CC BY
14
УДК 621.316.3
Е.В. Петрова, E.V. Petrova, e-mail: [email protected] В.Н. Горюнов, N.V. Goryunov, e-mail: [email protected] Д.В. Батулько, D.V. Batulko, e-mail: [email protected] Е.А. Кузнецов, E.A. Kuznecov
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
SELECTION OF THE PARAMETERS OF COMPENSATING DEVICES, TAKING INTO ACCOUNT THE TEMPERATURE DEPENDENCE OF THE ELECTRICAL CIRCUIT RESISTANCE
В работе проведено исследование влияния температуры проводов на выбор мероприятий, направленных на снижение потерь энергии в электрической сети. Рассмотрены два этапа реализации мероприятий на примере компенсации реактивной мощности.
In this work we present a study of the influence of the temperature of the wires on the choice of measures to reduce energy losses in electric networks. Considered two stages of implementation of activities on the example of reactive power compensation.
Ключевые слова: потери энергии, температура, линия электропередачи, стационарные и нестационарные тепловые режимы
Keywords: loss of energy, temperature, power line, steady and unsteady thermal regimes
Компенсация реактивной мощности (РМ) является наиболее распространенным мероприятием для снижения потерь в электрических сетях.
Целесообразно использовать компенсацию реактивной мощности при проведении экспертной оценки для обоснования необходимости повышения точности расчета потерь электроэнергии, за счет используемого в ряде работ [1-4] учета температуры провода.
Для условий, представленных в таблице 1, рассмотрим оптимальный выбор параметров компенсирующих устройств и оценку сроков окупаемости на примере исследования не-разветвленной сети (рисунок 1) с неизолированными проводами с БСК марки УКЛ-6 на номинальное значение напряжения 10,5 кВ [5].
Рис. 1 Электрическая цепь с источником питания ИП и неизолированными проводами марки АС-50 (АС-240)
Оптимальный выбор параметров БСК выполняется на основе уравнения для нахождения годовых приведенных затрат 3 [6, 7]:
,г Р2 + (0-02) 1
3 = ЕнК + И = (Ен+ар)К + СэТ(АРл+АРа,) = (Ен+ар)К + СэТ\ -+РтОа, |, (1)
I и '1
где К - капиталовложения на установку БСК; Ен - коэффициент приведения капиталовложений; И - годовые эксплуатационные издержки; ар - норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования; Сэ - стоимость электроэнергии; АРл, АРку - потери мощности соответственно в линии и в БСК; Т - интегрирующий множитель, переводящий потери мощности в потери энергии и имеющий размерность времени; и - напряжение сети; Я - активное сопротивление линии; Руд - удельные потери активной мощности в БСК.
Таблица 1
Параметры проводов
Наименование и обозначение параметров Численные значения (допущения)
АС-50 АС-240
Значение сопротивления проводов при нагреве до 200 °С Я=Яо(1+а^р)
Погонное активное сопротивление провода при 20 °С, Ом/км 0,5951 0,118
Радиус жилы провода, мм 4,8 10,8
Температурный коэффициент сопротивления а, 1/°С 0,00403
Степень черноты поверхности провода е 0,6
Температура воздуха в te , °С 1,7
Атмосферное давление атм Ратм , Па 100000
Скорость ветра V , м/с 1
Средняя дневная сумма солнечной радиации Е , кВт-ч/м2 5,5
Количество теплоты, полученное одним метром провода в единицу времени за счет солнечной радиации Жя , Вт/м 4 9
Интегрирующий множитель, переводящий потери мощности в потери энергии, Т , ч 5000 (одинакова для потерь в линии и БСК)
Стоимость электроэнергии Сэ , руб/(кВт-ч) 2,098
Коэффициент приведения капиталовложений Ен , 1/год 0,14
Норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования ар 0,059
Удельные потери активной мощности в БСК Руд , кВт/квар 0,002
Напряжение в узле нагрузки не меняется
Температура провода при отсутствии БСК близка к максимально допустимой, но не превышает её
Вычисление изменения оптимальной мощности с учетом нагрева Qку.опmt относительно оптимальной мощности без учета нагрева Qку.опт проводится по выражению:
О -О
&-к
^ку.оптt
€1 = -100%, (2)
Результаты выбора оптимальных параметров БСК приведены в таблицах 2,3 [5].
Таблица 2
Значения оптимальной мощности БСК в сети с проводами АС-50 при нагрузках Р=3300 кВт и р=2500 квар
Длинна линии, м Qку, квар Стоимость БСК, тыс.руб. З, тыс. руб. Qку.опm, КВар е1, %
без учета ^ с учетом ^р без учета ^ с учетом 4р
200 900 169,4 220,528 241,847 900 1350 50
1350 215,2 223,629 240,214
300 900 169,4 304,491 336,469 1350 1350 0
1350 215,2 299,867 324,744
1500 258,9 305,663 328,738
380 1350 215,2 360,857 392,368 1350 1350 33
1500 258,9 365,042 394,271
1800 270,9 361,621 387,782
650 1800 270,9 553,432 598,181 1800 2250 25
2250 329,6 557,209 597,289
Таблица 3 Оптимальные мощности БСК для провода АС-240 при мощностях нагрузки Р=9200 кВт, р=6100 квар.
Длинна линии, м Qку, квар Стоимость БСК, тыс.руб. З, тыс. руб. Qку.опm, квар е1, %
без учета П с учетом ^р без учета ^ с учетом 4р
400 1800 270,9 602,292 651,372 1800 2250 25
2250 329,6 605,256 650,06
2700 391,4 610,848 651,735
500 2700 391,4 789,466 845,684 2700 3150 16
3150 449,8 791,067 843,104
4000 575,7 804,741 850,79
Из данных, приведенных в таблицах следует, что среднее значение оптимальной мощности БСК с учетом нагрева превышает аналогичную величину без учета нагрева.
Благодаря данному факту потери электрической энергии уменьшаются не только за счет передаваемой реактивной мощности, но также и активной, за счет снижения активного сопротивления, обусловленного уменьшением температуры.
Данный вывод подтверждается значениями сроков окупаемости мероприятий Ток (для БСК без северного контейнера) и Токс (для БСК с северным контейнером) представленные в таблицах 4,5 [5].
Значение погрешности сроков окупаемости, обусловленные неучетом нагрева е2 (без учета северного контейнера) и £2с (с учетом северного контейнера) определяется уравнением 3:
Т -Т Т -Т „ч
о — _ок1_ок_• о — о/у/_оке .
- гр ' -С гр V /
Т оШ окЛ
где Тон, Ток - сроки окупаемости БСК без северного контейнера с учетом и без учета температуры; Токе Токс - сроки окупаемости БСК в северном контейнере с учетом и без учета температуры.
Проведенное исследование обосновывает необходимость учета температуры проводов электрической цепи при расчете потерь и сроков окупаемости, устанавливаемых БСК.
Библиографический список
1. Расчет погрешностей определения потерь электрической энергии в проводах повышенной пропускной способности из-за неучета атмосферных и режимных факторов / Е.В. Петрова, А.Я. Бигун, В.Н. Горюнов, С.С. Гиршин, А.А. Бубенчиков. - Омский научный вестник. - 2013. - № 2 (120). - С. 191-197.
2. Уточнение метода расчета температуры провода при постоянной нагрузке с учетом климатических факторов / Гиршин С.С., Горюнов В.Н., Бубенчиков А.А., Петрова Е.В., Петров А.С.: депон. рукопись. - № 198-В2010 08.04.2010.
3. Совершенствование методов расчета потерь электроэнергии в линиях электропередачи на основе математических моделей, учитывающих температуру проводов / А.А. Бубенчиков, В.Н. Горюнов, Е.В. Петрова: депон. рукопись. - № 609-В2009 30.09.2009.
4. Исследование достоверности расчетов температуры проводников воздушных линий электропередачи комплексом программ ОМ1 / Петрова Е.В., Горюнов В.Н., Гиршин С.С., Кириченко Н.В., Кузнецов Е.А. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока - 2013. - № 1. - С. 291-296.
5. Учет температурной зависимости сопротивления неизолированного провода при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности / Е.В. Петрова, С.С. Гиршин, В.Н. Горюнов, Д.Е. Христич // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2013. - № 1. - С. 284-291.
6. Идельчик В.И., Электрические системы и сети: учеб. для вузов / В.И. Идельчик. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.
7. Герасименко А.А., Передача и распределение электрической энергии: учеб. для вузов / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. - Ростов-н/д: Феникс; Красноярск: Изд. проекты, 2006. -720 с.
