Электрическая энергия является единственным видом продукции, для перемещения которого от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы. Для этого расходуется часть самой передаваемой электроэнергии. Ток, протекая по проводам и трансформаторам, вызывает их бесполезный нагрев. Эти потери называют нагрузочными. В среднем потери достигают 10% (бывает и больше) от всей передаваемой мощности и обходятся государству в миллионы рублей в год [4, с.155]. Цена продукции могла бы быть намного ниже для обычных потребителей, если бы свелись к минимуму потери электроэнергии в сетях.
В настоящее время тепловые расчеты линий производятся при допущении, что ток имеет постоянное значение, не зависящее от активного сопротивления, и, следовательно, от температуры провода. Основная цель статьи – сравнение стоимости потерь электроэнергии в линиях при токе, зависящем от температуры проводников, и при постоянном токе.
Уравнение теплового баланса провода в случае вынужденной конвекции может быть записано следующим образом [2, с. 148]:
(1)
где:αвын – коэффициент теплоотдачи вынужденной конвекцией;
εп – коэффициент черноты поверхности провода для инфракрасного излучения;
C0 = 5,67·10-8 Вт/(м2·К4) – постоянная излучения абсолютно черного тела;
Θвнеш и Θокр – температуры поверхности провода и окружающей среды в ºC;
As – поглощательная способность поверхности провода для солнечного излучения;
qсолн – плотность потока солнечной радиации на провод;
dпр – диаметр провода;
DP0’ – потери активной мощности в проводе на единицу длины при Θвнеш = 0 ºC, равные [3, с. 156]
Расчеты в [5, с. 447] производятся для провода типа АС со следующими данными: худ = 0,326 Ом/км; R0,уд = 0,1321 Ом/км; bуд = 0,00000352 См/км; nк = 1; lк = 1000 м; U0 = 6300 В; = 400 В, Pн = 550000 Вт; Qн = 400000 вар.Qсн= 100000 вар;U=380 В; pуд = 0,0035 Вт/вар; α= 0,00435 1/ ℃ . Θо.к, Θо.т =10; Iдоп = 70000 А; Θжд = 65 ℃; Θмд = 44 ℃; Θо.к.н =15 ℃; Θо.т.н =20 ℃; Θтд = 85 ℃; Sк,уд = 0,6335 [2, с. 121].
Зависимость потерь в линиях построится в диапазоне температур от –40 до +90 °C. Верхняя граница соответствует предельно допустимой температуре эксплуатации неизолированных проводов, а для линий с повышенной пропускной способностью до +210, 240.
Рассчитаем потери от влияния температуры проводников при различных режимах. В таблице 1 приведены различные режимы, которые получены варьированием длины линии lк, мощности нагрузки Pн, Qн;мощности батареи статических конденсаторов Qсн;коэффициентов статических характеристик(пологие, средние, крутые).
Таблица 1.
Режимы при различных характеристиках
| 1 | Пологие, lк = 4000 м | 10 | Пологие, коэффициент мощности 0,8 |
| 2 | Средние, lк = 4000 м | 11 | Пологие, коэффициент мощности 0,9 |
| 3 | Крутые, lк = 4000 м | 12 | Средние, мощность БСК 0 |
| 4 | Средние, lк = 100 м | 13 | Средние, мощность БСК 300000 вар |
| 5 | Пологие, lк = 1000 м | 14 | Средние, мощность БСК 400000 вар |
| 6 | Средние, lк = 1000 м | 15 | Линия с повышенной пропускной способностью, пологие, lк = 4000 м |
| 7 | Крутые, lк = 1000 м | 16 | Линия с повышенной пропускной способностью, средние, lк = 4000 м |
| 8 | Пологие, коэфф. мощности 0,6 | 17 | Линия с повышенной пропускной способностью, крутые, lк = 4000 м |
| 9 | Пологие, коэфф. мощности 0,7 |
Потери активной мощности на единицу длины провода равны [2, с. 149]
, (6)
где DP0’– потери активной мощности в проводе на единицу длины при Θ= 0 ºC, Θ – температуры поверхности провода и окружающей среды в ºC, l – длина линии, м.
I2 = 1,56174 · Θ+3795,03.
Потери энергии связаны с потерями активной мощности соотношением [1, с. 156]
, (7)
где Т – расчетный период, который чаще всего равен 1 году (8760 часов).
Стоимость потерь энергии
(8)
где Сэ – тариф на электроэнергию. Cэ = 4 руб/кВт·ч.
Стоимость потерь энергии, где учитывается влияние температуры проводника
ИDW = 4 · 358380 = 1433520 руб.
Стоимость потерь энергии при постоянном токе
Для остальных режимов результаты расчета стоимости потерь энергии занесем в таблицы2 и 3.
Таблица 2.
Сравнительные результаты стоимости потерь энергии
| №
|
Прямые
I2=AΘ+B |
DP, Вт/м | ИDW, руб. | DPпри пост.токе, Вт/м | ИDW, пост.т, руб. | D ИDW, руб. |
| 1 | 1,5617 Θ + 3795,0321 | 5,9803 | 1435272 | 5,9194 | 1420656 | 14616 |
| 2 | -0,8924 Θ + 3480,8600 | 5,3859 | 1292616 | 5,4198 | 1300752 | -8136 |
| 3 | -2,4520 Θ + 3234,8094 | 4,9384 | 1185216 | 5,0298 | 1207152 | -21936 |
| 4 | -0,0484 Θ + 3851,9408 | 6,0082 | 36049,2 | 6,0101 | 36060,6 | -11 |
| 5 | 0,0912 Θ + 3672,5735 | 5,7273 | 343638 | 5,7246 | 343476 | 162 |
| 6 | — 0,4184 Θ + 3744,1957 | 5,8541 | 351246 | 5,8384 | 350304 | 942 |
| 7 | -0,9037 Θ + 3811,2805 | 5,9101 | 354606 | 5,9453 | 356718 | -2112 |
| 8 | 0,5035 Θ + 3372,1036 | 5,2663 | 1263912 | 5,2473 | 1259352 | 4560 |
| 9 | 0,9879 Θ + 3546,6024 | 5,5620 | 1334880 | 5,5242 | 1325808 | 9072 |
| 10 | 1,5151 Θ + 3772,4654 | 5,9424 | 1426176 | 5,8835 | 1412040 | 14136 |
| 11 | 2,0400 Θ + 4067,3878 | 6,4349 | 1544376 | 6,3539 | 1524936 | 19440 |
| 12 | -1,4472 Θ + 4053,9197 | 6,2752 | 1506048 | 6,3324 | 1519776 | -13728 |
| 13 | -0,0033 Θ + 2889,5499 | 4,4841 | 1076184 | 4,1749 | 1001976 | 74208 |
| 14 | 0,3332 Θ + 2885,7812 | 4,4904 | 1077696 | 4,1701 | 1000824 | 76872 |
| 15 | 0,02573Θ+ 3742,5035 | 0,4921 | 118104 | 0,4547 | 109128 | 8976 |
| 16 | -0,19044Θ + 3857,5067 | 0,5067 | 121608 | 0,4687 | 112488 | 9120 |
| 17 | -0,39863 Θ + 3965,3571 | 0,5204 | 124896 | 0,4818 | 115632 | 9264 |
Таблица 3.
Сравнительные результаты стоимости потерь энергии при температурах близких к максимально допустимой температуре
|
№ |
Прямые
I2=AΘ+B |
DP, Вт/м | ИDW, руб. | DPпри пост.токе, Вт/м | ИDW, пост.т, руб. | D ИDW, руб. |
| 1 | 17,17914 Θ + 41745,330 | 84,8762 | 20370288 | 81,1090 | 19466160 | 904128 |
| 2 | -10,7086 Θ + 41770,320 | 78,9658 | 18951792 | 80,9418 | 19426032 | -474240 |
| 3 | — 31,876 Θ + 42052,520 | 75,5441 | 18130584 | 81,8448 | 19642752 | -1512168 |
| 4 | -0,5324 Θ + 42371,350 | 82,5149 | 495089 | 82,6218 | 495730,8 | -641 |
| 5 | 1,00364 Θ + 40398,303 | 78,0691 | 4684146 | 77,8596 | 4671576 | 12570 |
| 6 | -4,6024 Θ + 41186,153 | 78,8146 | 4728876 | 79,7747 | 4786482 | -57606 |
| 7 | -9,9405 Θ + 41924,091 | 79,4829 | 4768974 | 81,5329 | 4891974 | -123000 |
| 8 | 6,042 Θ + 40465,236 | 79,2630 | 19023120 | 78,0641 | 18735384 | 287736 |
| 9 | 10,8678 Θ + 39012,622 | 76,7966 | 18431184 | 74,5752 | 17898048 | 533136 |
| 10 | 16,6661 Θ + 41497,120 | 84,1286 | 20190864 | 80,4989 | 19319736 | 871128 |
| 11 | 20,400 Θ + 40673,880 | 82,8790 | 19890960 | 78,5185 | 18844440 | 1046520 |
| 12 | -14,472 Θ + 40539,200 | 75,3750 | 18090000 | 78,1963 | 18767112 | -677112 |
| 13 | -0,0462 Θ + 40453,700 | 77,9884 | 18717216 | 77,9920 | 18718080 | -864 |
| 14 | 4,6648 Θ + 40400,920 | 78,8223 | 18917352 | 77,8659 | 18687816 | 229536 |
| 15 | 7,7190 Θ + 1122751,050 | 255,7122 | 61370928 | 136,4143 | 32739432 | 28631496 |
| 16 | -57,132 Θ + 1157252,010 | 263,0509 | 63132216 | 140,6061 | 33745464 | 29386752 |
| 17 | -119,5900 Θ + 1189607,130 | 269,7433 | 64738392 | 144,5372 | 34688928 | 30049464 |
Вывод
Потери энергии в сетях влияют на процентное соотношение издержек в конечной стоимости продуктов. Стоимость потерь электрической энергии в линиях распределительных сетей от температуры проводов и потери энергии при постоянном токе отличаются незначительно в таблице 2, так какпри небольших температурах погрешности расчета потерь почти отсутствуют. Малая стоимость потерь наблюдается в режимах 4-7 из-за меньших потерь энергии и, следовательно, меньшей длины линии. Поэтому в линиях, где учитывается температурная зависимость при длине линии с 1000 м, стоимость выше, чем в линиях при постоянном токе. Поэтому при расчете потерь энергии в электрических сетях рекомендуется учитывать температурную зависимость тока при длинах линии с 1000 м, а так же в линиях с повышенной пропускной способностью.
Список литературы:
- Вязигин В.Л. Оборудование и электротехнические устройства систем электроснабжения. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 232 с.
- Гиршин С.С.,Горюнов В.Н., Кузнецов Е.А. Упрощение уравнений теплового баланса воздушных линий электропередачи в задачах расчета потерь энергии // Омский научный вестник. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. № 1 (117). — с. 148-151.
- Гиршин С.С., УсенкоА.Н., ТимомееваА.И., КалусенкоЕ.О. Особенности моделирования электрических и тепловых режимов распределительных сетей в задачах расчета потерь электроэнергии// Энегретика и энергосбережение: Межвуз. Тематический сб. науч. трудов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 154-162.
- Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. М.: нуЭНАС, 2002. – 280с.
- MongushCh.P. Research of dependence of the residual current in the lines distribution networks temperature wires //History, Problems and Prospects of Development of Modern Civilization.The XVI International Academic Congress. Tokyo, Tokyo University Press, 2015. №2. – с. 442-450.[schema type=»book» name=»РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЛИНИЯХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ОТ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДОВ» description=»В статье рассмотрена зависимость величины тока в линиях от температуры проводов. Сделан сравнительный расчет стоимости дополнительных потерь электроэнергии в линиях распределительных сетей от влияния температуры провода. Данарекомендацияприрасчетепотерьэлектроэнергии.» author=»Монгуш Чаяна Павловна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-21″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]