Расчет и проверка воздушных и кабельных линий.

Сечение проводов и жил кабелей выбирают в зависимости от ряда технических и экономических факторов. Электрические сети рассчитывают:

по экономической плотности тока; по нагреву; по потере напряжения; на механическую прочность; по условию возникновения короны.

Выбор сечения проводников высоковольтных воздушных и кабельных линий производят по экономической плотности тока, которая зависит от материала проводников и числа часов использования максимума активной мощности.

F = I_р/j_эк, где I_р - расчетное значение тока. А; j_эк - экономическая плотность тока, А/мм².

Расчетное значение тока I_р можно определить по величине активной Р_р либо полной S_p расчетной мощности: I_р = = . Сечение провода или жилы кабеля, полученное в результате расчета округляется до ближайшего стандартного значения.

Выбору сечений по экономической плотности тока не подлежат сети напряжением до 1 кВ, рассчитываемые по потере напряжений, сборные шины электроустановок всех напряжений, сети временных сооружений и устройств со сроком службы менее 5 лет.

Выбор сечений проводов и кабелей по нагреву производят по расчетному току. В качестве расчетного тока для параллельно работающих линий принимают ток послеаварийного режима.

Условие выбора сечения провода или кабеля по нагреву

I_р ≤ I_доп.

Допустимые токовые нагрузки I_доп на провода и кабели различных марок в зависимости от условий среды и способа прокладки приводятся в справочниках. Расчет по нагреву применяется в качестве основного для всех проводников, не рассчитываемых по экономической плотности тока.

Сечение проводов электрической сети по потере напряжения выбирают так, чтобы напряжение в конце линии поддерживалось на необходимом уровне. Расчет электрических сетей переменного тока всегда ведут не по падению, а по потере напряжения, которая представляет собой алгебраическую разность в начале и в конце линии.

Линии электропередачи напряжением 35 кВ и выше по допустимым потерям и отклонению напряжения, как правило, не рассчитывают. Для таких линий экономически целесообразнее устанавливать трансформаторы с РПН и поддерживать напряжение в конце линии на необходимом уровне.

Сети напряжением до 1 кВ, а также напряжением 6 - 10 кВ подлежат проверке на максимальную потерю напряжения от центра питания до удаленной подстанции. При этом должны быть учтены и потери в сети низшего напряжения ТП.

Потерю напряжения в линии или на отдельном ее участке определяют по формуле:

ΔU = ·I_p·l·(r₀·cosφ + х₀·sinφ),

где I_p – расчетный ток линии, А; l – длина линии, км; r₀, х₀ –активное и реактивное удельные сопротивления линии, Ом/км; cos φ, sin φ соответствуют коэффициенту мощности в конце линий.

Воздушные линии, находясь на открытом воздухе, испытывают нагрузку от веса проводов, давления ветра, веса гололеда, образующегося на проводах. Для надежной работы проводов, опор и других конструктивных элементов проводят расчет механической прочности линий или механический расчет.

Механический расчет воздушных линий основан на применении некоторых положений курса "Сопротивление материалов", указаний ПУЭ и Строительных норм и правил (СНиП). В настоящее время разработаны типовые конструкции опор для различных напряжений и разных климатических районов РФ. Поэтому проведение механического расчета целесообразно только в тех случаях, когда применяются новые типы опор или условия прокладки воздушной линии отличаются от условий, предусмотренных СНиП.

Воздушные линии напряжением 35 кВ и выше, прокладываемые по трассам выше 1500 м над уровнем моря, должны быть проверены по условию возникновения короны. При более низких отметках проверка по условию короны не производится, если сечение провода составляет не менее 70 мм² при напряжении 110 кВ и не менее 240 мм² при напряжении 220 кВ.

При выборе сечения шин и кабелей, защищаемых релейной защитой, проводят проверку по термической стойкости при токах короткого замыкания. Расчетная температура проводника при коротком замыкании θ_кзне должна превышать предельно допустимого значения θ_кз ≤ θ_доп.

На практике вычислить температуру проводника при коротком замыкании довольно трудно, поэтому можно сразу определить термически стойкое к токам короткого замыкания сечение по формуле ,

где В_к = I_¥² t_пр – расчетный тепловой импульс тока, I_¥ – действующее значение установившегося тока КЗ; t_пр – приведенное время действия тока КЗ, С – термический коэффициент (функция), зависит от материала проводника.

Кабели, защищаемые плавкими предохранителями, а также провода воздушных линий на термическую стойкость к токам короткого замыкания не проверяют.