Выбор проводников

 

Проводниками электрического тока могут служить твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы.

Проводник - это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.

В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля.

Все металлы, растворы солей  и кислот, влажная почва, тела людей  и животных - хорошие проводники электрических зарядов.

      Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы на станциях и подстанциях должны быть выбраны по условиям длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания в соответствии с указаниями "Правил устройств электроустановок" и "Руководящих указаний по расчету коротких замыканий, выбору и проверке аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания".

      Выбор аппаратов и проводников для проектируемой установки начинают с определения по заданной электрической схеме расчётных условий, а именно: расчётных рабочих токов присоединений, расчётных токов короткого замыкания и т.д.

      Расчетные  величины сопоставляют с соответствующими  номинальными параметрами аппаратов и проводников, выбираемых по каталогам и справочникам.

      При выборе  аппаратов необходимо учитывать  род установки (наружная или внутренняя), температуру окружающего воздуха, влажность и загрязненность помещения, а также габариты, вес, стоимость аппарата, удобство его размещения в распределительном устройстве.

      Различают  следующие напряжения электрических  сетей и присоединённых к ним источников и приемников электрической энергии в установках выше 1000 В: номинальное междуфазное напряжение Uном, наибольшее рабочее напряжение Umax и среднее рабочее напряжение Uср. Значение напряжений выражено в кВ.

Uном   3      6     10     20   35     110   150    220    330   500    750

Uср    3,15   6,3   10,5   21   37     115   154    230    340   515    770

Umax   3,6    7,2   12     24   40,5   126   172    252    363   525    787

      Изоляция  электрических аппаратов и кабелей  должна соответствовать номинальному напряжению установки Uу, для чего должно быть выполнено условие

                                Uу ≤ Uном,

где Uном - номинальное напряжение аппарата или кабеля.

      Рабочий  режим делится на нормальный и утяжеленный. Под нормальным режимом установки понимают режим, предусмотренный планом эксплуатации.

В нормальном режиме функционируют  все элементы данной электроустановки, без вынужденных отключений и без перегрузок. Утяжеленным режимом называется режим при вынужденном отключении части присоединений вследствие их повреждения или в связи с профилактическим ремонтом. При этом рабочие токи других присоединений могут заметно увеличиться. Таким образом, для выбора аппаратов и проводников в нормальных режимах нужно знать значения рабочих токов присоединений нормального Iраб.норм и утяжеленного Iраб.утяж режимов.

      При выборе  сечения шин и кабелей по  экономической плотности тока исходят из рабочего нормального режима без учёта непродолжительных перегрузок.

      По условию  длительного нагрева аппараты и проводники должны удовлетворять утяжеленному режиму.

      Для присоединений  генераторов, синхронных компенсаторов электродвигателей расчётный рабочий ток нормального режима принимают равным соответствующему номинальному току Pном

                     I раб,норм = I ном,г = 3 ⋅ U ном ⋅ cosϕ ном

 

     где Рном - номинальная мощность генератора.

     Утяжеленный  режим у генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей практически отсутствует, так как допустимая продолжительная перегрузка по току не превышает 5%,

                     Iраб,утяж = 1,05⋅Iном

     Для присоединений  силовых трансформаторов расчетный  рабочий ток нормального режима макет быть равен номинальному току трансформатора, меньше или больше его в зависимости от назначения и метода резервирования трансформатора. Так для присоединений повышающих трансформаторов, включенных в блоки с генераторами,

                S ном I раб, норм = I ном, т =  3 ⋅ U ном,   где Sном − номинальная мощность трансформатора, соответствующая мощности генератора. Утяжеленный режим здесь исключён.

       На подстанциях  с двумя т трансформаторами  номинальную мощность Sном каждого трансформатора выбирают из условия

                   Sном,т = 0,7⋅Pmax, где Рmax − максимальная нагрузка подстанции на расчётный уровень пять лет.

При нормальной работе нагрузка каждого трансформатора составляет приблизительно 2/3 его номинальной мощности, поэтому расчётный рабочий ток нормального режима присоединений трансформатора Iраб,норм со стороны высшего и низшего напряжений должен быть принят равным

                       Iраб,норм = 2/3⋅Iном,т

     В случае  вынужденного отключения одного трансформатора второй принимает на себя всю нагрузку подстанции и в течение 5 суток по 6 часов в сутки нагружен до 1,4 номинальной мощности.  Расчетный ток утяжеленного режима Iраб,утяж = 1,4⋅Iном,т

     При определении расчетных рабочих токов присоединений трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов нужно учитывать распределение мощности между обмотками в нормальном и утяжеленном режимах. Так, например, в цепи высшего напряжения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора на подстанции расчетные токи нормального и утяжеленного режима определяются так же, как в цепи двухобмоточного трансформатора.

     На стороне  среднего и низшего напряжений при двух работающих трансформаторах (автотрансформаторах): S нагр I раб,норм =  2 ⋅ 3 ⋅ U ном, где Sнагр − наибольшая перспективная нагрузка на стороне среднего или низшего напряжения.

   При отключении одного трансформатора

     Iраб,утяж = 2⋅Iраб,норм

    Цепь линии.  Для одиночной, радиальной линии

     Iраб,норм = Iраб, утяжи определяется по наибольшей нагрузке линии.

    Для двух параллельно работающих линий

    S нагр   I раб, норм =     2 ⋅ 3 ⋅ U ном;   Iраб, утяж = 2⋅Iраб,норм где Sнагр − наибольшая мощность, передаваемая по линиям.

     Для n параллельных линий

   S нагр    n I раб, норм =  n ⋅ 3 ⋅ U ном   ;     I раб, утяж =  ⋅I ⋅  n − 1 раб, норм.

Утяжеленный режим для  параллельных линий возникает при отключении одной из них; для цепей кабелей - при использовании перегрузочной способности кабелей. Так для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ и ниже согласно ПУЭ на время ликвидации аварии допускается перегрузка  кабеля до 1,3⋅Iдоп, если нагрузка в часы максимума составляла не болев 0,8⋅Iдоп.

Указанная перегрузка допускается  в период максимальной нагрузки (не более 6 часов в сутки) в течение пяти суток.

      Для сборных  шин станций и подстанций, аппаратов  и шин в цепях шиносоединительных и секционных выключателей ток утяжеленного режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме. Такими режимами являются отключение части генераторов, перевод отходящим линий на одну систему шин, а источников питания − на другую. Обычно ток, проходящий по сборным шинам, секционному и шиносоединительному выключателю не превышает Iраб, утяж самого мощного источника питания, присоединенного к этим шинам.

      В цепи  группового сдвоенного реактора в нормальном режиме ветви реактора загружены равномерно S нагр  I раб,норм =3 ⋅ U ном, где Sнагр − нагрузка присоединенных к ветви потребителей.

Утяжеленный режим наступает  при отключении одной из потребительских линий, присоединенных к ветви реактора, когда нагрузка другой ветви может соответственно возрасти n I раб, утяж =  ⋅I  , n − 1 раб, норм, где n - число линий, присоединенных к одной ветви реактора. При правильно выбранном реакторе I раб, утяж не превышает номинального тока ветви реактора.

         Итак, условия выбора по длительному  нагреву: для аппаратов Iраб,утяж ≤ Iном для шин и кабелей Iраб,утяж ≤ Iдоп, где Iраб,утяж − ток цепи в рабочем утяжеленном режиме;    Iном − номинальный ток аппарата; Iдоп − длительно допустимый ток проводника. Номинальный ток аппаратов Iном нормирован при температуре окружающего воздуха Θо,ном = +35оС, ток Iдоп − при температуре окружающего воздуха Θо,ном = +25оС или при температуре земли Θо,ном = +15оС.

       Если  действительная температура окружающей среды Θо отлична от номинальной температуры Θо,ном, то следует сделать перерасчет номинального тока по соотношениям: для аппаратов − Θ доп − Θ о      I ном = I, Θ доп − 35ном , для шин и кабелей − Θ доп − Θ о I доп = I доп Θ доп − Θ о, ном где I ном и I доп − номинальный и длительно допустимый ток при температуре окружающей среды Θо;

    Θдоп − продолжительно допустимая температура аппарата или проводника.

Сечения проводников должны быть проверены по экономической  плотности тока. Экономически целесообразное сечение S, мм², определяется из соотношения

S = I / J_эк,

где I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А; J_эк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.3.36.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный  ток принимается для нормального  режима работы, т. е. увеличение тока в  послеаварийных и ремонтных режимах  сети не учитывается.

Выбор сечений проводов линий  электропередачи постоянного и  переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов.

Увеличение количества линий  или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения экономической  плотности тока производится на основе технико-экономического расчета. При  этом во избежание увеличения количество линий или цепей допускается  двукратное превышение нормированных  значений, приведенных в табл. 1.3.36.

Таблица 1. Экономическая  плотность тока

Проводники	Экономическая плотность  тока, А/мм², при числе часов использования максимума нагрузки в год
	более 1000 до 3000	более 3000 до 5000	более 5000
Неизолированные провода  и шины:
медные	2,5	2,1	1,8
алюминиевые	1,3	1,1	1,0
Кабели с бумажной и  провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:
медными	3,0	2,5	2,0
алюминиевыми	1,6	1,4	1,2
Кабели с резиновой  и пластмассовой изоляцией с  жилами:
медными	3,5	3,1	2,7
алюминиевыми	1,9	1,7	1,6

 

В технико-экономических  расчетах следует учитывать все  вложения в дополнительную линию, включая  оборудование и камеры распределительных  устройств на обоих концах линий. Следует также проверять целесообразность повышения напряжения линии.

Данными указаниями следует  руководствоваться также при  замене существующих проводов проводами  большего сечения или при прокладке  дополнительных линий для обеспечения  экономической плотности тока при  росте нагрузки. В этих случаях  должна учитываться также полная стоимость всех работ по демонтажу  и монтажу оборудования линии, включая  стоимость аппаратов и материалов.

Проверке по экономической  плотности тока не подлежат:

сети промышленных предприятий  и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования  максимума нагрузки предприятий  до 4000-5000; ответвления к отдельным  электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений; проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т. п.;

сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

1. При максимуме нагрузки  в ночное время экономическая  плотность тока увеличивается  на 40%.

2. Для изолированных проводников  сечением 16 мм²и менее экономическая плотность тока увеличивается на 40%.

3. Для линий одинакового  сечения с n ответвляющимися нагрузками экономическая плотность тока в начале линии может быть увеличена в k_p раз, причем k_p определяется из выражения

,

где I₁, I₂, ..., I_n - нагрузки отдельных участков линии; l₁, l₂, ..., l_n - длины отдельных участков линии; L - полная длина линии.

4. При выборе сечений  проводников для питания n однотипных, взаиморезервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. д.), из которых m одновременно находятся в работе, экономическая плотность тока может быть увеличена против значений, приведенных в табл. 1.3.36, в k_n раз, где k_n равно:

. Сечение проводов ВЛ 35 кВ в сельской местности, питающих понижающие подстанции 35/6 - 10 кВ с трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой, должно выбираться по экономической плотности тока. Расчетную нагрузку при выборе сечений проводов рекомендуется принимать на перспективу в 5 лет, считая от года ввода ВЛ в эксплуатацию. Для ВЛ 35 кВ, предназначенных для резервирования в сетях 35 кВ в сельской местности, должны применяться минимальные по длительно допустимому току сечения проводов, исходя из обеспечения питания потребителей электроэнергии в послеаварийных и ремонтных режимах.