CC BY
30
АНАЛИЗ МЕТОДИКИ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ТОКА Султанов Р.А.1, Пак В.Е.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5
1Султанов Рахман Алимирзаевич - студент;
2Пак Виктор Евгеньевич - студент;
3Якубова Екатерина Евгеньевна - студент;
4Тимохин Роман Владимирович - студент;
5Лавренчук Ольга Эдуардовна - студент, специальность: электроэнергетические сети и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва
Аннотация: в статье анализируется методика выбора сечений проводов воздушной линии электропередачи с использованием экономической плотности тока, рассматриваются основные принципы, на которых основана методика и определяются достоинства и недостатки методики.
Ключевые слова: оптимальное сечение проводов воздушной линии электропередачи, метод экономической плотности тока, экономическая плотность тока.
УДК 621.31
Проанализируем наличие экстремума функции затрат на сооружение и эксплуатацию линий электропередачи, введя при этом следующие допущения [1]:
- зависимость стоимости сооружения 1 км. линии (К0) прямо пропорционально сечению (Б):
К = (1)
где К0- компонент К0лэп, не зависящий от сечения, руб/км; К^ - коэффициент определяющий наклон зависимости К0 = / (Г) по отношению к горизонтальной оси, руб(км-мм2)
- равенство погонного активного сопротивления омическому:
Г0 = Г(\_ом\ = Рпр / ^ , (2)
где р - удельное сопротивление материала, Ом-мм2/км
- отсутствие потерь на «корону» в воздушных линия (ДРкор = 0 ) и диэлектрических потерь в кабельных линиях (ДРдиэл. = 0 )
- отсутствие ущерба от перерыва электроснабжения потребителей (У=0)
При этих допущения приведенные затраты на линию электропередачи длиной Ь в соответствии с общим выражением определяются следующим образом [2]:
Зл = ЕнКл + З„ = СЕн +ал)• Кл + зэ • АЗ,, (3)
где АЭл = АРнб • Г ■• 10-3 = 312Нб то- Ь • т10-3.
Затраты на сооружение и эксплуатацию одного километра линии (Зл0) могут быть записаны в виде:
Зл0 = (Ен +ал ) • К0 + зэ • 3 • 12нб • Г0 • Ь или (4)
Зло = (Ен +Ял) • (К0+ К^ F) + (зэ • 3 • 12нб • Г • Ь Т-10-3)/^ ,(5)
гдеАРнб выражено в кВт, т - ч/год, зэ - руб/(кВт-ч), I - в А.
Введем обозначения:
А = (Ен +ал) К'0. А = (Ен +ал)К'0,
А
3э • 3• 12нб • г • Ьт-10-
В общем виде как функция сечения Зл0 представляется следующим образом:
Зло = А+А • р+А/Р. (7)
Графические составляющие и их сумма показаны на рисунке 1, из которого видно, что функция Зл0 = /(Г ) имеет минимум при некотором сечении Г=Гэкстр. Для нахождения Гэкстр приравняем производную Зл0по Г нулю:
аз
л0
й¥
= А1 - А2/ Р2 = 0, откуда:
К,
экстр
V
= 1 нб
-3
А,
(Ен +ал) • КО
(8)
(9)
Рис. 1. Составляющие функции затрат на Рис. 2. Составляющж фужцш затрат сооружение и эксплуатацию 1 км линии на сооружение и эксплуатацию 1 км
электропередачи 110 кВ линии электРопеРедачи 220 кВ
Из рисунка 1 и 2 видно, что функция Зл0 = /( Г ) в окрестности точки минимума достаточно полога, поэтому в целях экономии цветного металла в качестве экономически целесообразного условно принимают сечение Гэк, несколько меньше Рэкстр. т.е. Г эк = кэк Гэкстр, где коэффициент кж < 1
Таким образом, Гэк.ст которое называется экономически целесообразное сечение по условию минимума расхода проводникового материала, этому сечению соответствует так называемая экономическая плотность тока.
х Ж+ЕГКГ^3 гл.,.
Кш 2
3,. = -
К.
3 • 3.
-•10-
(10)
р
выражение свидетельствует о том, что значение экономической плотности тока определяется большой совокупностью параметров. Из анализа этого выражения следует:
- многообразие влияющих факторов требует дифференцированного подхода к оценке экономической плотности тока, для различных категорий линий, условий их сооружения и эксплуатации.
- широкий диапазон изменения влияющих факторов осложняет унификацию значения экономической плотности тока для их последующего использования для выбора сечений проводов и жил кабелей.
Тем не менее, в ПУЭ регламентированы значения и прописаны рекомендации по ее применению[3].
Достоинства и недостатки метода
Будучи установленными в начале 50-х годов, нормированные значения экономической плотности тока представляли собой прогрессивный шаг в методологии выбора сечений проводов и жил кабелей, поскольку в отличие от предшествующих методик они учитывали не только стоимость сооружения, но и затраты на компенсацию потерь электроэнергии. Кроме того, в послевоенный период интенсивного электросетевого строительства проектировщики получили в свои руки инструмент, существенно облегчивший процесс массового выбора сечений из-за исключительной простоты метода [4].
Несмотря на достоинства, метод экономической плотности тока для выбора сечений проводов ВЛЭП обладает рядом недостатков:
- Стандартная шкала сечений проводов дискретна. При определении сечения по 1эк чаще всего получается значение, находящееся между двумя стандартными значениями. Округление расчетного значения до ближайшего стандартного - в ряде случаев требует дополнительных расчетов.
- Выражение для экономической плотности получено в предположении линейной зависимости капитальных вложений в ВЛЭП от ее длины. Линейная зависимость нарушается при переходе е массовому строительству воздушных линий на унифицированных опорах.
- При определении значений 1эк не учтено влияние на выбор сечений проводов изменения передаваемой мощности с момента ввода линии в эксплуатацию до момента, когда нагрузка достигнет расчетного значения.
- Методика выбора сечений проводов по экономической плотности тока требует прогнозирования расчетных нагрузок по ВЛЭП-220 кВ с точностью до 60-100 А (при применяемой номенклатуре проводов с интервалом 30-100 мм2 ), что совершенно нереально.
- Зависимость стоимости линий от сечения проводов принята одинаковой для линии всех номинальных напряжений и опор любой конструкции
Метод экономической плотности тока направлен на определение экстремума функции затрат на сооружение и эксплуатацию линии электропередачи в зависимости от ее сечения. Экстремум, соответствующий минимуму дисконтированных затрат, является решением задачи. Погрешности решения связаны с наличием допущений, которые вводятся в данном методе. Недостатком метода экономической плотности тока является четыре допущения, наличие которых позволяет получить только приближенное (оценочное) решение. Также в методе экономической плотности тока сечение определяется округлением до ближайшего стандартного сечения, что в некоторых случаях требует дополнительных расчетов.
Список литературы
1. Геркусов А.А. Методики выбора сечений проводов воздушных линий электропередач [Текст].// Научно-технические ведомости СПБГУ. Естественные и Инженерные науки. 2014 . с. 131-138.
2. Федотов А.И., Геркусов А.А. Проблема энергосбережения при выборе сечений проводов воздушных линий 110-500 кВ [Текст]. // Проблемы энергетики 2000. № 11-12. С. 54-61.
3. Правила устройства электроустановок [Текст]. 7-е изд. СПб.: ДЕАН, 2007. 701 с.
4. Справочник по проектированию электрических сетей [Текст] // Под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2012. 320 с.
