12.8. Выбор проводников линий электропередачи по условию нагревания

Все проводники линий электропередачи должны выбираться (или прове­ряться) по условию нагревания. Это требование связано с тем, что для проводни­ков воздушных и кабельных линий устанавливаются вполне определенные дли­тельно допустимые температуры. При чрезмерном нагреве проводника и после­дующем охлаждении он может потерять свои механические свойства. В воздуш­ных линиях при нагреве проводов происходит увеличение их длины в пролете и, как следствие, увеличивается стрела провеса, что может привести к недопустимо­му уменьшению расстояния проводов до земли и до пересекаемых инженерных сооружений. На воздушных линиях всегда имеются вдоль длины соединения про­водов, а также места присоединения проводов к концевым устройствам на под­станциях. Контактные соединения со временем окисляются, причем тем больше, чем выше их температура. Следствием этого является увеличение их сопротивле­ний с последующим их нагреванием, приводящим к разрушению. Для сталеалюминевых проводов может быть допущена температура 120°С. Однако с учетом возможного окисления контактов при выборе площади сечения проводников она принимается равной 70°С.

Длительно допустимый ток I_ДОП можно найти из уравнения теплового балан­са провода в установившемся режиме:

где R_t — сопротивление провода при эксплуатационной температуре, Ом/м; Q_p__

теплота, поглощенная проводом от действия солнечной радиации, Вт/м; ω_к, ω_л — коэффициенты теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м°С); Т_П — до­пустимая температура провода; Т_В — расчетная температура воздуха.

В кабельных линиях при протекании тока нагреваются жилы кабеля и со­ответственно, изоляция жил. Допустимую температуру устанавливают с учетом старения изоляции кабеля, которая в зависимости от типа кабеля, вида изоляции и номинального напряжения находится в пределах от 50 до 80°С.

Допустимые токи для стандартных марок проводов воздушных линий и площадей сечений различных типов кабелей приводятся в справочной литературе [6,12] при расчетной температуре окружающей средь, для проводников, прокладываемых в воздухе - 25°С, а в земле или в воде — 15°С. Если фактическая температура отличается

от расчетной, то вводится поправочный коэффициент k_t, также приводимый в спра­вочной литературе, а допустимый ток определяется по формуле

В условиях проектирования обычно принимают k_t = 1.

Для кабельных линий применяют также поправочный коэффициент, учиты­вающий прокладку нескольких рядом расположенных кабелей, т. к. они оказыва­ют тепловое влияние друг на друга.

На рис. 12.12 приведена зависимость длительно допустимого тока от пло­щади сечения алюминиевых проводов воздушных линий, которая не является ли­нейной. Это означает, что с увеличением площади сечения эффективность ее ис­пользования для пропускания тока снижается, что иллюстрирует зависимость плотности тока J_ДОП. При увеличении площади сечения с 25 до 500 мм" допустимая плотность тока снижается с 5,4 до 1,9 А/мм².

При выборе (проверке) проводников по условию нагревания следует при­нимать такую наименьшую площадь сечения, при которой наибольший рабочий ток I_НБ не более допустимого

(12.61)

В соответствии с ПУЭ [12] в качестве I_НБ принимают наибольший средний получасовой ток суточного графика нагрузки.

Вместо допустимого тока иногда используют понятие допустимой мощно­сти по условию нагревания

Из рис. 12.12 и параграфа 12.6 следует, что допустимая плотность тока по ус­ловию нагревания всегда выше нормативной экономической плотности тока J_ДОП > J_Э. Поэтому в разомкнутых сетях площади сечения проводников, выбранные по норма­тивной экономической плотности тока, выше, чем выбранные по допустимому току. В таких случаях наибольший ток совпадает с расчетным I_НБ. Следовательно, нет не­обходимости проверять площади сечения по нагреванию.

Если же площади сечения проводников выбраны по другим критериям, то в разомкнутых сетях их надо проверять дополнительно по I_ДОП. В случаях замкнутой сети или состоящей из нескольких параллельных линий наибольшие токи возни­кают чаще всего в послеаварийных и ремонтных режимах. Так, при двух парал­лельных линиях (рис.12.13, а) наибольший ток одной из линий будет иметь место при отключении другой линии. В замкнутой сети (рис. 12.13, б) следует рассмат­ривать послеаварийные режимы, приведенные на рис. 12.13, в, г. д, для случаев поочередного отключения одной из линий. При этом очевидно, что наибольший ток в линии 12 будет при отключении линии 13 (I_2НБ+ I_3НБ)> а в линии 13 при от­ключении линии 12 (также I_2НБ+ I_3НБ). Что касается линии 23, то наибольший ток будет при отключении линии 12, если I_2НБ > I_3НБ, и при отключении линии 13, если I_3НБ > I_2НБ. В нормальном режиме, когда ни одна из линий не отключена, ток в ли­нии 23 будет меньше, чем в наихудшем режиме из двух предыдущих. Что касается режима по рис.12.13. д, то он в данном случае является избыточным, т. к. токи в нем по линиям 12 и 13 будут меньшими, чем соответственно в режимах по 12.13, г и 12.13, в Таким образом, применительно к каждой конкретной схеме сети следует на основе анализа предварительно наметить послеаварийные режи­мы, в которых могут возникать наибольшие токи той или иной линии.

Рис. 12.12. Зависимость допустимого тока I_ДОП и допустимой плотности тока J_ДОП от площади сечения провода воздушной линии

Рис.12.13. Схема сети: а — из двух параллельных линий;

б — замкнутой сети в нормальном режиме; в, г, д — замкнутой сети в послеаварийных режимах