Учет нагрева проводов воздушной линии при расчете потерь напряжения



Установившиеся значение температуры нагрева провода электрическим током является важным параметром режима воздушной линии электропередачи, определяющим сопротивление провода и габариты линии.

Ключевые слова: температура нагрева провода, потери электроэнергии, удельное сопротивление провода.

В период, когда происходит передача электроэнергии с проводов на электроприемники ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т. е. на их нагрев. Чем больше сопротивление провода и выше протекающий ток, тем больше на нем будет потеря напряжения. Нагрев кабеля способствует ухудшению работы контактов. В изолированных электропроводах повышение температуры может привести к ускоренному износу изоляции, ухудшению ее свойств, а также к пробою и даже короткому замыканию. Бесперебойное функционирование проводов и кабелей возможно только при температурах, не превышающих определенных значений, закрепленных ПУЭ на основании характеристик материалов и опыта эксплуатации.

Когда температура проводника t значительно выше температуры окружающей среды t ₀ , теплота начинает отдаваться проводником в окружающую среду. При росте t, наступает тепловое равновесие, при котором количество теплоты, выделяемой в проводнике, равно количеству теплоты, отдаваемой в окружающую среду. В таком случае величина t остается постоянной.

Последующее возрастание тока при тех же условиях понижения температуры ведет к нарушению теплового баланса и нагреву проводника, которое может привести к аварии.

Определенная работа и практика позволила установить значения длительно допустимых температур нагрева проводников t _доп , превышение которых приводит к ухудшению технических характеристик электрических сетей [1].

Таблица 1

Длительно допустимые температуры для проводников

Выбор или проверка сечения проводника по нагреву сводится к определению наибольшего рабочего тока в проводнике и его сравнению с I _доп [1].

Вектор падения напряжения можно представить состоящим из продольной ( U) и поперечной ( δU) составляющих. Потеря напряжения определяется по формуле, из которой видно, что ΔU зависит от сопротивления, которое как раз и изменяется из-за чрезмерного нагрева:

,

где — вектор напряжения в начале линии, кВ; — вектор напряжения в конце линии, кВ; — ток проводника, А; R — активное сопротивление, Ом; X — реактивное сопротивление, Ом.

Рассмотрим изменение потери напряжения вследствие увеличения температуры окружающей среды на примере одноцепной линии напряжением 35 кВ. Согласно ПУЭ, по условиям механической прочности и возникновения короны, минимальное сечение провода воздушной линии 35 кВ составляет 70 мм ² . Принимаем провод марки АС — 70/11 с параметрами: I _доп = 265 Ампер. Удельные сопротивления провода составляют r ₀ = 0,428 Ом/км; x ₀ = 0,432 Ом/км. Мощность, передаваемая по линии: P _p = 13700 кВт; Q _p = 3040 кВар. Длина линии L = 8,4 км.

Определим потерю напряжения при температуре окружающей среды (t ^о = 20 ^о С):

,

где R1 — активное сопротивление линии, Ом; r0 — погонное активное сопротивление, Ом/км; L — длина линии, км;

,

где X1 — реактивное сопротивление линии, Ом; х0 — погонное реактивное сопротивление, Ом/км; L — длина линии, км

,

где ΔU — потеря напряжения, В; Pp — расчетная активная мощность, кВт; R1 — активное сопротивление линии, Ом; Qр — расчетная реактивная мощность, кВар; Х1 — реактивное сопротивление линии, Ом.

,

где δU — потери напряжения, %; ΔU — потеря напряжения, В; U _{н —} номинальное напряжение, В.

Допустимая потеря напряжения составляет 5 %. Как видим, из расчета выше, в нормальных условиях окружающей среды и t _о = 20 ^о С потери напряжения не выходят за рамки допустимого.

Определим потерю напряжения того же провода, в тех же условиях, но при температуре окружающей среды t _о = 35 ^о С.

Чтобы учесть изменения температуры, воспользуемся формулой:

, где

— температурный коэффициент для алюминиевых проводов;

— разность между фактической и нормальной температурой, ^о С

Тогда:

,

где ΔU — потеря напряжения, В; Pp — расчетная активная мощность, кВ; R1 –активное сопротивление, Ом; Qр — расчетная реактивная мощность, кВар; Х1 — реактивное сопротивление, Ом.

,

где δU — потери напряжения, %; ΔU — потеря напряжения, В;

U _{н —} номинальное напряжение, В.

Из-за увеличения сопротивления потеря напряжения выходит за рамки допустимого предела 5 %, что является нарушением нормативных требований по качеству электроэнергии несмотря на то, что в начальных проектных условиях отклонение напряжения находилось в пределах нормы. Отсюда следует необходимость учета температурного изменения сопротивления при проектировании линий электропередач. В ПУЭ приведены соответствующие корректирующие коэффициенты.

Температура проводов линии электропередачи является важным параметром режима воздушной линии, определяющим механическую прочность провода, габариты воздушной линии, уровни напряжения в узлах электрической сети.

Литература:

1. Грунин О. М., Савицкий Л. В. Электроэнергетические системы и сети. Проектирование: учеб. пособие. Чита: Изд-во ЗабГУ, 2012.-183 с.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ. 7-е изд.). — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. — 464 с.;