Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

УТОЧНЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С УЧЕТОМ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ

Ахмедова О.О. 1
1 Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета
Предложен подход по уточнению величины активного сопротивления воздушной линии электропередачи с учетом влияния температуры окружающей среды, величины силы ветра и протекающего тока по проводнику. Воздушная линия электропередачи характеризуются следующим параметрами: удельное активнее сопротивление R, удельное реактивное сопротивление X, удельная активная проводимость G и удельная реактивная проводимость B, как правило, эти параметры относят к единице длины воздушной линии и в расчетах принимают погонные значения, соответственно R0, X0, G0, B0. При анализе линий электропередачи используются табличные приближенные значения продольных и поперечных параметров в схемах замещения, хотя решения задач в неупрощенном виде приводит к существенным уточнениям известных решений. Произведем анализ характеристик данных электрических величин.
повреждения
прогнозирование
релейная защита
параметры воздушных линий
1. Беляков Ю.С. Распределённые параметры в расчётах режимов электрических систем. – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2011. – 96 с.
2. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин – Ростов-н/Д.: Феникс, 2006. – 720 с.
3. Мирошник А.А. Уточненные алгоритмы расчёта потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ в реальном времени// Problemele energeticii regionale. 2010.№2(13). с. 35-42
4. Поспелов Г.Е. Влияние температуры проводов на потери электроэнергии в активных сопротивлениях проводов воздушных линиях электропередачи / Г.Е. Поспелов, В.В. Ершевич // Электричество. 1973.№10. с.81-83.

Современные задачи электроэнергетики предъявляют высокие требования, которые в первую очередь обосновываются появлением передовых алгоритмов релейной защиты и автоматики, базирующихся на явлении конечной скорости распространения высокочастотных волновых процессов в многопроводных линиях. Параметры воздушных линий электропередачи используются алгоритмами многих устройств релейной защиты и автоматики, следовательно, правильное их определение необходимо для обеспечения корректного функционирования систем релейной защиты и автоматики. Как правило, при определении продольных и поперечных параметров ВЛЭП используют усредненные данные, которые предполагаются неизменными, такие как проводимость грунта, физические свойства фазных проводников, атмосферные условия и геометрическое расположение фазных проводников относительно поверхности земли и друг друга. Следовательно, УРЗА могут функционировать не корректно (сработать ложно или излишне, или не верно определить расстояние до места повреждения), если их уставки не отражают реального состояния контролируемой ВЛЭП. Погрешность в расчётах по упрощенным формулам для модулей взаимных сопротивлений около 20%.

Удельное активное сопротивление определяется сечением проводника и удельным сопротивлением материала. Данные приводящиеся в справочной литературе рассчитаны на температуру провода 20°С не учитывают сезонные изменение температуры окружающей среды, присущие практически для большей части РФ.

Зависимость активного сопротивления от температуры провода определяется:

ahmedova001.eps (1)

где R020 – табличное значение удельного сопротивления при температуре провода 20°С; tпр – температура провода, °С; α – температурный коэффициент электрического сопротивления, Ом/град.

Температура проводов воздушной линии электропередачи зависит от условий охлаждения в окружающей среде (температуры воздуха) и протекающего по ним тока. При предельных по условиям нагрева токовых нагрузок температура провода может достигать +70°С, а при низкой температуре окружающей среды и малых нагрузках до - 50°С, следовательно, удельное активное сопротивление может увеличиться на 20% и уменьшиться на 30%.

Из условия равновесия определяется установившиеся температура провода при любом режиме работы воздушной линии:

ahmedova002.eps (2)

где I – ток проходящий про проводу, А; σ – коэффициент теплоотдачи, равный количеству тепла, отводимого в 1 сек с 1 см2 поверхности провода при разности температур провода и окружающей среды в 1°С, Вт/м2 . град; F – поверхность охлаждения провода, см2; tок – температура окружающей среды, °С. Коэффициент теплоотдачи, имеющий две составляющие, одна из которых определяется отдачей тепла лучеиспусканием σ?л), вторая — конвекцией (σк).

Количество передаваемой теплоты при лучеиспускании пропорционально разности абсолютных температур в четвертой степени. Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется по формуле Стефана-Больцмана:

ahmedova003.eps (3)

где ε – постоянная лучеиспускания (степень черноты провода).

Постоянная лучеиспускания может изменяться в широком диапазоне, так как зависит от состояния поверхности проводника, так для чистого алюминия она составляет 0,11, а для загрязненного или окисленного до 0,8.

Коэффициент теплоотдачи посредством конвекции, можно определить, если рассматривать воздушную линию электропередачи как гладкий цилиндр, с учетом того, что при малых скоростях ветра витая структура не влияет на теплоотдачу:

ahmedova004.eps (4)

где υ — скорость движения воздуха около провода, м/сек; d — диаметр провода, м; θ – коэффициент зависимости теплоотдачи при конвективном теплообмене от угла атаки ветра.

ahmedova005.eps (5)

где р – давление воздуха, Па; Тпр – температура провода, К.

Коэффициент теплоотдачи может быть определен как[1]:

Из выражений следует, что на температуру провода оказывают влияние только скорость ветра, величина тока, проходящая по линии и температура окружающей среды.

С учетом выражения (5) найдем из уравнения (2) температуру провода воздушной линии:

ahmedova006.eps (6)

Построим на основании выражения (6) зависимость температуры провода А С -120 от температуры окружающего воздуха, скорости ветра и протекающего по нему тока (рис.1), учитывая атмосферное давление равное 1, температуру окружающей среды в диапазоне то +40°С до -40°С, скорость ветра от 0,6 м/сек, соответствующую перемещению воздушных масс только за счет нагрева до 6 м/сек. Так как Iдоп – это величина тока проходящая по воздушной линии при нормальной температуре (+25°С) и при отсутствии ветра, способная произвести нагрев провода до предельно допустимого значения (+70°С), то влияние токовой нагрузки оценивалось в диапазоне от 0 до Iдоп.

Из рис.1 следует, что при малых и средних токах от допустимого, проходящих по воздушной линии и не больших ветровых значительные изменения температуры провода происходят в основном из-за колебания температуры окружающей среды. Если токовая нагрузка более 30% от допустимого тока линии и скорость ветра не велика, то уже ток, проходящий по проводнику оказывает заметное влияние на его нагрев [2]. При увеличении скорости ветра значительно улучшается отвод тепла даже при большом значении протекающего тока (рис.2).

Исходя из зависимостей, представленных на рис. 1 и 2 следует, что температура проводника не опускается ниже -40 0С и не поднимается выше 79 0С, даже при малой скорости ветра и токе проходящему по линии равному току допустимому, следовательно, произведем анализ зависимости сопротивления провода воздушной линии электропередачи от температуры R0t=f(t) в указанном диапазоне (рис. 3).

ahmedova_ris_1a.tif

ahmedova_ris_1b.tif

ahmedova_ris_1c.tif

Рис. 1. Зависимости температуры провода марки АС-120 от протекающего тока, температуры окружающей среды, скорости ветра

ahmedova_ris_2.tif

Рис. 2. Зависимости температуры провода воздушной линии электропередачи от температуры окружающей среды при средней скорости ветра (υ = 2 м/сек)

ahmedova_ris_3.tif

Рис. 3. График зависимости сопротивления провода марки АС-120 длиной 1 км от температуры окружающей среды

Из графика видно, что повышение температуры провода на 100С приводит к увеличению сопротивления провода на 4%.

Анализ температурных условий работы проводов различных сечений, используемых на воздушных линиях напряжением 35 кВ и выше показал, что основные зависимости температуры провода от протекающего тока, температуры окружающей среды, скорости ветра аналогичны представленным на рис.1. Следовательно, и зависимость сопротивления провода воздушной линии электропередачи при изменяющейся температуре окружающей среды для различных марок проводников не будет отличаться от графика представленного на рис. 3.

ahmedova_ris_4.tif

Рис. 4. Зависимость температуры проводов марок АС-500, АС-184, АС-70 от протекающего тока, температуры окружающей среды tок = 00С, скорости ветра 4 м/сек


Библиографическая ссылка

Ахмедова О.О. УТОЧНЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С УЧЕТОМ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-3. – С. 387-389;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10844 (дата обращения: 25.09.2021).

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 = 1.074