Выбор сечения проводов по экономическим токовым интервалам

Одна из особенностей методов выбора сечений проводов по нормативной экономической плотности тока и экономическим интервалам нагрузки заключается в том, что они базируются на стоимостных показателях оборудования, линий, потерь электроэнергии, которые не остаются постоянными. Поэтому естественными представляются попытки осуществить такой подход, при котором целесообразное решение находилось бы на основании целевой функции, выраженной не в денежных единицах, а в каких‑то других технических единицах. В [52] такой подход предлагается на основании целевой функции, характеризующей затраты электроэнергии на производство проводов линий электропередачи и компенсацию потерь электроэнергии. Возможность рассмотрения такого подхода связана с тем, что при производстве (электролизе) алюминия для проводов линий требуется значительное количество электроэнергии.

Затраты электроэнергии на производство проводов из алюминия можно представить так:

W_пр = W₀m = W₀d₀F = A₁F,
где m – масса 1 км провода;

W₀ – удельный расход электроэнергии на производство проводов из алюминия;

d₀ – объемная масса (плотность) алюминия, кг/(мм² км);

F – сечение провода.

Здесь А₁ = W₀d₀.

Нагрузочные потери электроэнергии в одном проводе одной фазы на 1 км линии в течение ее срока службы Т_сл выразим в виде:

где

Суммарные затраты электроэнергии

Составляющие этой функции представлены на рис. 9.9.

Сечение F_эн, соответствующее минимуму затрат электроэнергии, найдем из уравнения:

Отсюда

Подставляя значения А₁ и А₂, получим:

где авторами [52] названа энергетической плотностью тока.

Расчеты показывают, что энергетическая плотность тока находится в пределах J_эн » 0,3 … 0,15 А/мм², т.е. она существенно ниже нормативной экономической плотности тока (см. параграф 9.8). Следовательно, выбор сечений проводов на основании энергоэкономического подхода будет приводить к большим расходам алюминия, существенному утяжелению опор ВЛ, уменьшению длин пролетов и соответственно увеличению количества опор и другим нежелательным последствиям.

Потери мощности в линиях.

Потери активной мощности в линиях обусловлены активными сопротивлениями проводов и кабелей, а также потерями на корону в воздушных линиях и на токи утечки через изоляцию в кабельных линиях высоких напряжений.

В трехфазной линии, где нагрузка задана в виде полного тока или его активной и реактивной составляющих, потери активной мощности , расходуемые в активном сопротивлении линии на нагрев проводников, определяют по формулам

. (5.1)

Если нагрузка задана в виде полной , активной и реактивной мощности, то те же потери можно найти по выражениям

. (5.2)

Как видно, величина потерь зависит от передаваемой мощности и уровня напряжения. Повышение уровня напряжения позволяет снизить потери активной мощности в сопротивлении линии. Однако следует заметить, что при повышении напряжения в сетях, непосредственно питающих электроприемники, в соответствии со статическими характеристиками нагрузки по напряжению (см.§ 4.5) может увеличиться мощность потребителей и значит передаваемая по линии мощность.

Мощность, передаваемая по линии, включает активную и реактивную составляющие. Если единственным источником активной мощности являются генераторы электрических станций, то реактивная мощность вырабатывается различными устройствами. Причем некоторые из них (компенсирующие устройства) могут устанавливаться вблизи потребителей реактивной мощности. Рассмотрим линию (рис.5.1), по которой передается мощность . Потери активной мощности в ней

.

Установим в конце линии, например, батарею конденсаторов мощностью . При этом передаваемая по линии реактивная мощность снизится до величины , а значит уменьшатся и потери активной мощности

.

Снижение потерь активной мощности составит

(5.3)

Количественной характеристикой эффективности снижения потерь мощности от компенсации реактивной мощности служит экономический эквивалент реактивной мощности

(5.4)

Он показывает, на сколько снижаются потери активной мощности при включении в узле нагрузки компенсирующего устройства величиной .

В воздушных линиях высокого напряжения имеют место потери активной мощности на корону, которые в линиях напряжением 330 кВ и выше определяют по выражению (4.10). Как отмечалось, величина удельных потерь на корону во многом зависит от погодных условий и от напряжения.

Зависимость усредненных потерь мощности на корону от напряжения имеет вид

, (5.5)

где U – напряжение, В.

Таким образом, при повышении уровня напряжения потери активной мощности на корону увеличиваются, но одновременно уменьшаются потери активной мощности в сопротивлении линии.

Для кабелей высокого напряжения потери активной мощности, вызванные токами утечки через изоляцию, можно рассчитать по их активной проводимости

. (5.6)

Наряду с потерями активной мощности в линиях электропередачи теряется и реактивная мощность. Эти потери обусловлены индуктивными сопротивлениями воздушных и кабельных линий .

Если нагрузка линии задана током, то потери реактивной мощности можно найти по формуле

.

Для нагрузки, заданной мощностью, потери реактивной мощности в линии равны

. (5.7)

Наряду с потреблением реактивной мощности линия, обладая емкостной проводимостью и соответствующей ей зарядной мощностью , является источником реактивной мощности. Зарядная мощность линии, определяемая формулой (4.14), в некоторых случаях снижает реактивную мощность, передаваемую по линии, а значит и потери активной и реактивной мощности. Вместе с тем, в режимах наименьших нагрузок, когда имеет место избыток реактивной мощности, зарядная мощность может вызвать увеличение передаваемой по линии реактивной мощности и потерь мощности.