План лекції
1. Економічна щільність струму й економічні інтервали навантаження.
2. Втрати енергії в електричних мережах.
1. Економічна щільність струму й економічні інтервали навантаження
Собівартість передачі електричної енергії (річні експлуатаційні витрати) складається з наступних складових.
Вартість втрат енергії в проводах електричних ліній і трансформаторах. Вона залежить від значення річних втрат і вартості одиниці втрат електроенергії.
На значення втрат енергії впливає коефіцієнт потужності навантаження. При тій же активній потужності струм обернено пропорційний коефіцієнту потужності, а втрати потужності або енергії обернено пропорційні квадрату коефіцієнта потужності:
Отже, для зменшення втрат енергії прагнуть підвищити коефіцієнт потужності в мережі. Для цього необхідно забезпечити повне завантаження трансформаторів і особливо електродвигунів. У ряді випадків доцільно включати в споживачів конденсатори паралельно навантаженню.
Відрахування на амортизацію установки. Вони залежать від терміну служби лінії і її первісної вартості, тобто первісних капітальних витрат. Відрахування на амортизацію, що полягають із відрахувань на реновацію, тобто повне відшкодування основних фондів і капітальний ремонт у відсотках від первісної вартості лінії Кл повинні бути такі, щоб до кінця терміну служби лінії повністю була повернута її первісна вартість. Відрахування на амортизацію у відсотках від Кf становлять:
де Т- термін служби лінії, років.
Витрати на поточний ремонт лінії звичайно вони невеликі й у сільських мережах становлять кілька відсотків первісної вартості.
Зарплата лінійних обхідників, чергових на підстанціях, інженерно-технічних і адміністративно-господарських працівників і ін. Позначимо цю складову через Зр.
При проектуванні лінії важливо забезпечити такі умови, щоб розрахункові наведені витрати на передачу електроенергії були найменшими. У значній мірі це залежить від обраного перетину проводів. Вартість втрат енергії зменшується зі збільшенням перетину проводів за законом гіперболи (рис. 12.1).
Первісна вартість лінії зі збільшенням перетину проводів зростає приблизно за законом прямої лінії. Отже, по цьому ж закону збільшуються відрахування від первісної вартості (рис. 12.1).
Витрати Зр на обслуговування лінії практично не залежать від перетину проводів, і тому їх не розглядають.
Таким чином, розрахункові наведені витрати на передачу електроенергії без обліку витрат на обслуговування виражають U-подібною кривою (рис. 5.1).
Мінімум кривої відповідає найбільш вигідному, або, як його називають, економічному, перетину проводів лінії - Fж.
Рис. 10.1. Залежність вартості передачі електроенергії від перетинів проводів
Якщо проводи лінії мають економічний перетин, то розрахункові наведені витрати на передачу електроенергії найменші й, отже, лінія спроектована найбільше правильно, тобто обов’язково при розрахунках кожної лінії потрібно визначати економічний перетин проводів, перевіряючи різні варіанти. Однак практично цього не роблять. Справа в тому, що на кривій 3 -зр мінімум неясно виражений, тому що крива звичайно носить пологий характер. Крім того, з міркувань економії провідникового металу завжди прагнуть брати найменші перетини. Рекомендовані ПУЭ економічні щільності струму для проводів з різних металів при різнім числі годин використання максимуму навантаження наведено в таблицях.
У такий спосіб вибирають перетину проводів для ліній напругою 35...220 кВ. Очевидно, що в цьому випадку розрахунки проводів зводиться до нескладних операцій.
Якщо лінія має кілька навантажень, то визначити перетин проводів по економічній щільності струму можна, прийнявши перетину по ділянках лінії різними або однаковими. У першому випадку перетин проводів кожної ділянки знаходять по попередній формулі для даної економічної щільності струму:
Втрата потужності в лінії з одним навантаженням:
Для магістралі з декількома навантаженнями при постійному перетині втрата потужності
Отже, якщо потрібно одержати постійний перетин при декількох навантаженнях, то слід знайти еквівалентний струм:
По цьому струмові економічний перетин:
Споруджувати лінію з одним перетином зручніше, але втрати потужності й витрата металу в ній трохи більше, чим при ступінчастій зміні перетину.
Перетину проводів у сільських повітряних лініях напругою 10 кВ можна вибрати одним із трьох способів.
По економічній щільності струму, відповідно до магістрального принципу побудови мереж напругою 10 кВ, прийнятим у проектних організаціях. При цьому магістраль повітряної лінії виконують зі сталеалюмінієвих проводів перетином не менш 70 мм2, а відпайки до трансформаторних підстанцій напругою 10/0,4 кВ - перетином не менш АС35.
По економічних інтервалах (або за умовою мінімуму наведених витрат). Суть цього методу полягає в тому, що кожному значенню розрахункової потужності або струму відповідає провід, що має мінімальні наведені витрати.
Залежності сумарних наведених витрат від розрахункової потужності, нанесені на одному графіку для різних перетинів, перетинаються, утворюються границі інтервалів економічних навантажень, по яких і вибирають проводи.
Проводи, обрані по одному з раніше наведених способів, можуть бути скоректовані потім по вимогах до механічної міцності, відповідно до яких проведення вибирають сталеалюмінієвими перетинами не менш 70 мм2 для магістралі й 35 мм2 для відпайок. Крім того, відповідно до вимоги забезпечення нормованих відхилень напруги в споживачів втрати у ВЛ 10 і 0,38 кВ не повинні перевищувати припустимі значення.
У повітряних лініях напругою 0,38 кВ проведення вибирають по економічній щільності струму, рівної для сільських електричних мереж 0,5...0,7 А/мм2, і еквівалентному струму, отриманому по рівнянню. Потім обрані проводи перевіряють по припустимій втраті напруги. При цьому всі ділянки ліній повинні виконуватися повнофазними з алюмінієвих проводів перетином не менш 50 мм2.