Проект электрокотельной ИГТУ

3.7.3 РАСЧЁТ И ВЫБОР ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ 220 КВ

В разделе технико-экономического сравнения мы произвели выбор сечения проводов воздушной линии и приняли к использованию провод марки АС-150/19. IДОП=450 А

Произведём проверку данного провода по нагреву:

1)                 В рабочем режиме  

A, тогда

67,8 А А т.о. условие выполняется

2)                 При отключении одной линии ток будет равен:

A,

тогда условие проверки  135,6 АА

Таким образом, в аварийном режиме, т.е. во время повреждения одной из линий или во время проведения ремонта, вторая будет перегружена сверх нормы. Следует однако, учитывать что вследствие изменения скорости ветра, гололёдно-изморозевых отложений и температуры воздуха изменяются и технические характеристики работающей линии.

Перегрузки кабельных линий регламентированы ПУЭ, что касается воздушных линий, то ПУЭ не регламентируют для них допустимых перегрузок. В [8] приведены расчеты и прочие сведения о возможных перегрузках.

В зависимости от скорости ветра, температуры окружающей среды и температуры провода, его охлаждение изменяется, а следовательно будет изменяться и допустимый ток, который в справочниках приведён для нормальных условий, т.е. температура воздуха 20˚С и нулевой скорости ветра. В реальности данные параметры постоянно меняются и в большинстве случаев можно допустить в той или иной мере перегрузку провода.

Определим допустимую перегрузку провода АС150/19 при следующих параметрах окружающей среды: TПР=50-70˚С TВ=0-40˚С VВ=1-5 м/c

По номограмме в [8] на рис 15-11 для определения допустимой перегрузки определим её в соответствии с приведёнными выше данными.КПЕР=1.15

Тогда ток в аварийном режиме, который сможет пропустить данный провод будет IДОП.АВ=1.15·IДОП=1.15·450=517,5 А

И условие проверки по тепловому действию тока  135,6 АА условие выполняется т.е., в аварийном режиме провод также сможет длительно пропускать всю необходимую мощность и перерыва в снабжении не будет.

Проверим правильность выбора проводов по условиям короны.

Коронный разряд происходит в резко неоднородном поле и начинается в месте с малым радиусом кривизны при напряжённости поля, равной критической. Увеличение радиуса кривизны приводит к снижению напряжённости поля и предотвращению коронирования. Существование коронного разряда около проводов воздушных линий изоляции её не нарушает, но ведёт к увеличению потерь электроэнергии. Исходя из этого положения, выбор сечения проводов воздушной линии производят по условию отсутствия коронирования при хорошей погоде. При плохой погоде ( дождь, туман ) коронирование происходит и приводит к повышению потерь.

Начальная критическая напряжённость:

m - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода ( для многопроволочных проводов m=0.82) ; r0=0.94 - радиус провода, см.

Реальная напряжённость вокруг провода

,

где U – максимальное линейное напряжение, кВ;

DCP - среднее геометрическое расстояние между проводами при расположении проводов в ряд оно определяется по формуле  Для воздушной линии 110 кВ расстояние в свету между проводами берётся 100 мм. Тогда среднее геометрическое расстояние

мм

Условие проверки: 1.07·E 1.07·21.40.9·32.5 22.929.3

Выбранные провода проверку на условие образования короны проходят.

Произведём проверку на падение напряжения в рабочем режиме

Падение напряжения в линии определим по выражению:

,

здесь P - расчетная активная мощность, потребляемая объектами.

Q - расчетная реактивная нагрузка

R0 - активное сопротивление 1 км линии при t = 20°С

X0 - реактивное сопротивление 1 км линии при t = 20°С l - длина линии (км)

n - количество параллельных линий

Значения удельных сопротивлений берём из [13] приложение П-1

R0=0.195  X0=0.35

Падение напряжения в нормальном режиме:

В

Переведём полученное падение напряжения в проценты:

В нормальном режиме по потерям напряжения линия удовлетворяет условию  0.025

Определим теперь потери напряжения в аварийном положении, при питании через одну линию всей нагрузки:

Расчёт проводим по той же формуле, только теперь число линий n=1

В

Делаем вывод о том, что по потерям напряжения выбранная воздушная линий проходит все пункты проверки.

Механический расчёт воздушной линии

Воздушным линиям, находящимся на открытом воздухе приходится, помимо основной нагрузки, т. е. веса провода, подвергаться еще воздействию дополнительных нагрузок: от давления ветра, образующегося на них льда, а иногда и одновременно льда и ветра. В некоторых случаях ледяная корка получается настолько значительной толщины и веса, что провода, на которых она образуется, не могут выдержать этой нагрузки и обрываются, а иногда под действием особо сильного льда выворачиваются столбы, и линии электропередач выходят из строя на продолжительный срок. Кроме того, существенное влияние на внутренние усилия в проводах оказывает также температура окружающего воздуха.

Для надёжной работы проводов, опор и других конструктивных элементов производят расчёт механической прочности линии, или механический расчёт. Целью механического расчёта проводов является определение напряжений в их материале при разнообразных климатических условиях. Механический расчёт позволяет определить стрелы провеса проводов, необходимые для подсчёта расстояний до поверхности земли и инженерных сооружений: определить механические нагрузки, действующие на опору, изоляторы, крюки. Результаты механического расчёта используются для составления монтажных таблиц или постороения соответствующих графиков, являющихся необходимым руководством при монтаже проводов воздушных линий.

Для того чтобы внести некоторые упрощения в практические расчёты, все нагрузки считают равномерно распределёнными вдоль всех проводов в данном пролёте. Следует также отметить, что при подобных расчётах в целях их упрощения все нагрузки принимаются как чисто статические. Механический расёт в основном относится к проводам. Это вызвано тем, что в настоящее время разработаны типовые конструкции опор для различных климатических районов России, и разработка конструкций опор целесообразна лишь в тех весьма редких случаях, когда имеющиеся типовые проекты не отвечают особым спецефическим условиям данной местности.

Приведём исходные данные для расчета ВЛ

Таблица 3.13. Данные для механического расчёта ВЛ.

При расчётах проводов на механическую прочность удобно пользоваться так называемыми удельными нагрузками, т.е. нагрузками, отнесёнными к единице длины провода и единице его поперечного сечения. Они представляют собой нагрузки на 1 м длины провода или отнесённые к 1 мм2 его поперечного сечения.

Определяем погонные и приведенные нагрузки на провод и трос:

кг/м

1.025 – коэффициент, учитывающий удлинение отдельных проводов при их скрутке в процессе изготовления провода.

кг/м

0.0009 кг/см3 – удельный вес льда.

Погонная нагрузка от массы провода с гололедом

P3=Р1+Р2=0.745+0.34=1.085 кг/м

Где P1 – погонная нагрузка собственного веса провода;

P2 – погонная нагрузка на провод при толщине стенки гололеда 5 мм.

Приведенная нагрузка

 кг/м·мм²

S - общее сечение провода, мм²

 кг/м

Где -коэффициент неравномерности воздушного напора=0,79 при воздушном напоре

50 кг/м2 [14]

СХ – коэффициент лобового сопротивления для всех проводов и тросов, покрытых льдом и гололёдом принимаем СХ = 1,2 [14]; g - скоростной напор (кг/м² );

 кг/м

Результирующая удельная нагрузка на провод равна геометрической сумме вертикальных и горизонтальных нагрузок:

без гололёда  кг/м

с гололёдом  кг/м

 кг/м·мм²

с гололёдом кг/м·мм²

Определение критических пролетов.

Критическим пролётом называется пролёт такой длины, при котором наибольшее напряжение наступает как при наибольшей добавочной нагрузке, так и при наименьшей температуре. Формула критического пролёта имеет вид:

Где lКР – критический пролёт, м; σМ – максимальное напряжение, кг/см2;

γМАКС – удельная максимальная нагрузка, кг/м·мм2;

γМИН – удельная нагрузка при минимальной температуре, кг/м·мм2;

ТМАКС – температура при максимальной нагрузке, ˚С; ТМИН – минимальная температура, ˚С; α – температурный коэффициент линейного расширения материала провода, град-1.

При 40 ˚С удельная нагрузка равна γ1, а при гололёде (-5 ˚С) удельная нагрузка равна γ7. Подставляя эти значения в предыдущее уравнение и производя преобразования, получим выражение для критического пролёта в следующем виде:

,

где σДОП – допускаемое напряжение, кг/см2, меняется для провода в зависимости от условий, в которых он находится. Подставляем в это выражение значения коэффициента и удельные нагрузки и получим выражение для определения критического пролёта в зависимости от допустимого напряжения:

Приведём данные для провода АС-150/19 из [14] и подставим значения напряжения в формулу, тем самым получим критические длины пролётов для различных режимов работы.

Таблица 3.14. Максимально допустимые напряжения в проводе.

Если действительный пролёт меньше критического, то наибольшее напряжение в проводе наступает при Т=-40 ˚С, а если больше критического, то при гололёде с ветром, величину этого наибольшего напряжения в проводе подставляем в формулу для определения напряжения для заданных условий, приведём её ниже. Расчёт согласно [14].

В нашем случае максимальное напряжение в проводе наступает при низкой температуре, так как действительный пролёт меньше критического. Значение напряжения для низкой температуры в [14] и составляет σМ=10.5 кг/мм2. Подставим величину известного напряжения для заданных условий в данное выражение и определим действительное напряжение в проводе при низкой температуре и ветре

Данные для определения напряжения:

Заданное механическое напряжение σM=10.5 при температуре ТМ=-40 ˚С и удельной нагрузке γ1=3.46·10-3 кг/м·мм2.

Модуль упругости Е=8.25·103 Па, тогда

-

коэффициент упругого удлинения материала, т.е. величина, показывающая изменение единицы длины провода при увеличении напряжения материала на 1 кг/мм2. α=23·10-6, град-1 – температурный коэффициент линейного расширения материала провода.

Подставим заданные и реальные значения для ветра и гололёда.

При данном сочетании параметров напряжение будет

Данное уравнение решаем в Mathcad-е и получаем два решения – комплексные числа и одно – действительное, оно и будет искомым напряжением в проводе при ветре и низкой температуре. σ=11.65 кг/мм2

Максимальным напряжением для данного провода является значение 13.2 кг/мм2, т.е. напряжение, возникающее в проводе при длине пролёта 170 м ветре и низкой температуре близко к максимальному, не превышает его, значит провод АС-150/19 пригоден к использованию.

Определим стрелу провеса провода

м

Длина провода в пролёте будет:

м

Нормативное расстояние от проводов ВЛ-220кВ до земли СН=7м.

Активная высота опоры Н-15м.

Максимальная высота провеса

SMAX = Н – (Сн + 0,4) = 15 - (7 + 0,4) =7,6 м (103)

Где 0,4 – запас в габарите на возможные неточности в монтаже.

В нашем случае максимальная высота провеса составляет 1.71 м, значит по этому пункту проверки провод тоже проходит.

Выбор типа и расчет изоляторов арматуры Для гирлянд 220 кв.

Для установки принимаем подвесные фарфоровые изоляторы, которые предназначены для крепления многопроволочных проводов к опорам воздушных линий и наружных РУ.

Различают подвесные изоляторы тарельчатые и стержневые. Для установки выбираем тарельчатые изоляторы, предназначенные для местностей, прилегающих к химическим, металлургическим заводам, где воздух содержит значительное количество пыли, серы и других веществ, которые образуют на поверхности изоляторов вредный осадок, снижающий их электрическую прочность.

Тарельчатые изоляторы способны выдерживать натяжение порядка 10 – 12 кН. Механическую прочность изоляторов характеризуют испытательной нагрузкой, которую изолятор должен выдерживать в течение 1 часа без повреждений.

Расчетную нагрузку на тарельчатые изоляторы принимают равной половине часовой испытательной.

Гирлянды подвесных изоляторов бывают поддерживающими (располагаются вертикально на промежуточных опорах) и натяжные (размещаются на анкерных опорах почти горизонтально).

Количество изоляторов в гирлянде зависит от номинального напряжения и требуемого уровня изоляции. Количество изоляторов в поддерживающих гирляндах нормируется [15].

Поддерживающие гирлянды воспринимают нагрузку от веса провода и от собственного веса.

Определяем коэффициент запаса прочности [15].

При работе ВЛ в нормальном режиме П ≥ 2.7, при среднегодовой температуре, при отсутствии гололеда и ветра – не менее 5.0.

2.7(P7 · lВЕС + σГ) ≤ P

2.7·(1.48·170.5 + 40) = 7893 Н

5 ·(0.599·170.5 + 40) =710,6 Н

где Р – электромеханическая нагрузка изолятора [15];

Р1,Р1 - единичная нагрузка соответствующей массы провода и от веса провода с гололедом (механический расчет ЛЭП);

lВЕС - весовой пролет (м); σГ - масса гирлянды для ВЛ-220 кВ (составляет 40 кГс/см).

Выбираем гирлянды типа ПФ-16Б. Гарантированная прочность 12000Н по 6 элементам в гирлянде.

Выбираем тип изоляторов натяжных гирлянд, воспринимающих нагрузку от тяжести провода и собственного веса.

Н,

где σГ – значение напряжения в проводе при гололёде.

Усилие, создаваемое весом провода при температуре воздуха –40 ˚С и ветре:

Н,

где σН – значение напряжения в проводе при низкой температуре и ветре.

P6, P1 - единичная нагрузка от собственной массы провода и от веса провода с гололедом (механический расчет ЛЭП);

l - весовой пролет (м);

БГ - масса гирлянды для ВЛ-220 кВ (40кгс/с)

Выбираем гирлянды изоляторов типа ПФ16-А с гарантированной прочностью 82000Н по 18 элементов в гирлянде.

3.8 РАСЧЕТ ТОКОВ ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Схема замещения для расчета токов короткого замыкания составляется по расчетной схеме сети.Расчет токов короткого замыкания производится в относительных единицах, для чего выбираются базовые величины или условия: мощность, напряжение, ток и сопротивление.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16