Выбор и расчёт сечений линий электропередачи 0,4 кВ

 

Определение числа линий электропередачи 0,4 кВ

В настоящее время приняты следующие основные принципы построения схем внутреннего электроснабжения:

1. Число отходящих от трансформаторной подстанции линий не должно превышать 4-х.

2. Работа линий и трансформаторов должна быть раздельной, так как параллельная работа приводит к увеличению токов КЗ, удорожанию релейной защиты, особенно на коротких линиях внутри объекта.

3. Воздушные линии напряжением 0,38 кВ располагают преимущественно вдоль одной стороны дорог.

Распределение электроэнергии по рекомендациям СН-174-75 может быть выполнено радиальной, магистральной или смешанной схемой. Выбор зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, от требуемой степени надёжности питания и других характерных особенностей проектируемого объекта.

В практике проектирования электроснабжения предприятий крупные и ответственные потребители обычно подсоединяются к источнику электроэнергии по радиальным схемам. Средние и мелкие потребители группируются, а их электроснабжение проектируется по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

Основываясь на принципах построения внутренних сетей предприятия и учитывая особенности проектирования электроснабжения фермы, принимаем смешанную схему сети 0,38 кВ из 4-х линий. Две линии (схема на рис. 2.3) 1 и 4 от трансформатора Т1 питают 4 коровника (потребители II категории №№ 2, 4 и 15), родильное отделение (№3), телятник (№8) и водонасосную станцию (№14). Другие две линии 2 и 3 снабжают электроэнергией сенохранилище и хранилище сочных кормов (потребители №13 и 11), весовую, 3 телятника, откормочное и конюшню (№ № 5-7, 9, 10) от Т2.

Выбор расчётной схемы сети 0,38 кВ и расчёт нагрузок линий

Расчётную схему линий 0,38 кВ составим для дневных нагрузок, используя генплан фермы на рис. 2.2, и покажем на рисунке 2.3.

С учётом коэффициента к_о одновременности активную расчётную нагрузку i-й линии определим по выражению:

 

Р_{Л. i} = к_о· ,(2.11)

 

где Р_{Д. i} – дневная нагрузка i-го потребителя в данной линии. Если нагрузки потребителей различаются более чем в 4 раза, наименьшие нагрузки Р_{Д. j} складываем без учёта коэффициента одновременности в соответствии с формулой:

 

Р_{Л. i} = к_о· + .(2.12)

 

Полная расчётная мощность определяется с учётом коэффициента мощности нагрузок

 

S _р = Р_{Л. i} / cosφ.(2.13)

 

В соответствии с расчётной схемой определим расчётные нагрузки линий.

 

Линия 1:к_о = 0,85; cosφ _14,15 = 0,78;

Р_Л.1 = 0,85(10 +20) = 25,5 кВт;

S _рЛ1 = 25,5/0,78 ≈ 33 кВА.

Линия 2: к_о = 0,85; cosφ ₁₃ = 0,78; cosφ ₁₁ = 0,86;

Р_Л.2 = 0,85(10 + 5)= 12,8 кВт;

S _рЛ2 = 8,5/0,78 +4,25/0,86 ≈ 16 кВА.

Линия 3:к_о = 0,8; cosφ _6,7,12 =1; cosφ _5,9 = 0,86;

Р_Л.3 = 0,8(10+5+5)+(3 +1) = 20 кВт;

S _рЛ3 =10+10/0,86+3+1 ≈ 28 кВА.

Линия 4:к_о=0,85; cosφ _1,3 =1; cosφ ₂ =0,82; cosφ ₄ =0,78; cosφ ₈ =0,86;

Р_Л.4 = 0,85(45+20)+(6 +6 +5) = 72,25 кВт;

S _рЛ4 =6+6+45/0,82+20/0,78+5/0,86 ≈ 88 кВА.

 

Линию 1, проходящую вблизи воздушных линий 10кВ, выполним кабелем, чтобы избежать пересечения воздушных линий. Остальные линии принимаем воздушными линиями электропередачи.

Выбор сечения проводов и расчёт потерь напряжения

Прокладку кабеля по территории фермы осуществляем в воздухе. Предусматриваем применение кабеля марки ААШв с алюминиевыми жилами в алюминиевой защитной оболочке с наружным покровом из поливинилхлоридного шланга.

Выбор сечения кабельной линии осуществляем по экономической плотности тока i _эк с дальнейшей проверкой по техническим условиям. К техническим условиям относят проверку сечений по нагреву расчётным током в режиме наибольших нагрузок и послеаварийном режиме.

Нестандартное экономически целесообразное сечение кабеля F _э выбираем по экономической плотности тока по формуле:

 

F _Э = I_p / i _Эк,(2.14)

 

гдеI _р – расчётный ток кабельной линии, А.

Согласно ПУЭ [3] при годовом максимуме нагрузки Т_макс< 5000 ч и использовании в качестве проводника – алюминия i _Эк =1,4 А/мм².

Расчётный ток кабельной линии определяем по формуле:

 

, А(2.15)

гдеS_p – полная расчётная мощность электроприёмников в линии, кВА.

Расчётный ток линии 1

= 50,1 А.

 

Сечение жилы кабеля линии 1

F _Э.Л1 = 50,1/1,4 = 35,8 мм².

 

Полученное значение сечения жилы округляем до меньшего стандартного значения. Принимаем[2] F _Э.ст = 35 мм² ( r ₀ =0,89 Ом/км; х₀=0,064 Ом/км).

Так как кабель проложен в воздухе, то для данного сечения кабеля

I _доп = 65 А.

Найденное по справочнику сечение проверяем по нагреву.

В нормальном рабочем режиме:

 

К _t · К_а I _доп ≥ I _р,(2.16)

 

гдеК _t – коэффициент учёта температуры среды, отличной от расчётной;

К_а – коэффициент учёта расстояния в свету между кабелями, проложенными рядом и их количеством;

I _доп – длительный допустимый ток для кабеля, А.

Принимаем К _t =1, т.к. длительно допустимая температура жилы кабеля с бумажной изоляцией на напряжение 0,66 кВ составляет +65⁰С, а температура среды составляет +15^о С. Тогда в соответствии с формулой (2.16) имеем

65А > 50А,

следовательно, сечение жил кабеля проходит в нормальном рабочем режиме. В послеаварийном режиме, учитывая возможность 30 % перегрузки линии:

 

1,3 К _t · К_а I _доп ≥ I _п/ав ,(2.17)

 

гдеI _п/ав – максимальное значение тока кабеля в послеаварийном режиме, которое определяется для однотрансформаторной подстанции с резервированием формулой:

 

.(2.18)

 

Максимальное значение тока кабеля в послеаварийном режиме

 ≈ 60 А.

 

Условие (2.17) для послеаварийного режима

1,3·65 = 84,5 А > 60 А.

 

Данное условие также выполняется.

К техническим условиям относят также проверку по потере напряжения:

- в рабочем режиме:

 

 ≤ 5%(2.19)

 

- в послеаварийном режиме:

 ≤ 10%(2.20)

 

гдеl – длина кабельной линии, км;

х₀, r ₀ – удельные активное и индуктивное сопротивления жилы кабельной линии, Ом/км.

Находим потерю напряжения в кабеле в рабочем и послеаварийном режимах:

 

 = 2,1% < 5%.

 

Проверка сечений по термической стойкости проводится после расчётов токов короткого замыкания.

Далее определяем потери в кабельной линии:

-активной мощности

 

, кВт(2.21)

 

-реактивной мощности

 

, квар(2.22)

 

-активной электроэнергии

 

, МВтч/год,(2.23)

 

где  - потери в изоляции кабеля, определяемые как

 

.(2.24)

Так как,  - величина сравнительно небольшая и в расчётах учитывается только при высоких напряжениях;

t - время максимальных потерь, определяемое по формуле:

 

, ч(2.25)

 

где Т_м=4500 ч – для двухсменной работы при продолжительности смены равной 8 часов. Тогда  ч.

Определяем потери активной мощности в кабельной линии 1:

Р_кл1 = 3·50,1·0,12·0,89 = 0,016 кВт.

 

Потери реактивной мощности в этой же линии 1:

Q _кл1 = 3·50,1·0,12·0,064 = 0,001 вар.

 

Потери активной электроэнергии в кабельной линии 1:

Δ W _Кл1 = 0,016·2846 = 45,5 кВт·ч/год.

 

Рассчитаем сечения проводов воздушных линий электропередачи и потери напряжения в них, используя для участка линии формулу:

 

Δ U _{участка} = ΔU _уд · S _{расч.участка} · l _{участка} .

 

Принимая провод 3А35+А35 (r₀ = 0,83 Ом/км) для участка Δ U _2-1-11 и провод 3А50+А50 (r₀ = 0,588 Ом/км) для остальных участков, рассчитаем потери напряжения на участках линии 2:

Δ U _2-1-11 = 0,83·5·0,104 = 0,43%;

Δ U _2-2-1 = 0,588·16·0,132 = 1,24%;

Δ U _2-2-1-13 = 0,588·10,9·0,031 = 0,2%.

 

Наибольшая потеря напряжения в линии 2 составит сумму потерь на участках:

 

Δ U _2макс = Δ U _2-2-1 + Δ U _2-1-11 ;

Δ U _2макс = 1,24+ 0,43 = 1,67% < ΔU _доп =5%.

 

Следовательно, выбранные сечения проводов удовлетворяет условию по допустимой потере напряжения в линии 2. Принимаем провод 3А35+А35 на участках Δ U _3-3-9 , Δ U _3-3-7 , Δ U _3-3-6 , Δ U _3-2-5 , Δ U _3-1-12 , остальные участки выполним проводом 3А50+А50 (r₀ = 0,588 Ом/км). Потери напряжения на участках линии 3:

Δ U _3-3-9 = 0,83·4,6·0,036 = 0,14%;

Δ U _3-3-7 = 0,83·10·0,025 = 0,21%;

Δ U _3-3-6 = 0,83·3·0,015 = 0,04%;

Δ U _3-2-3-3 = 0,588·17,6·0,062 = 0,64%;

Δ U _3-2-5 = 0,83·4,7·0,085 = 0,33%;

Δ U _3-1-3-2 = 0,588·27,2·0,105 = 1,68%;

Δ U _3-1-12 = 0,83·0,8·0,016 = 0,01%;

Δ U _3-3-1 = 0,588·28·0,121 = 1,99%.

 

Наибольшая потеря напряжения в линии 3 состоит из потерь на участках:

 

Δ U _3макс = Δ U _3-3-1 + Δ U _3-1-3-2 + Δ U _3-2-3-3 + Δ U _3-3-7 ;

Δ U ₃ = 1,99 + 1,68 + 0,64 + 0,21 = 4,52% < ΔU _доп =5%.

Принимаем провод 3А70+А70 (r₀ = 0,42 Ом/км) для участков Δ U _4-4-1 , Δ U _4-1-4-2 , Δ U _4-2-4-2-1 , Δ U _4-2-1-2-2, для Δ U _4-1-2 , Δ U _4-1-2 и Δ U _4-2-2-4 - провод 3А50+А50 и провод 3А35+А35 - для Δ U _4-2-2-8 , Δ U _4-2-1-3. Тогда потери напряжения на участках линии:

Δ U _4-2-2-8 = 0,83·5·0,049 = 0,20%;

Δ U _4-2-2-4 = 0,42·21,8·0,042 = 0,38%;

Δ U _4-2-1-2-2 = 0,42·26,8·0,038 = 0,43%;

Δ U _4-2-1-3 = 0,83·6·0,042 = 0,21%;

Δ U _4-2-4-2-1 = 0,42·32,8·0,121 = 1,67%;

Δ U _4-2-1 = 0,588·6·0,015 = 0,05%;

Δ U _4-1-4-2 = 0,42·38,8·0,095 = 1,55%;

Δ U _4-1-2 = 0,588·46,7·0,035 = 0,96%;

Δ U _4-4-1 = 0,42·85,5·0,046 = 1,65%.

 

Наибольшая потеря напряжения в линии 4 складывается из потерь на участках:

 

Δ U _4макс = Δ U _4-4-1 + Δ U _4-1-4-2 + Δ U _4-2-4-2-1 + Δ U _4-2-1—2-2 ;

Δ U ₄ = 1,65 + 1,55 + 1,67 + 0,43 = 4,47% < ΔU _доп =5%.