CC BY
40
УДК 621.592.С0
С.НИЖ1_НИ1_ 110 1 1_РЬ АК I И13НОЙ МОЩМОС I И 13 ПРОВОДАХ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-35КВ
И. С. Латотоо. В. В С ушков
Ттминсюш индустлришьный униеирситит, ¿. Тюмень, Россия
Аннотация для обеспечения падежного п бесперебойного электроснабжения потребителей электри ншкх'11 зшршш неиилидимо ло.1жаы.м иир;иим выс]1Д)шь сип ему АлекпроснаОжеыим. и 1и.м чш.к ми-нпмнзнровать потеря электрической энергии при ее передаче от источника генерация по потребителей. Одним т решений является разработка конструкция неизолированных провозов электропередачи для клапа н;н1[!мл>нин (1-^5 кВ г л ккшченнин Гнжоким ипкнр\ног ■ км, чш шккшни! никыонь ин1ннп1к-ность теплообмена между проводом п окружающей средой. Сравнительный расчет двух вариантов исполнения провода показал снижение значения термического сопротивления на 25% при увеличении коэффициента оребрення на 40%, что, в свою очередь, приводит к снижению активных потерь в линия.
А'. чочеконг слова: шнери ^.ныьлричьскил ¿нерши, периоде! р оикоыой ииверллск 1 и ирииида.
I Введение
Гнижгниг потер* чттгктрпэнгр-т'и на пгргдлчу к члггктр^гских сстях яклжгтея одним иг ттриори-гтикгс направлении развитая электроэнергетики Росаш. Согласно •Стратепш раэшгшя электроегтеэого комплекса Российской Ф^д«градил» иовпипгние оиерациикней ^ифгк.лвносхи связано с ре л. нижней мер.ирльний. направленных нп снижение потерь электрической знергнп при ос передаче ло электрическим сетям.
TTwPJJH llj:n irjirvVI4r И ¡JHl 11ЦГДГ.1ГНИИ УГК^НННГ])1ИИ К ¡ХИЧ'ИИГКИХ IIJItK'qNX'rilX С1Н-1ИКЛЯКТГ 11 % err полезного отпуска, что значительно выше показателя зарубежных компании (6-S %) . при этом большая их часть приходится па лшши электропередачи класса напряжения 6 35 кВ, так как oint имеют самую большую протя женноеть [1].
Качественным няттрятигг>ниг\г по снижению технических потерь я эдтмстричргких сетях является гаедрние инновационной н научно-технической политики б энергетике, направленной на создание новых высокоэффективных технологии к числу которых относится создание проводмнхоЕ с использованием новых композитных материалов, позволяющих увсличшъ пропускную способность. уменьшить затраты на строительство линии электропередачи и потери электроэнергии в сетях.
П. Постановка загачи
Величина тока фазы в линии определяется передаваемой по линии мощности в том числе потерями. Известно. что потери акхивной мощности в линии электропередачи пропорциональны квадрату тока и активному сопротивлению лижи, которое, в свою очередь, имеет нелинейную зависимость от температуры проводя. 1см-liepaiypa провода является иеременний величиной, и сё значение ■¡ависи. ol к.шли: шчеекдл и ре.*лмыыл. факторов. материала токопроводящей и несущей частей п конструкции провода [2].
С ледовательно, спнжепне активных потерь в шиши электропередачи связано с поиском новых конструктив ных решений, позволяющих повысить теплоотдачу с поверхности проводника, что позволит уменьшить активно»- СОЩКПИКЛГНИГ 1ИНИИ
В основе разработки способа снижения активных потерь в линии электропередачи лежит идея о том, что. увеличивая боковую площадь охлаждения провода, путем создания новой конструкции проводника повышает-
;-М irilJKXn ДИНЯ И ГНИЖгГИЯ Cll^Ktllh №11]>ГК»| МрОКОДИ
Таким образом, цель работ - снижение активных потерь в линии электропередачи путем разработки конструкции провода с увеличенной боковой поверхностью охлаждешхя. Для достижения цели в работе с формулированы следующие задачи
I IlccjKVldwtih клииниг укгличгни! бикокий iin№])iiH<N-m охлиждгним мргко.и ни гилнкныг иоггри к j инии электропередачи.
2. Предложить конструкцию провода с увеличенной поверхностью охлаждения. Решение второй задачи рассмотрено в работах [3. 4].
Ш. ТЕОРИЯ
Активные потери электроэнергии в воздушной линии электропередачи для класса напряжения 5-35 кВ яв-
лжпгя огнокными килами 1гхничггких жмгрк [5] л оиргдглгния ич игл и чины ншбкодимо п. урикнк-нне теплового баланса. Прн симметричной токовой нагрузке в стационарном тепловом режиме уравнение теплового баланса для лиши электропередачи имеет зпд:
где - ток нагрузки. Л; I - длина провода, л*; р, - удельное сопротивление материала провода, Омм; F -площадь номинального поперечного сечения, мм': а коэффициент теплоотдачи, зависящий от температуры
мрпнодн и по рачигр-i, Вт/(ы2-К), fig.K~ hikiii^Vi мпкг-рхнмеги ирокодл (нлсицидн [ (шрикк нокгнии с okjivjwiio-щен средой), л»'; Ггр - температура провода. ЛС; - температура окружающей среды, 'С.
Переменные потери электроэнерпш на тентовой пагрее в трехпроБодпой системе сиреде.тяются по зыраже нию [6]:
AWHI -Ъ-1'т1 •Яп-Ъ+а-Ы С1)
где - активное сопротивление линии прн температуре 0°С Ом. R0 - активное сопротивление провода при О "С, Оч, г7— iемiic*p<iiурнмл кпнффицигнт ны икнсио <пир01инлгния iiixikci. icik Известна формула определения температуры провода
_-i^p.P---g)
* {aB+aK)PLFX, w
где Р - периметр поперечного сечения провода, мм; F- площадь поперечного сечения провода, мм' : L - длина провода, лг. X, ~ коэффициент заполнения провода активным материалом, оси ~ коэффициент теплоотдачи излучением. Вт/(м X/, % - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вп:/(м' К)
Согласно (2). температура провода зависит ог площади поверхности провода, которая, в свою очередь, определяется произведением длины провода н его периметра поперечного сечения, следовательно, изменение
КГЛИЧИНМ 1кк-ЛГДНГ1С» 1К1ЧК(1ЛМГ| 1КИ<Н IK HHIJK"H I pOKCJ . I/-
Известно, -по для шпепепфнкацпи теплопередачи оребряют поверхности теплоносителя, теплоотдача от ко горок менее интенсивна, тем самым уменьшается сопротивление теплопередачи.
Стандартные сталеалюмннневые провода типа АС представляют собой скрутку из проволок, имеющих одинаковый диаметр, несущей Ы{\ и гекопроводящей (</*) частей. т.е. позерхиоеть провода предстазляег орсорсн-ную поверхность (рис. 1.л). Периметр поперечного сечения при этом можно определить по выражению:
= ,?/2 )\/(1' sm( ^ ),.
(3)
где п количество ребер на поверхности провода (проволок): R^i эквивалентный радиус, проведенный по основаниям ребер, мм.
Увеличение периметра за счет большего оребрепия позволяет сшшпь температуру провода, тем самым
гнижнкш и ТГШКЖМГ iiitirjlh г ПОКГрХНОПН щхжпдл к (жружикпиум) с-]1гду Ък иг1кмнгниг щ'онпдл и:ч кчаимп-
сопряженных проволок фасонных профилей сердечника и трапецеидального еечення токопэоводящен части с ирг^ргнигм (¡жфлгнипч) ннпннгй и«жгрхнеч* Iи жгсжшмп дополни inihHO унг.шчкгк I:гт>имг;р iiniit*j:«*4нсиxi еечення (рнс. 1.5). Периметр поперечного еечення можно определить не выражению:
«Ж2
- 2
) |/fl+sin(^)
7 ч п
CD
где 11>УЛ: - эквивалентный радиус, проведенный по основаниям реоер. леи: ку - коэффициент увеличения высоты зуба, зависящий от расстояния между центрами окружностей, по которым построены зубья и радиуса зубьев г3 (Рис l.e).
У
Vlöi^
о,
о)
i
Рнс. 1.1С расчету длины периметра проводов Коэффициент ереорения поверхности проводов определим по выражению:
I _ р ' р _ с- / с* ореб. сре£. / ея. ор*6. / ея. '
С5)
где i'a- периметр окружности, проведенной по основаниям реоер (периметр гладкой поверхности до ее орео-рення). мм~. S&. - площадь гладкой поверхности до ее оребрення. м : - площадь оребренной поверхности. м'.
Термическое сопротивление теплоотдачи определяется при условии, что термическое сопротивление тепло-прозодносга реоср значительно меньше термического сопротивления теплоотдачи от них.
срез
В общем случае уравнение (2) примет вид
L. =
Рг
(ад + аК) кер^ S„rF х,
сьр.ср.1
(б)
со
IV. Результаты экспериментов
При сравнении провода типа АС номинальным сечением 240/32 мк изготавливаемого по ГОСТ 839-80 и предлагаемого провода, имеющего большую поверхность охлаждения (оребрення) с равными периметрами гладкой поверхности 56,55 мм были получены следующие результаты: коэффициент оребрення по формуле (4) соответственно t^^c^SS,3/56.55=1.508 и 20.48/56,55=2,131. при этом термическое сопротивление по
формуле (6) J?msiJ1J ;lc=l,317 К/Вт и ^?л!ап1(.иге=0:993 К/Вт (коэффициент теплоотдачи нагретого провода соответственно 8,931 Вт'(м -К) и 8,324 Вт/(м К) в установившемся режиме для первого и второго вариантов).
V. Обсуждение результатов
Из проведенных расчетов видно, что при увеличении коэффициента оребрення поверхности на 40% снижается значение термического сопротивления на 25%. Следовательно, согласно (7) и (8). увеличивается теплообмен с поверхности провода. Снижение температуры нагрева по формуле (1) приводит к уменьшению активных потерь и активного сопротивления пинии электропередач. Также известно, что уменьшение активного сопротивления линии снижает величину падения напряжения при передаче мощности
VI. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Установлена связь величины потерь активной мощности с изменением площади боковой поверхности.
2. Произведено численное сравнение, доказывающее, что увеличение поверхности охлаждения провода за счет оребрення приводит к снижению термического сопротивления.
Таким образом, применение проводов с увеличенной боковой поверхностью охлаждения позволит стоить потерн активной мощности в линии электропередачи. Полученное выражение (7) с учетом (3) н (4) можно использовать для определения температуры провода и потерь мощности для различных видов конструкции провода при принятых допущениях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Москвнчев Е. А. Стратегический вектор развития российских распределительных электрических сетей // Вестник Волгоградского гос. ун-та. 2013. № 2(23). С. 100-107.
2. Sidea D. Weatlier-based. assessment of the overhead line conductors thermal state H PowerTech. IEEE Eindhoven. 2015. P. 1-6
3. Пат. 156715 Российская Федерация. МПК Н 01 В 5/00. Неизолированный провод для воздушных линий электропередачи/И. С. Латыпов. И. М. Богачков №2015114426/07; заявл. 17.04.15: опубл. 10 11.15, Бюл. №31.
4. Пат. 156801 Российская Федерация. МПК Н 01 В 5/00 Провод неизолированный дтя воздушных линий электропередачи / И. С. Латыпов. И. М. Богачков. №2015119702/02: -заявл. 25.05.15: опубл. 20.11.15, Бюл. № 32.
5. Латыпов И. С.. С\тпков В. В. Снижение потерь электроэнергии в распределительной сети напряжением 6-35 кВ в системе электроснабжения потребителей нефтегазовой отрасли // Культура, наука, образование: проблемы и перспективы: материалы 5 Междунар. науч.-практ. конф. Нижневартовск. 2016. Ч. П. С. 107—111.
6. Гиршнн С. С., Бубенгчнков А. А.. Петрова Е. В., Горюнов В. Н. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры // Омский научный вестник. 2009. № 3(83). С. 176179.
