51. Выбор проводников по условиям экономичности.

Различной площади сечения проводников линий электропередачи соответ­ствует различный расход проводникового материала. Следовательно, при измене­нии площади речения проводников будут изменяться капитальные затраты в линию. С другой стороны от площади сечения проводника зависит его активное со­противление и его диаметр, которые, в свою очередь, влияют соответственно на нагрузочные потери электроэнергии и потери холостого хода и, как следствие, на стоимость этих потерь.

проблема выбора площади сече­ния проводников по существу связана с определением оптимального соотношения между капитальными затратами на сооружение линии и затратами, связанными с потерями энергии в ней.

Один из подходов при решении данной задачи основывается на введении понятия экономической плотности тока. Для ее обоснования использовался ста­тический критерий годовых приведенных затрат , который может быть записан в виде:

(12.40)

в эту формулу входят: К — капитальные затраты в линию; И_а — отчисления на амортизацию; И_э — эксплуатационные расходы на текущий ремонт и обслуживание; И_Δw — стоимость потерянной энергии; Е — нормативный коэффици­ент эффективности капитальных затрат; р_а — доля амортизационных отчислений;ΔW_Н — нагрузочные потерн электроэнергии; β_Н — стоимость 1 кВт-ч потерь энергии; I_НБ-ток в нормальном режиме наибольших нагрузок; r₀ — удельное активное сопро­тивление; L — длина линии; τ — время наибольших потерь.

Пред­ставим также капитальные затраты К в линию линейной зависимостью. То­гда получим:

Выразив удельное сопротивление через площадь сечения, запишем

(12.41)

где

(12.42)

Рис, 12.8. Зависимости составляющих приведенных затрат от площади сечения проводников линии

в выражении приведенных затрат имеются три составляющие: 3₀ не зависит от сечения проводов; 3₁F, характеризующая от­числения от капитальных затрат, прямо пропорциональна площади сечения и 3₂/F, соответствующая стоимости потерь энергии, обратно пропорциональна площади сечения (рис.12.8).

Для нахождения экономической площади сечения проводников, возьмем производную и приравняем ее нулю:

Отсюда экономическое сечение

получим:

(12.43)

где экономическая плотность тока

(12.44)

При заданной нормативной плотности тока площадь сечения проводников линии подсчитывается предельно просто:

(12.45)

где I_НБ — расчетный ток в нормальном режиме наибольших нагрузок, проходящий по линии. Найденное значение F_Э округляется до ближайшего стандартного.

В ПУЭ имеется указание о том, что выбор площади сечений проводов по нормативной плотности тока можно осуществлять для линий напряжением не бо­лее 220 кВ. Для линий 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей выбор сечений должен производиться на основе технико-экономических расчетов.

Основным достоинством выбора площади сечения проводников линий по нормативной экономической плотности тока является его простота, что было су­щественным при массовом строительстве сетей, т. к. ускоряло принятие решений. Однако, такой подход имеет много недостатков.

Некоторые из недостатков устраняются при подходе к вы­бору площади сечения проводников на основе предварительного определения экономических интервалов нагрузки.

Совокупность зависимостей, приведенных на рис. 12.9, позволяет получить экономические интервалы нагрузки, которым будут соответствовать минималь­ные приведенные затраты и, следовательно, наивыгоднейшие площади сечения проводников.

Рис. 12.9. Экономические интервалы нагрузки

По сравнению с нормативной экономической плотностью тока экономические интервалы нагрузки позволяют учитывать дискретность шкалы стандартных площадей сечений проводников, конкретные условия сооружения линии при необходимости — потери электроэнергии на корону и др.

для воздушных линий выбор площади се­чения проводов по экономическим соображениям практическое значение имеет в основном при напряжениях 35 кВ и выше. Что же касается распределительных се­тей до 20 кВ включительно, то из-за отсутствия в них трансформаторов с регули­рованием напряжения под нагрузкой или иных регулирующих устройств опреде­ляющим фактором является преимущественно допустимая потеря напряжения.

На воздушных линиях 35 кВ и выше в практике проектирования и сооруже­ния используется вполне определенный диапазон площадей проводов для различ­ных номинальных напряжений, приведенной в табл. 12.7 (полная номенклатура площадей сечений).

Рассмотренные подходы к определению площади сечения проводников имеют следующие недостатки. Оба они основаны на вычислении потерь электро­энергии по методу времени наибольших потерь с использованием нагрузки в ре­жиме наибольших нагрузок 1„₆ и времени наибольших потерь т. Не учитывается разновременность капитальных затрат при различной продолжительности сооружения линий, а изменение на­грузки по годам оценивается весьма приближенно. Оба под­хода опираются на использование такого показателя, как стоимость 1 км линии, который зависит от многих факторов (тип и материал опор, расчетные климатиче­ские условия, регион сооружения линии и др.), сочетание которых может быть весьма большим. Кроме того, этот показатель, как и стоимость 1 кВт-ч потерян­ной электроэнергии, подвержен изменениям во времени.

В значительной степени указанные недостатки могут быть устранены при непосредственном использовании затратных критериев, а в уп­рощенных случаях — статического критерия применительно к каждой возможной площади сечения проводников для заданного напряжения линии. То­гда экономической площади сечения проводника будут соответствовать мини­мальные приведенные затраты

где 3_i — приведенные затраты для стандартной площади сечения проводников F_i. При нахождении приведенных затрат 3_i капитальные затраты принимаются по фактическим с учетом конкретных условий сооружения линии применительно к каждой стандартной площади сечения проводников, а в случае их отсутствия — по укрупненным показателям. При ограниченном диапазоне площадей сечений проводников для каждого номинального напряжения такой подход снимает все вычислительные затруднения.

Таблица 12.7

Рекомендуемые площади сечения проводов воздушных линий электропередач