ВВЕДЕНИЕ
К каждой электрическойсети предъявляется ряд требований: надежность электроснабжения, хорошеекачество доставляемой электроэнергии, экономичность работы, безопасность длялюдей, пользующихся электроэнергии. Поэтому производят ряд технических расчетовсети, а именно:
1. По потерям электроэнергии. Прохождение тока по линиям сети связано спотерями электроэнергии. При малых сечениях проводов потери мощности и энергиив сети будут недопустимо большими. При излишне больших сечениях проводовматериал их будет использован недостаточно эффективно. Расчетами по потерямэнергии определяются сечения проводов, соответствующие экономическимтребованиям.
2. На нагревание.При температурах проводов и кабелей сверх допускаемых для них происходятускоренный износ изоляции, повреждение контактных соединений, потеря механическойпрочности проводов воздушных линий. Значительно увеличивается аварийность сети.Расходы на содержание резко возрастают расчетами на нагревание устанавливаютсясечения кабелей и проводов, при которых температура их жил находится вдопустимых пределах.
3. На механическуюпрочность. Эти расчеты производятся только для воздушных линий. Выясняютсяусловия работы проводов и опор, производится их расчет на механическиенагрузки, обусловленные давлением ветра, обледенением проводов. Производитсявыбор конструкций опор, обеспечивающих надежную и экономичную работу линий.
/>
/>
Рисунок1. Эскиз I варианта построения сетиэнергоснабжения.
Рисунок 2. Эскиз II вариантапостроения сети энергоснабжения.
1. ВЫБОРСХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
При электрификациикрупных потребителей на напряжениях от 6 кВ и выше питание большого числатрансформаторных 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 двумнезависимым линиям каждая (т.к. присутствуют потребители первой категории),отходящим непосредственно от источника питания. Потребитель в точке 4 получаетпитание по одной линии, отходящей с шин трансформаторной подстанции потребителя3.
2. Подстанциипотребителей получают электроэнергию через распределительный пункт, к которомуот источника питания проложена питательная сеть. В свою очередь отраспределительного пункта к трансформаторным подстанциям отходят линиираспределительной сети высокого напряжения.
Целесообразностьсооружения распределительных пунктов обуславливается следующими соображениями.
Безраспределительных пунктов от мощного центра питания должно отходить большоечисло линий распределительной сети высокого напряжения, что связано созначительными затратами на устройство ячеек отходящих линий и прокладкубольшого числа длинных линий. В сети с распределительными пунктами числовыводов с центра питания сокращается; сокращается и общая протяженность сети.Распределительный пункт благодаря реактивированию питательных линий выполняетсяпростой конструкции и на нем устанавливаются легкие и относительно дешевыеаппараты. При определенных условиях стоимость сети с распределительным пунктамиполучается меньшей, чем без них.
Многолетняяпрактика и исследования показали, что при необходимости обеспечитьнепрерывность электроснабжения по распределительной сети высокого напряжения вомногих случаях сооружение специальных распределительных пунктов оказываетсянерациональным по экономическим причинам и по причине отсутствия проводников ссоответствующими характеристиками. Необходимые разветвления линийраспределительной сети выполняются в трансформаторных подстанциях.
Для выбораварианта построения сети электроснабжения произведем расчет линии для питанияраспределительного пункта, который будет расположен в центре электрическихнагрузок:
(1.1) Определимкоординаты центра энергетических нагрузок по формулам (1.1) и (1.2),используемым для определения центра тяжести плоских фигур сложной формы:
/>
(1.2) />
В итоге мыполучили координаты центра энергетической нагрузки и нанесли его на эскиз(рисунок 1). По эскизу, выполненному в масштабе видно, что при примененииварианта схемы электроснабжения резко возрастает протяженность подводящих линийпотребителей. Поэтому, для дальнейшей разработки принимаем схемуэлектроснабжения, приведенную на рисунке 2.
Дляэлектроснабжения потребителей в точках 1,3,2,5 примем следующую схемурадиальной резервированной сети, изображенную на рисунке 3:
/>
Рисунок 3. Радиальнаярезервированная сеть.
Сеть состоит издвух параллельных линий Л1 и Л2, идущих к трансформаторной подстанциипотребителя I категории, каждая из которых рассчитана на передачу всейпотребляемой мощности. При выходе из работы одной линии напряжение на шинах ТПне должно быть ниже предела, допускаемого в аварийных режимах работы установки.По концам каждой линии монтируются выключатели (для Л1 это QF1 и QF3, соответственнодля Л2 это выключатели QF2 и QF4), отключающие линиипри повреждениях. Надежность работы сети обеспечивается присоединениемотходящих линий к разным секциям шин ТП и секционированием шин подстанции, вданной схеме секционирование осуществляется выключателем QF6, которыйявляется нормально разомкнутым, он срабатывает при исчезновении напряжения насекции, питаемой по другой линии.
Вывод: в данномразделе курсового проекта произведен выбор схемы электроснабжения,непосредственно выбрана и описана принципиальная схема снабжения потребителейпервой категории.
2.1 РАСЧЕТ ПРОВОДОВПО ПОТЕРЯМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В проводахвозникает падение напряжения, пропорциональное току и сопротивлению линии.Напряжение на зажимах потребителя U меньше напряжения на зажимахисточника U1. Разность
∆U = U1 – U называют потерейнапряжения.
Потерю напряженияобычно выражают в процентах от номинального значения напряжения потребителя:
(∆U/U)▪100 .
При заданномнапряжении источника от потери напряжения зависит напряжение на зажимахпотребителя, поэтому значение потери напряжения строго регламентируется. Влиниях, по которым осуществляется питание силовой (электродвигатели,гальванические ванны и т.д.) нагрузки, допускается потеря напряжения, непревышающая 6% от номинального напряжения потребителя. В зависимости отконкретных условий могут быть установлены и другие предельные значения потеринапряжения.
Несоблюдение нормпотери напряжения приводит к нарушению работы потребителей, уменьшению пусковыхи вращающих моментов двигателей, изменению светового потока осветительныхустановок и резкому снижению срока службы ламп освещения.
Падение напряжения(в процентах) можно определить по формуле (4.стр 375):
/> (2.1),
где L – длинапроводника, м;
S – площадь сеченияпроводника, мм2;
d — удельная электропроводность, м/(Ом·мм2), для алюминия –
32 м/(Ом·мм2)(4.стр 374)
Найдем значениетока для отрезка цепи электроснабжения (РЭС–1):
I1 = (P1+P3+P4)/(U1·cosf) = (60+40+20)×106/(220×103×0.87) =
= 626.95 » 627 (A) (2.2),
где P1 – мощностьпотребителей в точке 1, мВт;
P3 – мощностьпотребителей в точке 3, мВт;
P4 – мощностьпотребителей в точке 4, мВт;
U1 – напряжение назажимах источника, кВ;
cosf — коэффициент мощности нагрузки.
В соответствии сполученным значением тока принимаем в качестве провода воздушной линии (ВЛ)алюминиевый провод марки А — 240 (допустимый ток 690 А) (3. стр 120).
Найдем значениетока для отрезка цепи электроснабжения (1–3):
I3=(P3+P4)/(U1·cosf)=(40+20)×106/(220×103×0.87)=313.47 (A) (2.3).
В соответствии сполученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый проводмарки А – 95 (допустимый ток 320 А) (3. стр 120).
Найдем значениетока для отрезка цепи электроснабжения (3 — 4):
I4=(P4)/(U1·cosf)=(20)×106/(220×103×0.87)=104.5 (A) (2.4).
В соответствии сполученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый проводмарки А–25 (допустимый ток 135 А) (3. стр 120).
Найдем значениетока для отрезка цепи электроснабжения (РЭС–2):
I2=(P2+P5)/(U1·cosf)=(100+80)×106/(220×103×0.87)=940 (A) (2.5),
где P2 – мощностьпотребителей в точке 2, мВт;
P5 – мощностьпотребителей в точке 5, мВт.
В соответствии сполученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый проводмарки А – 500 (допустимый ток 980 А) (3. стр 121).
Определим значениетока для отрезка цепи электроснабжения (2-5):
I5=(P5)/(U1·cosf)=80×106/(220×103×0.87)=417.9»418 (A) (2.6).
В соответствии сполученным значением тока принимаем в качестве провода ВЛ алюминиевый проводмарки А- 150 (допустимый ток 440 А) (3. стр 121).
Определим падениенапряжения на всех участках цепи электроснабжения (в процентах).
Найдем падениенапряжения на участке (РЭС-1) по формуле 2.1:
/> (2.7).
Рассчитаем падениенапряжения на участке (1-3) по формуле 2.1:
/> (2.8).
Определим падениенапряжения на участке (3 – 4) по формуле 2.1:
/> (2.9).
Найдем падениенапряжения на участке (РЭС-2) по формуле 2.1:
/> (2.10).
Найдем падениенапряжения на участке (2 – 5) по формуле 2.1:
/> (2.11).
Произведемальтернативный расчет потерь электроэнергии при разбитии каждой фазы на двелинии:
Найдем падениенапряжения на участке (РЭС-1) по формуле 2.1 при использовании вместо однойлинии А-240 двух линий А — 120:
/> (2.7).
Рассчитаем падениенапряжения на участке (1-3) по формуле 2.1 при использовании вместо одной линииА-95 двух линий А-70:
/> (2.8).
Определим падениенапряжения на участке (3 – 4) по формуле 2.1:
/> (2.9).
Найдем падениенапряжения на участке (РЭС-2) по формуле 2.1 при использовании вместо однойлинии А-500 двух линий А-240:
/> (2.10).
Найдем падениенапряжения на участке (2 – 5) по формуле 2.1 при использовании вместо однойлинии А-150 двух линий А-95:
/> (2.11).
Вывод: в данномразделе курсового проекта произведен предварительный расчет сечения проводниковвоздушных линий по условию допустимых потерь электроэнергии. Из расчетов видно,что выбранная конфигурация схемы электроснабжения при обоих вариантахисполнения проводов может обеспечить на всех ее участках выполнение требования,ограничивающего потери электроэнергии. Для удобства разместим результатырасчета в таблице:
Таблица № Результатырасчета 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 РАСЧЕТПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ПО УСЛОВИЮ ДОПУСТИМОГО НАГРЕВА
Соединениянеизолированных (голых) проводов воздушных линий выполняются зажимами, незакрывающими герметически места сращивания (соединения). Происходит окислениеконтактных поверхностей: чем выше температура поверхности провода, теминтенсивней происходит окисление проводника. Сопротивление контактаувеличивается и температура его повышается еще более. При высокой температуреконтакта произойдет разрушение провода в зажиме, что приведет к аварии налинии. ПУЭ устанавливают при длительном протекании тока предельно допустимуютемпературу голых проводов + 70 0С. Опыт эксплуатации показывает, что при этойтемпературе обеспечивается длительная надежная эксплуатация проводов.
При соединениипроводов сваркой или другим способом, предотвращающим окисление контактныхповерхностей, допускаемая температура неизолированных проводов могла бытьповышена до + 90 – 95 0С. Более высокий длительный нагрев проводов привел бы куменьшению их механической прочности. Следует обратить внимание, что притемпературе провода 90– 95 0С не окисление контактных поверхностей должно бытьобеспечено не только на соединительных зажимах, но и при присоединении ответвленийот линий, присоединенных к аппаратам.
/>Тепловойрежим провода определяется уравнением теплового равновесия:
/> (2.12),
где F – площадь поверхности провода;
с – коэффициенттеплоотдачи (количество теплоты, отводимой в 1 сек с 1 м 2 поверхности приразности температур 1 0С поверхности провода и окружающей среды);
Q — температурапровода, 0С;
Q0 — температураокружающей среды, принимаем + 40 0С .
Определим коэффициенттеплоотдачи для отрезка сети (РЭС – 1) при использовании провода А — 240:
/> (2.13)
где L – длина воздушной линии, км;
RL- сопротивление выбранного провода наединицу 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) принагреве его до 70 0С :
/> (A) (2.14),
где R70 – сопротивление марки выбранногопровода на единицу длины, при нагреве материала проводника до 70 0С, Ом/км.
R70=R20 (1+(70-20) k)=0.131·(1+50 4.31 10-3) = 0.159 Ом/км (2.15)
где R20 — сопротивление марки выбранногопровода на единицу длины, при нагреве материала проводника до 20 0С (3. стр120), Ом/км;
k – коэффициент изменениясопротивления проводника от его температуры, для алюминия равен 4.31*10-3 1/K.
По полученному значениютока видно, что для нагрева проводника выбранной марки до 70 0С необходимопропустить через него ток величиной в 809 А, что значительно большесуществующей нагрузки на данный участок, марка провода А –240 на участке РЭС-1в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева.
Определим коэффициенттеплоотдачи для отрезка сети (1-3) при использовании провода А-95:
/> (2.13)
Рассчитаем ток,проходящий по выбранному проводу
А-95 (1-3) при нагревеего до 70 0С :
/> (A) (2.14),
R70=R20 (1+(70-20) k)=0.33·(1+50 4.31 10-3) = 0.40 Ом/км (2.15)
По полученному значениютока видно, что марка провода
А – 95 на участке 1 — 3 вкорректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева.
Определим коэффициенттеплоотдачи для отрезка сети (3-4) при использовании провода А-25:
/> (2.13)
Рассчитаем ток,проходящий по выбранному проводу
А — 25 (1-3) при нагревеего до 70 0С :
/> (A) (2.14),
R70=R20 (1+(70-20) k)=1.27·(1+50 4.31 10-3) = 1.54 Ом/км (2.15)
По полученному значениютока видно, что марка провода
А – 25 на участке 1 — 3 вкорректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева.
Определим коэффициенттеплоотдачи для отрезка сети (РЭС — 2) при использовании провода А-500:
/> (2.13)
Рассчитаем ток,проходящий по выбранному проводу
А-500 (РЭС -2) принагреве его до 70 0С :
энергоснабжениеток линия сеть
/> (A) (2.14),
R70=R20 (1+(70-20) k)=0.066·(1+50 4.31 10-3) = 0.0706 Ом/км (2.15)
По полученному значениютока видно, что марка провода
А – 500 на участке РЭС — 2 в корректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева.
Определим коэффициенттеплоотдачи для отрезка сети (2-5) при использовании провода А-150:
/> (2.13)
Рассчитаем ток,проходящий по выбранному проводу
А-150 (2-5) при нагревеего до 70 0С :
/> (A) (2.14),
R70=R20 (1+(70-20) k)=0.21·(1+50 4.31 10-3) = 0.255 Ом/км (2.15)
По полученному значениютока видно, что марка провода
А — 150 на участке 2-5 вкорректировке не нуждается и отвечает условию допустимого нагрева.
Вывод: в данном разделекурсового проекта произведен расчет выбранных ранее типов проводов по условиюдопустимого нагрева, все проводники на всех участках сети энергоснабженияотвечают предъявленным в этом разделе условиям.
3. МЕХАНИЧЕСКИЙРАСЧЕТ ПРОВОДОВ ПРИ НОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ЛИНИЙ
Воздушные линии поПУЭ делятся на три класса. К конструкциям класса I, питающимобширные и мощные нагрузки, предъявляются наиболее строгие требования,обеспечивающие высокую надежность электроснабжения. Проектируемая сетьэнергоснабжения имеет номинальное напряжение сети выше 35 кВ, а, следовательно,в независимости от категории потребителей электроэнергии относится к I классу воздушныхлиний.
Провода и тросыподвешиваются на линиях с определенным коэффициентом запаса прочности. По ПУЭноминальный коэффициент запаса прочности определяется отношением:
n = δвр/[δ] (3.1),
где δвр – временноесопротивление проволки, из которой изготовлен провод или трос, на растяжение,кГ/мм2;
[δ] – допускаемоенатяжение материала провода или троса, кГ/мм2.
Многопроволочныепровода и тросы линий классов I и II, проходящие поненаселенным местностям, расчитываются с номинальным коэффициентом прочности 2,а однопроволочные –2,5. В населенных местностях и при пересечении инженерыхсооружений (дорог, линий связи и т.д.) требуемый коэффициент запаса прочностипроводов и тросов линий классов I и II зависит от ихматериала и сечения.
Длясталеалюминиевых проводов допускается повышение напряжения на 20% сверхнайденного по номинальному коэффициенту запаса прочности.
Тяжение по проводупри среднегодовой температуре не должно превышать 25% временного сопротивленияпровода.
Увеличение запасапрочности для медных, алюминиевых и стальных проводов небольших и среднихсечений на линиях в населенных местностях и для однопроволочных проводов навсех линиях преследует цель повысить надежность работы линии с такими проводамии тросами.
Расчет конструкцийвоздушных линий рекомендуется производить для следующих сочетаний климатическихусловий:
I. Нормальныережимы работы линий.
1. Высшаярасчетная температура ύвс; ветра и гололеда нет. Расчетная температурапровода принимается равной высшей температуре воздуха местности, в которойсооружается линия. Для многих районов России ύвс = + 400С.
2. Низшаярасчетная температура принимается ύнз, принимаемая равной низшейтемпературе воздуха. Ветра и гололеда нет. Для средней полосы России обычнопринимают ύнз= — 400С.
3. Среднегодоваятемпература ύс.г.; ветра и гололеда нет.
4. Наибольшаярасчетная скорость ветра ύнб при температуре ύв гололеда нет.
По ПУЭ скоростьветра ύнб – для линий I принимается не более 25 м/сек.Температура воздуха при наибольшем расчетном ветре можно принимать равной – 50С.
В большинствеслучаев температура воздуха, при которой происходят гололедно — изморозевыеотложения, принимается — 5 0С.
II. Аварийные режимыработы линии.
1. Провода и тросыпокрыты гололедом, ветра нет, температура воздуха ύг. При расчетахпромежуточных опор предполагается обрыв одного провода или одного троса. Расчетанкерных опор ведется в предположении обрыва двух проводов или одного троса.
2. Проводасвободны от гололеда, температура воздуха равна низшей расчетной температуреύнз. При расчетах проводов и тросов предполагается, что ветер направленгоризонтально и перпендикулярно трассе линии.
Расчетмеханической части воздушных линий следует производить по данным о климатическихусловиях, полученным при достаточно продолжительных наблюдениях на температуройвоздуха, скоростью ветра, интенсивностью и объемным весом гололеда в районесооружения линии.
Провода и тросывоздушных линий периодически подвергаются действию внешних нагрузок (гололед иветер), изменяется температура окружающего воздуха, в результате чего тяженияпо проводам не остаются постоянными.
Внешние нагрузкираспределены вдоль проводов неравномерно. Поскольку обычно неравномерностьнагрузки невелика и учет неравномерности нагрузки практически неосуществим,расчет проводов ведется в предположении равномерного распределения внешнихнагрузок по длине пролета. Наиболее удобной формой выражения нагрузок длярасчета проводов являются удельные нагрузки – нагрузки, отнесенные к единицепоперечного сечения его.
1. Собственный веспровода. Удельная нагрузка от веса провода γ1 зависит от материала иконструкции его. Для однопроволочного провода она равна весу в килограммахпровода, длинной 1м с поперечным сечением 1 мм2. Удельная нагрузка от весамногопроволочного провода из-за скрутки его из нескольких проволок больше на2-3 % удельной нагрузки однопроволочного провода того же сечения.
Удельная нагрузкаот веса провода равна:
γ1 = G/F (кГ /м*мм2) (3.2),
где G – вес 1 метрапровода, кг;
F — действительное,а не номинальное сечение провода, мм2.
Механическийрасчет проводов ведется по их действительным сечениям.
2. Гололед. Приопределении нагрузки от гололеда считается, что провод покрыт цилиндрическимслоем гололеда с одинаковой толщиной стенки вдоль всего пролета.
γ2 =(0,00238·b·(d + b)) /F (кГ /м*мм2) (3.3),
где d – диаметрпровода, мм;
b – толщина стенкильда, мм.
Нагрузка от весапровода и гололеда. Эта нагрузка, поскольку обе ее составляющие направлены вертикальновниз, равна:
γ3= γ1+γ2 (кГ /м*мм2) (3.4),
3.Нагрузка от давленияветра на провод. Давление ветра на провода и опоры определяется по скоростномунапору ветра, равному:
q = υ2/16 (кГ/м2) (3.5).
Ветровая нагрузкаР на провода и опоры определяется по формуле:
P = α · CX · S·(υ2/16) (3.6),
где α — коэффициентнеравномерности ветра, учитывающий, что на длине пролета средняя скорость ветраменьше наибольшей;
CX –аэродинамический коэффициент, зависящий от формы поверхности, на которую давитветер, диаметра проволки и т.д.;
S – проекцияповерхности рассчитываемого элемента на плоскость, нормальную к направлениюветра, м2.
Коэффициент α неравномерностираспределения ветра по пролету по ПУЭ принимается зависимым от скорости ветра иравным: 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.
Аэродинамическийкоэффициент берется: для проводов, свободных от гололеда, с диаметром 20 мм иболее – 1,1, для проводов свободных от гололеда, с диаметром до 20 мм и длявсех проводов, покрытых гололедом, — 1,2, для цилиндрических элементов опор сдиаметром 15 см и более – 0,7, для плоских элементов – 1,5.
Удельная нагрузкаот 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, длякакой 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. Результирующиенагрузки. Результирующие нагрузки на провод слагаются из вертикальных нагрузок(вес провода, гололеда) и горизонтальных нагрузок ветра.
Удельная нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда,
γ6(ν) = (γ12 + γ4(ν)2)0,5 (кГ /м*мм2)(3.9).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод,
γ7(ν) = (γ32 + γ5(ν)2)0,5 (кГ /м*мм2)(3.10).
Ниже будетприведен расчет проводов и тросов по указанным выше формулам для всех участковсхемы энергоснабжения, для удобства сведем все необходимые данные в таблицу:
Таблица.Данныедля 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 механическийрасчет для участка РЭС – 1.
Определим удельнуюнагрузка от веса провода по формуле (3.2):
γ1 = G/F =0,656/239=0,00274 (кГ /м*мм2) (3.11).
Рассчитаемнагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоемгололеда 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 нагрузкуот веса провода и гололеда по формуле (3.4):
γ3 = γ1+γ2 = 0,00355 + 0,00274= 0,00629 (кГ /м*мм2) (3.13).
Удельная нагрузкаот ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью25м/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 нагрузкаот ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяетсяпо 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 нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим поформуле (3.9):
γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 =(0,002742 + 0,0033342)0,5= 0,00431 (кГ /м*мм2) (3.16).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим поформуле (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 определениянаиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:
LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / (γ2нб + γ12)) (м) (3.18).
Подставивизвестные величины получаем:
LK = 7.5·((24·23·10-6· (-5 – (-40))) / ( 0,006592 + 0,002742))=173.827 (м).
На основаниирезультата, полученного из выражения (3.18) можно сделать вывод о том, чтокоитический пролет меньше заданного (200) и потому большее напряжение материалапровода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.
Для определенияатмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода привертикальном его положении, найдем приближенное значение критическойтемпературы:
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)
Приближеннаякритическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшаявертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытомгололедом, а при температуре + 40 С.
Определим стрелупровеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состоянияпровода:
/> (3.21).
Исходнымиусловиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер соскоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равнодопускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данныхполучим:
/>(3.22)
После упрощенийвыходит уравнение вида:
δ1- 316,47/δ21-18,45=0 (3.23)
Подбором находим δ1 = 2.9345 кГ/мм2.
Стрела провесапровода 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 впролете при температуре + 40 С:
L = l +(8/3) ·(f12/l) = 200 + (8/3)·(4,6172/200) = 200,284 (м) (3.25).
Длина провода впролете больше длины пролета на 0,1 %, т.е. на очень незначительную величину.
Проведем механическийрасчет для участка 1-3.
Определим удельнуюнагрузка от веса провода по формуле (3.2):
γ1 = G/F =0,236/93,3=0,00257 (кГ /м*мм2) (3.26).
Рассчитаемнагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоемгололеда 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 нагрузкуот веса провода и гололеда по формуле (3.4):
γ3 = γ1+γ2 = 0,00257 + 0,00679 = 0,00932 (кГ /м*мм2) (3.28).
Удельная нагрузкаот ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью25м/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 нагрузкаот ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяетсяпо 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 нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим поформуле (3.9):
γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 =(0,002572 + 0,005292)0,5= 0,00586 (кГ /м*мм2) (3.31).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим поформуле (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 определениянаиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:
LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / (γ2нб + γ12)) (м) (3.33).
Подставивизвестные величины получаем:
LK = 7.5·((24·23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002572 + 0,01012))=105.793 (м).
На основаниирезультата, полученного из выражения (3.33) можно сделать вывод о том, что критическийпролет меньше заданного (150 м) и потому большее напряжение материала проводабудет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.
Для определенияатмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода привертикальном его положении, найдем приближенное значение критическойтемпературы:
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)
Приближеннаякритическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшаявертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытомгололедом, а при температуре + 40 С.
Определим стрелупровеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состоянияпровода:
/> (3.36).
Исходнымиусловиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер соскоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равнодопускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данныхполучим:
/>(3.37)
После упрощенийвыходит уравнение вида:
δ1- 37.78/δ21+ 3.153 =0 (3.38)
Подбором находим δ1 = 2.56 кГ/мм2.
Стрела провесапровода 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 впролете при температуре + 40 С:
L = l +(8/3) ·(f12/l) = 150 + (8/3)·(4,6172/150) = 150,136 (м) (3.40).
Длина провода впролете больше длины пролета на 0,1 %, т.е. на очень незначительную величину.
Проведем механическийрасчет для участка 3 — 4.
Определим удельнуюнагрузка от веса провода по формуле (3.2):
γ1 = G/F = 0,068/24,7=0,00275(кГ /м*мм2) (3.41).
Рассчитаемнагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоемгололеда 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 нагрузкуот веса провода и гололеда по формуле (3.4):
γ3 = γ1+γ2 = 0,00275 + 0,0256 = 0,0284 (кГ /м*мм2) (3.43).
Удельная нагрузкаот ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью25м/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 нагрузкаот ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяетсяпо 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 нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим поформуле (3.9):
γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 =(0,002752 + 0,022)0,5= 0,0201 (кГ /м*мм2) (3.46).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим поформуле (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 определениянаиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:
LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / (γ2нб + γ12)) (м) (3.48).
Подставивизвестные величины получаем:
LK = 7.5·((24·23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002752 + 0,031442))=32.38 (м).
На основаниирезультата, полученного из выражения (3.48) можно сделать вывод о том, чтокритический пролет меньше заданного (50 м) и потому большее напряжениематериала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.
Для определенияатмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода привертикальном его положении, найдем приближенное значение критическойтемпературы:
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 критическаятемпература ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшая вертикальнаястрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытом гололедом, а притемпературе + 40 С.
Определим стрелупровеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состоянияпровода:
/> (3.50).
Исходнымиусловиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер соскоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равнодопускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данныхполучим:
/>(3.51)
После упрощенийвыходит уравнение вида:
δ1- 4.972/δ21+ 1.847 =0 (3.52)
Подбором находим δ1 = 1.26 кГ/мм2.
Стрела провесапровода 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 впролете при температуре + 40 С:
L = l +(8/3) ·(f12/l) = 50 + (8/3)·(0,68172/50) = 50,0247 (м) (3.54).
Длина провода впролете больше длины пролета на 0,05 %, т.е. на очень незначительную величину.
Проведем механическийрасчет для участка РЭС — 2.
Определим удельнуюнагрузка от веса провода по формуле (3.2):
γ1 = G/F =1,276/501=0,00274 (кГ /м*мм2) (3.55).
Рассчитаемнагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоемгололеда 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 нагрузкуот веса провода и гололеда по формуле (3.4):
γ3 = γ1+γ2 = 0,00274 + 0,00126 = 0,004 (кГ /м*мм2) (3.57).
Удельная нагрузкаот ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью25м/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 нагрузкаот ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяетсяпо 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 нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим поформуле (3.9):
γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 =(0,002742 + 0,000982)0,5= 0,00273 (кГ /м*мм2) (3.60).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим поформуле (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 определениянаиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:
LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / (γ2нб + γ12)) (м) (3.62).
Подставивизвестные величины получаем:
LK = 7.5·((24·23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002742 + 0,0042))=355.05 (м).
На основаниирезультата, полученного из выражения (3.62) можно сделать вывод о том, чтокритический пролет меньше заданного (400 м) и потому большее напряжениематериала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.
Для определенияатмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода привертикальном его положении, найдем приближенное значение критическойтемпературы:
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).
Приближеннаякритическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшаявертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытомгололедом, а при температуре + 40 С.
Определим стрелупровеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состоянияпровода:
/> (3.64).
Исходнымиусловиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер соскоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равнодопускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данныхполучим:
/>(3.65)
После упрощенийвыходит уравнение вида:
δ1- 233.108/δ21+ 4.368 =0 (3.66)
Подбором находим δ1 = 4.95 кГ/мм2.
Стрела провесапровода 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 впролете при температуре + 40 С:
L = l +(8/3) ·(f12/l) = 370 + (8/3)·(0,68172/370) = 370.547 (м) (3.68).
Длина провода впролете больше длины пролета на 0,05 %, т.е. на очень незначительную величину.
Проведем механическийрасчет для участка 2 — 5.
Определим удельнуюнагрузка от веса провода по формуле (3.2):
γ1 = G/F =0.407/148=0,00275 (кГ /м*мм2) (3.69).
Рассчитаемнагрузку от гололеда при условии, что провод покрыт цилиндрическим слоемгололеда 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 нагрузкуот веса провода и гололеда по формуле (3.4):
γ3 = γ1+γ2 = 0,00275 + 0,0049 = 0,0076 (кГ /м*мм2) (3.71).
Удельная нагрузкаот ветра на провод, свободный от гололеда, от давления ветра со скоростью25м/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 нагрузкаот ветра на провод покрытый льдом, от давления ветра со скоростью 12,5 м/cек, определяетсяпо 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 нагрузкаот веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда определим поформуле (3.9):
γ6(25) = (γ12 + γ4(25)2)0,5 =(0,002752 + 0,004252)0,5= 0,00506 (кГ /м*мм2) (3.74).
Удельная нагрузкаот веса провода и гололеда и давления ветра на обледенелый провод определим поформуле (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 определениянаиболее тяжелых условий выбранного провода найдем критический пролет:
LK = [δ]·((24· α·(ΰг – ΰиз)) / (γ2нб + γ12)) (м) (3.76).
Подставивизвестные величины получаем:
LK = 7.5·((24·23·10-6· (-5 – (-40))) / (0,002752 + 0,008182))=135.05 (м).
На основаниирезультата, полученного из выражения (3.76) можно сделать вывод о том, чтокритический пролет меньше заданного (400 м) и потому большее напряжениематериала провода будет при ΰг – 5 С, гололеде и ветре.
Для определенияатмосферных условий, при которых будет наибольшая стрела провеса провода привертикальном 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).
Приближеннаякритическая температура ниже высшей температуры провода (воздуха). Наибольшаявертикальная стрела провеса, следовательно, будет не при проводе, покрытомгололедом, а при температуре + 40 С.
Определим стрелупровеса при ΰг = + 40 С, воспользовавшись уравнением состоянияпровода:
/> (3.78).
Исходнымиусловиями для расчета провода являются: провод покрыт гололедом, ветер соскоростью 12.5 м/сек, температура – 5 С, при которых напряжение в проводе равнодопускаемому [δ] =7.5 кГ/мм2. Произведя подстановку известных данныхполучим:
/>(3.79)
После упрощенийвыходит уравнение вида:
δ1- 44.68/δ21+ 2.2 =0 (3.80)
Подбором находим δ1 = 2.2 кГ/мм2.
Стрела провесапровода 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 впролете при температуре + 40 С:
L = l +(8/3) ·(f12/l) = 150 + (8/3)·(3.5152/150) = 150.219 (м) (3.82).
Длина провода впролете больше длины пролета на 0,15 %, т.е. на очень незначительную величину.
Вывод: в данномразделе курсового проекта произведен механический расчет проводников ВЛ.Расчеты показали, что проводники на всех участках цепи отвечают предъявляемымтребованиям.
4.ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для всехпотребителей в точках 1,2,3,4,5 будут применены трехфазные трехобмоточныеавтотрансформаторы 32 – 200 МВ*А, 220 кВ.
АТДТНГ — 32000/220
Номинальнаямощность 32 мВ*А.
Номинальноенапряжение обмоток, кВ ВН — 230 кВ, СН – 121 кВ,
НН – 6,6/11.
АТДЦТНГ — 63000/220/110
Номинальнаямощность 63 мВ*А.
Номинальноенапряжение обмоток, кВ ВН — 230 кВ, СН – 121 кВ,
НН – 6,3/10,5.
АТДЦТН — 125000/220/110-68
Номинальнаямощность 125 мВ*А.
Номинальноенапряжение обмоток, кВ ВН — 230 кВ, СН – 121 кВ,
НН –6,3/10,5/38,5.
АТДЦТН — 200000/220/110-68
Номинальнаямощность 200 мВ*А.
Номинальноенапряжение обмоток, кВ ВН — 230 кВ, СН – 121 кВ,
НН – 6,3/10,5.