Электрический расчет распределительных сетей

 

Для расчета экономически целесообразного сечения воспользуемся расчетной схемой распределительной сети 10 кВ (рис. 8.1).

Производим расчет сечения кабеля по экономической плотности тока в зависимости от металла проводника и числа часов использования максимума нагрузки

 

                                                      

где:  – расчетный максимальный ток, А;

 – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм².

Нормированное значение экономической плотности тока принимаем 1,2 А/мм², т.к. число часов использования максимума нагрузки в год более 5000 ч.

 

Находим расчетный максимальный ток, А

 

 

где  – расчетная максимальная мощность линии, кВА, принимается по табл. 10;

 – номинальное напряжение линии, кВ.

Выполним расчет на примере линии №1 (табл. 10). Определим расчетный максимальный ток, А:

                                                   

Согласно найденному максимальному расчетному току определим экономическое сечение кабеля:

 

Для остальных участков расчетный максимальный ток и экономическое сечение кабеля определяется аналогично и сводится в таблицу 11.

 

Таблица 11 - Результаты расчета сечений проводов ВЛ и жил кабелей распределительных сетей 10(6) кВ

№ участка	Расчетная максимальная мощность участка , кВА	Расчетный максимальный ток , А	Экономически целесообразное сечение , мм2	Кол-во кабелей в линии, в норм. режиме работы, шт	Стандартное сечение , мм2	Длительно допустимый ток , А
1	2038,88	58,9	49,08	2	3х120	190
2	1011,8	29,24	24,36	2	3х70	135
3	2309,98	66,76	55,63	2	3х120	190
4	1237,5	35,76	29,8	2	3х70	135

 

 

Таблица 12 – Результаты проверки сечений проводов ВЛ и жил кабелей распределительных сетей 10(6) кВ по допустимому длительному току в послеаварийном режиме

№ участка	Расчетная максимальная мощность участка , кВА	Расчетный максимальный ток , А	Экономически целесообразное сечение , мм2	Кол-во кабелей в линии, в норм. режиме работы, шт	Стандартное сечение , мм2	Длительно допустимый ток , А
1	2038,88	117,8	98,16	2	3х120	190
2	1011,8	58,48	48,7	2	3х70	135
3	2309,98	133,52	111,26	2	3х120	190
4	1237,5	71,52	59,6	2	3х70	135

 

9.2 Проверка сечений жил кабелей распределительных сетей 10(6) кВ по допустимому длительному току

 

Проверка кабельных линий по допустимому длительному току проводится по условию:

 

                                 (9.3)

 

где:  – пoпpaвoчный кoэффициeнт нa количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле, принимаем равный 0,9;

 – пoпpaвoчный кoэффициeнт на допустимую перегрузку в послеаварийном режиме. Для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией принимаем равный 1,15;

 – пoпpaвoчный кoэффициeнт на фактическую температуру среды принимаем равный 0,94;

 – пoпpaвoчный кoэффициeнт на тепловое сопротивление грунта принимаем равный 1;

 – пoпpaвoчный кoэффициeнт на отличие номинального напряжения кабеля от номинального напряжения сети, принимается 1;

Проведем проверку кабельной линии для 1 участка. Проверка в аварийном режиме не требуется, т.к. выбор проводника производился без учета схемы резервирования, резервирование будет осуществляться аналогичным кабелем.

 

 

Проверка остальных участков КЛ проводится аналогично, результаты сводятся в таблицу 13.

 

Таблица 13 – Результаты проверки КЛ по длительно допустимому току

№ участка	Расчетный максимальный ток , А	Кол-во кабелей в линии, в норм. режиме, шт	Стандартное сечение , мм2	Длительно допустимый ток , А	Длительно допустимый ток с учетом коэффициентов , А	Результат проверки
1	117,8	2	3х120	190	184,85	проходит
2	58,48	2	3х70	135	131,34	проходит
3	133,52	2	3х120	190	184,85	проходит
4	71,52	2	3х70	135	131,34	проходит

 

 

9.3 Проверка сечений жил кабелей распределительных сетей 10(6) кВ по допустимому отклонению напряжения

 

Потеря напряжения на участке в нормальном режиме, %, определяется по формуле:

 

 

                            

где:  – расчетный максимальный ток, А;

– длина участка, км;

, – соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления, Ом/км.

Определим потери напряжения на участке 1 (рис. 8.1), в нормальном режиме:

 

 

Потери напряжения на остальных участках линии рассчитываются аналогично и сводятся в таблицу 14. Проверка в аварийном режиме проводится аналогично, результаты сводятся в таблицу 15. Допустимые потери напряжения в нормальном режиме составляют 5%, в аварийном режиме составляют 10 %.

  

Таблица 14 - Результаты проверки сечений, жил кабелей распределительных сетей 10 кВ, по допустимому отклонению напряжения нормальном режиме

№ участка	Расчетный максимальный ток , А	Длина участка , км	Кол-во кабелей в линии, в норм. режиме, шт	Стандартное сечение , мм2	, Ом/км	, Ом/км	Потеря напряжения в нормальном режиме , %
1	58,9	0,2	2	3х120	0,154	0,08	3,588
2	29,24	0,166	2	3х70	0,265	0,082	2,346
3	66,76	0,299	2	3х120	0,154	0,08	4,88
4	35,76	0,2	2	3х70	0,265	0,082	3,457

 

Таблица 15 - Результаты проверки сечений, жил кабелей распределительных сетей 10 кВ, по допустимому отклонению напряжения послеаварийном режиме

№ участка	Расчетный максимальный ток , А	Длина участка , км	Кол-во кабелей в линии, в авар. режиме, шт	Стандартное сечение , мм2	, Ом/км	, Ом/км	Потеря напряжения в послеаварийном режиме , %
1	117,8	0,2	1	3х120	0,154	0,08	7,177
2	58,48	0,166	1	3х70	0,265	0,082	4,687
3	133,52	0,299	1	3х120	0,154	0,08	9,161
4	71,52	0,2	1	3х70	0,265	0,082	6,9

 

 

9.4 Расчет токов короткого замыкания в распределительных сетях 10(6) кВ

Для расчёта токов КЗ составляется расчётная схема системы электроснабжения и на её основе схема замещения.

 

Рисунок 3 - Pacчeтнaя cхeмa cиcтeмы элeктpоcнaбжeния

 

 

Рисунок 4 - Схема замещения системы электроснабжения

 

Пpeдвapитeльнo нeoбxoдимo пpивecти вce coпpoтивлeния элeмeнтoв cxeмы зaмeщeния к oдним и тeм жe бaзисным ycлoвиям. Зaбaзисноенaпpяжeниeyдoбнoпpинимaтьcooтвeтcтвyющeecpeднeeнaпpяжeниeвмecтoдeйcтвитeльнoгoнaпpяжeниянaшинax c цeлью упpoщeния pacчётoв (приближенное приведение). Шкала этих напряжений, принятая исходя из номинальных напряжений сетей, следующая: 515; 340; 230; 158; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,4; 0,23; 0,127 кВ.

За базисное напряжение рекомендуется принять напряжение на шинах ТП 10(6) кВ в точке КЗ,

За базисную мощность рекомендуется принять мощность трансформатора ТП 10(6) кВ в точке КЗ ,

Расчет токов короткого замыкания выполним для точки К2.

Тогда базисный ток, кА, определится по формуле

 

                                                     

 

При расчетах систему можно считать бесконечной мощности, т. е. .

Сопротивление системы определяется по формуле:

 

.                           (9.6)

 

Индуктивное сопротивление кабельной линии определяется по формуле:

 

,                                  (9.7)

 

где - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

- длина линии, км.

    Определим индуктивное сопротивление КЛ-1 и КЛ-2:

 

 

Активное сопротивление кабельной линии определяется по формуле:

 

,                                    (9.8)

 

где - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

Определим активное сопротивление КЛ-4 и КЛ-2:

 

 

 

Приведенное сопротивление двухобмоточного трансформатора

 

                                                   

 

где:  – напряжение КЗ трансформатора, %, принимается 10,5;

 – номинальная мощность трансформатора, МВ·А, принимается 40;

 

Полное приведенное сопротивление в точке КЗ определяется по формуле:

 

 

Полное приведенное сопротивление в точке КЗ:

 

Ток в точке короткого замыкания определяется по формулам:

в относительных единицах

 

                                                       

в именованных единицах

 

                                               

где:  – результирующая ЭДС в токе КЗ, принимается 1;

­ – полное приведенное сопротивление в точке КЗ.

Определим токи в точке КЗ:

 

 

Наибольшее мгновенное значение полного тока КЗ называют ударным током. Он возникает при первом наибольшем значении апериодической составляющей, совпадающей по знаку с периодической составляющей тока КЗ. Этот момент наступает примерно через полпериода после появления КЗ (  с). При этом условии ударный ток

 

                                              (9.13)

 

 

где:  – начальное действующее значение периодической составляющей;

­ – ударный коэффициент характеризующий превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей тока КЗ.

 

Ударный коэффициент определяется по формуле:

 

,                                     (9.14)

 

где - эквивалентная постоянная время затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.

Значение эквивалентной постоянной время затухания апериодической составляющей может быть определено по формуле:

 

,                                      (9.15)

 

где - индуктивное результирующее сопротивление схемы замещения, о.е;

- активное результирующее сопротивление схемы замещения, о.е;

 - циклическая частота, рад/с.

Определим значение постоянной время затухания и ударный коэффициент:

 

 

 

Расчет для остальных точек КЗ производится аналогично, результаты расчетов токов КЗ для каждой точки сводятся в таблицу 16.

 

Таблица 16 - Результаты расчета токов короткого замыкания в распределительных сетях 10(6) кВ

Точка КЗ					, кА			, кА
1	0,00034	0,0018	0,0038	263,16	17,9	0,00125	1,0003	25,25
2	0,0005	0,0015	0,0052	192,3	13,07	0,0025	1,02	18,79

 

9.5 Расчет сечения жил кабелей распределительных сетей до 1 кВ

 

Для расчета экономически целесообразного сечения составляется расчетная схема распределительных сетей до 1 кВ на которую наносятся значения мощностей трансформаторных подстанций, мощностей жилых и общественных зданий, длин и мощностей участков.

 

Находим расчетный максимальный ток для каждого участка

 

                                               

Производим расчет сечения кабеля по экономической плотности тока

 

 

Расчет производится аналогично пункту 9.1, результаты расчетов сводятся в таблицу 17.

 

Таблица 17 - Результаты расчета сечений жил, кабелей распределительных сетей до 1 кВ

№ТП	№ участка	Расчетная максимальная мощность участка , кВА	Расчетный максимальный ток , А	Экономически целесообразное сечение , мм2	Стандартное сечение , мм2	Длительно допустимый ток , А
ТП1	3,2,1	499,317	721,556	601,297	625	1170
	5,9,8	393,977	569,331	474,443	500	1080
	4,6,7,13	455,9	658,815	549,013	625	1170
ТП2	35,36	332,87	481,026	400,855	400	940
	39,40	332,87	481,026	400,855	400	940
	38,33,32	383,44	554,104	461,753	500	1080
	22,20	274,42	396,561	330,468	400	940
	21,34	275,46	398,064	331,72	400	940
ТП3	14,10,11,12	398,5	575,867	479,889	500	1080
	15,23,25	394,4	569,942	474,952	500	1080
	17,16,18	283,7	409,971	341,643	400	940
	19,24	274,45	396,604	330,503	400	940
ТП4	42,43,41	336,57	486,373	405,311	400	940
	44,45	330,8	478,035	398,363	400	940
	30,27,28	439,8	635,549	529,624	625	1170
	29,49,50,47,47а,47б,47с,48,48а,48б,48с	374,04	540,52	450,433	500	1080

 

 

9.6 Проверка сечений жил кабелей распределительных сетей до 1 кВ по допустимому длительному току

 

Проверка кабельных линий по допустимому длительному току проводится аналогично пункту 9.2, без учета  – поправочного коэффициента на допустимую перегрузку в послеаварийном режиме. Результаты проверки сводятся в таблицу 9.6.

Проверка кабельных линий по допустимому длительному току проводится по условию:

 

                                   (9.18)

 

В соответствии с расчетной схемой необходимо пересчитать поток распределение на участках распределительной сети и вычислить расчетный максимальный ток в послеаварийном режиме:

 

                                                    

  Таблица 18 - Результаты проверки сечений жил, кабелей распределительных сетей до 1 кВ по допустимому длительному току

№ТП	№ участка	Расчетный максимальный ток , А	Расчетный максимальный ток , А	Стандартное сечение , мм2	Длительно допустимый ток , А	Длительно допустимый ток с учетом коэффициентов , А	Результат проверки
ТП1	3,2,1	721,556	1086,314	601,297	1170	1264,77	проходит
	5,9,8	569,331	898,207	474,443	1080	1167,48	проходит
	4,6,7,13	658,815	1025,784	549,013	1170	1264,77	проходит
ТП2	35,36	481,026	891,607	400,855	940	1016,14	проходит
	39,4	481,026	889,821	400,855	940	1016,14	проходит
	38,33,32	554,104	879,393	461,753	1080	1167,48	проходит
	22,2	396,561	684,714	330,468	940	1016,14	проходит
	21,34	398,064	686,571	331,72	940	1016,14	проходит
ТП3	14,10,11,12	575,867	839,107	479,889	1080	1167,48	проходит
	15,23,25	569,942	831,821	474,952	1080	1167,48	проходит
	17,16,18	409,971	701,25	341,643	940	1016,14	проходит
	19,24	396,604	617,625	330,503	940	1016,14	проходит

 

Продолжение таблицы 18

ТП4	42,43,41	486,373	896,357	405,311	940	1016,14	проходит
	44,45	478,035	785,357	398,363	940	1016,14	проходит
	30,27,28	635,549	842,411	529,624	1170	1264,77	проходит
	29,49,50,47,47а,47б,47с,48,48а,48б,48с	540,52	862,607	450,433	1080	1167,48	проходит

 

 

9.7 Проверка сечений жиёл кабелей распределительных сетей до 1 кВ по допустимому отклонению напряжения

 

Потеря напряжения на участке, %, определяется аналогично пункту 9.3, результаты расчетов сводятся в таблицу 19 и 20. Потери напряжения в нормальном режиме не должны превышать 5%, а в аварийном 10%. Расчет производится для вводного кабеля наибольшей длины.

                      

Таблица 19 - Результаты проверки сечений жил, кабелей распределительных сетей до 1 кВ по допустимому отклонению напряжения в нормальном режиме

№ участка	Расчетная максимальная мощность участка , кВА	Длина участка , км	Стандартное сечение , мм2	, мОм/м	, мОм/м	Отклонение напряжения в нормальном режиме , %
3,2,1	499,317	0,07	625	0,029	0,15	0,784
5,9,8	393,977	0,166	500	0,037	0,16	1,655
4,6,7,13	455,9	0,217	625	0,029	0,15	2,218
35,36	332,87	0,05	400	0,046	0,17	0,473
39,40	332,87	0,067	400	0,046	0,17	0,634
38,33,32	383,44	0,2	500	0,037	0,16	1,941
22,20	274,42	0,067	400	0,046	0,17	0,523
21,34	275,46	0,133	400	0,046	0,17	1,042
14,10,11,12	398,5	0,266	500	0,037	0,16	2,683
15,23,25	394,4	0,166	500	0,037	0,16	1,657
17,16,18	283,7	0,116	400	0,046	0,17	0,936
19,24	274,45	0,071	400	0,046	0,17	0,554

Продолжение таблицы 19

42,43,41	336,57	0,11	400	0,046	0,17	1,053
44,45	330,8	0,133	400	0,046	0,17	1,251
30,27,28	439,8	0,17	625	0,029	0,15	1,676
29,49,50,47,47а,47б,47с,48,48а,48б,48с	374,04	0,366	500	0,037	0,16	3,465

 

Таблица 20 - Результаты проверки сечений жил, кабелей распределительных сетей до 1 кВ по допустимому отклонению напряжения в аварийном режиме

№ участка	Расчетная максимальная мощность участка , кВА	Длина участка , км	Стандартное сечение , мм2	, мОм/м	, мОм/м	Отклонение напряжения в аварийном режиме , %
3,2,1,5	608,336	0,14	625	0,029	0,15	2,36
5,9,8,4	502,996	0,3	500	0,037	0,16	4,719
4,6,7,13,8	574,439	0,25	625	0,029	0,15	3,979
35,36,39	499,3	0,08	400	0,046	0,17	1,403
39,40,38	498,3	0,133	400	0,046	0,17	2,328
38,33,32,22	492,46	0,233	500	0,037	0,16	3,589
22,20,21	383,44	0,1	400	0,046	0,17	1,347
21,34,22	384,48	0,2	400	0,046	0,17	2,701
14,10,11,12,15	469,9	0,3	500	0,037	0,16	4,409
15,23,25,17	465,82	0,282	500	0,037	0,16	4,108
17,16,18,19	392,7	0,15	400	0,046	0,17	2,069
19,24,17	345,87	0,187	400	0,046	0,17	2,272
42,43,41,44	501,96	0,176	400	0,046	0,17	3,104
44,45,30	439,8	0,17	400	0,046	0,17	2,627
30,27,28,48с	471,75	0,4	625	0,029	0,15	5,228
29,49,50,47,47а,47б,47с,48,48а,48б,48с,30	483,06	0,83	500	0,037	0,16	10,54

 

9.8 Расчет токов короткого замыкания в распределительных сетях до 1 кВ

 

Для расчета токов короткого замыкания для каждой линии составляется расчетная схема и схема замещения (рис. 5, 6), на которые наносятся необходимые данные и указываются точки короткого замыкания. Результаты расчетов токов короткого замыкания в указанных точках заносятся в таблицу 9.8.

 

Рисунок 5 – Расчетная схема распределительной сети 0,4 кВ

 

Рисунок 6 – Схема замещения распределительной сети 0,4 кВ

 

 

Расчет токов короткого замыкания производится в следующей последовательности. Для расчёта выберем жилой дом № 2. Остальные расчёты по жилым домам и общественным зданиям производим аналогично, результаты расчётов заносим в таблицу 21.

Активное  и индуктивное  сопротивления обмоток силовых трансформаторов принимается по таблице Г.1 [1]. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности принимают равными значениям сопротивлений прямой последовательности.

Активное  и индуктивное  сопротивления катушек выключателей допускается принимать по таблице Е.2 [1]. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов, мОм, приведенные к ступени низшего напряжения, определяются по формулам

 

(9.20)

 

(9.21)

 

где:  – потери короткого замыкания в трансформаторе, кВ·А;

 – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

 – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, мОм.

 

 

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельных линий, мОм, определяются по формулам

 

(9.22)

        

(9.23)

 

где:  – активное сопротивление фазы, мОм/м;

     – индуктивное сопротивление фазы, мОм/м;

      – длина линии, м.

 

                             

 

Активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм, определяются по формулам

 

	(9.24)

                                                (9.25)

где: ,  – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм

 

                                

 

                               

Активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности фазы шинопровода, мОм/м, принимают ориентировочно по формулам

 

(9.26)

                                      (9.27)

где:  – активное сопротивление нулевого проводника, мОм/м (табл. И.3).

 

 

Активное и индуктивное сопротивления обратной последовательности кабельных линий, мОм, определяются по формулам

 

(9.28)

(9.29)

 

где:  – активное сопротивление фазы, мОм/м;

 – индуктивное сопротивление фазы, мОм/м;

 – длина линии, м.

 

 

Суммарное активное и суммарное реактивное сопротивления нулевой последовательности, мОм, до точки короткого замыкания определяются по формулам

 

(9.30)

 

(9.31)

)

 

где: ,  – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности понижающего трансформатора, мОм;

,  – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности шинопроводов, мОм;

,  – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельных линий, мОм;

 

           

 

Начальное значение периодической составляющей тока однофазного короткого замыкания, кА, рассчитывается по формуле

 

(9.32)

(

 

где: ,  – соответственно суммарное активное и суммарное реактивное сопротивления прямой последовательности до точки короткого замыкания, мОм;

,  – соответственно суммарное активное и суммарное реактивное сопротивления нулевой последовательности до точки короткого замыкания, мОм

 

 Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания, кА, определяют по формуле

 

	(9.33)

 

Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания, кА, рассчитывается по формуле:

 

	(9.34)

 

Начальное значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания, кА, без учета подпитки от электродвигателей рассчитывается по формуле:

 

(9.35)

где:  – линейное напряжение в точке короткого замыкания, кВ;

,  – соответственно суммарное активное и суммарное реактивное сопротивления прямой последовательности до точки короткого замыкания, мОм.

 

Таблица 21 – Результаты расчета КЗ 0,4 кВ.

<

Место КЗ	, мОм	, мОм	, кА			, кА	, кА
1	8,83	8,89	24,81	0,52	18,23	0,968	21,491
2	8,81	8,88	24,82	0,52	18,27	0,97	21,543
3	8,86	8,93	24,75	0,52	18,17	0,96	21,414