Выбор сечения проводов по экономической плотности тока

Экономическая эффективность сооружения и эксплуатации электроэнергетической системы в целом в значительной степени зависит от рационального построения электрических сетей. Как уже отмечалось ранее, в элементах электрических сетей теряется до 15% поступающей в сеть электроэнергии, причем основная часть этих потерь – это потери, связанные с наличием активных сопротивлений у линий и трансформаторов, т.е. потери на нагрев проводов ВЛ, жил кабелей и обмоток трансформаторов. Доля потерь на нагрев в линиях составляет примерно 70% от суммарных потерь.

Понятно, что наиболее радикальным способом снижения этой доли общих потерь могло бы явиться уменьшение активных сопротивлений проводов и жил кабелей. При обычных температурах и использовании алюминия или меди возможность снижения активного сопротивления связана лишь с увеличением сечения проводов и жил кабелей, что связано с ростом стоимости линий электропередачи. Таким образом, в качестве конкурирующих выступают два фактора:

- экономия затрат на компенсацию потерь электроэнергии на нагрев проводов и жил кабелей;

- увеличение капиталовложений на сооружение линии.

Поскольку эти два фактора при вариации сечения имеют противоположные тенденции изменения, можно предположить, что функция приведенных затрат, куда входят эти компоненты, имеет минимум при некотором сечении, которое и следует считать экономически целесообразным. Эти соображения и легли в основу разработанных методов выбора сечений проводов и жил кабелей, которые будут рассмотрены далее.

Экономически целесообразные сечения проводов (жил кабелей) обеспечивают минимальные годовые расчетные затраты на сооружение и эксплуатацию сети. Минимуму функции расчетных годовых затрат

(4.35)

соответствует некоторое значение сечения, которое назовем экономическим F _эк.

Проанализируем влияние сечения проводов на составляющие затрат в линии с одной нагрузкой на конце и с одинаковым сечением вдоль всей линии.

С некоторыми приближениями зависимость капитальных затрат на сооружение линии от сечения проводов выражается уравнением прямой:

, руб., (4.36)

где m – расходы на сооружение 1 км линии, не зависящие от сечения

(изыскания, подготовка трассы и т.д.), руб./км;

n – часть удельных капиталовложений, пропорциональных сечению провода (стоимость провода, опор, арматуры), руб./км·мм²;

F – сечение провода, мм²;

l – длина линии, км.

Проанализируем зависимость эксплуатационных издержек на обслуживание линии, определяемых уравнением (4.31), от сечения.

Стоимость потерь электроэнергии зависит от сечения

(4.37)

где r – удельное сопротивлением материала провода, Ом·мм²/м;

I _м – наибольший (расчетный) ток линии, А.

Подставив (4.36) и (4.37) в (4.31), получим эксплуатационные издержки на обслуживание линии:

. (4.38)

Подставляя (4.38) и (4.36) в (4.35), получим

(4.39)

Первое слагаемое в (4.39) – это прямая З ₁, представляющая ту часть расчетных затрат, которая растет при ростесечения провода; второе слагаемое в (4.39) – это стоимость потерь энергии, убывающая при росте F, – кривая З ₂ (рис. 4.8).

Дифференцируя по сечению и приравнивая производную к нулю, найдем условие минимума функции расчетных годов затрат (рис. 4.8):

Отсюда получаем экономическое сечение линии F _эк, при котором расчетные годовые затраты на сооружение и эксплуатацию линии минимальны:

. (4.40)

Экономическая плот-ность тока – это отношение наибольшего протекающего тока в линии к экономическому сечению:

, А/мм². (4.41)

Из (4.40) и (4.41) следует, что

(4.42)

Смысл и размерность всех величин в (4.42) приведены в пояснениях к выражениям (4.31), (4.36) и (4.41). Анализируя выражение (4.42), видим, что все величины в нем постоянны для данной сети, кроме времени потерь t, которые зависят от времени использования максимальной нагрузки T _м. Таким образом, экономическая плотность тока зависит от материала проводника, типа электрической сети и времени использования максимальной нагрузки.

На основании многочисленных вариантов расчета различных типов электрических сетей и обобщения полученных результатов значения экономической плотности тока J _эк нормированы и их значения приведены в ПУЭ (табл.4.3).

Располагая нормированными значениями J _эк, можно легко выбрать сечение для любой проектируемой линии, если заданы число часов использования максимальной нагрузки Т _м и расчетное значение тока линии I _м.

Таблица 4.3