Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

АЛГОРИТМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ В ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ

Петрова Е.В. 1 Гиршин С.С. 1 Горюнов В.Н. 1 Бубнов А.В. 1 Кузнецов Е.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Современное состояние электроэнергетики характеризуется стабильными темпами роста электропотребления. В этих условиях важно иметь возможность достоверно определять допустимую токовую нагрузку и уровень технологических потерь электрической энергии. Расчет потерь активной мощности является критерием для выбора мероприятий по их уменьшению. Оптимизация мероприятий и определение срока их окупаемости требует повышение точности расчета потерь и учета более широкого круга факторов. Успешно используемые в настоящее время практики нахождения потерь метода не в полной мере учитывают всю гамму факторов, влияющих на величину потерь. Одним из факторов, который, как правило, не учитывается вовсе либо учитывается частично, является температурная зависимость сопротивления. В статье исследуются вопросы расчета потерь электрической энергии в изолированных и неизолированных проводах воздушных линий с учетом температуры токопроводящих жил.
воздушные линии электропередачи
температура провода
алгоритм
температурная зависимость
потери электроэнергии
1. Воротницкий, В. Э. Оценка погрешностей расчета потерь электроэнергии в ВЛ из-за неучёта метеоусловий[Текст] / В.Э. Воротницкий, О. В. Туркина // Электрическиестанции. – 2008. - № 10. – С. 42-49.
2. Гиршин, С. С., Анализ распределения температуры по сечению самонесущих изолированных проводов / С.С. Гиршин, А. А. Бубенчиков, В.Н. Горюнов [и др.] // Омский научный вестник. – 2009. - № 3(83). – С. 171-175.Электротехника. – 1992. - № 12. – С. 54-58.
3. Дед, А. В. Повышение точности расчета технологических потерь электрической энергии в ВЛ на основе учета режимных и климатических факторов [Текст]/ А.В. Дед, В.Н. Горюнов, С.С. Гиршин // Омский научный вестник. – 2010. - № 1(87). – С. 114-119. Е.В. Петрова [и др.]. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012.
4. Инструкция по организации в Министерстве энергетики РФ работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при её передаче по электрическим сетям. Утв. Приказом Минэнерго РФ № 326 от 30.12.2008. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kuzenergo.com/normativy_poter_elektroenergii (дата обращения: 20.01.2013).
5.Петрова, Е. В. Учет температурной зависимости сопротивления неизолированного провода при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности[Текст] / Е. В. Петрова, С. С. Гиршин, В. Н. Горюнов, Д. Е. Христич //Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2013. - № 1. – С. 284-291.
6. Петрова, Е. В. Математические модели для анализа потерь мощности в проводах воздушных линий с учетом температуры токопроводящих жил [Текст]/ Е. В. Петрова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2011. - № 2. – С. 306-309.
7. Numerical study of the thermal behaviour of bare overhead conductors in electrical power lines, F. Alvarez Gomez, J. M. Garcia De Maria, D. Garcia Puertas, A. Bairi, R. GranizoArrabe, World Scientific and Engineering Academy and Society, p 143-153, USA 2011.

При определении технологических потерь электрической энергии в электрических сетях необходимо учитывать температуру провода [2, 4, 5]. На кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета создан комплекс программ Ом1, позволяющий определять температуру проводов и, с ее учетом, потери электрической энергии в воздушных линиях электропередачи по четырем методам расчета. Приведенный анализ показал целесообразность использования двух подходов, основанных на методах №1 (У) [3] и №4 [6]. Метод №1 (У) для расчета неизолированных проводов представляет усовершенствованную версию, отличающуюся от исходной (метод №1 [1]) использованием уравнений (1, 2).

, (1)

, (2)

где tпр – температура провода, °C, tв – температура воздуха, °C, d – диаметр провода, м, R20 – сопротивление провода при температуре 20°C, αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией, ε - степень черноты поверхности провода, С0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67.10-8 Вт/(м2.К4), – мощность нагрева 1 м провода солнечным излучением, – коэффициенты аппроксимации.

Уравнения (1, 2) являются базовыми для разработанного алгоритма (метод №1(У), программа Ом1.1) расчета потерь, представленного на рисунке 1.

Метод №4 обладает более широкими возможностями, чем метод №1(У). Он позволяет находить потери в изолированных и неизолированных проводах. Представленный на рисунке 2 алгоритм (метод №4, программа Ом1.2) соответствует произвольному изменению условий эксплуатации проводов и варианту, когда коэффициенты теплоотдачи теплового излучения и конвекции зависят от температуры наружной поверхности провода, т.е. и . Нахождение температуры для изолированных проводов в этом случае может быть получено итерационным методом на основе уравнения:

(3)

где k – номер итерации; – температура окружающей среды (воздуха), °С; – потериактивной мощности при температуре 20 °С, Вт/м; – площадь поверхности проводника, ; – температура наружной поверхности изоляции провода, °С.

Коэффициент определяется выражением:

, (4)

где – тепловое сопротивление изоляции; – коэффициент теплопроводности изоляции; – мощность притока теплоты на единицу длины и в единицу времени солнечной радиацией.

Рис. 1. Алгоритм расчета программой Ом1.1

Рис. 2. Алгоритм расчета программой Ом1.2

Выражение (3) для неизолированных проводов (Sиз = 0) упрощается и, соответственно, преобразуется к уравнению:

(5)

Наиболее высокая точность определения реализована по закону Стефана-Больцмана:

, (6)

где Tвнеш – абсолютная температура поверхности изоляции, K; Tв – абсолютная температура воздуха, K; , K.

Исходя из критериальных уравнений конвективного теплообмена и критериев Нуссельта и Прандтля, выведено уравнение коэффициента теплоотдачи при естественной и вынужденной конвекциях для изолированных и неизолированных проводов с учетом атмосферного давления:

, (7)

где P – атмосферное давление, Па; – коэффициент угла атаки ветра; v – скорость ветра.

Достоверность расчетов по входящим в состав комплекса Ом1 программ Ом1.1 и Ом1.2 проведена на основании сравнения с расчетами, основанными на стандартах CIGRE, IEEE и МКЭ [7].Численное моделирование было проведено для провода марки
429-AL1/56-ST1 A/.

Условия численного эксперимента: провод 429-AL1/56-ST1 A (диаметр м, Ом/м); токовая нагрузка600А; температурный коэффициент электрического сопротивления град-1; степень черноты поверхности провода ;поправочный коэффициент на угол атаки ветра ;температура воздуха;скорость ветра 2 мс;cолнечная радиация 980 Вт/м2;высота над уровнем моря 300 м; Расчеты по методу №4 проводились с предположением наличия вынужденной конвекции.

Приведенные в таблице 1 обозначения расшифровываются следующим образом: CIGRE – метод, основанный на стандарте расчета линий электропередач, разработанный Международным Советом по большим электроэнергетическим системам; IEEE – метод, основанный на стандарте расчета линий электропередач, разработанный Институтом инженеров электротехники и электроники; МКЭ – метод расчета температуры проводника, основанный на современном численном методе – методе конечных элементов.

Результаты сравнения приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты сравнения

Метод

Без учета солнечной радиации

С учетом солнечной радиации

°С

%

%

%

°С

%

%

%

, %

CIGRE

55,70

0,00

4,50

3,15

3,57

IEEE

53,30

4,31

0,00

1,30

0,89

МКЭ

54,00

3,05

1,31

0,00

0,41

№1(У)

47,40

14,90

11,10

12,20

51,50

7,54

3,38

4,63

4,24

№4

49,40

11,30

7,32

8,52

54,40

2,33

2,06

0,74

1,15

Наряду с величинами температуры провода, в таблицах представлены значения отклонений температур, определяемые по формулам:

(8)

(9)

где – значение температуры провода, найденное по методу CIGRE; – значение температуры провода, найденное по методу IEEE; – значение температуры провода, найденное по методу МКЭ; – значение температуры провода, определяемое соответствующим методом, – отклонение от среднего значения температуры для i-го метода.

Вывод: результаты расчетов по всем методам с учетом солнечной радиации близки друг к другу, что свидетельствует о возможности практического применения всех методов.

Рецензенты:

Харламов В.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электрические машины и общая электротехника» ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения», г. Омск;

Черемисин В.Т., д.т.н., профессор, директор Научно-исследовательского института энергосбережения на железнодорожном транспорте (НИИЭ ОмГУПС), заведующий кафедрой «Подвижной состав электрических железных дорог» ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения», г. Омск.


Библиографическая ссылка

Петрова Е.В., Гиршин С.С., Горюнов В.Н., Бубнов А.В., Кузнецов Е.А. АЛГОРИТМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ В ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15251 (дата обращения: 24.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252