Выбор класса напряжения при проектировании сетей

Статья посвящена основным принципам выбора класса напряжения электрчиеской сети при выполнении проектирования.

Теоретические основы

Выбор класса напряжения при проектировании сетей является комплексным и требует совместного решения задач обеспечения надёжного электроснабжения с одной стороны и минимума капитальных и эксплуатационных затрат. В частности, очевидно, что внутренние электрические сети промышленного предприятия или населенного района не следует выполнять на сверхвысоком классе напряжения, например 500 кВ, и тому есть ряд причин: колоссальные капиталовложения в оборудование не приведут к существенному снижению потерь мощности, поскольку эти потери зависят от напряжения квадратично, но приведут к усложнению эксплуатации, а также нерациональными расходами на содержание и обновление оборудования. В этой связи для выбора класса напряжения могут быть использованы типовые кривые равноэкономичности, которые очерчивают границы оптимального применения классов напряжения на основании расстояния, на которое требуется передать мощность в системе, и мощности, которую требуется передать. Указанные кривые фактически формируют зоны, в которых каждый из классов напряжения наиболее экономически обоснован.

Экономическая целесообразность применения того или иного класса напряжения зависит от совместного влияния нескольких факторов:

• мощности нагрузок;
• расстояния до источников питания;
• географический район проектирования, в том числе какие классы напряжения уже используются;
• способ регулирования напряжения;
• конфигурация электрической сети.

При увеличении класса напряжения в электрической сети происходит следующее:

• снижаются продольные потери электроэнергии;
• уменьшаются сечения проводников;
• увеличивается предел по статической устойчивости;
• упрощается будущее развитие электрческой сети, за счёт наличия запасов пропускной способности сети;
• увеличивается стоимость элементов электрической сети.

Существует три способа для ориентировочного выбора класса напряженяи:

• принять на основе уже существующих классов напряжения;
• графический способ;
• эмперический способ.

Графический способ

Границы равноэкономичности классов напряжения: 1 - 1150 и 500 кВ; 2 - 500 и 220 кВ; 3 - 220 и 110 кВ; 5 - 750 и 330 кВ; 6 - 330 и 150 кВ

Границы равноэкономичности классов напряжения: 4 - 110 и 35 кВ; 7 - 150 и 35 кВ

Рассмотрим следующий простейший пример: необходимо выбрать класс напряжения для передачи 300 МВт на расстояние 400 км. Эта точка попадает в две зоны: зону 220 кВ (между кривыми 2 и 3) и в зону 330 кВ (между кривыми 5 и 6), таким образом между этими двумя классами напряжения и следует производить выбор: формировать варианты развития сети и выполнять проверочные расчёты.

Тем не менее, указанные кривые не являются панацеей с точки зрения выбора номинального напряжения передачи, поскольку имеют целью описать ситуацию в целом без учета конкретных особенностей. Возвращаясь к ранее представленному примеру с недопустимостью применения напряжения 500 кВ в распределительных сетях, можно также указать на то, что при всей парадоксальности предложенного выбора, выбрать между напряжениями 20 и 35 кВ значительно сложнее, поскольку они слишком близки, чтобы принимать в отношении них экспертное решение без дополнительных расчётов. Аналогично, нужно понимать необходимость анализа каждой ситуации в отдельности: в ряде случаев переход на более высокие классы напряжения может стать решением проблем с потерями мощности и и значительным падением напряжения, и наоборот решение о применении низкого класса напряжения позволит значительно сократить капиталовложения и и затраты на эксплуатацию оборудования.

Последние факты указывают на то, что кривые равноэкономичности могут и должны служить инструментом предварительной оценки, но не могут считаться источником истинно верного решения, поскольку всегда требуется дополнительныя оценка схемно-режимной ситуации, в частности, в данном случае серии проверочных расчётов установившихся режимов.

Эмперический способ

Эмперические формулы прняты на основе.

Формула Стилла

[math]\displaystyle U_{ном} = 4,43 \cdot \sqrt{L + 16 \cdot P_{max} }[/math].

Область применимости:

• [math]L \lt 250[/math] км;
• [math] \mid P_{max} \mid \lt 60[/math] МВт.

Формула Зелесского

[math]\displaystyle U_{ном} = \sqrt{ P_{max} \cdot (100 + 15 \sqrt{L}) }[/math].

Область применимости:

• [math]L \lt 1000[/math] км;
• [math]P_{max} \gt 60[/math] МВт.

Формула Илларионова

[math]\displaystyle U_{ном} = \frac{1000}{ \sqrt{ \frac{500}{L} + \frac{2500}{P_{max}} } }[/math].

Область применимости:

• [math]35 \lt U_{ном} \lt 1150[/math] кВ.