CC BY
33
УДК 620.9
Д.О. Марковский, D.O. Markovsky, e-mail:[email protected] A.A. Бубенчиков, АЛ. Bubenchikov, e-mail: [email protected] T.B. Бубенчикова, Т. V. Bubenchikova, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ELECTROTHERMAL PROCESSES IN THE WIRES OF OVERHEAD POWER LINES
В статье описывается расчет электротепловых нестационарных процессов в проводах воздушных линий электропередачи. Для &олее точного расчета температуры провода вводится учёт следующих характеристик (температуры воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации).
The article describes the calculation of the electrothermal non-stationary processes 111 the wires air liiuile more accurate calculation of the temperature of a wire is the registration of the following characteristics wire (air temperature, speed and direction of wind, solar radiation intensity).
Ключевые слова: температура провода, электротепловой 71роцесс, нагрузочные потери, характеристики провода, воздушная линия
Keywords: temperature wires, electro-thermal process, load losses, characteristics of wires, airline
Расчеты температуры провода и предельной токовой нагрузки выполняются на основе уравнения теплового баланса, Длл нестационарного процесса в общем виде это уравнение для едпнииы длины провода (равным 1 м) записывается следующим образом [1]:
С^ = Рн + Рм + Рс-Рв . (1)
dt v '
где С - теплоемкость 1м провода. Дж/сС, не является в общем случае постоянной величиной: вир - температура провода. cCl t - время, с: Рн - нагрузочные (активные) потери в проводе, пропорциональные квадрату тока н активному сопротивлению провода. Вт; Рм - магнитные потери в стальном сердечнике. Ви Рс - мощность солнечного излучения, поглощаемая проводом. Вт: Рв - мощность, отдаваемая проводом в воздух за счет конвективного тепло- обмена и излучения. Вт.
Климатические условия охлаждения провода и режим работы воздушной линии непрерывно изменяются в течение времени, значит, и температура провода изменяется в соответствии с уравнением (1). Также можно сказать, что все эти составляющие зависят от температуры провода. Таким образом, решение дифференциального уравнения (1) необходимо только с применением численных методов интегрирования.
На практике обычно подвергаются анализу случаи, немного упрощающие расчеты температуры провода.
1. Условия охлаждения изменяются при неизменной токовой нагрузке линии.
2, Условия охлаждения неизменны, а токовая нагрузка изменяется в небольших пределах (плотность тока составляет до 4 А/мм). Приближенно считают, что при этом температура провода изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени около 5-10
3. Условия охлаждения неизменны, а токовая нагрузка увеличивается многократно, что имеет место при коротких замыканиях в сети. При этом допускается, что процесс нагрева носит адиабатический характер, без передачи тепла в окружающую среду, температура провода изменяется линейно, пропорционально нагрузочным потерям, условия охлаждения провода не учитываются.
Нагрузочные потерн - это потери мощности, пропорциональные квадрату тока, согласно закону Джоуля-Ленца, Для 1 м провода они определяются по формуле [2]:
Рн =/сп/2Л20(1 + Рг(впр — 20) , (2)
где I - ток в проводе. А. для расщепленных проводов необходимо разделить полный ток линии на количество проводов в фазе; 1120 - сопротивление 1 м провода постоянному току при температуре 20°С. Ом: [Зг - температурный коэффициент сопротивления. -С; кп - коэффициент. учитывающий увеличение потерь на переменном токе.
Магнитные потери возникают в проводах со стальным сердечником при протекании переменного тока и возникновении продольного магнитного потока в стальном сердечнике. Эти потерн увеличивают тепловыделение и включают две составляющие: потерн на вихревые токи и потерн на гистерезис при перемагннчпванпи стали. Магнитные потерн изменяются с изменением величины магнитной индукции, конструкции провода и химического состава стали. В литературе СИГРЭ рекомендуется учитывать магнитные потерн способом повышения значения активного сопротивления с помощью коэффициента км. таким образом [3]:
Рн + Рм — кмРн (3)
Величина км сильно зависит от количества повивов алюминия поверх стального сердечника. Магнитные потерн максимальны для одноповивного провода и минимальны при четном количестве повивов. гак как вследствие противоположного направления скрутки смежных повивов в проводах общепринятой конструкции магнитодвижущие силы, действующие в сердечнике и создаваемые токами повивов, частично взаимно компенсируются, Увеличение активного сопротивления может быть и больше, при этом существенно зависит от токовой нагрузки, как показывают отечественные исследования.
Учет солнечной радиации - величина дополнительного нагрева провода от солнечной радиации зависит ог интенсивности солнечного излучения, конструкции, геометрических размеров, состояния поверхности и материала провода. Интенсивность солнечного излучения. в свою очередь, зависит от времени года, времени суток, шпроты местности, состояния атмосферы. облачности[4].
Процесс переноса теплоты между проводом и воздухом является результатом совокупного действия конвективного теплообмена и теплового излучения: это гак называемый сложный теплообмен. В некоторых случаях для расчета температуры провода используются формулы коэффициентов теплоотдачи, полученные экспериментальным путём для витых проводов[5].
Теплоотдача излучением представляет собой сложный процесс многократных излучений. поглощений п отражений энергии между проводом и окружающими телами.
Также влияют климатические параметров на температуру провода, при расчете температуры провода необходимо рассчитывать влияние солнечной радиации [б]. Большое влияние на температуру провода оказывает скорость ветра [7].
Также рассмотрен вопрос влияния постоянной излучения на величину установившейся температуры провода. Постоянная излучения является неопределенным параметром, который может изменяться за время эксплуатации пинии. Но постоянная излучения значительно влияет на величину температуры нагрева провода.
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
Расчеты нестационарных тепловых процессов выполняются интегрированием нелинейного дифференциального уравнения (1).
Математически это уравнение можно решить только при условии постоянства тока и климатических условий (температуры воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации).
Следовательно, можно увеличить точность расчетов температуры провода за счет высчитывания характеристик провода (температуры воздуха, скорости н направления ветра, интенсивности солнечной радиации), н также учесть влияние тока в проводе на величину установившейся температуры.
Библиографический список
1. Сацук Е.И. Эдектротепловые и механические процессы в воздушных линиях электропередачи/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: ЮР- ГТУ (НИИ), 2010. - 106 с.
2. Мнрошннк А.А. Уточненные алгоритмы расчета потерь электроэнергии в сетях 0.38 кВ в реальном времени И Проблемы региональной энергетики. - 2010. - № 2.
3. Снгре. Тепловое состояние воздушной линии проводников // Электра. - 1988. -
№121.
4. Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий: стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».
5. Михеев М.А, Основы теплопередачи / М.А. Михеев, М.М. Мнхеева. - М.: Энергия. 1977. - 344 с.
6. Никифоров Е.П. Предельно допустимые токовые нагрузки на провода действующих ВЛ с учетом нагрева проводов солнечной радиацией И Электрические станции. - 2006. -№7.
7. Магадеев Р. Автоматика ограничения перегрузки линий - элемент интеллектуальных сетей // Электроэнергия. Передача и распределение. 2012. - № 2.
