Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №1
«Конструкции линий электрических сетей.
Определение наибольшей потери напряжения в ЛЭП»
Цель работы: Изучить конструктивные особенности воздушных и кабельных ЛЭП, научится производить расчеты поперечного сечения проводов, определять потерю напряжения в ЛЭП.
1 Конструктивные элементы воздушных линий электропередачи
Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначе ны для передачи электроэнергии на расстояние по прово дам. Основными конструктивными элементами ВЛ являют ся провода, тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура. Провода служат для передачи электроэнергии. В верхней части опор над проводами для защиты ВЛ от грозовых пе ренапряжений монтируют грозозащитные тросы.
Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы изолиру ют провода от опоры. С помощью линейной арматуры про вода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах. В некоторых случаях провода ВЛ с помощью изоляторов и линейной арматуры прикрепляются к кронштейнам ин женерных сооружений.
Наибольшее распространение получили одно- и двухцепные ВЛ. Одна цепь трехфазной ВЛ состоит из прово дов разных фаз. Две цепи могут располагаться на одних и тех же опорах.
2 Провода ВЛ и тросы
На ВЛ применяются неизолированные провода, т. е. без изолирующих покровов. Наиболее распространены на ВЛ провода алюминиевые, сталеалюминевые, а также из сплавов алюминия — АН, АЖ. Медные провода в настоя щее время не используются на ВЛ без специальных техни ко-экономических обоснований. Обычно не рекомендуется применять на ВЛ стальные провода.
Грозозащитные тросы, как правило, выполняются из стали. В последние годы грозозащитные тросы ис пользуются для организации высокочастотных каналов связи. Такие тросы выполня ются сталеалюминевыми.
1 — провода; 2 — изоляторы; 3 — грозо защитный трос; 4 — тросостойка; 5 — траверсы опоры; 6 — стойка опоры; 7 — фундамент опоры
Рисунок 1 - Промежуточная металли ческая опора одноцепной линии
Конструкции и общий вид неизолированных прово дов приведены на рис. 2, а. Во многопроволочных проводах из двух метал лов — сталеалюминевых проводах (рис. 2, г) — внутрен ние проволоки (сердечник провода) выполняются из стали, а верхние — из алюминия.
Стальной сердечник увеличивает механическую проч ность, алюминий же — токопроводящая часть провода. По лые провода (рис. 2, д) изготовляют из плоских проволок, соединенных друг с другом в паз, что обеспечивает конст руктивную прочность провода. У таких проводов больший по сравнению со сплошными диаметр, благодаря чему по вышается напряжение появления коронирующего разряда на проводах и значительно снижаются потери энергии на корону. Полые провода применяются на ВЛ редко, они главным образом используются для ошиновки подстанций 330 кВ и выше. Для снижения потерь электроэнергии на корону ВЛ при кВ каждая фаза ВЛ расщепляет ся на несколько проводов.
а — общий вид многопроволочного провода; б — сечение однопроволочного прово да; в, г — сечения многопроволочных проводов из одного и двух металлов; д — се чение пустотелого провода
Рисунок 2 - Конструкции проводов ВЛ
Материал проводов должен иметь высокую электриче скую проводимость. На первом месте по проводимости сто ит медь (удельная проводимость ), затем алюминий ; сталь имеет значительно более низкую проводимость . Провода и тросы должны быть вы полнены из металла, обладающего достаточной прочно стью. По механической прочности на первом месте стоит сталь. Материал проводов и тросов должен быть стойким по отношению к коррозии и химическим воздействиям.
Марки выпускаемых алюминиевых проводов – А, АКП (коррозийностойкий).
Провода из сплавов алюминия (АН — нетермообработанный, АЖ — термообработанный сплав) имеют большую механическую прочность и примерно такую же проводи мость, как и провода марки А.
Сталеалюминиевые провода наиболее широко применя ются на ВЛ. Проводимость стального сердечника не учи тывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части. В соответствии с ГОСТ 839-80 выпускаются сталеалюминиевые провода марок АС, АСКС, АСКП, АСК.
Провод марки АС состоит из стального сердечника и алю миниевых проволок. Провод предназначается для ВЛ при прокладке их на суше, кроме районов с загрязненным вред ными химическими соединениями воздухом. Коррозионно-стойкие провода АСКС, АСКП, АСК предназначены для ВЛ, проходящих по побережьям морей, соленых озер и в промышленных районах с загрязненным воздухом; АСКС и АСКП — это провода марки АС, но межпроволоч ное пространство стального сердечника (С) или всего про вода (П) заполнено нейтральной смазкой повышенной тер мостойкости; АСК — провод марки АСКС, но стальной сер дечник изолирован двумя лентами полиэтиленовой пленки.
В обозначение марки провода вводится номинальное се чение алюминиевой части провода и сечение стального сер дечника, например АС 120/19 или АСКС 150/34.
3 Опоры ВЛ
Опоры ВЛ делятся на анкерные и промежуточные. Опо ры этих двух основных групп различаются способом под вески проводов. На промежуточных опорах провода подве шиваются с помощью поддерживающих гирлянд изолято ров (рис. 3). Опоры анкерного типа служат для натяжения проводов, на этих опорах провода подвешива ются с помощью подвесных гирлянд. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным про летом или просто пролетом, а расстояние между анкерны ми опорами — анкерным пролетом.
Рисунок 3 - Схема анкерного пролета ВЛ и пролета пересечения с желез ной
дорогой
Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепле ния проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересе чениях особо важных инженерных сооружений (например, железных дорог, ВЛ 330—500 кВ, автомобильных дорог шириной проезжей части более 15 м и т. д.), на концах ВЛ и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры на прямых участках трассы ВЛ при подвеске проводов с обеих сторон от опоры с одинаковыми тяжениями в нормальных режимах работы ВЛ выполняют те же функции, что и про межуточные опоры. Но анкерные опоры рассчитываются также и на восприятие значительных тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежу точных и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным.
В наихудших условиях находятся концевые анкерные опоры, устанавливаемые при выходе линии с электростан ции или на подходах к подстанции. Эти опоры испытывают одностороннее тяжение всех проводов со стороны линии, так как тяжение проводов со стороны портала подстанции незначительно.
Промежуточные прямые опоры устанавливаются на прямых участках ВЛ для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изго товлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорван ных проводах, т. е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют не менее 80—90 % общего числа опор ВЛ.
Угловые опоры устанавливают в точках поворота линии.
На ВЛ применяются специальные опоры сле дующих типов: транспозиционные — для изменения по рядка расположения проводов на опорах; ответвительные — для выполнения ответвлений от основной линии; пе реходные — для пересечения рек, ущелий и т. д.
Деревянные опоры широко применяют на ВЛ до 110 кВ включительно. Разработаны деревянные опоры также и для ВЛ 220 кВ, но они не нашли широкого рас пространения. Достоинства этих опор — малая стоимость.
Металлические опоры (стальные), применяемые на ли ниях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, доста точно металлоемкие и требуют окраски в процессе эксплуа тации для защиты от коррозии. Эти опоры по конструктивному решению тела опоры могут быть отнесе ны к двум основным схемам — башенным или одностоеч ным (рис. 1) и портальным (рис. 4, а), а по способу за крепления на фундаментах — к свободностоящим опорам (рис. 1 и 5) и опорам на оттяжках (рис. 4, а—в). Не зависимо от конструктивного решения и схемы металличе ские опоры выполняются в виде пространственных решет чатых конструкций (рис. 4, г). Унифицированная одноцепная промежуточная опора ВЛ 110 кВ показана на рис. 1, а двухцепная ВЛ 220 кВ — на рис. 5,а.
а - промежуточная одноцепная на оттяжках 500 кВ; б-промежуточная V-образная 1150 кВ; в - промежуточная опора ВЛ постоянного тока 1500 кВ; г - элементы пространственных решетчатых конструкций
Рисунок 4 - Металлические опоры
а — промежуточная 220 кВ; б — анкерная угловая 110 кВ
Рисунок 5 - Металлические свободностоящие двухцепные опоры
4 Изоляторы и линейная арматура
Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на ВЛ и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготовляются они из фарфора или закаленного стекла. По конструкции изоляторы разделяют на штыревые и подвесные.
Штыревые изоляторы применяются на ВЛ напряжени ем до 1 кВ и на ВЛ 6—35 кВ (35 кВ — редко и только для проводов малых сечений). На номинальное напряжение 6—10 кВ и ниже изоляторы изготовляют одноэлементными (рис. 6, а), а на 20—35 кВ — двухэлементными (рис. 6,б)
а — штыревой 6—10 кВ; б — штыревой 20—35 кВ; в — подвесной тарельчатого типа
Рисунок 6 - Штыревые и подвесные изоляторы
В условном обозначении изолятора буква и цифры обозначают: Ш — штыревой; Ф (С)—фарфоровый (стек лянный); цифра — номинальное напряжение, кВ; послед няя буква А, Б, В — исполнение изолятора.
Подвесной изолятор тарельчатого типа наиболее рас пространен на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Подвесные изоляторы (рис. 6, в) состоят из фарфоровой или стек лянной изолирующей части 1 и металлических деталей — шапки 2 и стержня 3, соединяемых с изолирующей частью посредством цементной связки 4. На рис. 6, в показан фарфоровый изолятор нормального исполнения. Для ВЛ в районах с загрязненной атмосферой разработаны конст рукции изоляторов грязестойкого исполнения с повышен ными разрядными характеристиками и увеличенной дли ной пути утечки. В условном обозначении изолятора буквы и цифры означают: П — подвесной; Ф (С)—фарфоровый (стеклянный); Г — для загрязненных районов; А, Б, В — исполнение изолятора.
Подвесные изоляторы собирают в гирлянды которые бывают поддерживающими и натяжны ми. Первые монтируют на промежуточных опорах, вто рые — на анкерных. Число изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии. Например, в поддерживающих гир ляндах ВЛ с металлическими и железобетонными опорами 35 кВ должно быть 3 изолятора; 110 кВ — 6—8, 220 кВ — 10—14 и т. д.
Линейная арматура, применяемая для крепления прово дов к изоляторам и изоляторов к опорам, делится на сле дующие основные виды: зажимы, применяемые для закреп ления проводов в гирляндах подвесных изоляторов; сцепную арматуру для подвески гирлянд на опорах и сое динения многоцепных гирлянд друг с другом, а также сое динители для соединения проводов и тросов в пролете.
5 Конструкция кабелей и кабельные линии
Силовые кабели состоят из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от вла ги, кислот и механических повреждений накладывают за щитную оболочку и стальную ленточную броню с защит ными покровами. Токопроводящие жилы, как правило, из готовляются из алюминия как однопроволочными (сечением до 16 мм2), так и многопроволочными. Применение кабе лей с медными жилами предусмотрено только в специаль ных случаях, например во взрывоопасных помещениях, в шахтах, опасных по газу и пыли. На переменном токе до 1 кВ применяют четырехжильные кабели, сечение четвер той, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях переменного тока до 35 кВ — трехжильные, кабели 110 кВ и выше — одножильные. На постоянном токе применяют одножильные и двухжильные кабели.
Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токопроводящие жилы.
Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для ее предохранения от влаги и воздуха, бывают свинцо выми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Реко мендуется широко использовать кабели в алюминиевой оболочке. Кабели в свинцовой оболочке предусмотрены для прокладки под водой, в угольных и сланцевых шахтах, в особо опасных коррозионно-активных средах. В осталь ных случаях выбор кабелей в свинцовой оболочке надо специально технически обосновать.
Свинцовые, алюминиевые или поливинилхлоридные оболочки надо защитить от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают броню из стальных лент или проволок. Алюминиевая оболочка и стальная броня в свою очередь подлежат защите от коррозии, хими ческого воздействия и блуждающих в земле токов. Для этого между оболочкой и броней, а также поверх брони накладывают внутренний и внешний защитные покровы. Внутренний защитный покров (или подушка под броней) — это джутовая прослойка из хлопчатобумажной пропитан ной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги. Поверх этой бумаги накладывают еще две поливинилхлоридные ленты. Наружный защитный покров — также из джута, пропитанного антикоррозионным составом.
Кабели напряжением до 10 кВ изображены на рис. 7, а, б. На рис. 7, а показан четырехжильный кабель до 1 кВ: 1 — токопроводящие фазные жилы; 2 — бумажная фазная и поясная изоляция; 3—алюминиевая или свинцо вая защитная оболочка; 4 — стальная броня; 5 — защит ный покров; 6 — бумажное заполнение; 7 — нулевая жила. На рис. 7,б изображен трехжильный кабель 1—10 кВ с бумажной изоляцией: 1 — медная или алюминиевая токопроводящая жила; 2 — фазная изоляция; 3 — общая по ясная изоляция; 4 — свинцовая или алюминиевая оболоч ка; 5 — подушка под броней; 6 — стальная броня; 7— за щитные покровы; 8 — заполнение.
Каждая из трех жил кабелей 1—10 кВ имеет сектор ную форму и обмотана фазной изоляцией (двумя или бо лее слоями лентами пропитанной кабельной бумаги). Про странство между жилами заполняют жгутами из сульфат ной бумаги 8. Поверх жил накладывают общую поясную изоляцию 3 той же структуры, что и фазная изоляция жил кабеля (рис. 7, б).
Трехжильные кабели 20—35 кВ состоят из отдельно освинцованных или экранированных жил (рис. 7, г, д). В первом случае (рис. 7, д) бесшовная свинцовая обо лочка 4 положена поверх бумажной фазной изоляции каж дой жилы 3. В кабеле с экранированными жилами поверх бумажной изоляции каждой жилы наложен экран — слой перфорированной медной ленты или ленты из перфориро ванной металлизированной бумаги.
Свинцовые оболочки поверх жил выравнивают и тепловые поля в изоляции фаз. В кабеле на 20 и 35 кВ на рис. 7, д: 1 — круглая токопроводящая жила; 2 — полупроводящие экраны; 3 — фазная изоляция; 4 — свинцовая оболочка; 5 — подушка. Промежутки между освинцованными жилами заполнены пропитанной кабель ной пряжей 6. Все три жилы скручены друг с другом и по крыты стальной броней 7. Защитный покров от коррозии — кабельная пряжа 8, пропитанная битумным составом.
Газонаполненные кабели применяются при напряжении 10—110 кВ. Это освинцованные кабели с изолирующей бумагой, пропитанной относительно малым количеством компаунда. Кабель находится под небольшим избыточным давлением инертного газа (обычно азота), что значитель но повышает изолирующие свойства бумаги. Постоянство давления обеспечивается тем, что утечки газа компенсиру ются непрерывной подпиткой.
Кабели переменного тока 110 и 220 кВ изготовляют маслонаполненными и, как правило, одножильными. Конструк ция маслонаполненного кабеля с бумажной пропитанной изоляцией на 110 и 220 кВ изображена на рис. 7, е: 1— маслопроводящий канал; 2 — полая токопроводящая жила, скрученная из фасонных луженых проволок; 3 — экран из двух-трех лент полупроводящей бумаги; 4 — изоляция; 5 —металлическая оболочка; 6— подушка из поливинилхлоридных лент; 7—медные усиливающие ленты; 8 — броня; 9 — защитные покровы.
Эти кабели изготовляются с изоляцией из бумажных лент различной плотности, про питанных высоковольтным нефтяным или синтетическим маслом малой вязкости. Маслопроводящий канал 1 этих кабелей через специальные муфты периодически по трассе прокладки соединяется с баками давления, которое может
а — четырехжильный до 1 кВ; б— с бумажной пропитанной изоляцией 1—10 кВ; в, г — электрическое поле в кабеле с поясной изоляцией и экранированными или освинцованными жилами; д — на напряжение 20—35 кВ; е — маслонаполненный низкого давления 110—220 кВ; ж — маслонаполненный высокого давления 220 кВ
Рисунок 7 - Силовые кабели
достигать 0,3 МПа. Избыточное давление масла исклю чает возможность образования пустот в изоляции кабеля и значительно повышает его электрическую прочность. По значению давления, под которым находится масло, кабели делятся на кабели низкого (рис. 7, е) и высокого давле ния. Длительно допустимое избыточное давление масла в кабелях низкого давления должно быть в пределах 0,06— 0,3 МПа, а в кабелях высокого давления—1,1—1,6 МПа. Кабели высокого давления наиболее целесообразны на 220—500 кВ при прямых трассах. Конструкция такого ка беля 220 кВ показана на рис. 7, ж. Три однофазных ка беля размещены в стальном трубопроводе 1, покрытом за щитным покровом 7 и заполненном изоляционном маслом 6 под избыточным давлением до 1,5 МПа. Токоведущая жила 4 из медных круглых проволок имеет бумажную изо ляцию 3 с вязкой пропиткой. Поверх изоляции и полупро водящих бумажных лент наложена медная перфорирован ная лента 2 (экран), а сверх нее — две бронзовые полу круглые проволоки 5, которые служат для механической защиты изоляции от повреждений во время протягивания в стальном трубопроводе и, кроме того, способствуют улуч шению циркуляции масла. Свинцовая оболочка на таком кабеле нужна только на период транспортировки и хране ния; перед затягиванием кабеля в стальной трубопровод ее снимают.
Марки кабелей состоят из начальных букв слов, харак теризующих их конструкцию. Первая буква А соответству ет алюминиевым жилам, отсутствие обозначения — медным. Оболочки кабелей обозначаются буквами: А — алю миниевая, С — свинцовая, В — поливинилхлоридная, Н — резиновая, наиритовая; П — полиэтиленовая; кабели с отдельно освинцованными жилами маркируются буквой О. Обозначения марок кабелей с различными бронирован ными защитными покровами отмечаются следующими бук вами: Б — стальные ленты, П — плоские стальные оцинко ванные проволоки, К — такие же проволоки, но круглые. Отсутствие в конструкции кабеля брони и защитного слоя обозначается буквой Г. Маслонаполненные кабели низкого давления маркируются буквами МП в начале названия кабеля, кабели высокого давления — буквами МВД.
Рядом с маркой кабеля обычно указывают число и се чение токоведущих жил кабеля. Например, СБ 3X95 означает: кабель в свинцовой оболочке, бронированный
На переходах через автомобильные дороги и под же лезнодорожными путями кабель прокладывают в асбестоцементных или бетонных трубах.
При прокладке большого количества кабелей применяют коллекторы, туннели, ка налы и блоки. Коллектор предназначен для совместного размещения в нем кабельных линий, водопровода и тепло провода. Применение коллекторов целесообразно при соо ружении новых или при реконструкции существующих улиц крупных городов. Туннель предназначен для прокладки только кабельных линий (силовых и связи). Туннели и коллекторы могут быть круглыми и прямоуголь ными. Емкость одного туннеля — от 20 до 50 кабелей. При меньшем количестве кабелей применяются кабельные ка налы.
6 Определение наибольшей потери напряжения
При расчете проводов учитывают не падение напряжения, которое является геометрической величиной и регламентируется ГОСТом 13109-87 «Электроэнергия. Общие требования к качеству электроэнергии общего назначения», а потерю напряжения, поскольку работа токоприемников зависит от абсолютного значения подводимого к ним напряжения.
Рассмотрим схему замещения распределительной сети, приведенную на рис.8 При электрическом расчете из вестны мощности в узлах Sk, напряжение в начале линии U1, сопротивление участков линии Zkj, где k—номер узла начала участка линии (k=1,2); j — номер узла конца участка линии (j=2,3). Надо определить напряжения в уз лах и мощности на участках линии Skj,.
Рисунок 8 - Схема замещения распределительной сети
Мощности Skj определяются по первому закону Кирхгофа:
; . (1)
При этом активные и реактивные мощности на участках линии равны
Р23 = Р3; Р12= Р2 + Р3; (2)
Q23 = Q3; Q12= Q2 + Q3; (3)
При расчете напряжений необходимо проверить, чтобы самое низкое из напряжений в узлах было не меньше до пустимого. Вместо определения самого низкого из напря жений в узлах обычно определяют наибольшую потерю напряжения. Разница между напряжениями источника пи тания и узла с самым низким напряжением называется наи большей потерей напряжения. Для сети на рис.8 ∆Uнб = U1 – U3.
Наибольшая потеря напряжения в общем случае
(4)
где ∆Ukj — потери напряжения на участке линии; m — число участков линии, и может быть вычислена так:
(5)
Здесь rkj — активное сопротивление участка линии; xkj — реактивное сопротивление на участке линии; Pkj, Qkj — активная и реактивная мощности на участке линии.
Реактивная мощности на участке линии определяется через активную мощность выражением:
Qkj = Pkj∙tgφ (6)
Если выразить потоки мощности в линии через мощно сти нагрузки, то выражение (5) можно записать проще. Для этого запишем (5) для схемы рис. 8, а так:
(7)
Придадим этой формуле другой вид, учитывая (1) — (3) и обозначив
r2 = r12 (8)
r3 = r12 + r23 (9)
x2 = x12 (10)
x3 = x12 + x23 (11)
Для этого подставим выражения (2)—(3) в (7) и используем (8)—(11). Тогда
(12)
или
(13)
где Pk, Qk — мощность нагрузки k-го узла; rk, xk — сопро тивление от узла 1 до узла k; n — количество узлов.
Формула (13) справедлива для любого количества узлов.
Если сечения проводов Fkj на всех участках линии оди наковы, то
(14)
где lk — расстояние от узла 1 до узла k.
r0, x0 – соответственно удельное активное и удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км, приводятся в справочных таблицах.
PAGE 2