В России для питающих линий используются напряжения 35, 110 (150) и 220 кВ. При этом напряжение 150 кВ используется для вновь сооружаемых линий только в том случае, если в данной энергосистеме уже имеются линии с таким напряжением. Следует также иметь в виду, что во вновь проектируемых системах электроснабжения городов и промышленных районов напряжение 35 кВ имеет тенденцию к исчезновению, оставаясь широко применяемым только для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей и небольших (до 5…10 МВт) промышленных предприятий.

При выборе напряжения, прежде всего, следует исходить из технической приемлемостиданного номинального напряжения. Под технической приемлемостью понимается возможность в любых режимах, как нормальных, так и послеаварийных, обеспечить в наиболее удаленных точках сети требуемый уровень напряжения (с учетом диапазона регулирования устройств РПН трансформаторов на подстанциях потребителей). А также возможность в послеаварийном режиме длительно и без недопустимого перегрева пропускать по сети токи, необходимые для нормального функционирования потребителей. Чем выше напряжение, тем легче выполнить эти требования, так как при большем напряжении и токи меньше, и потеря напряжения ниже. Но линии электропередачи и особенно подстанции при более высоком напряжении становятся значительно дороже. Поэтому при выборе того или иного номинального напряжения следует учитывать его экономическую целесообразность.Это значит, что чтобыпринять напряжение выше, чем минимальное технически приемлемое, нужно сделать экономическое обоснование.

Для выбора технически приемлемого напряжения можно воспользоваться эмпирическими формулами, показывающими зависимость технически приемлемого напряжения от активной мощности, приходящейся на одну цепь , и расстояния , на которое эту мощность нужно передать, то есть в виде: .

В технической литературе представлено несколько эмпирических формул. Здесь отметим лишь две.

1.Формула Стилла: ; применяется при км и МВт.

2.Формула Илларионова: .

Формула Илларионова не имеет ограничений ни по расстоянию, ни по передаваемой мощности. При подстановке расстояния в км, а мощности в МВт обе формулы дают результат в кВ.

Однозначно выбрать напряжение по эмпирическим формулам можно только в том случае, если полученное значение близко к одному из стандартных. Если же полученное по формуле значение находится в середине между стандартными, то следует рассмотреть оба варианта и, если оба технически приемлемы, то выбрать лучший, произведя их технико-экономическое сравнение.

Вместе с тем существует инструмент выбора номинального напряжения, учитывающий одновременно, как технические, так и экономические характеристики вариантов, включая как линии, так и подстанции.

Его сущность состоит в следующем. Если рассмотреть два варианта сооружения электропередачи для двух смежных по шкале номинальных напряжений и , то затраты по каждому варианту можно представить в виде: и .

Варьируя значения L и P, можно подобрать такие их пары, для которых , то есть оба варианта являются равнозатратными. Совокупность точек на плоскости L, P с координатами , для которых , представляет собой кривую, являющуюся границей областей применения напряжений и . Если на плоскости L, P построить такие границы для нескольких пар смежных номинальных напряжений, то получится номограмма, удобная для практического использования. Такие номограммы, называемые “области применения электрических сетей разных номинальных напряжений”, имеются в справочной литературе, например в [3].

Пользоваться номограммами достаточно легко: по осям откладывают заданные значения L и P и смотрят, в область какого номинального напряжения попадает точка с этими координатами. Но при этом необходимо помнить, что эти номограммы построены для определенного сочетания технических и экономических условий, таких как район сооружения, тип применяемых опор, число часов использования максимума, стоимость электроэнергии и электрооборудования и др. При изменении этих условий граница неизбежно смещается. Поэтому достоверный результат получается только в том случае, если точка попадает примерно в центр области применения какого-то номинального напряжения. Если же точка попадает близко к границе, то следует рассмотреть варианты использования обоих номинальных напряжений, с обеих сторон границы. Кроме того, номограммы не имеют ограничений ни справа, ни сверху, поэтому при очень малых длинах, а также при очень малых мощностях могут давать ошибочный результат.

Можно также выбрать номинальное напряжение, ориентируясь по таблицам “пропускной способности и дальности линий электропередачи”, составленным на основе практики проектирования, строительства и эксплуатации ЛЭП. Таблицы опубликованы в литературе, например в [5]. Задавшись конкретным сочетанием L и P, по таблице легко выбрать напряжение, которое для этого сочетания чаще всего используется. Кстати, там же приводятся и наименьшие и наибольшие сечения проводов, используемые для разных номинальных напряжений.

Недостаток этого способа определения номинального напряжения состоит в том, что он целиком опирается на прошлый опыт электроэнергетики, причем за достаточно большой период, и совершенно не учитывает новых тенденций (изменение цен, новое оборудование, новые технические решения и др.).

Таким образом, для определения номинального напряжения существует несколько способов, но ни один из них не может дать гарантированного результата во всех случаях. Поэтому к номинальному напряжению, выбранному на этом этапе, следует относиться, как к предварительному. В дальнейшем оно может уточняться.

Во всех случаях выбор напряжения следует начинать с головных участков, как наиболее загруженных. По мере удаления от источника питания номинальное напряжение может быть уменьшено на одну ступень. Исключение составляет кольцевая сеть: для всех участков применяется одно и то же номинальное напряжение.

Выбор сечений проводников

Все реальные проводники обладают некоторым активным сопротивлением, поэтому при пропускании тока греются, то есть часть передаваемой по линии электропередачи мощности неминуемо расходуется на этот нагрев. При этом суммарные потери электроэнергии в электрических сетях достигают колоссальных объемов. Существует только один способ снижения этих потерь - это уменьшение активного сопротивления проводников.

При обычных температурах уменьшить сопротивление проводника из алюминия или меди можно только путем увеличения его сечения. Но увеличение сечения влечет за собой увеличение стоимости ЛЭП. Таким образом, увеличению сечения сопутствуют два конкурирующих фактора. С одной стороны это снижение затрат на компенсацию потерь электроэнергии. С другой – увеличение затрат на сооружение ЛЭП. Понятно, что увеличение сечения выгодно лишь до тех пор, пока первый фактор действует сильнее, чем второй. Сечение, которое соответствует минимуму затрат, называют экономически целесообразным. Выбор экономически целесообразного сечения может производиться разными методами. В курсовом проекте рекомендуется использовать метод экономической плотности тока или метод экономических интервалов.

При выборе сечения, как и при решении любой технико-экономической задачи, необходимо учитывать и существующие технические ограничения.