Научная статья на тему 'ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ДЛИНЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, ПИТАЮЩИХ ТЕПЛИЦЫ СО СВЕТОДИОДНЫМИ ОБЛУЧАТЕЛЯМИ'

ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ДЛИНЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, ПИТАЮЩИХ ТЕПЛИЦЫ СО СВЕТОДИОДНЫМИ ОБЛУЧАТЕЛЯМИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
95
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ / СВЕТОДИОДНЫЕ ОБЛУЧАТЕЛИ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ENERGY EFFICIENCY / MAXIMUM POWER LINE LENGTH / LED ILLUMINATORS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Кондратьева Надежда Петровна, Филатов Дмитрий Алексеевич, Терентьев Павел Валерьевич

Введение. Появление светодиодных облучателей для светокультуры обусловило потребность в новых требованиях к их системам электроснабжения. Рекомендуемые нормы максимальной длины линий электропередач 0,4 кВ на тепличных комбинатах отсутствуют. Поэтому ( цель исследований ) необходимо обосновать максимальную длину линий электропередач, питающих теплицы со светодиодными облучателями. Материалы и методы. Анализ схем электроснабжения тепличных комбинатов показал, что электропитание теплиц осуществляется кабельными линиями электропередач по классу напряжения 0,4 кВ от собственных трансформаторных подстанций 6(10)/0,4 кВ. Одним кабелем может осуществляться электроснабжение одной или нескольких теплиц в зависимости от их назначения. Для исследований энергоэффективной длины линий электропередач выбраны два варианта теплиц. Первый вариант - стандартная теплица салатной линии площадью 500 м2. Второй вариант - стандартная рассадная овощная теплица площадью 1000 м2. Результаты. В результате проведенных исследований установлено, что при условии потерь напряжения в 5 % максимальная длина кабельной линии, выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 100 м, с учетом высших гармоник тока - 150 м. При условии потерь напряжения в 10 % максимальная длина кабельной линии, выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 200 м, выбранной с учетом высших гармоник тока - 300 м. Полученные длины линий электропередач меньше, чем рекомендованные для промышленных предприятий и электросетевых компаний. Обсуждение. На тепличных комбинатах со светодиодными облучательными установками нельзя пользоваться общепринятыми рекомендациями, разработанными для промышленных предприятий и электросетевых компаний. Это обусловлено высокой плотностью нагрузок и высоким коэффициентом одновременности работы электроприемников. Кабельная линия, выбранная с учетом высших гармоник, имеет на 20 % большую стоимость, но на 40 % меньше потери электроэнергии и напряжения при одинаковой длине. Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат в сравнении с кабелями, выбранными без учета высших гармоник, составляет менее года. Заключение. Правильный выбор кабельных линий влияет на их максимальную энергоэффективную длину. Энергоэффективная длина кабельной линии электропередач, питающей теплицу со светодиодными облучателями, в 1,5 раза больше при ее выборе с учетом высших гармоник тока, чем стандартным способом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Кондратьева Надежда Петровна, Филатов Дмитрий Алексеевич, Терентьев Павел Валерьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

JUSTIFICATION OF ENERGY EFFICIENT LENGTH OF POWER LINES SUPPLYING GREENHOUSES WITH LED IRRADIATORS

Introduction. The emergence of LED illuminators for photoculture necessitated new requirements for their power supply systems. There are no recommended standards for the maximum length of 0.4 kV power lines at greenhouse plants. Therefore (the purpose of the research) it is necessary to justify the maximum length of power lines feeding greenhouses with LED irradiators. Materials and methods. Analysis of power supply schemes for greenhouse complexes showed that power supply to greenhouses is carried out by cable power lines of 0.4 kV voltage class from their own transformer substations 6 (10) / 0.4 kV. One cable can supply one or several greenhouses, depending on their purpose. To study the energy efficient length of power transmission lines, two greenhouse options were selected. The first option is a standard salad line greenhouse with an area of 500 m2. The second option is a standard seedling vegetable greenhouse with an area of 1 000 m2. Results. As a result of the conducted research, it was found that under the condition of voltage losses of 5 %, the maximum length of the cable line selected without taking into account the higher harmonics of the current is 100 m, selected taking into account the higher harmonics of the current - 150 m. the line selected without taking into account the higher harmonics of the current is 200 m, selected taking into account the higher harmonics of the current - 300 m. The obtained lengths of power lines are less than those recommended for industrial enterprises and power grid companies. Discussion. Greenhouse plants with LED irradiators cannot use the generally accepted guidelines for industrial plants and power grid companies. This is due to the high density of loads and the high coefficient of simultaneous operation of electrical receivers. The cable line, selected taking into account the higher harmonics, has a 20 % higher cost, but 40 % less power and voltage losses at the same length. The payback period for additional capital expenditures compared to cables selected without taking into account higher harmonics is less than a year.. Conclusion. The correct choice of cable lines affects their maximum energy efficient length. The energy-efficient length of the cable power line feeding the greenhouse with LED irradiators is 1.5 times longer when selected taking into account higher harmonics of the current than in the standard way.

Текст научной работы на тему «ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ДЛИНЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, ПИТАЮЩИХ ТЕПЛИЦЫ СО СВЕТОДИОДНЫМИ ОБЛУЧАТЕЛЯМИ»

05.20.02

УДК 621.315.2; 621.316.15

DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10005

Обоснование энергоэффективной длины линий электропередач, питающих теплицы со светодиодными облучателями

Н. П. Кондратьева, П. В. Терентьев, Д. А. Филатов

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Нижний Новгород, Россия

* АШоу_йа@тЪох. ги

Аннотация

Введение. Появление светодиодных облучателей для светокультуры обусловило потребность в новых требованиях к их системам электроснабжения. Рекомендуемые нормы максимальной длины линий электропередач 0,4 кВ на тепличных комбинатах отсутствуют. Поэтому (цель исследований) необходимо обосновать максимальную длину линий электропередач, питающих теплицы со светодиодными облучателями. Материалы и методы. Анализ схем электроснабжения тепличных комбинатов показал, что электропитание теплиц осуществляется кабельными линиями электропередач по классу напряжения 0,4 кВ от собственных трансформаторных подстанций 6(10)/0,4 кВ. Одним кабелем может осуществляться электроснабжение одной или нескольких теплиц в зависимости от их назначения.

Для исследований энергоэффективной длины линий электропередач выбраны два варианта теплиц. Первый вариант - стандартная теплица салатной линии площадью 500 м2. Второй вариант - стандартная рассадная овощная теплица площадью 1000 м2.

Результаты. В результате проведенных исследований установлено, что при условии потерь напряжения в 5 % максимальная длина кабельной линии, выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 100 м, с учетом высших гармоник тока - 150 м. При условии потерь напряжения в 10 % максимальная длина кабельной линии, выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 200 м, выбранной с учетом высших гармоник тока - 300 м. Полученные длины линий электропередач меньше, чем рекомендованные для промышленных предприятий и электросетевых компаний.

Обсуждение. На тепличных комбинатах со светодиодными облучательными установками нельзя пользоваться общепринятыми рекомендациями, разработанными для промышленных предприятий и электросетевых компаний. Это обусловлено высокой плотностью нагрузок и высоким коэффициентом одновременности работы электроприемников. Кабельная линия, выбранная с учетом высших гармоник, имеет на 20 % большую стоимость, но на 40 % меньше потери электроэнергии и напряжения при одинаковой длине. Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат в сравнении с кабелями, выбранными без учета высших гармоник, составляет менее года.

Заключение. Правильный выбор кабельных линий влияет на их максимальную энергоэффективную длину. Энергоэффективная длина кабельной линии электропередач, питающей теплицу со светодиодными облучателями, в 1,5 раза больше при ее выборе с учетом высших гармоник тока, чем стандартным способом.

Ключевые слова: максимальная длина линии электропередач, светодиодные облучатели, энергоэффективность.

Для цитирования: Кондратьева Н. П., Терентьев П. В., Филатов Д. А. Обоснование энергоэффективной длины линий электропередач, питающих теплицы со светодиодными облучателями // Вестник НГИЭИ. 2021. № 1 (116). С. 54-63. DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10005

© Кондратьева Н. П., Терентьев П. В., Филатов Д. А., 2021

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

Justification of energy efficient length of power lines supplying greenhouses with led irradiators

N. P. Kondratyeva, P. V. Terentyev, D. A. Filatov

Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod, Russia

* filatov_da@inbox. ru

Abstract

Introduction. The emergence of LED illuminators for photoculture necessitated new requirements for their power supply systems. There are no recommended standards for the maximum length of 0.4 kV power lines at greenhouse plants. Therefore (the purpose of the research) it is necessary to justify the maximum length of power lines feeding greenhouses with LED irradiators.

Materials and methods. Analysis of power supply schemes for greenhouse complexes showed that power supply to greenhouses is carried out by cable power lines of 0.4 kV voltage class from their own transformer substations 6 (10) / 0.4 kV. One cable can supply one or several greenhouses, depending on their purpose.

To study the energy efficient length of power transmission lines, two greenhouse options were selected. The first option is a standard salad line greenhouse with an area of 500 m2. The second option is a standard seedling vegetable greenhouse with an area of 1 000 m2.

Results. As a result of the conducted research, it was found that under the condition of voltage losses of 5 %, the maximum length of the cable line selected without taking into account the higher harmonics of the current is 100 m, selected taking into account the higher harmonics of the current - 150 m. the line selected without taking into account the higher harmonics of the current is 200 m, selected taking into account the higher harmonics of the current - 300 m. The obtained lengths of power lines are less than those recommended for industrial enterprises and power grid companies.

Discussion. Greenhouse plants with LED irradiators cannot use the generally accepted guidelines for industrial plants and power grid companies. This is due to the high density of loads and the high coefficient of simultaneous operation of electrical receivers. The cable line, selected taking into account the higher harmonics, has a 20 % higher cost, but 40 % less power and voltage losses at the same length. The payback period for additional capital expenditures compared to cables selected without taking into account higher harmonics is less than a year..

Conclusion. The correct choice of cable lines affects their maximum energy efficient length. The energy-efficient length of the cable power line feeding the greenhouse with LED irradiators is 1.5 times longer when selected taking into account higher harmonics of the current than in the standard way.

Keywords: energy efficiency, maximum power line length, LED illuminators.

For citation: Kondratyeva N. P., Terentyev P. V., Filatov D. A. Justification of design parameters of a new forage grain grinder // Bulletin NGIEI. 2021. № 1 (116). P. 54-63. (In Russ.). DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10005

Введение

Последнее десятилетие как в России, так и за рубежом характеризуется активными исследованиями перспектив применения светодиодных облучателей в теплицах [1, с. 8; 2, с. 211; 3, с. 6; 4, с. 223]. Появление новых облучателей для светокультуры обусловило потребность в новых требованиях к их системам электроснабжения. Светодиодные облучатели являются нелинейными электроприемниками, генерирующими высшие гармоники тока [5, с. 85], а тепличные комбинаты характеризуются высокой плотностью электрических нагрузок.

Проведен анализ работ, направленных на исследование систем электроснабжения, питающих нелинейные электроприемники.

В работах [6, с. 584; 7, с. 883; 8, с. 33] показано, что отношение сопротивлений постоянному и переменному току увеличивается с увеличением частоты тока и поперечного сечения проводника, причем это увеличение намного больше, когда присутствуют гармоники нулевой последовательности. Показано, что снижение допустимой нагрузки кабеля очень велико при наличии гармоник нулевой последовательности.

Работы [9, с. 344; 10, с. 393; 11, с. 1104; 12, с.68; 13, с. 1401] нацелены на использование фильтров высших гармоник для эффективного использования кабелей при несинусоидальных нагрузках. Обеспечивается оптимальный подход к проектированию пассивных и активных фильтров

для максимизации выражения коэффициента мощности, учитывающего частотно-зависимые потери в линии в условиях несинусоидального фонового напряжения и тока в линии. Учитываются индивидуальные и общие пределы гармонических искажений. Предложенные подходы имеют значительное преимущество в снижении общих потерь в линии питания, возможность нагрузки в несинусоидальных условиях.

Недостатком предложенных решений является наличие ограничений для питания нелинейных электроприемников по линиям электропередач без специальных технических решений.

Анализ отечественных нормативных документов для проектирования теплиц и тепличных комбинатов [14, с. 41; 15, с. 35] также показал, что рекомендуемые нормы максимальной длины линий электропередач 0,4 кВ отсутствуют. Поэтому (цель исследований) необходимо обосновать максимальную длину линий электропередач, питающих теплицы со светодиодными облучателями, по энергоэффективности, т. е. по потерям напряжения и электрической энергии.

Материалы и методы

Анализ схем электроснабжения тепличных комбинатов показал, что электропитание теплиц осуществляется кабельными линиями электропередач по классу напряжения 0,4 кВ от собственных трансформаторных подстанций 6(10)/0,4 кВ (рис. 1). Одним кабелем может осуществляться электроснабжение одной или нескольких теплиц в зависимости от их назначения (рассада, взрослая культура, зеленая культура).

Для исследований выбраны два варианта теплиц. Первый вариант - стандартная теплица салатной линии площадью 500 м2, номинальная мощность светодиодных облучателей - 55,35 кВт. Второй вариант - стандартная рассадная овощная теплица площадью 1 000 м2, номинальная мощность светодиодных облучателей - 70,56 кВт.

Выбор кабельной линии до 1 кВ осуществляется по условию допустимого нагрева и проверяется по потере напряжения. По условиям ПУЭ проводники до 1 кВ не подлежат проверке по экономической плотности тока и на термическую стойкость токам КЗ.

При выборе по нагреву в качестве параметра режима используется расчетный ток линии. Сечение проводника выбирается по условию:

1 дд >1 Р , а)

где 1дд - длительно допустимый ток для различных сечений и марок линий электропередач, А; 1Р - расчетный ток, протекающий по фазам, А.

Расчетный ток кабельной линии электропередач [16, с. 254]:

Р.,..

1р 1 ном S U

(2)

СОБ Рном

где 1ном - номинальный ток, потребляемый электроприемниками (в нашем случае облучательными установками теплицы), А; Рном - номинальная мощность всех электроприемников, кВт; со$фном - номинальный коэффициент мощности электроприемников, о. е.

Сечение линий электропередач с учетом высших гармоник выбирается по условию [17, с. 21]:

К

1 ДД ^

(3)

где Кпон - понижающий коэффициент, о.е., определяемый при электроснабжении тепличных облучателей по выражению:

КР = 1 - 5 ■ 10 3 ■ (ТИЦ) - 3 ■ 10 5 ■ (ТИЦ )2 , (4)

где ТЫВ, - коэффициент нелинейных искажений по току, %.

Потери напряжения определяются по выражению:

Аи = л/3■ 1Д ■ Ь■(Я ■ + Х0 ■ БШ^) , (5)

где Ь - длина проводника, км; Я0 - удельное активное сопротивление проводника, Ом/км; Х0 - удельное индуктивное сопротивление проводника, Ом/км; ф - угол отставания тока от напряжения; 1д -действующее значение тока, А, определяемое по выражению [18, с. 11]:

1Д =

11

(6)

где 1п - ток п-й гармоники, А; п - номер гармоники. Общее гармоническое искажение [19, с. 21]:

THD =

11

где /] , - ток 1-й гармоники, А.

n

n=2

I

от ТП2

QS50

ТП 3

.ЦрО QS23

FU21 , T5

QS24 FU22 T6

UJJJJJJ

^ CF10 ^ QF11 QS27

Л "И

QS25\QS26\

QS28\QS29\

[ jFU2^ jFU2^ jFU2^ jFU2^ jFU2q jFU2^ jFU29 [ j.

QS30\

QS31\

QS32\

QS33

\QS34\

О

FU30

Теплицы N<88-50 " £ 1 CO £ £ (0 £ s CD i с 1?

еТ li & 1 J?

QS35\

irm

QsJQSvlQS%lQS39JCß40\ Cß41

FU33

Э

J jFU34 |"JFU35 J jFU36 j jFU37 [ j i

FU38

3- 8 s S <i С .Sib SS Ö

<§ g

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 1. Однолинейная схема электроснабжения трансформаторной подстанции № 3 тепличного комбината «Спутник» Fig. 1. Single-line diagram of power supply of transformer substation No. 3 of the greenhouse complex «Sputnik»

В качестве электроприемников в теплице принимаем светодиодные облучательные установки ДСО-16 с коэффициентом мощности cosф = 0,99. С

применением анализатора качества электроэнергии ЛЯ-6 экспериментально получен гармонический состав токов облучателей, показанный в таблице 1.

Таблица 1. Значения токов высших гармоник светодиодных тепличных облучателей ДСО-16 Table 1. The values of the currents of the higher harmonics of LED greenhouse irradiators DSO-16

№ гармоники / Harmonic No.

Значение тока, % / Current value,%

3 19,7

5 8,1

7 31,8

9 10,6

11 6,6

13 7,0

15 4,2

17 11

19 2,5

21 2,4

23 5,0

25 5,0

27 2,3

29 2,4

31 3,2

33 2,5

35 2,0

37 3,9

39 1,9

Результаты

Результаты расчетов потерь напряжения в кабельных линиях показаны в таблицах 2-3.

Обсуждение

Анализ полученных результатов показывает, что правильный выбор кабельных линий влияет на их максимальную энергоэффективную длину. На основании результатов расчетов для электроснабжения теплицы выбран кабель ААШв 4^25 без учета высших гармоник тока и кабель ААШв 4^35 с учетом высших гармоник тока.

В результате проведенных исследований (рис. 2) установлено, что при условии потерь напряжения в 5 % максимальная длина кабельной линии, выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 100 м, выбранной с учетом высших гармоник тока - 150 м. При условии потерь напряжения в 10 % максимальная длина кабельной линии,

выбранной без учета высших гармоник тока, составляет 200 м, выбранной с учетом высших гармоник тока - 300 м.

По условию потери напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий не рекомендуется выполнять кабельные линии 0,4 кВ длиной свыше 200 м [8]. Согласно технической политике ОАО МРСК линия электропередач 0,4 кВ от трансформаторной подстанции до наиболее удаленной точки должна быть не более 500 м.

Можно говорить о том, что на тепличных комбинатах со светодиодными облучательными установками нельзя пользоваться общепринятыми рекомендациями, разработанными для промышленных предприятий и электросетевых компаний. Это обусловлено высокой плотностью нагрузок и высоким коэффициентом одновременности работы электроприемников.

Таблица 2. Результаты расчетов потери напряжения в кабельной линии, питающей салатную теплицу Table 2. The results of calculating the voltage loss in the cable line feeding the salad greenhouse

Характеристика /Characteristic

Величина / Quantity

L, км / L, km 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Рном, кВт / 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3 55,3

Pnom, kW

о.е. / о.е. 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

sin9, о.е. / sin9, о.е. 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

1р, А / 1р, А 8o,8 80,8 80,8 80,8 80,8 80,8 80,8 80,8 80,8 80,8

1д, А / 1д, А 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2 88,2

без учета высших гармоник тока / excluding higher harmonics of current

1дд, А / 1дд, А 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102

Ro, Ом/км / 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24

Ro, Q/km

X0, Ом/км / 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066 0,066

X0, Q/km

AU, В / AU, V 9,4 18,8 28,1 37,5 46,9 56,3 65,6 75,0 84,4 93,8

AU, % / AU, % 2,3 4,7 7,0 9,4 11,7 14,1 16,4 18,8 21,1 23,4

с учетом высших гармоник тока / taking into account higher harmonics of current

1дд, А / 1дд, А 126 126 126 126 126 126 126 126 126 126

R0, Ом/км / 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89

R0, Q/km

X0, Ом/км / 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064

Xo, Q/km

AU, В / AU, V 6,7 13,5 20,2 26,9 33,7 40,4 47,1 53,9 60,6 67,3

AU, % / AU, % 1,7 3,4 5,1 6,7 8,4 10,1 11,8 13,5 15,2 16,8

Таблица 3. Результаты расчетов потери напряжения в кабельной линии, питающей рассадную теплицу Table 3. The results of calculating the voltage loss in the cable line feeding the seedling greenhouse

Характеристика / Characteristic

Величина / Quantity

L, км / L, km 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Рном, кВт / 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56 70,56

Pnom, kW

соэф, о.е. / 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

соэф, о.е.

s^, о.е. / 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

s^, о.е.

1р, А / 1р, А 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0 103,0

1д, А / 1д, А 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5 112,5

без учета высших гармоник тока / excluding higher harmonics of current

1дд, А / 1дд, А 126 126 126 126 126 126 126 126 126 126

Ro, Ом/км / 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89

Ro, fi/km

X0, Ом/км / 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064

X0, fi/km

AU, В / AU, V 8,6 17,2 25,8 34,3 42,9 51,5 60,1 68,7 77,3 85,8

AU, % / AU, % 2,1 4,3 6,4 8,6 10,7 12,9 15,0 17,2 19,3 21,5

с учетом высших гармоник тока / taking into account higher harmonics of current

1дд, А / 1дд, А 153 153 153 153 153 153 153 153 153 153

Ro, Ом/км / 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62

R0, fi/km

Xo, Ом/км / 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063

Xo, fi/km

AU, В / AU, V 6,0 12,0 18,0 23,9 29,9 35,9 41,9 47,9 53,9 59,8

AU, % / AU, % 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 12,0 13,5 15,0

Рис. 2. Потери напряжения в кабельных линиях при питании теплиц со светодиодными облучателями Fig. 2. Voltage losses in cable lines when feeding greenhouses with LED irradiators

Следует отметить, что удельная стоимость (руб./м) кабеля сечением 35 мм2 в среднем на 20 % выше, чем кабеля сечением 25 мм2. Проведен технико-экономический анализ целесообразности выбора кабеля с учетом высших гармоник тока.

Нагрузочные потери электроэнергии в воздушных и кабельных линиях определяются по выражению [20, с. 26]:

(8)

АЖ = 3 • Я (I2 ) -103 ,

]=1

где Я - активное сопротивление ВЛ или КЛ, Ом; I - токовая нагрузка ВЛ, КЛ, принимаемая на интервале времени А1] неизменной, А; А1] - интервал времени, в течение которого нагрузка элемента сети с сопротивлением Я неизменна, часы; М - количество интервалов времени в базовом периоде.

Дополнительные потери мощности в линии электропередач, обусловленные высшими гармониками, определяются по выражению [12]:

n

AP = 3.]Г/2 R . (9)

2

Затраты на потери электроэнергии в кабельных линиях электропередач определялись по выражению:

З = AW-ß, (10)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где ß - тариф на электроэнергию, принимался равным 5,5 руб./кВтч.

Стоимость кабельной линии электропередач определялась по выражению:

С = Зуд-L, (11)

где Зуд - удельные затраты на кабельные линии, руб./м; L - длина линии электропередач, м.

Срок окупаемости определялся по выражению:

г = АС , (12)

АЭ

где АЭ - разница затрат на потери электроэнергии при выборе кабеля без учета высших гармоник тока и с учетом высших гармоник тока, руб./год; АС-разница затрат на покупку кабеля с учетом высших гармоник тока и без учета высших гармоник тока, руб./год. Результаты показаны в таблице 4.

Таблица 4. Технико-экономический анализ различных вариантов кабельных линий электропередач при питании теплиц со светодиодными облучателями

Table 4. Technical and economic analysis of various options for cable power lines when feeding greenhouses with LED irradiators

Характеристика / Characteristic

ААШв 4x25 / AASHv 4x25

ААШв 4x35 / AASHv 4x35

Ro, Ом/км / Ro, Q/km L, км / L, km 1д, А / 1д, А t, ч/год / t, h / year AW, кВтч/год / AW, kW • h / year З, руб./год / З, rub / year АЭ, руб./год / АЭ, rub / year Скл, руб./м / Скл, rub / m Скл, руб. / Скл, rub АС, руб./год / АС, rub / year Т, лет / Т, years

1,24 0,2 88,2 3 000

17 363

95 498

165 33 000 7 200

0,89 0,2 88,2 3 000

12 462

68 543 26 955 201 40 200

0,3

Заключение

Анализ полученных результатов показывает, что правильный выбор кабельных линий влияет на их максимальную энергоэффективную длину. Энергоэффективная длина кабельной линии электропередач, питающей теплицу со светодиодными облучателями, в 1,5 раза больше при ее выборе с учетом высших гармоник тока, чем стандартным способом. Кабельная линия, выбранная с учетом высших гар-

моник, имеет на 20 % большую стоимость, но на 40 % меньше потери электроэнергии и напряжения при одинаковой длине. В результате проведенного технико-экономического анализа установлена энергоэффективность и целесообразность применения кабелей, выбранных с учетом высших гармоник. Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат в сравнении с кабелями, выбранными без учета высших гармоник, составляет менее года.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прикупец Л. Б. Светодиоды в тепличном освещении: возможности и реальность // Светотехника. Специальный выпуск. 2019. С. 8-12.

2. Gupta S. D. Fundamentals and applications of light-emitting diodes (LEDs) in in vitro plant growth and morphogenesis // Plant Biotechnology. 2013. V. 7. P. 211-220. DOI: org/10.1007/s11816-013-0277-0.

3. Mitchell C. A., Both A. J., Bourget C. M., Burr J. F., Kubota C., Lopez R. G., Morrow R. C., Runkle E. S. LEDs: the future of greenhouse lighting // Chronica Horticulturae. 2012. V. 52. P. 6-10.

4. Olle M., Virsile A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality // Agricultural and Food Science. 2013. V. 22. № 2. P. 223-234.

5. Kondratieva N. P., Filatov D. A., Terentiev P. V. Dependence of current harmonics of greenhouse irradiators on supply voltage // Light & Engineering. 2020. Vol. 28. №. 2. P. 85-88.

6. Demoulias C., Labridis D. P., Dokopoulos P. S., & Gouramanis K. Ampacity of Low-Voltage Power Cables Under Nonsinusoidal Currents // IEEE Transactions on Power Delivery. 2007. № 22 (1). P. 584-594. D01:10.1109/tpwrd.2006.881445.

7. Demoulias C., Labridis D. P., Dokopoulos P., Gouramanis K. Influence of metallic trays on the ac resistance and ampacity of low-voltage cables under nonsinusoidal currents // Electric Pow Syst Res. 2008. № 78 (5). P. 883-960.

8. Abdel Aleem S. H. E., Balci M. E., & Sakar S. Effective utilization of cables and transformers using passive filters for non-linear loads // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2015. № 71. P. 344-350. doi:10.1016/j.ijepes.2015.02.036

9. O 'Connell K., Blackledge J. M., Barrett M., Sung A. Cable heating effects due to harmonic distortion in electrical installations // WCE. 2012. № 928. P. 33.

10. Emanuel A. E., Yang. M. On the harmonic compensation in nonsinusoidal systems // IEEE Trans. Power Del. 1993. V. 8. № 1. P. 393-399.

11. Lai J. S., Key T. S. Effectiveness of harmonic mitigation equipment for commercial office buildings // IEEE Trans. Ind. Appl. 1997. V. 33. № 4. P. 1104-1110.

12. Abdel Aleem Sh. E., El-Mathana M. T., Zobaa A. F. Different design approaches of shunt passive harmonic filters based on IEEE Std. 519-1992 and IEEE Std. 18- 2002 // Recent Pat Electr Eng. 2013. № 6 (1). P. 68-75.

13. Abdel Aleem Sh. E, Zobaa A. F. A new approach for harmonic distortion minimization in power systems supplying nonlinear loads // IEEE Trans Ind Inf. 2014. № 10 (2). P. 1401-12.

14. НТП-АПК 1.10.09.001-02 Нормы технологического проектирования селекционных комплексов и репродукционных теплиц. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. Москва. 2002. 97 с.

15. СП 13330.2011 Свод правил. Теплицы и тепличные комбинаты. Минрегион России. Москва. 2011.

135 с.

16. Кудрин Б. И., Жилин Б. В., Ошурков М. Г. Электроснабжение : учебник. Ростов н/Д: Феникс, 2018.

382 с.

17. Кондратьева Н. П., Филатов Д. А., Терентьев П. В. Выбор кабельных линий 0,4 кВ для тепличных комбинатов // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. № 2 (35). С. 17-25.

18. Измерение и устранение гармоник. Техническая коллекция Schneider Electric. 2009. № 30. 45 с.

19. Приказ Министерства энергетики № 326 от 30 декабря 2008 г. Об организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям.

20. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий. М. : Энергоатомиздат. 2000. 104 с.

Дата поступления статьи в редакцию 28.10.2020, принята к публикации 22.11.2020.

Информация об авторах: КОНДРАТЬЕВА НАДЕЖДА ПЕТРОВНА,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизированный электропривод» Адрес: ФГБОУ ВО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», 426069, Россия, Удмуртская Республика, Ижевск, ул. Студенческая, 11 E-mail: [email protected] Spin-код: 1447-0720

ФИЛАТОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ,

кандидат технических наук, доцент кафедры

«Механизация животноводства и электрификация сельского хозяйства»

Адрес: ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия», 603107, Россия, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 97 E-mail: [email protected] Spin-код: 8417-4833

ТЕРЕНТЬЕВ ПАВЕЛ ВАЛЕРЬЕВИЧ,

кандидат технических наук, доцент кафедры

«Механизация животноводства и электрификация сельского хозяйства»

Адрес: ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия», 603107, Россия, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 97 E-mail: [email protected] Spin-код: 1644-5368

Заявленный вклад авторов: Кондратьева Надежда Петровна: общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Филатов Дмитрий Алексеевич: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста. Терентьев Павел Валерьевич: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи

REFERENCES

1. Prikupec L. B. Svetodiody v teplichnom osveshchenii: vozmozhnosti i real'nost' [LEDs in greenhouse lighting: opportunities and reality], Svetotekhnika [Lighting engineering], Special'nyj vypusk, 2019, pp. 8-12.

2. Gupta S. D. Fundamentals and applications of light-emitting diodes (LEDs) in vitro plant growth and morphogenesis, Plant Biotechnology, 2013, Vol. 7, pp. 211-220. DOI: org/10.1007/s11816-013-0277-0.

3. Mitchell C. A., Both A. J., Bourget C. M., Burr J. F., Kubota C., Lopez R. G., Morrow R. C., Runkle E. S. LEDs: the future of greenhouse lighting, Chronica Horticulturae, 2012, Vol. 52, pp. 6-10.

4. Olle M., Virsilé A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality, Agricultural and Food Science, 2013, Vol. 22, No. 2, pp. 223-234.

5. Nadehzda P. Kondratieva, Dmitry A. Filatov and Pavel V. Terentiev Dependence of current harmonics of greenhouse irradiators on supply voltage // Light & Engineering. 2020. Vol. 28. No. 2, pp. 85-88.

6. Demoulias C., Labridis D.P., Dokopoulos,P.S., & Gouramanis K. Ampacity of Low-Voltage Power Cables Under Nonsinusoidal Currents, IEEE Transactions on Power Delivery, 2007, No. 22 (1), pp. 584-594. doi:10.1109/tpwrd.2006.881445.

7. Demoulias C., Labridis D. P., Dokopoulos P., Gouramanis K. Influence of metallic trays on the ac resistance and ampacity of low-voltage cables under nonsinusoidal currents, Electric Pow Syst Res., 2008, No. 78(5), pp. 883-96.

8. Abdel Aleem S.H.E., Balci M. E., & Sakar S. Effective utilization of cables and transformers using passive filters for non-linear loads, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2015, No. 71. pp. 344-350. doi:10.1016/j.ijepes.2015.02.036

9. O'Connell K., Blackledge J. M., Barrett M., Sung A. Cable heating effects due to harmonic distortion in electrical installations, WCE, 2012. No. 928, p. 33.

10. Emanuel A.E. and Yang, M. On the harmonic compensation in nonsinusoidal systems, IEEE Trans. Power Del, 1993, Vol. 8, No. 1, pp. 393-399.

11. Lai J.-S and Key T.S. Effectiveness of harmonic mitigation equipment for commercial office buildings, IEEE Trans. Ind. Appl, 1997, Vol. 33, No. 4, pp. 1104-1110.

12. Abdel Aleem Sh. E., El-Mathana M. T., Zobaa A. F. Different design approaches of shunt passive harmonic filters based on IEEE Std. 519-1992 and IEEE Std. 18- 2002, Recent Pat Electr Eng, 2013, No. 6(1), pp. 68-75.

13. Abdel Aleem Sh. E., Zobaa A. F. A new approach for harmonic distortion minimization in power systems supplying nonlinear loads, IEEE Trans IndInf., 2014, No. 10 (2), pp. 1401-12.

14. NTP-APK 1.10.09.001-02 Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya selekcionnyh kompleksov i repro-dukcionnyh teplic [Standards for technological design of breeding complexes and reproductive greenhouses] Minister-stvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii, Moscow, 2002, 97 p.

15. SP 13330.2011 Svod pravil. Teplicy i teplichnye kombinaty [Set of rules. Greenhouses and greenhouse complexes], Minregion Rossii. Moskva. 2011, 135 p.

16. Kudrin B. I. Elektrosnabzhenie: uchebnik / B.I. Kudrin, B.V. Zhilin, M.G. Oshurkov. Feniks. 2018. 382 p.

17. Kondrat'eva N. P., Filatov D. A., Terent'ev P. V. Vybor kabel'nyh linij 0,4 kV dlya teplichnyh kombinatov [Selection of 0.4 kV cable lines for greenhouse plants] Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK [Electrotech-nology and electrical equipment in the agro-industrial complex], 2019, No. 2 (35), pp. 17-25.

18. Izmerenie i ustranenie garmonik. Tekhnicheskaya kollekciya Schneider Electric, 2009. No. 30, 45 p.

19. Prikaz Ministerstva energetiki No. 326 ot 30 dekabrya 2008 g. Ob organizacii v Ministermtve energetiki Rossijskoj Federacii raboty po utverzhdeniyu normativov tekhnologicheskih poter' elektroenergii pri ee peredache po elektricheskim setyam [On the organization in the Ministry of Energy of the Russian Federation of work on the approval of standards for technological losses of electricity during its transmission through electric networks].

20. Zhezhelenko I. V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnabzheniya promyshlennyh predpriyatij [Higher harmonics in power supply systems of industrial enterprises], Moscow, Energoatomizdat, 2000, 104 p.

The article was submitted 28.10.2020, accept for publication 22.11.2020.

Information about the authors: KONDRATIEVA NADEZHDA PETROVNA,

Dr. Sci (Engineering), Professor, head of Department «Automated electric drive»

Address: Izhevsk state agricultural Academy, 426069, Russia, ANS Republic, Izhevsk, Studencheskaya street, 11

E-mail: [email protected]

Spin-Kog: 1447-0720

FILATOV DMITRY ALEKSEEVICH,

Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Mechanization of Livestock and Electrification of Agriculture

Address: Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, 603107, Russia, Nizhny Novgorod, Gagarin Ave., 97

E-mail: [email protected]

Spin-code: 8417-4833

TERENTYEV PAVEL VALERIEVICH,

Ph.D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Mechanization of Livestock and Electrification of Agriculture

Address: Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, 603107, Russia, Nizhny Novgorod, Gagarin Ave., 97 E-mail: [email protected] Spin-code: 1644-5368

Contribution of the authors: Nadezhda P. Kondratyeva: managed the research project, analysing and supplementing the text. Dmitry A. Filatov: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Pavel V. Terentyev: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text.

All authors have read and approved the final manuscript.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.