Предложения по реконструкции сетей 6 и 10 кВ
Для предварительных расчетов по сетям 6 и 10 кВ будем исходить из условий передачи наибольшей мощности к потребительским трансформаторным подстанциям (ТП) 6 или 10/0,4 кВ при минимально необходимом сечении проводов, но при соблюдении параметров качества электроэнергии.
Согласно ГОСТ 13109-97 - допустимое нормальное отклонение напряжения у потребителя составляет ±5% номинального, максимальное отклонение допускается до ±10%) у электроприемников и уровней напряжения на шинах центра питания.Потери напряжения в электрических сетях 6 - 10 кВ не должны превышать - 10%.
Вначале подсчитаем, каким должен быть фидер (ВЛ - воздушная линия) напряжением 6 кВ. Из заметки «Какой должна быть сеть 0,4 кВ» мы сделали вывод, что мощность трансформатора потребительской ТП должна быть 630 кВА при максимальной активной нагрузке 520 кВт.
Примерно подсчитаем среднегодовое число работы ВЛ и ТП при максимальной нагрузке. В самые холодные зимние месяцы январь и февраль эта нагрузка будет включена с ночной минимум с 23 часов до 7 часов утра и днем с 7 до 8, с 11 до 20, с 22 до 23. Всего в эти месяцы, получается, по 19 часов в сутки или за два месяца 59 х 19 = 1121 час.
В другие прохладные месяцы: половина октября, ноябрь, декабрь – март и половина апреля – всего 4 месяца, примерно в половину меньше. 4 х (1121/2) = 2242 часа. За год время использования максимальной нагрузки Т = 3363 часа. Для такого времени рекомендуемое значение экономической плотности тока А/мм2 для воздушных линий напряжением до 500 кВ, проложенных на территории Украины составляет Ie = 1,1 для алюминиевых проводов [Л-1].
Определяем Imax.
Потребляемая трансформатором активная мощность состоит из отдаваемой потребителям нагрузки да плюс потери мощности в самом трансформаторе. Для трансформатора ТМ-630 кВА при нагрузке 520 кВт потребляемая мощность составит примерно 529 кВт. Теперь подсчитаем длины ВЛ напряжением 6 и 10 кВ с одним трансформатором в конце линии, это и будет масимально возможная длина ВЛ при условии соблюдения требований в отношении допустимой потери напряжения в конце линии. Ток нагрузки Imax = P/(1.73 x Uл x cosφ ), где Р – мощность, кВт Uл – линейное напряжение, кВ Cosφ – коєффициент мощности, для смешанных нагрузок принимается 0,8 Imax = 529/(1.73 · 6 · 0,8 ) = 63,7 А для ВЛ напряжением 6 кВ Imax = 529/(1.73 · 10 · 0,8 ) = 38,2 А для ВЛ напряжением 10 кВ
Определяем экономическое сечение провода.
Экономическое сечение провода, согласно [Л-2] определяется по формуле F = Imax/Ie, где Imax – ток максимальной нагрузки на провод при нормальной работе сети. Для ВЛ-6 кВ F = 63,7/1,1 = 57,9 мм2, ближайшее стандартное значение 70 мм2. Для ВЛ-10 кВ F = 38,2/1,1 = 34,7 мм2, ближайшее стандартное значение 50 мм2.
Определяем потери напряжения.
Потеря линейного напряжения определяется по формуле: ΔU=1,73·Imax· (Rэ·cosφ+Хэ·sinφ), где Rэ и Хэ - активное и индуктивное сопротивление Активное сопротивление, Ом Rэ= rо·L Индуктивное сопротивление, Ом Хэ=хо·L где: rо - удельное активное сопротивление, для провода АС50 – 0,65 ом/км, для провода АС70 – 0,46 ом/км; хо - удельное индуктивное сопротивление, для провода АС50 – 0,374 ом/км, для провода АС70 – 0,364 ом/км; L - длина провода в км Sinφ = 0,6 при cosφ=0,8 Расширим формулу определения потери напряжения, чтобы в ней присутствовала длина провода ΔU=1,73·Imax· (rо·L ·cosφ+ хо·L ·sinφ).
Для определения длин проводов ВЛ-6 и 10 кВ при условии потери напряжения в них 10 % или 600 В для 6 кВ и 1000 В для 10 кВ преобразуем формулу следующим образом: L= ΔU/[1,73·Imax·(rо·cosφ+ хо·sinφ)], подставив значения, получим: Для ВЛ-6 кВ, провод АС70 L= 600/[1,73·63,7·(0,46·0,8+ 0,364·0,6) = 9,28 км. Для ВЛ-10 кВ, провод АС50 L= 1000/[1,73·38,2·(0,65·0,8+ 0,374·0,6) = 20,32 км.
Видно, что максимальная длина ВЛ-10 кВ больше, поскольку потери напряжения в ней меньше. Естественно, что при крупных реконструкциях районных электросетей желательно заодно перейти на напряжение 10 кВ вместо 6 кВ, хотя это будет связано с отсутствием электроснабжения потребителей в период реконструкции, поскольку необходимо одновременно менять оборудование на подстанции 35 кВ и потребительских ТП. Как показала практика, воздушные линии напряжением 6 кВ, вполне выдерживают напряжение 10 кВ, поэтому их, в основном, менять не придется.
Теперь, если взять в руки циркуль и начертить на карте окружности с подстанциями 35 кВ в центре, то мы увидим, что края окружностей с радиусом в 20,32 км захватывают всю населенную местность, чего не скажешь при радиусе 9,28 км. Это еще один довод для перехода на напряжение 10 кВ. Можно, конечно, установить в конце линии ТП с трансформатором и меньшей мощности но это в масштабах района очень затратно и может делаться только в исключительных случаях.
Существующие схемы электроснабжения состоят, как правило, не из одной, а из нескольких ТП на одном фидере 6 или 10 кВ. Собственно, когда мы увидели, что напряжение 6 кВ нам не подходит, дальнейшие расчеты будем делать для напряжения 10 кВ.
Вспомним, что в предыдущей заметке «Какой должна быть сеть 0,4 кВ», мы определили длину фидера 0,4 кВ – 260 метров. Дальше дома по этой улице будут запитаны от следующей ТП. Расстояние между этими ТП будет 540 м.
Подробнее это показано на ситуационном плане.
Теперь, подставляя разные сечения провода, прикинем, сколько можно присоединить ТП на одном фидере 10 кВ при соблюдении требований о допустимой потере напряжения. ΔU=1,73·Imax· (rо·L ·cosφ+ хо·L ·sinφ), Расчеты сведем в таблицу.
| Провод АС50 | rо = | 0,65 | хо= | 0,374 | ||||||||
| Количество ТП с пропускной мощностью 529 кВт, на стороне 10 кВ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |||
| Длина ВЛ км. | 0,54 | 1,08 | 1,62 | 2,16 | 2,7 | 3,24 | 3,78 | 4,32 | 4,86 | |||
| Максммальный ток А | 38,2 | 76,4 | 114,6 | 152,8 | 191 | 229,2 | 267,4 | 305,6 | 343,8 | |||
| Потери напряжения В | 26,6 | 79,7 | 159,4 | 265,6 | 398,5 | 557,9 | 743,8 | 956,3 | 1195,4 | |||
| В т. ч. на 1 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | 132,8 | 159,4 | 186,0 | 212,5 | 239,1 | |||
| На 2 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | 132,8 | 159,4 | 186,0 | 212,5 | ||||
| На 3 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | 132,8 | 159,4 | 186,0 | |||||
| На 4 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | 132,8 | 159,4 | ||||||
| На 5 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | 132,8 | |||||||
| На 6 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | 106,3 | ||||||||
| На 7 участке | 26,6 | 53,1 | 79,7 | |||||||||
| На 8 участке | 26,6 | 53,1 | ||||||||||
| На 9 участке | 26,6 | |||||||||||
| Провод АС70 | rо = | 0,46 | хо= | 0,364 | ||||||||
| Количество ТП с пропускной мощностью 529 кВт, на стороне 10 кВ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| Длина ВЛ км. | 0,54 | 1,08 | 1,62 | 2,16 | 2,7 | 3,24 | 3,78 | 4,32 | 4,86 | 5,4 | ||
| Максммальный ток А | 38,2 | 76,4 | 114,6 | 152,8 | 191 | 229,2 | 267,4 | 305,6 | 343,8 | 382 | ||
| Потери напряжения В | 20,9 | 62,8 | 125,6 | 209,3 | 313,9 | 439,5 | 585,9 | 753,4 | 941,7 | 1130,0 | ||
| В т. ч. на 1 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | 125,6 | 146,5 | 167,4 | 188,3 | 209,3 | ||
| На 2 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | 125,6 | 146,5 | 167,4 | 188,3 | |||
| На 3 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | 125,6 | 146,5 | 167,4 | ||||
| На 4 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | 125,6 | 146,5 | |||||
| На 5 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | 125,6 | ||||||
| На 6 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | 104,6 | |||||||
| На 7 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | 83,7 | ||||||||
| На 8 участке | 20,9 | 41,9 | 62,8 | |||||||||
| На 9 участке | 20,9 | 41,9 | ||||||||||
| На 10 участке | 20,9 | |||||||||||
| Провод АС95 | rо = | 0,33 | хо= | 0,353 | ||||||||
| Количество ТП с пропускной мощностью 529 кВт, на стороне 10 кВ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| Длина ВЛ км. | 0,54 | 1,08 | 1,62 | 2,16 | 2,7 | 3,24 | 3,78 | 4,32 | 4,86 | 5,4 | 5,94 | |
| Максммальный ток А | 38,2 | 76,4 | 114,6 | 152,8 | 191 | 229,2 | 267,4 | 305,6 | 343,8 | 382 | 420,2 | |
| Потери напряжения В | 17,0 | 50,9 | 101,9 | 169,8 | 254,7 | 356,6 | 475,4 | 611,3 | 764,1 | 916,9 | 1069,7 | |
| В т. ч. на 1 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | 118,9 | 135,8 | 152,8 | 169,8 | 186,8 | |
| На 2 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | 118,9 | 135,8 | 152,8 | 169,8 | ||
| На 3 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | 118,9 | 135,8 | 152,8 | |||
| На 4 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | 118,9 | 135,8 | ||||
| На 5 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | 118,9 | |||||
| На 6 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | 101,9 | ||||||
| На 7 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | 84,9 | |||||||
| На 8 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | 67,9 | ||||||||
| На 9 участке | 17,0 | 34,0 | 50,9 | |||||||||
| На 10 участке | 17,0 | 34,0 | ||||||||||
| На 11 участке | 17,0 | |||||||||||
Анализируя таблицы, мы видим, что при допустимых потерях напряжения в ВЛ-10 кВ до 1000 В, при проводе АС50 на одном фидере можно присоединить 8 ТП, при проводе АС70 – 9 ТП и при проводе АС95 – 10 ТП, при условии, что расстояния между ТП – 540 метров.
На существующих фидерах количество ТП значительно больше, а мощность каждой отдельной ТП, меньше, в основном от 63 до 250 кВА. Поэтому при реконструкции распредустройств подстанций 35/10 кВ следует значительно увеличить количество ячеек отходящих фидеров 10 кВ. ВЛ-10 придется разделять на более короткие фидера, но с увеличением сечения провода. Конечно в данной заметке невозможно описать конкретную схему и расчет по каждому фидеру а потом свести их в общие данные по сетям 10 кВ, но для общих предположений данная заметка будет полезной.
Список используемой литературы.
Л-1 Правила устройства электроустановок.
Л-2 В.А.Боровиков, В.К.Косарев, Г.А.Ходот. Электрические сети энергетических систем.