Электрификация крупных потребителей

ВВЕДЕНИЕ



К каждой электрической сети предъявляется ряд требований: надежность электроснабжения, хорошее качество доставляемой электроэнергии, экономичность работы, безопасность для людей, пользующихся электроэнергии. Поэтому производят ряд технических расчетов сети, а именно:

По потерям электроэнергии. Прохождение тока по линиям сети связано с потерями электроэнергии. При малых сечениях проводов потери мощности и энергии в сети будут недопустимо большими. При излишне больших сечениях проводов материал их будет использован недостаточно эффективно. Расчетами по потерям энергии определяются сечения проводов, соответствующие экономическим требованиям.

На нагревание. При температурах проводов и кабелей сверх допускаемых для них происходят ускоренный износ изоляции, повреждение контактных соединений, потеря механической прочности проводов воздушных линий. Значительно увеличивается аварийность сети. Расходы на содержание резко возрастают расчетами на нагревание устанавливаются сечения кабелей и проводов, при которых температура их жил находится в допустимых пределах.

На механическую прочность. Эти расчеты производятся только для воздушных линий. Выясняются условия работы проводов и опор, производится их расчет на механические нагрузки, обусловленные давлением ветра, обледенением проводов. Производится выбор конструкций опор, обеспечивающих надежную и экономичную работу линий.






Рисунок 1. Эскиз I варианта построения сети энергоснабжения.

Рисунок 2. Эскиз II варианта построения сети энергоснабжения.


ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ



При электрификации крупных потребителей на напряжениях от 6 кВ и выше питание большого числа трансформаторных подстанций (ТП), удаленных от центра питания РЭС (рисунок 1) можно осуществить по двум схемам:

1. Трансформаторные подстанции потребителей 1, 3, 2, 5 получают энергию по двум независимым линиям каждая (т.к. присутствуют потребители первой категории), отходящим непосредственно от источника питания. Потребитель в точке 4 получает питание по одной линии, отходящей с шин трансформаторной подстанции потребителя 3.

2. Подстанции потребителей получают электроэнергию через распределительный пункт, к которому от источника питания проложена питательная сеть. В свою очередь от распределительного пункта к трансформаторным подстанциям отходят линии распределительной сети высокого напряжения. 

Целесообразность сооружения распределительных пунктов обуславливается следующими соображениями.

Без распределительных пунктов от мощного центра питания должно отходить большое число линий распределительной сети высокого напряжения, что связано со значительными затратами на устройство ячеек отходящих линий и прокладку большого числа длинных линий. В сети с распределительными пунктами число выводов с центра питания сокращается; сокращается и общая протяженность сети. Распределительный пункт благодаря реактивированию питательных линий выполняется простой конструкции и на нем устанавливаются легкие и относительно дешевые аппараты. При определенных условиях стоимость сети с распределительным пунктами получается меньшей, чем без них.

Многолетняя практика и исследования показали, что при необходимости обеспечить непрерывность электроснабжения по распределительной сети высокого напряжения во многих случаях сооружение специальных распределительных пунктов оказывается нерациональным по экономическим причинам и по причине отсутствия проводников с соответствующими характеристиками. Необходимые разветвления линий распределительной сети выполняются в трансформаторных подстанциях.

Для выбора варианта построения сети электроснабжения произведем расчет линии для питания распределительного пункта, который будет расположен в центре электрических нагрузок:



(1.1)Определим координаты центра энергетических нагрузок по формулам (1.1) и (1.2), используемым для определения центра тяжести плоских фигур сложной формы:







(1.2)



В итоге мы получили координаты центра энергетической нагрузки и нанесли его на эскиз (рисунок 1). По эскизу, выполненному в масштабе видно, что при применении варианта схемы электроснабжения резко возрастает протяженность подводящих линий потребителей. Поэтому, для дальнейшей разработки принимаем схему электроснабжения, приведенную на рисунке 2. 

Для электроснабжения потребителей в точках 1,3,2,5 примем следующую схему радиальной резервированной сети, изображенную на рисунке 3:




TV1

Л1

QF3

QF1



QF7





QF6

QF5









TV2

Л2

QF2

QF4



Рисунок 3. Радиальная резервированная сеть.



Сеть состоит из двух параллельных линий Л1 и Л2, идущих к трансформаторной подстанции потребителя I категории, каждая из которых рассчитана на передачу всей потребляемой мощности. При выходе из работы одной линии напряжение на шинах ТП не должно быть ниже предела, допускаемого в аварийных режимах работы установки. По концам каждой линии монтируются выключатели (для Л1 это QF1 и QF3, соответственно для Л2 это выключатели QF2 и QF4), отключающие линии при повреждениях. Надежность работы сети обеспечивается присоединением отходящих линий к разным секциям шин ТП и секционированием шин подстанции, в данной схеме секционирование осуществляется выключателем QF6, который является нормально разомкнутым, он срабатывает при исчезновении напряжения на секции, питаемой по другой линии.

Вывод: в данном разделе курсового проекта произведен выбор схемы электроснабжения, непосредственно выбрана и описана принципиальная схема снабжения потребителей первой категории.


2.1 РАСЧЕТ ПРОВОДОВ ПО ПОТЕРЯМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ



В проводах возникает падение напряжения, пропорциональное току и сопротивлению линии. Напряжение на зажимах потребителя U меньше напряжения на зажимах источника U1. Разность



∆U = U1 – U называют потерей напряжения.



Потерю напряжения обычно выражают в процентах от номинального значения напряжения потребителя: 



(∆U/U)▪100 .



При заданном напряжении источника от потери напряжения зависит напряжение на зажимах потребителя, поэтому значение потери напряжения строго регламентируется. В линиях, по которым осуществляется питание силовой (электродвигатели, гальванические ванны и т.д.) нагрузки, допускается потеря напряжения, не превышающая 6% от номинального напряжения потребителя. В зависимости от конкретных условий могут быть установлены и другие предельные значения потери напряжения.

Несоблюдение норм потери напряжения приводит к нарушению работы потребителей, уменьшению пусковых и вращающих моментов двигателей, изменению светового потока осветительных установок и резкому снижению срока службы ламп освещения.

Падение напряжения (в процентах) можно определить по формуле (4.стр 375):



 (2.1),


где L – длина проводника, м;

S – площадь сечения проводника, мм2;

 - удельная электропроводность, м/(Ом·мм2), для алюминия – 

32 м/(Ом·мм2) (4.стр 374)

Найдем значение тока для отрезка цепи электроснабжения (РЭС–1):



I1 = (P1+P3+P4)/(U1·cos) = (60+40+20)106/(2201030.87) =

= 626.95  627 (A) (2.2),



где P1 – мощность потребителей в точке 1, мВт;

P3 – мощность потребителей в точке 3, мВт;

P4 – мощность потребителей в точке 4, мВт;

U1 – напряжение на зажимах источника, кВ;

cos - коэффициент мощности нагрузки.

В соответствии с полученным значением тока принимаем в качестве провода воздушной линии (ВЛ) алюминиевый провод марки А - 240 (допустимый ток 690 А) (3. стр 120).

Найдем значение тока для отрезка цепи электроснабжения (1–3):



I3=(P3+P4)/(U1·cos)=(40+20)106/(2201030.87)=313.47 (A) (2.3).



В соответствии с полученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый провод марки А – 95 (допустимый ток 320 А) (3. стр 120).

Найдем значение тока для отрезка цепи электроснабжения (3 - 4):



I4=(P4)/(U1·cos)=(20)106/(2201030.87)=104.5 (A) (2.4).



В соответствии с полученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый провод марки А–25 (допустимый ток 135 А) (3. стр 120).

Найдем значение тока для отрезка цепи электроснабжения (РЭС–2):



I2=(P2+P5)/(U1·cos)=(100+80)106/(2201030.87)=940 (A) (2.5),



где P2 – мощность потребителей в точке 2, мВт;

P5 – мощность потребителей в точке 5, мВт.

В соответствии с полученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый провод марки А – 500 (допустимый ток 980 А) (3. стр 121).

Определим значение тока для отрезка цепи электроснабжения (2-5):



I5=(P5)/(U1·cos)=80106/(2201030.87)=417.9418 (A) (2.6).



В соответствии с полученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый провод марки А- 150 (допустимый ток 440 А) (3. стр 121).

Определим падение напряжения на всех участках цепи электроснабжения (в процентах).

Найдем падение напряжения на участке (РЭС-1) по формуле 2.1:



 (2.7).



Рассчитаем падение напряжения на участке (1-3) по формуле 2.1:



 (2.8).



Определим падение напряжения на участке (3 – 4) по формуле 2.1:

 (2.9).



Найдем падение напряжения на участке (РЭС-2) по формуле 2.1:



 (2.10).



Найдем падение напряжения на участке (2 – 5) по формуле 2.1:



 (2.11).



Произведем альтернативный расчет потерь электроэнергии при разбитии каждой фазы на две линии:

Найдем падение напряжения на участке (РЭС-1) по формуле 2.1 при использовании вместо одной линии А-240 двух линий А - 120:



 (2.7).



Рассчитаем падение напряжения на участке (1-3) по формуле 2.1 при использовании вместо одной линии А-95 двух линий А-70:



 (2.8).



Определим падение напряжения на участке (3 – 4) по формуле 2.1:


 (2.9).



Найдем падение напряжения на участке (РЭС-2) по формуле 2.1 при использовании вместо одной линии А-500 двух линий А-240:



 (2.10).



Найдем падение напряжения на участке (2 – 5) по формуле 2.1 при использовании вместо одной линии А-150 двух линий А-95:



 (2.11).



Вывод: в данном разделе курсового проекта произведен предварительный расчет сечения проводников воздушных линий по условию допустимых потерь электроэнергии. Из расчетов видно, что выбранная конфигурация схемы электроснабжения при обоих вариантах исполнения проводов может обеспечить на всех ее участках выполнение требования, ограничивающего потери электроэнергии. Для удобства разместим результаты расчета в таблице:



Таблица № Результаты расчета проводников.

Обозначение участка

Марка провода

Максимальная токовая нагрузка, А.

Длинна участков ВЛ, км.

РЭС-1

А - 240

690

29

1-3

А - 95

320

41

3-4

А-25

135

39

РЭС-2

А-500

980

59

2-5

А-150

440

47,5

2.2 РАСЧЕТ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ПО УСЛОВИЮ ДОПУСТИМОГО НАГРЕВА



Соединения неизолированных (голых) проводов воздушных линий выполняются зажимами, не закрывающими герметически места сращивания (соединения). Происходит окисление контактных поверхностей: чем выше температура поверхности провода, тем интенсивней происходит окисление проводника. Сопротивление контакта увеличивается и температура его повышается еще более. При высокой температуре контакта произойдет разрушение провода в зажиме, что приведет к аварии на линии. ПУЭ устанавливают при длительном протекании тока предельно допустимую температуру голых проводов + 70 0С. Опыт эксплуатации показывает, что при этой температуре обеспечивается длительная надежная эксплуатация проводов.

При соединении проводов сваркой или другим способом, предотвращающим окисление контактных поверхностей, допускаемая температура неизолированных проводов могла быть повышена до + 90 – 95 0С. Более высокий длительный нагрев проводов привел бы к уменьшению их механической прочности. Следует обратить внимание, что при температуре провода 90– 95 0С не окисление контактных поверхностей должно быть обеспечено не только на соединительных зажимах, но и при присоединении ответвлений от линий, присоединенных к аппаратам.

Тепловой режим провода определяется уравнением теплового равновесия:



 (2.12),



где F – площадь поверхности провода; 

с – коэффициент теплоотдачи (количество теплоты, отводимой в 1 сек с 1 м 2 поверхности при разности температур 1 0С поверхности провода и окружающей среды);

 - температура провода, 0С; 

0 - температура окружающей среды, принимаем + 40 0С .

Определим коэффициент теплоотдачи для отрезка сети (РЭС – 1) при использовании провода А - 240:



 (2.13)



где L – длина воздушной линии, км;

RL- сопротивление выбранного провода на единицу длины, Ом/км (3. стр 120);

I – ток, проходящий по линии, А;

r - радиус выбранного провода, м.

Рассчитаем ток, проходящий по выбранному ранее проводу 

А-240 (РЭС – 1) при нагреве его до 70 0С :



 (A) (2.14), 



где R70 – сопротивление марки выбранного провода на единицу длины, при нагреве материала проводника до 70 0С , Ом/км.



R70=R20(1+(70-20)k)=0.131·(1+504.3110-3) = 0.159 Ом/км (2.15) 



где R20 - сопротивление марки выбранного провода на единицу длины, при нагреве материала проводника до 20 0С (3. стр 120), Ом/км;

k – коэффициент изменения сопротивления проводника от его температуры, для алюминия равен 4.31*10-3 1/K.

По полученному значению тока видно, что для нагрева проводника выбранной марки до 70 0С необходимо пропустить через него ток величиной в 809 А, что значительно больше существующей нагрузки на данный участок, марка провода А –240 на участке РЭС-1 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева. 

Определим коэффициент теплоотдачи для отрезка сети (1-3) при использовании провода А-95:



 (2.13)



Рассчитаем ток, проходящий по выбранному проводу 

А-95 (1-3) при нагреве его до 70 0С :



 (A) (2.14), 

R70=R20(1+(70-20)k)=0.33·(1+504.3110-3) = 0.40 Ом/км (2.15) 



По полученному значению тока видно, что марка провода 

А – 95 на участке 1 - 3 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева. 

Определим коэффициент теплоотдачи для отрезка сети (3-4) при использовании провода А-25:



 (2.13)



Рассчитаем ток, проходящий по выбранному проводу 

А - 25 (1-3) при нагреве его до 70 0С :


 (A) (2.14), 

R70=R20(1+(70-20)k)=1.27·(1+504.3110-3) = 1.54 Ом/км (2.15) 



По полученному значению тока видно, что марка провода 

А – 25 на участке 1 - 3 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева. 

Определим коэффициент теплоотдачи для отрезка сети (РЭС - 2) при использовании провода А-500:



 (2.13)



Рассчитаем ток, проходящий по выбранному проводу 

А-500 (РЭС -2) при нагреве его до 70 0С :

энергоснабжение ток линия сеть

 (A) (2.14), 

R70=R20(1+(70-20)k)=0.066·(1+504.3110-3) = 0.0706 Ом/км (2.15) 



По полученному значению тока видно, что марка провода 

А – 500 на участке РЭС - 2 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева. 

Определим коэффициент теплоотдачи для отрезка сети (2-5) при использовании провода А-150:



 (2.13)



Рассчитаем ток, проходящий по выбранному проводу 

А-150 (2-5) при нагреве его до 70 0С :



 (A) (2.14), 

R70=R20(1+(70-20)k)=0.21·(1+504.3110-3) = 0.255 Ом/км (2.15) 



По полученному значению тока видно, что марка провода 

А - 150 на участке 2-5 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева. 

Вывод: в данном разделе курсового проекта произведен расчет выбранных ранее типов проводов по условию допустимого нагрева, все проводники на всех участках сети энергоснабжения отвечают предъявленным в этом разделе условиям.


3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОВОДОВ ПРИ НОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ЛИНИЙ



Воздушные линии по ПУЭ делятся на три класса. К конструкциям класса I, питающим обширные и мощные нагрузки, предъявляются наиболее строгие требования, обеспечивающие высокую надежность электроснабжения. Проектируемая сеть энергоснабжения имеет номинальное напряжение сети выше 35 кВ, а, следовательно, в независимости от категории потребителей электроэнергии относится к I классу воздушных линий.

Провода и тросы подвешиваются на линиях с определенным коэффициентом запаса прочности. По ПУЭ номинальный коэффициент запаса прочности определяется отношением:



n = δвр/[δ] (3.1),



где δвр – временное сопротивление проволки, из которой изготовлен провод или трос, на растяжение, кГ/мм2;

[δ] – допускаемое натяжение материала провода или троса, кГ/мм2.

Многопроволочные провода и тросы линий классов I и II, проходящие по ненаселенным местностям, расчитываются с номинальным коэффициентом прочности 2, а однопроволочные –2,5. В населенных местностях и при пересечении инженерых сооружений (дорог, линий связи и т.д.) требуемый коэффициент запаса прочности проводов и тросов линий классов I и II зависит от их материала и сечения.

Для сталеалюминиевых проводов допускается повышение напряжения на 20% сверх найденного по номинальному коэффициенту запаса прочности.

Тяжение по проводу при среднегодовой температуре не должно превышать 25% временного сопротивления провода.

Увеличение запаса прочности для медных, алюминиевых и стальных проводов небольших и средних сечений на линиях в населенных местностях и для однопроволочных проводов на всех линиях преследует цель повысить надежность работы линии с такими проводами и тросами.

Расчет конструкций воздушных линий рекомендуется производить для следующих сочетаний климатических условий:

I. Нормальные режимы работы линий.

1. Высшая расчетная температура ύвс ; ветра и гололеда нет. Расчетная температура провода принимается равной высшей температуре воздуха местности, в которой сооружается линия. Для многих районов России ύвс = + 400С.

2. Низшая расчетная температура принимается ύнз , принимаемая равной низшей температуре воздуха. Ветра и гололеда нет. Для средней полосы России обычно принимают ύнз= - 400С.

3. Среднегодовая температура ύс.г. ; ветра и гололеда нет.

4. Наибольшая расчетная скорость ветра ύнб при температуре ύв гололеда нет. 

По ПУЭ скорость ветра ύнб – для линий I принимается не более 25 м/сек. Температура воздуха при наибольшем расчетном ветре можно принимать равной – 5 0С.

В большинстве случаев температура воздуха, при которой происходят гололедно - изморозевые отложения, принимается - 5 0С.

II. Аварийные режимы работы линии.

1. Провода и тросы покрыты гололедом, ветра нет, температура воздуха ύг . При расчетах промежуточных опор предполагается обрыв одного провода или одного троса. Расчет анкерных опор ведется в предположении обрыва двух проводов или одного троса.

2. Провода свободны от гололеда, температура воздуха равна низшей расчетной температуре ύнз . При расчетах проводов и тросов предполагается, что ветер направлен горизонтально и перпендикулярно трассе линии.

Расчет механической части воздушных линий следует производить по данным о климатических условиях, полученным при достаточно продолжительных наблюдениях на температурой воздуха, скоростью ветра, интенсивностью и объемным весом гололеда в районе сооружения линии. 

Провода и тросы воздушных линий периодически подвергаются действию внешних нагрузок (гололед и ветер), изменяется температура окружающего воздуха, в результате чего тяжения по проводам не остаются постоянными.

Внешние нагрузки распределены вдоль проводов неравномерно. Поскольку обычно неравномерность нагрузки невелика и учет неравномерности нагрузки практически неосуществим, расчет проводов ведется в предположении равномерного распределения внешних нагрузок по длине пролета. Наиболее удобной формой выражения нагрузок для расчета проводов являются удельные нагрузки – нагрузки, отнесенные к единице поперечного сечения его.

1. Собственный вес провода. Удельная нагрузка от веса провода γ1 зависит от материала и конструкции его. Для однопроволочного провода она равна весу в килограммах провода, длинной 1м с поперечным сечением 1 мм2. Удельная нагрузка от веса многопроволочного провода из-за скрутки его из нескольких проволок больше на 2-3 % удельной нагрузки однопроволочного провода того же сечения.

Удельная нагрузка от веса провода равна:



γ1 = G/F (кГ /м*мм2) (3.2),



где G – вес 1 метра провода, кг;

F - действительное, а не номинальное сечение провода, мм2.

Механический расчет проводов ведется по их действительным сечениям.

2. Гололед. При определении нагрузки от гололеда считается, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета.



γ2 = (0,00238·b·(d + b)) /F (кГ /м*мм2) (3.3), 



где d – диаметр провода, мм;

b – толщина стенки льда, мм.

Нагрузка от веса провода и гололеда. Эта нагрузка, поскольку обе ее составляющие направлены вертикально вниз, равна:



γ3= γ1+ γ2 (кГ /м*мм2) (3.4),



3.Нагрузка от давления ветра на провод. Давление ветра на провода и опоры определяется по скоростному напору ветра, равному: 



q = υ2/16 (кГ/м2) (3.5).



Ветровая нагрузка Р на провода и опоры определяется по формуле:



P = α · CX · S·(υ2/16) (3.6), 



где α - коэффициент неравномерности ветра, учитывающий, что на длине пролета средняя скорость ветра меньше наибольшей;

CX – аэродинамический коэффициент, зависящий от формы поверхности, на которую давит ветер, диаметра проволки и т.д.;

S – проекция поверхности рассчитываемого элемента на плоскость, нормальную к направлению ветра, м2.

Коэффициент α неравномерности распределения ветра по пролету по ПУЭ принимается зависимым от скорости ветра и равным: при скорости ветра до 20 м/сек –1,0, при 25 м/сек – 0,85, при 30 м/сек – 0,75 и при 35 м/сек и более – 0,7.

Аэродинамический коэффициент берется: для проводов, свободных от гололеда, с диаметром 20 мм и более – 1,1, для проводов свободных от гололеда, с диаметром до 20 мм и для всех проводов, покрытых гололедом, - 1,2, для цилиндрических элементов опор с диаметром 15 см и более – 0,7, для плоских элементов – 1,5.

Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда,



γ4(ν) = (α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000) (кГ /м*мм2) (3.7),



Индекс (ν) при γ4 показывает, для какой скорости ветра определяется нагрузка.

У проводов, покрытых гололедом, поверхность, на которую давит ветер, увеличивается. Удельная нагрузка от ветра:



γ5(ν) = (α · CX ·(d+2b)·υ2)/(16·F0·1000) (кГ /м*мм2) (3.8).



5. Результирующие нагрузки. Результирующие нагрузки на провод слагаются из вертикальных нагрузок (вес провода, гололеда) и горизонтальных нагрузок ветра.

Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда,



γ6(ν) = (γ12 + γ4(ν)2)0,5 (кГ /м*мм2) (3.9).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод,



γ7(ν) = (γ32 + γ5(ν)2)0,5 (кГ /м*мм2) (3.10).



Ниже будет приведен расчет проводов и тросов по указанным выше формулам для всех участков схемы энергоснабжения, для удобства сведем все необходимые данные в таблицу:



Таблица .Данные для механического расчета проводов ВЛ.

Обозначение участка

Марка провода

Длинна участков ВЛ, км.

Рас-

четное сечение,мм2

Расчетный диаметр провода, мм2

Расчетный вес провода, кг /км

РЭС-1

А - 240

29

239

20

656

1-3

А - 95

41

93,3

12,4

257

3-4

А-25

39

24,7

6.4

68

РЭС-2

А-500

59

501

29,1

1376

2-5

А-150

47,5

148

15,8

407



Проведем механический расчет для участка РЭС – 1.

Определим удельную нагрузка от веса провода по формуле (3.2):



γ1 = G/F = 0,656/239=0,00274 (кГ /м*мм2) (3.11).



Рассчитаем нагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета по формуле (3.3):



γ2=(0,00238·b·(d + b))/F=(0,00238·10·(20+10))/239=0,00355 (кГ/м*мм2) (3.12).



Определим нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (3.4): 



γ3 = γ1+ γ2 = 0,00355 + 0,00274= 0,00629 (кГ /м*мм2) (3.13).



Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью 25м/сек определяется по формуле (3.5):

γ4(25)=(α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000)=(1,2 · 0,85 ·20·252)/(16·239·1000) = = 0,003334 (кГ /м*мм2) (3.14).



Удельная нагрузка от ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяется по формуле (3.8):



γ5(25)=(α · CX · (d + 2b) · υ2)/(16·F0·1000))=

=(1,2·0,85·(20+2·10)·252)/(16·239·1000)=0.00196 (кГ /м*мм2) (3.15).



Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим по формуле (3.9):



γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 = (0,002742 + 0,0033342)0,5= 0,00431 (кГ /м*мм2) (3.16).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим по формуле (3.10):



γ7(12,5)=(γ32+γ5(12,5)2)0,5=(0,006292+0,001962)0,5 = 0,00659 (кГ/м*мм2) (3.17).



Для определения наиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:



LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / ( γ2нб + γ12)) (м) (3.18).



Подставив известные величины получаем:



LK = 7.5·((24· 23·10-6· (-5 – (-40))) / ( 0,006592 + 0,002742))=173.827 (м).


На основании результата, полученного из выражения (3.18) можно сделать вывод о том, что коитический пролет меньше заданного (200) и потому большее напряжение материала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.

Для определения атмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода при вертикальном его положении, найдем приближенное значение критической температуры:



ΰпк = ΰг + [δ]·(β/α)·(1-(γ1/γ3)) (3.19)



ΰпк = -5 + 7.5·(0.000158/23·10-6)·(1-(0,00274/0,00629))=24,198 C (3.20)

Приближенная критическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а при температуре + 40 С.

Определим стрелу провеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состояния провода: 



 (3.21).



Исходными условиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер со скоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равно допускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данных получим:

(3.22)

После упрощений выходит уравнение вида:



δ1- 316,47/δ21-18,45=0 (3.23)


Подбором находим δ1 = 2.9345 кГ/мм2.

Стрела провеса провода при + 40 С и нагрузке провода только собственным весом:



f1= ( l2·γ1) / 8 · δ1 = ( 2002·0,00274) / 8 · 2.9345 = 4,617 (м) (3.24).



Длина провода в пролете при температуре + 40 С:



L = l +(8/3) ·(f12/l) = 200 + (8/3) ·(4,6172/200) = 200,284 (м) (3.25).



Длина провода в пролете больше длины пролета на 0,1 %, т.е. на очень незначительную величину.

Проведем механический расчет для участка 1-3.

Определим удельную нагрузка от веса провода по формуле (3.2):



γ1 = G/F = 0,236/93,3=0,00257 (кГ /м*мм2) (3.26).



Рассчитаем нагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета по формуле (3.3):



γ2=(0,00238·b·(d +b ))/F=(0,00238·10·(12,4+10))/93,3 = 0,00679 (кГ/м*мм2) (3.27).



Определим нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (3.4): 



γ3 = γ1+ γ2 = 0,00257 + 0,00679 = 0,00932 (кГ /м*мм2) (3.28).



Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью 25м/сек определяется по формуле (3.5):

γ4(25)=(α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000)=(1,2 · 0,85 ·12.4·252)/(16·93,3·1000) = = 0,00529 (кГ /м*мм2) (3.29).



Удельная нагрузка от ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяется по формуле (3.8):



γ5(25)=(α · CX · (d + 2b) · υ2)/(16·F0·1000))=

=(1,2·0,85·(12.4+2·10)·252)/(16·93.3·1000)=0.00406 (кГ/м*мм2) (3.30).



Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим по формуле (3.9):



γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 = (0,002572 + 0,005292)0,5= 0,00586 (кГ /м*мм2) (3.31).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим по формуле (3.10):



γ7(12,5)=(γ32+γ5(12,5)2)0,5=(0,009322+0.004062)0,5 = 0,0101 (кГ/м*мм2) (3.32).



Для определения наиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:



LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / ( γ2нб + γ12)) (м) (3.33).



Подставив известные величины получаем:



LK = 7.5·((24· 23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002572 + 0,01012))=105.793 (м).


На основании результата, полученного из выражения (3.33) можно сделать вывод о том, что критический пролет меньше заданного (150 м) и потому большее напряжение материала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.

Для определения атмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода при вертикальном его положении, найдем приближенное значение критической температуры:



ΰпк = ΰг + [δ]·(β/α)·(1-(γ1/γ3)) (3.34)



ΰпк = -5 + 7.5·(0.000158/23·10-6)·(1-(0,00257/0,00932))=32.72 C (3.35)

Приближенная критическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а при температуре + 40 С.

Определим стрелу провеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состояния провода: 



 (3.36).



Исходными условиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер со скоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равно допускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данных получим:

(3.37)

После упрощений выходит уравнение вида:



δ1- 37.78/δ21+ 3.153 =0 (3.38)


Подбором находим δ1 = 2.56 кГ/мм2.

Стрела провеса провода при + 40 С и нагрузке провода только собственным весом:



f1= ( l2·γ1) / 8 · δ1 = ( 1502·0,00257) / 8 · 2.56 = 2,768 (м) (3.39).



Длина провода в пролете при температуре + 40 С:



L = l +(8/3) ·(f12/l) = 150 + (8/3) ·(4,6172/150) = 150,136 (м) (3.40).



Длина провода в пролете больше длины пролета на 0,1 %, т.е. на очень незначительную величину.

Проведем механический расчет для участка 3 - 4.

Определим удельную нагрузка от веса провода по формуле (3.2):



γ1 = G/F = 0,068/24,7=0,00275 (кГ /м*мм2) (3.41).



Рассчитаем нагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета по формуле (3.3):



γ2=(0,00238·b·(d +b ))/F=(0,00238·10·(6,4+10))/24,7 = 0,0256 (кГ/м*мм2) (3.42).



Определим нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (3.4): 



γ3 = γ1+ γ2 = 0,00275 + 0,0256 = 0,0284 (кГ /м*мм2) (3.43).



Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью 25м/сек определяется по формуле (3.5):

γ4(25)=(α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000)=(1,2 · 0,85 ·6.4·252)/(16·24,7·1000) = = 0,02009 (кГ /м*мм2) (3.44).



Удельная нагрузка от ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяется по формуле (3.8):



γ5(12,5)=(α · CX · (d + 2b) · υ2)/(16·F0·1000))=

=(1,2·0,85·(6.4+2·10)·252)/(16·24.7·1000)=0.0153 (кГ/м*мм2) (3.45).



Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим по формуле (3.9):



γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 = (0,002752 + 0,022)0,5= 0,0201 (кГ /м*мм2) (3.46).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим по формуле (3.10):



γ7(12,5)=(γ32+γ5(12,5)2)0,5=(0,02842+0.01532)0,5 = 0,0314 (кГ/м*мм2) (3.47).



Для определения наиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:



LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / ( γ2нб + γ12)) (м) (3.48).



Подставив известные величины получаем:



LK = 7.5·((24· 23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002752 + 0,031442))=32.38 (м).


На основании результата, полученного из выражения (3.48) можно сделать вывод о том, что критический пролет меньше заданного (50 м) и потому большее напряжение материала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.

Для определения атмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода при вертикальном его положении, найдем приближенное значение критической температуры:



ΰпк = ΰг + [δ]·(β/α)·(1-(γ1/γ3)) (3.49)



ΰпк = -5 + 7.5·(0.000158/23·10-6)·(1-(0,00275/0,03144))=38.79 (C).

Приближенная критическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а при температуре + 40 С.

Определим стрелу провеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состояния провода: 



 (3.50).



Исходными условиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер со скоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равно допускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данных получим:

(3.51)

После упрощений выходит уравнение вида:



δ1- 4.972/δ21+ 1.847 =0 (3.52)


Подбором находим δ1 = 1.26 кГ/мм2.

Стрела провеса провода при + 40 С и нагрузке провода только собственным весом:



f1= ( l2·γ1) / 8 · δ1 = ( 1502·0,00275) / 8 · 1.26 = 0,6817 (м) (3.53).



Длина провода в пролете при температуре + 40 С:



L = l +(8/3) ·(f12/l) = 50 + (8/3) ·(0,68172/50) = 50,0247 (м) (3.54).



Длина провода в пролете больше длины пролета на 0,05 %, т.е. на очень незначительную величину.

Проведем механический расчет для участка РЭС - 2.

Определим удельную нагрузка от веса провода по формуле (3.2):



γ1 = G/F = 1,276/501=0,00274 (кГ /м*мм2) (3.55).



Рассчитаем нагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета по формуле (3.3):



γ2=(0,00238·b·(d +b ))/F=(0,00238·10·(29.1+10))/501 = 0,00126 (кГ/м*мм2) (3.56).



Определим нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (3.4): 



γ3 = γ1+ γ2 = 0,00274 + 0,00126 = 0,004 (кГ /м*мм2) (3.57).



Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью 25м/сек определяется по формуле (3.5):

γ4(25)=(α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000)=(1,2 · 0,85 ·29.1·252)/(16·501·1000) = = 0,00098 (кГ /м*мм2) (3.58).



Удельная нагрузка от ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяется по формуле (3.8):



γ5(12,5)=(α · CX · (d + 2b) · υ2)/(16·F0·1000))=

=(1,2·0,85·(29.1+2·10)·252)/(16·29.1·1000)=0.000757 (кГ/м*мм2) (3.59).



Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим по формуле (3.9):



γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 = (0,002742 + 0,000982)0,5= 0,00273 (кГ /м*мм2) (3.60).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим по формуле (3.10):



γ7(12,5)=(γ32+γ5(12,5)2)0,5=(0,0042+0.0007572)0,5 = 0,00388 (кГ/м*мм2) (3.61).



Для определения наиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:



LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / ( γ2нб + γ12)) (м) (3.62).



Подставив известные величины получаем:



LK = 7.5·((24· 23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002742 + 0,0042))=355.05 (м).


На основании результата, полученного из выражения (3.62) можно сделать вывод о том, что критический пролет меньше заданного (400 м) и потому большее напряжение материала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.

Для определения атмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода при вертикальном его положении, найдем приближенное значение критической температуры:



ΰпк = ΰг + [δ]·(β/α)·(1-(γ1/γ3)) (3.63)



ΰпк = -5 + 7.5·(0.000158/23·10-6)·(1-(0,00274/0,04))=12.179 (C).

Приближенная критическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а при температуре + 40 С.

Определим стрелу провеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состояния провода: 



 (3.64).



Исходными условиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер со скоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равно допускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данных получим:

(3.65)

После упрощений выходит уравнение вида:



δ1- 233.108/δ21+ 4.368 =0 (3.66)


Подбором находим δ1 = 4.95 кГ/мм2.

Стрела провеса провода при + 40 С и нагрузке провода только собственным весом:



f1= ( l2·γ1) / 8 · δ1 = ( 3702·0,00275) / 8 · 4.95 = 8.716 (м) (3.67).



Длина провода в пролете при температуре + 40 С:



L = l +(8/3) ·(f12/l) = 370 + (8/3) ·(0,68172/370) = 370.547 (м) (3.68).



Длина провода в пролете больше длины пролета на 0,05 %, т.е. на очень незначительную величину.

Проведем механический расчет для участка 2 - 5.

Определим удельную нагрузка от веса провода по формуле (3.2):



γ1 = G/F = 0.407/148=0,00275 (кГ /м*мм2) (3.69).



Рассчитаем нагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета по формуле (3.3):



γ2=(0,00238·b·(d +b ))/F=(0,00238·10·(15.8+10))/148 = 0,00126 (кГ/м*мм2) (3.70).



Определим нагрузку от веса провода и гололеда по формуле (3.4): 



γ3 = γ1+ γ2 = 0,00275 + 0,0049 = 0,0076 (кГ /м*мм2) (3.71).



Удельная нагрузка от ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью 25м/сек определяется по формуле (3.5):

γ4(25)=(α · CX ·d·υ2)/(16·F0·1000)=(1,2 · 0,85 ·15.8·252)/(16·148·1000) = = 0,00425 (кГ /м*мм2) (3.72).



Удельная нагрузка от ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяется по формуле (3.8):



γ5(12,5)=(α · CX · (d + 2b) · υ2)/(16·F0·1000))=

=(1,2·0,85·(15.8+2·10)·252)/(16·148·1000)=0.0028 (кГ/м*мм2) (3.73).



Удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим по формуле (3.9):



γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 = (0,002752 + 0,004252)0,5= 0,00506 (кГ /м*мм2) (3.74).



Удельная нагрузка от веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим по формуле (3.10):



γ7(12,5)=(γ32+γ5(12,5)2)0,5=(0,00762+0.00282)0,5 = 0,00818 (кГ/м*мм2) (3.75).



Для определения наиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:



LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / ( γ2нб + γ12)) (м) (3.76).



Подставив известные величины получаем:



LK = 7.5·((24· 23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002752 + 0,008182))=135.05 (м).


На основании результата, полученного из выражения (3.76) можно сделать вывод о том, что критический пролет меньше заданного (400 м) и потому большее напряжение материала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.

Для определения атмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода при вертикальном его положении, найдем приближенное значение критической температуры:



ΰпк = ΰг + [δ]·(β/α)·(1-(γ1/γ3)) (3.77)



ΰпк = -5 + 7.5·(0.000158/23·10-6)·(1-(0,00275/0,0076))=28.234 (C).

Приближенная критическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а при температуре + 40 С.

Определим стрелу провеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состояния провода: 



 (3.78).



Исходными условиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер со скоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равно допускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данных получим:

(3.79)

После упрощений выходит уравнение вида:



δ1- 44.68/δ21+ 2.2 =0 (3.80)


Подбором находим δ1 = 2.2 кГ/мм2.

Стрела провеса провода при + 40 С и нагрузке провода только собственным весом:



f1= ( l2·γ1) / 8 · δ1 = ( 1502·0,00275) / 8 · 2.2 = 3.515 (м) (3.81).



Длина провода в пролете при температуре + 40 С:

L = l +(8/3) ·(f12/l) = 150 + (8/3) ·(3.5152/150) = 150.219 (м) (3.82).

Длина провода в пролете больше длины пролета на 0,15 %, т.е. на очень незначительную величину.

Вывод: в данном разделе курсового проекта произведен механический расчет проводников ВЛ. Расчеты показали, что проводники на всех участках цепи отвечают предъявляемым требованиям.


4.ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ



Для всех потребителей в точках 1,2,3,4,5 будут применены трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы 32 – 200 МВ*А, 220 кВ.

АТДТНГ - 32000/220 

Номинальная мощность 32 мВ*А.

Номинальное напряжение обмоток, кВ ВН - 230 кВ, СН – 121 кВ,

НН – 6,6/11.

АТДЦТНГ - 63000/220/110

Номинальная мощность 63 мВ*А.

Номинальное напряжение обмоток, кВ ВН - 230 кВ, СН – 121 кВ,

НН – 6,3/10,5.

АТДЦТН - 125000/220/110-68

Номинальная мощность 125 мВ*А.

Номинальное напряжение обмоток, кВ ВН - 230 кВ, СН – 121 кВ,

НН – 6,3/10,5/38,5.

АТДЦТН - 200000/220/110-68

Номинальная мощность 200 мВ*А.

Номинальное напряжение обмоток, кВ ВН - 230 кВ, СН – 121 кВ,

НН – 6,3/10,5.