На первом этапе развития электроэнергетики выбор сечений проводников осуществлялся, исходя из необходимости обеспечения величины пропускной способности линии, что фактически означало выбор по условию минимума расхода металла на провода линии или минимума капитальных вложений. В связи с этим, появление метода экономической плотности тока в сороковых годах прошлого века было безусловно прогрессивным, поскольку учитывало не только капитальные затраты на сооружение линии, но и стоимость потерь электроэнергии.
Практика анализа принимаемых проектных решений показала недопустимо большие погрешности при выборе проводов ВЛ напряжением 35 кВ и выше по условию экономической плотности тока. Например, ВЛ с проводами 70 мм2 на металлических опорах часто дороже линии той же длины с проводами 240 мм2 на железобетонных опорах. Основными причинами принимаемых неверных решений являются не совсем корректные допущения, принимаемые при использовании метода экономической плотности тока.
Во-первых, выражение
|
получено в предположении линейной зависимости капитальных вложений в линию от ее длины:
 и  .
|
Этому предположению соответствует график 
, показанный на рис. 2.50.
|
Рис. 2.50. Допущение о форме графика  , принимаемое в
методе выбора сечения проводников по экономической плотности тока
|
Это построение справедливо, например, для кабельных линий, где стоимость единицы длины кабельной продукции определяется, в основном, стоимостью цветного металла.
Иное дело при переходе к строительству ВЛ напряжением 35 кВ и выше с применением унифицированных типов опор, каждая из которых рассчитана на подвеску узкого диапазона сечений проводов, рис. 2.51.
| |
| Рис. 2.51. График зависимости , учитывающий использование
унифицированных опор для подвески проводов
|
При этом очень важно, что, во-первых, изменение капитальных вложений в пределах использования одного типа унифицированных опор гораздо меньше изменения затрат при переходе к следующему типу. При этом второе слагаемое в выражении для 
имеет очевидно нелинейную зависимость от сечения, поскольку сам коэффициент 
уже не может считаться постоянным, а должен рассматриваться как функция второго порядка 
.
Во-вторых, для нахождения экстремума функции затрат применяли частную производную от них по сечению проводника. На самом деле, сечения проводников, выпускаемых промышленностью, изменяются дискретно и данная математическая операция здесь не применима.
Третье предположение заключалось в том, что ток 
является постоянной величиной, хотя на самом деле он разный для разных линий.
В этих условиях минимуму приведенных затрат отвечают на самом деле два условия:
 .
|
Данные недостатки устраняются при использовании метода экономических интервалов.
Суть метода состоит в следующем: для различных стандартных сечений проводов ВЛ 35 - 750 кВ построены зависимости приведенных затрат на линию от тока I Р:
 .
|
Постоянная часть затрат соответствует первому слагаемому, второе слагаемое - соответствует стоимости потерь энергии и зависит от квадрата тока. В целом кривые приведенных затрат соответствуют смещенным влево правым ветвям парабол. Чем больше сечение, тем положе парабола, рис. 2.52.
Значение тока от нуля до I НБ1 - экономический интервал для первого сечения; от I НБ1 до I НБ2 - экономический интервал для второго сечения; при токах больше I НБ2 - выбирают третье сечение.
|
| Рис. 2.52. Выбор сечения по экономическим интервалам токовых нагрузок |
На практике для использования экономических интервалов тока при выборе проводов также используют расчетную токовую нагрузку линии, которая определяется по тем же правилам, что и в методе экономической плотности тока. Пример формы справочной таблицы для применения метода экономических интервалов токовых нагрузок приведен в табл. 2.12.
Были разработаны аналогичные справочные таблицы для сокращенной номенклатуры сечений проводов и таблицы экономических интервалов активных мощностей.
Если расчетная токовая нагрузка меньше нижней границы интервала применения минимального сечения данного напряжения, то необходимо сравнение с вариантом линии более низкого напряжения.
Если расчетная токовая нагрузка превышает верхнюю границу интервала использования максимального сечения для данного напряжения, то надо рассмотреть варианты усиления сети.
Например: для ВЛ 110 кВ с наибольшим рекомендуемым сечением
240 мм2 предельная экономическая нагрузка на одну цепь для одноцепной линии 110 кВ с железобетонными опорами при этом сечении - 370 А.
Допустим, что наибольшая расчетная нагрузка проектируемой ЛЭП составляет 450 А, что больше предельной экономической нагрузки при
F =240 мм2.
В этой ситуации оптимальное решение будет получено в результате технико-экономического сравнения трех вариантов:
1. Одноцепная ВЛ 110 кВ с F =240 мм2 и наибольшей расчетной нагрузкой 450А - реальный вариант, поскольку предельная нагрузка по нагреву для данного типа провода составляет 610А.
2. Двухцепная ВЛ 110 кВ того же сечения при нагрузке на одну цепь 225А.
3. Одноцепная ВЛ 220 кВ.
Таблица 2.12. Экономические интервалы токовых нагрузок для сталеалюминиевых проводов ВЛ 35 - 500 кВ
ОЭЭС европейской зоны РФ (при полной номенклатуре сечений)
| U, кВ | Тип опор | Материал опор | Район по гололеду | Предельная экономическая нагрузка на одну цепь, А, при сечении, мм2 | ||||||||
| 70 | 95 | 120 | 150 | 185 | 240 | 300 | 400 | 500 | ||||
| 35 | Одно- | Ж/б | 1-2 | - | 100 | 155 | 200 | - | - | - | - | - |
| цепные | 3-4 | - | 95 | 140 | 200 | - | - | - | - | - | ||
| Сталь | 1-2 | 70 | 125 | 135 | 200 | - | - | - | - | - | ||
| 3-4 | - | 115 | 125 | 200 | - | - | - | - | - | |||
| 35 | Двух- | Ж/б | 1-2 | 80 | 115 | 170 | 180 | - | - | - | - | - |
| цепные | 3-4 | 65 | 90 | 165 | 180 | - | - | - | - | - | ||
| Сталь | 1-2 | 75 | 125 | 140 | 180 | - | - | - | - | - | ||
| 3-4 | 55 | 100 | 120 | 180 | - | - | - | - | - | |||
| 110 | Одно- | Ж/б | 1-2 | 55 | - | 135 | 185 | 220 | 370 | - | - | - |
| цепные | 3-4 | - | - | 125 | 150 | 230 | 370 | - | - | - | ||
| Сталь | 1-2 | 55 | 115 | - | 185 | 215 | 370 | - | - | - | ||
| 3-4 | - | 85 | 110 | 165 | 200 | 370 | - | - | - | |||
| 110 | Двух- | Ж/б | 1-2 | 65 | 105 | 150 | 190 | 215 | 340 | - | - | - |
| цепные | 3-4 | 55 | 80 | 150 | 170 | 210 | 340 | - | - | - | ||
| Сталь | 1-2 | 60 | 115 | - | 205 | 220 | 340 | - | - | - | ||
| 3-4 | 45 | 90 | 110 | 180 | 210 | 340 | - | - | - | |||
| 220 | Одно- | Ж/б, | ||||||||||
| цепные | сталь | 1-4 | - | - | - | - | - | 280 | 385 | 480 | 700 | |
| 220 | Двух- | Ж/б, | ||||||||||
| цепные | сталь | 1-4 | - | - | - | - | - | 305 | 375 | 460 | 680 | |
| 500 | Одно- | Ж/б, | ||||||||||
| цепные | сталь | 2-4 | - | - | - | - | - | - | 1120 | 1545 | 2000 | |
Примечание. Количество проводов в фазе принято: для ВЛ до 220 кВ - 1, 500 кВ - 3.
