Особенности расчета сетей со стальными проводами

6.12. Особенности расчета сетей со стальными проводами

При небольшой нагрузке линий, когда сечение проводов из цветного металла принимается не по потере напряжения, а из условий механической прочности, может оказаться целесообразным вместо проводов из цветного металла применять стальные провода.

Приведем пример. Передаваемая мощность Р = 25 кВт, расстояние передачи L = 10 км, напряжение U = 6 кВ, cosj = 0,8, D_cр = 1 м.

Из условий механической прочности наименьшие допустимые сечения проводов для меди – 10 мм², для алюминия – 16 мм².

Найдем ток

                                   

Определим потерю напряжения для медных проводов

Для алюминиевых проводов

            

По допустимой потере напряжения DU% = 8% сечение проводов было бы порядка 2 мм².

Приняв стальной провод, имеющий большую механическую прочность, но худшие электрические характеристики, можно получить более дешевую линию и сэкономить цветной металл, не выходя за пределы допустимой потери напряжения.

Возможные области применения стальных проводов ограничиваются слабонагруженными и не слишком длинными линиями на напряжение 6‑35 кВ и распределительными сетями 380/220 В.

Расчет стальных проводов для постоянного тока ничем не отличается от расчета медных и алюминиевых проводов. Для переменного тока расчет стальных проводов осложняется, вследствие магнитных свойств стали. Активное сопротивление стального провода из‑за поверхностного эффекта и потерь на перемагничивание (гистерезис) значительно больше соответствующего сопротивления медных и алюминиевых проводов и зависит от протекающего тока. Причиной этого является сравнительно сильное магнитное поле, обусловленное большой магнитной проницаемостью стали. Вызываемая сильным переменным магнитным полем ЭДС самоиндукции создает также большое индуктивное сопротивление провода, зависящее от протекающего тока.

Поясним зависимость сопротивлений от тока: магнитная проницаемость стали зависит от степени магнитного насыщения, которая определяется величиной напряженности магнитного поля, пропорциональной току.

Индуктивное сопротивление одной фазы на 1 км трехфазной линии:

                      
или

                                         ,
где  ‑ внешнее индуктивное сопротивление провода;

 ‑ внутреннее индуктивное сопротивление провода.

Активное сопротивление стального провода и  являются некоторыми функциями тока:

                                             r₀ = f(I)
и

                                          

Математическое (точное) выражение этих зависимостей неизвестно, поэтому для определения r₀ и  приходится пользоваться опытными кривыми или таблицами, которые дают r₀ и  в зависимости от тока или плотности тока в проводе.

По величине активного и индуктивного сопротивлений стальных проводов находится потеря напряжения в линии

                   

Сечение стальных проводов определяют подбором.

Для ориентировки в выборе сечения укажем, что в большинстве случаев плотность тока в проводах получается в пределах 0,5 – 1 А/мм². Можно задаться указанной плотностью тока, по ней определить сечение и подсчитать потерю напряжения.