По экономической плотности тока

Сечение - один из важнейших параметров линии электропередачи. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение и нормативные отчисления от них. В то же время уменьшаются потери электроэнергии и их стоимость за год. Поэтому задача выбора оптимального сечения требует технико-экономического подхода к своему решению.

Рассмотрим выражение для приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию электропередачи в функции сечения проводов:

,

причем некоторое "экономическое" сечение F _ЭКбудет соответствовать З_min.

Стоимость линии зависит от ее длины:

,

где l - длина линии, км;

К ₀ - удельные капитальные вложения, руб./км, которые могут быть представлены в виде

,

где а - капитальные вложения в один километр линии, руб./км, не зависящие от сечения (затраты на подготовку просеки, прокладку дорог, осушение участков болот и т.д.);

b - часть удельных капитальных вложений, пропорциональная сечению провода, руб/(км·мм²) (стоимость металла, опор, арматуры и т.д.).

Анализ составляющих издержек в зависимости от применяемого сечения показывает, что издержки на обслуживание линии от него не зависят.

В то же время имеет место влияние сечения проводов на стоимость потерь электроэнергии:

,

где I _НБ - наибольший рабочий ток линии, А;

r - удельное сопротивление материала провода, Ом∙мм²/км;

b - стоимость потерь электроэнергии, руб./(кВт∙ч);

t - время наибольших потерь, ч/год, т.е. время, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потери электроэнергии те же, что и при работе по реальному графику нагрузок за год.

Эксплуатационные расходы:

- на амортизацию:

- на капитальный ремонт и

- реновацию (накопление средств на замену физически изношенного и
морально устаревшего оборудования) и

- текущий ремонт,

зависят от сечения:

,

где a_Э -ежегодные отчисления на амортизацию и текущий ремонт линии в относительных единицах, 1/год.

Подставляя полученные зависимости в исходное выражение для приведенных затрат, имеем:

.

Характер полученных зависимостей иллюстрирует рис.2.49.

Рис. 2.49. Зависимость составляющих приведенных затрат от сечения проводов линий

 

Собственно экономическое сечение линии находим, приравнивая к нулю производную :

.

Используя экономическое сечение, отвечающее минимуму приведенных затрат, вводят понятие:

экономическая плотность тока, А/мм² - отношение наибольшего протекающего в линии тока к экономическому сечению:

,

или

.

Полученное выражение помогает уяснить суть экономической плотности тока, но для практических расчетов не применяется.

Согласно ПУЭ экономическая плотность тока выбирается в зависимости от вида проводника и времени использования максимума нагрузки. Напомним, что Т _НБ - время использования наибольшей нагрузки - время, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потребитель получил бы то же количество электроэнергии, что и при работе по реальному графику нагрузок за год.

На практике полноценные технико-экономические расчеты по выбору сечения проводов каждой конкретной линии выполняются для ВЛ 750 кВ и выше и передач постоянного тока.

При проектировании ВЛ напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения проводов производится по нормированным обобщенным показателям - нормированным значениям экономической плотности тока.

Суммарное сечение (F) проводов фазы проектируемой ВЛ составляет

,

где: - расчетный ток, А, используемый в качестве тока ;

 - нормированная плотность тока, А/мм².

Значение  определяется по выражению:

,

где  - ток линии на пятый год ее эксплуатации в нормальном режиме, определяемый для системообразующих линий основной сети по расчетным длительным потокам мощности. Для линий распределительной сети  определяется расчетом потокораспределения при прохождении максимума нагрузки энергосистемы;

- коэффициент, учитывающий изменение нагрузки по годам эксплуатации линии. Для линий 110-220 кВ значение  может быть принято равным 1,05, что соответствует математическому ожиданию этого коэффициента в зоне наиболее часто встречающихся темпов роста нагрузки. Для ВЛ 330 и 500 кВ  определяется по специальным кривым.

В соответствии с ПУЭ установлены значения плотности тока для ВЛ 35—500 кВ и кабельных линий, приведенные в табл. 2.11.

 

Таблица 2.11. Нормированные значения плотности тока для

ВЛ 35—500 кВ и кабельных линий

 

Проводники	Плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки Тmax, ч/год
	более 1 000 до 3 000	более 3 000 до 5 000	более 5 000
Неизолированные провода и шины
медные	2,0 (2,5)	1,7 (2,1)	1,4 (1,8)
алюминиевые	1,0 (1,3)	0,9 (1,1)	0,8 (1,0)
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами
медными	2,4 (3,0)	2,0 (2,5)	1,6 (2,0)
алюминиевыми	1,3 (1,6)	1,1 (1,4)	1,0 (1,2)
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами
медными	2,8 (3,5)	2,5 (3,1)	2,2 (2,7)
алюминиевыми	1,5 (1,9)	1,4 (1,7)	1,3 (1,6)

Примечание: В скобках приведены значения экономической плотности тока, приводившиеся

                  в четвертом издании ПУЭ.

 

В заключение следует отметить, что сечения проводов на ответвлениях от основной ВЛ длиной до 2 км, сооружаемых одновременно с основной линией, принимаются такими же, как и на основной линии. Для заходов действующих ВЛ на новые ПС сечение провода выбирается, как правило, не меньшим, чем на основной линии.

При пользовании нормированными значениями плотности тока необходимо также руководствоваться следующим. Приведенные выше значения относятся только к проектируемым линиям и не являются критерием экономической нагрузки существующих линий. На таких линиях по сравнению с прокладкой дополнительных цепей или заменой проводов проводами больших сечений допускается превышение (вплоть до двукратного) нормативных величин плотности тока.

Увеличение числа цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения требований по экономической плотности тока обосновывается технико-экономическим расчетом. При этом во избежание увеличения числа линий или цепей также допускается превышение нормативных величин плотности тока вплоть до двукратных значений.

Для ВЛ 110 и 220 кВ основной сети, сооружаемых на территории крупных городов, рекомендуется применять сечения проводов не менее 240 и
400 мм² соответственно.

Выбору по экономической плотности тока не подлежат:

1. Сети промышленных предприятий с напряжением до 1 кВ при времени наибольшей нагрузки до 4 000 - 5 000 ч;

2. Ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 000 В и осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;

3. Сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы
3-5 лет.

Сечение проводов и кабелей, выбранное по экономической плотности тока, проверяют:

1. По допустимой токовой нагрузке по нагреву :

,

где  - расчетный ток для проверки проводов по нагреву (средняя токовая нагрузка за полчаса); при этом расчетными режимами могут являться нормальные или послеаварийные режимы, а также периоды ремонтов других элементов сети, возможных неравномерностей распределения нагрузки между линиями и т. п.

2. По условиям короны проверке подлежат ВЛ 110 кВ и выше, прокладываемые по трассам с отметками выше 1500 м над уровнем моря. При более низких отметках проверка не производится, если сечения проводов равны или превышают минимально допустимые по условиям короны.

3. Проверке по допустимым потерям и отклонениям напряжения ВЛ
35 кВ и выше не подлежат, так как повышение уровня напряжения путем увеличения сечения проводов таких линий по сравнению с применением трансформаторов с РПН или средств компенсации реактивной мощности экономически не оправдывается.

4. По механической прочности проверяют только провода ВЛ.