1ном U2ном S
	Рис. 8.1. Схема сети

 

	Таблица 8.1
	Параметры линии
	Номер варианта 1 - 2 3 - 4 5 - 7 8 - 11 12 - 15 16 - 18 19 - 20 Длина линии, км Марка провода АС 95/16 120/19 150/24 185/29 240/32 120/19 240/32

 

 

	Таблица 8.2
	Параметры трансформаторов и нагрузок
	Номер варианта 7 - 8 9 - 10 Мощность трансформатора, МВ·А 6,3 6,3 Наибольшая нагрузка S, МВ·А 23+j6 9+j4 17+j8 20+j10 18+j3 10+j2 16+j5 25+j8 Время использования наибольшей нагрузки Тнб, ч

 

Задача 8.2.

 

Воспользовавшись уравнением приведенных затрат на 1 км воздушной линии электропередачи, построить экономические интервалы для стандартных сечений проводов.

Стоимостные данные принять по ценам 1985 года: для заданного преподавателем варианта стандартные марки проводов, стоимость 1 кВт·ч нагрузочных потерь энергии b_н и время потерь t ‑ из табл. 8.3, 8.4, а удельное сопротивление r₀, капитальные вложения К₀ на 1 км линии и удельные потери мощности холостого хода (на корону) DР_х – из приложений. Суммарный коэффициент р, отражающий нормы отчислений от капитальных вложений К₀ на амортизацию, обслуживание и ремонт, а также по нормативному коэффициенту эффективности (в терминах рыночной экономики – банковский процент по ссуде), принять равным 0,148. Стоимость 1 кВт·ч потерь на коронирование проводов b_х = 1,5 коп/кВт·ч.

Результаты расчетов представить в виде табл. 8.5 и в виде зависимостей З = f(I_м). Расчетным путем найти граничные значений токов, при которых экономически целесообразно переходить от одного сечения проводов к другому.

 

	Таблица 8.3
	Исходная информация к построению экономических интервалов нагрузки
	Номер варианта Номинальное напряжение линии, кВ Марки проводов 1 - 2 3 - 4 5 - 7 8 - 9 10 - 12 13 - 15 16 - 18 19 - 20 АС 70/11, АС 95/16, АС 120/19 АС 95/16, АС 120/19, АС 150/24 АС 120/19, АС 150/24, АС 185/29 АС 150/24, АС 185/29, АС 240/32 АС 70/11, АС 120/19, АС 240/32 АС 240/32, АС 300/39, АС 400/51 АС 300/39, АС 400/51, АС 500/64 АС 240/32, АС 400/51

 

 

	Таблица 8.4
	Исходные данные к построению экономических интервалов нагрузки
	Номер варианта t, ч bн, коп/кВт·ч 1,85 1,86 1,87 1,88 1,89 1,9 1,91 1,92 1,93 1,94,

 

 

 

	Таблица 8.5
	Результаты расчетов экономических интервалов нагрузки
	Марка проводов Приведенные затраты, тыс.р/км, при значении токов, А

Задача 8.3

 

Задана схема сети, приведенная на рис. 8.2. Длины участков 0-1, 1-2, 0-2, 2-3 и наибольшие нагрузки S₁, S₂, S₃ принять для заданного преподавателем варианта из табл. 8.6, 8.7. Время использования наибольшей мощности нагрузок Т_нб1 = Т_нб2 = 6000 ч, Т_нб3 = 4000 ч.

При расчете принять марки проводов АС.

Требуется:

1. Определить потоки мощности на участках сети без учета потерь мощности, полагая, что сеть однородная.

2. Выбрать номинальные напряжения для каждого участка сети по зонам экономических номинальных напряжений или по одной из эмпирических формул, после чего принять одно напряжение для всех участков.

3. На всех участках определить сечения по экономической плотности тока. Для замкнутой сети ее значение принять по средневзвешенному Т_нб.

4. Проверить выбранные сечения на нагрев в послеаварийных режимах при поочередном отключении линий 0-1, 0-2, 1-2 и 2-3 (одной цепи).

Результаты расчетов представить в виде:

1) схем сети с потоками мощности для нормального и всех послеаварийных режимов;

2) табл. 8.8 и 8.9.

 

 

	S1 S2 S3
	Рис. 8.2. Схема сети

 

	Таблица 8.6
	Исходные данные по участкам сети
	Номер варианта Длины участков, км 0-1 1-2 0-2 2-3

 

	Таблица 8.7
	Исходные данные о нагрузках
	Номер варианта Нагрузки узлов, МВ·А S1 S2 S3 80 + j50 75 + j40 80 + j40 70 + j40 75 + j35 85 + j40 70 + j50 65 + j30 75 + j40 85 + j35 40 + j30 45 + j25 50 + j20 50 + j25 45 + j20 30 + j20 40 + j15 50 + j18 30 + j15 45 + j20 50 + j30 55 + j35 40 + j20 55 + j25 56 + j32 60 + j20 70 + j30 65 + j30 55 + j25 65 + j30

 

 

	Таблица 8.8
	Результаты решения задачи
	Параметр Номер участка 0-1 1-2 0-2 2-3 (одной цепи) Расчетный ток, А Расчетное сечение, мм2 Стандартное сечение, мм2

 

 

	Таблица 8.9
	Результаты проверки сечений проводов по нагреву
	Номер участка Допустимый ток по нагреву для выбранного сечения, А Ток, А, в режиме нормальном послеаварийном при отключении участка 0-1 1-2 0-2 2-3 (одной цепи) 0-1 1-2 0-2 2-3

 

Задача 8.4

От станции А по одноцепной замкнутой сети напряжением 10 кВ питаются три потребителя (рис. 8.3). Для заданного преподавателем варианта протяженности участков линии L_1, L₂, L₃, L₄ и наибольшей нагрузки потребителей I_нб1, I_нб2, I_нб3 принять из табл. 8.10, 8.11. Время использования наибольших нагрузок принять Т_нб1 = 6000 ч, Т_нб2 = 4500 ч, Т_нб3 = 3200 ч. Выбрать сечения проводов для участков линии, воспользовавшись методом экономической плотности тока. При этом считать, что экономическая (нормированная) плотность тока j_э равна 1,3 А/мм² при 1000 < Т_нб < 3000 ч,
j_э = 1,1 А/мм² при 3001 < Т_нб < 5000 ч и j_э = 1,0 А/мм² при Т_нб > 5001 ч. Токи на участках линии найти из предположения однородности сети. Используя справочные данные, выбранные сечения проводов проверить на нагрев в послеаварийных режимах работы линии при поочередном отключении ее участков.

Результаты расчетов представить в виде табл. 8.12 и схем кольцевой сети с токораспределением для нормального и всех послеаварийных режимов.

 

	Рис. 8.3. Схема замкнутой сети

 

	Таблица 8.10
	Исходные данные о длинах линий
	Номер варианта Длина линий, км L1 L2 L3 L4

 

 

	Таблица 8.11
	Исходные данные о нагрузках
	Номер варианта Наибольший ток, А Iнб1 Iнб2 Iнб3

 

	Таблица 8.12
	Результаты решения задачи
	Длина участка, км Ток участка в нормальном режиме, А Экономическое сечение проводов, мм2 Допустимый ток нагрева, А Ток послеаварийного режима при отключении участка, А Результаты окончательного выбора провода L1 L2 L3 L4 Сечения, мм2 Допустимый ток нагрева, А L1 L2 L3 L4

 

 

Задача 8.5

 

Определить сечения проводов участков сети напряжением 10 кВ, приведенной на рис. 8.4, по допустимой потере напряжения, равной DU_доп = 6%. Длины участков сети и нагрузки в узлах принять из табл. 8.13 и 8.14 для заданного преподавателем варианта. Удельное сопротивление проводов линий принять равным

.

Расчет выполнить для трех следующих условий:

а) сечения проводов одинаковы на всех участках сети;

б) обеспечивается минимум расхода проводникового материала;

в) обеспечивается одинаковая плотность тока на всех участках сети (минимум потерь активной мощности).

	Рис. 8.4. Схема сети

 

	Таблица 8.13
	Исходные данные по длинам линий
	Номер варианта Длина участков сети, км L1 L2 L3

 

 

	Таблица 8.14
	Исходные данные по нагрузкам
	Номер варианта Расчетные нагрузки, МВ·А S1 S2 S3 5 - 7 8 - 10 1 + j0,5 2 + j0,8 0,7 + j0,3 1,5 + j0,8 1,2 + j0,5 0,9 + j0,2 2 + j0,7 1 + j0,4 0,6 + j0,2 1,8 + j0,9 1,6 + j0,3 0,6 + j0,3 0,5 + j0,2 0,8 + j0,4 0,5 + j0,2 0,4 + j0,1 0,3 + j0,1 0,7 + j0,3

 

Задача 8.6

 

По допустимой величине потери напряжения определить сечения проводов электрической сети 10 кВ, приведенной на рис. 8.5. Длины участков L₁,…,L₅ и наибольшие нагрузки S₁,…,S₅ принять из табл. 8.15 и 8.16 для заданного преподавателем варианта. Допустимую величину потерь напряжения из линии принять равной 6%; удельное сопротивление проводов линии

.

Расчеты выполнять для условия постоянства сечения вдоль магистральной линии 0-1-2-3, а также отдельно – для ответвления 1-4-5.

 

 

	L1 L2 L3 S2 S3 S4 S5 L4 L5 S1
	Рис. 8.5. Схема разомкнутой сети

 

 

 

 

	Таблица 8.15
	Исходные данные по длинам линий
	Номер варианта Длина линий, км L1 L2 L3 L4 L5 1 - 2 3 - 4 5 - 6 7 - 8 9 - 10 11 - 12 13 - 14 15 - 16 17 - 18 19 - 20

 

 

	Таблица 8.16
	Исходные данные по нагрузкам
	Номер варианта Нагрузка, МВ·А S1 S2 S3 S4 S5 0,6 + j0,2 0,7 + j0,15 0,6 + j0,1 1,1 + j0,1 0,5 + j0,2 0,3 + j0,25 0,4 + j0,1 0,6 + j0,2 0,8 + j0,3 0,9 + j0,4 0,4 + j0,1 0,2 + j0 0,4 + j0,2 0,6 + j0,1 0,4 + j0,1 0,2 + j0,1 0,3 + j0,1 0,5 + j0,2 0,4 + j0,2 0,3 + j0,1 0,1 + j0,1 0,2 + j0,1 0,3 + j0,2 0,2 + j0,1 0,3 + j0,1 0,2 + j0,1 0,2 + j0,2 0,1 + j0,1 0,3 + j0,2 0,2 + j0,1 0,2 + j0,2 0,5 + j0,2 0,6 + j0,2 0,2 + j0,2 0,4 + j0,3 0,3 + j0,2 0,5 + j0,1 0,5 + j0,2 0,4 + j0,2 0,4 + j0,2 0,3 + j0,1 0,4 + j0,2 0,2 + j0,1 0,5 + j0,2 0,3 + j0,2 0,4 + j0,2 0,2 + j0,1 0,3 + j0,2 0,3 + j0,1 0,3 + j0,1

 

Контрольные вопросы к главе 8

 

1. Какие известны основные технико-экономические показатели электрической сети?

2. По какому показателю принято сопоставлять варианты схемы электрической сети между собой и почему?

3. Каков физический смысл экономической плотности тока?

4. Исходя из какого режима выбирают сечения по экономической плотности тока: режима наибольших нагрузок, наименьших нагрузок, послеаварийных режимов? Почему?

5. В каких координатах строятся экономические интервалы нагрузки?

6. Почему и как экономическая плотность тока зависит от времени использования наибольшей нагрузки?

7. Для каких режимов производится проверка сечений проводов по нагреву? Почему?

8. Для каких сетей сечение провода выбирают по допустимой потере напряжения? Почему?

9. В чем особенности выбора сечений проводов по допустимой потере напряжения в разветвленных сетях?

10. Какова зависимость индуктивного сопротивления проводов от их сечения?

11. Какие параметры являются решающими при выборе номинального напряжения линии?

12. От чего зависит допустимый ток по нагреву линий электропередачи?

13. Чем обусловлено ограничение наименьших допустимых сечений проводов линий напряжения 110 кВ и выше?

14. Какие условия являются определяющими при выборе сечений проводников для сетей напряжением ниже 10 кВ? 1 кВ?

15. Какие наименьшие сечения алюминиевых и сталеалюминиевых проводов допускаются по условию механической прочности для линий напряжением выше 1 кВ?

 

Дополнительные задачи для решения по данному разделу приведены в [1], с. 116 – 117, 136 – 138. Там же на с. 111 – 116, 123 – 136 приведены примеры решения задач. Теоретические положения и расчетные выражения для решения задач данного раздела приведены также в [3], с. 54 – 74, 94 – 105; [6], с. 105 – 113, 223 – 226; [4], с. 285 – 297; [8], с. 284 – 292; [11], с. 263 – 284.

 

В НАЧАЛО