Potrzeby własne w liniach elektroenergetycznych.

Transkrypt

1 inż. Mieczysław Konstanciak Potrzeby własne w liniach elektroenergetycznych. Wrocław r.

2 - 2 - Spis treści str. 1. Potrzeby w liniach elektroenergetycznych Potrzeby stanu jałowego Potrzeby stanu obciążenia Potrzeby stanu jałowego Potrzeby z upływu w liniach Linie napowietrzne wysokiego napięcia Linie napowietrzne niskiego napięcia Wewnętrzne linie zasilające Odbiorcze instalacje wewnętrzne Potrzeby z ulotu w liniach napowietrznych Potrzeby dielektryczne w liniach kablowych Potrzeby baterii kondensatorów Potrzeby innych źródeł mocy biernej Potrzeby stanu obciążenia Zużycie energii na potrzeby własne w przewodach roboczych linii Rezystancja przewodów linii Wpływ temperatury na rezystancję Wpływ zjawiska naskórkowości na rezystancję Wpływ korozji przewodów Wpływ budowy linii Uwagi końcowe Wyznaczenie zużycia energii na potrzeby własne zależnie od obciążenia Czas trwania maksymalnego obciążenia Czas trwania maksymalnych potrzeb Obliczenie poboru mocy i zużycia energii przez przewody odgromowe na pokrycie potrzeb własnych w liniach napowietrznych wysokich napięć

3 Pobór mocy na potrzeby własne uchwytów podtrzymujących przewody w liniach elektroenergetycznych Moc naturalna linii Literatura...28.

4 - 4 - Potrzebami własnymi linii elektroenergetycznych nazywamy zużycie energii przez przewody tych linii na skutek różnych zjawisk towarzyszących przyłożeniu napięcia i przepływowi w nich prądu. 1. Potrzeby w liniach elektroenergetycznych dzielimy na: - potrzeby stanu jałowego, - potrzeby stanu obciążenia Potrzeby stanu jałowego dzielimy na: - potrzeby z ulotu w napowietrznych liniach elektroenergetycznych najwyższych napięć, - potrzeby z upływu w liniach napowietrznych niskiego i wysokiego napięcia, - potrzeby dielektryczne w liniach kablowych Potrzeby stanu obciążenia dzielimy na: - potrzeby w przewodach roboczych linii elektroenergetycznych, - potrzeby w przewodach odgromowych napowietrznych linii elektroenergetycznych, - potrzeby w uchwytach podtrzymujących przewody robocze. 2. Potrzeby stanu jałowego. Potrzeby stanu jałowego głównie zależą od wartości przyłożonego napięcia oraz od izolacji rozpatrywanej linii elektroenergetycznej Potrzeby z upływu w liniach Linie napowietrzne wysokiego napięcia. Z chwilą załączenia napowietrznej linii elektroenergetycznej pod napięcie na skutek niedoskonałości izolacji, do ziemi popłynie pewien prąd. Wielkość tego prądu, a więc i wielkość poboru energii zależy od: - stanu pogody, - gęstości powietrza, - jakości izolacji, - zanieczyszczeń i uszkodzeń izolacji, - przyłożonego napięcia.

5 - 5 - Jednostkowy pobór energii na potrzeby z upływu wyznaczamy ze wzoru: A upł. = U 2 ( G t 1 + G t 2 ) 10-3 [ kw h / km ] ( 1 ) U [ kv ] napięcie międzyprzewodowe G [ S / km ] konduktywność t [ godz. ] czas trwania stanu załączenia linii. Przy czym literatura podaje wielkości konduktywności: G 0,02 S / km dla dobrej pogody, G 0,05 S / km dla złej pogody, Roczne czasy trwania odpowiedniej pogody wg badań przeprowadzonych dla Dolnego Śląska wynoszą: t 1 = 6900 godz. dla dobrej pogody, t 2 = 1800 godz. dla złej pogody. W praktyce roczny jednostkowy pobór energii na pokrycie potrzeb z upływu możemy określać wg wzoru: A upł. = 0,228 U 2 [ kw h / km i rok ] ( 2 ) Należy zaznaczyć, że wielkość średniorocznych poborów mocy na potrzeby z upływu określone wg powyższego wzoru, za wyjątkiem linii 110 kv znacznie odbiegają od wielkości uzyskanych drogą pomiarową, a mianowicie: Napięcie sieci w kv Średnioroczna moc obliczona wg wzoru w W / km Średnioroczna moc uzyskana z pomiarów w W / km 10 2,62 11, ,0 350, ,0 209,0 a więc konieczne są tu dodatkowe badania umożliwiające bardziej precyzyjne określanie tych wielkości Linie napowietrzne niskiego napiecia. Podobnie z chwilą załączenia pod napięcie napowietrznej linii niskiego napięcia popłynie do ziemi pewien prąd. Wielkość tego prądu, a więc i wielkość poboru mocy i energii zależy od: - przyłożonego napięcia ( Rysunki: 1; 2 ),

6 wilgotności względnej powietrza ( Rysunek 3 ), - temperatury powietrza ( Rysunek 4 ), - gestości powietrza. Jednostkowy pobór mocy na potrzeby z upływu wyznaczamy ze wzoru: P upł. = 0,6 U 2 δ F w F t 10-6 [ W / km ] ( 3 ) U [ V ] napięcie międzyprzewodowe, δ F w względna gęstość powietrza, funkcja określająca zależność poboru mocy na upływność od wilgotności względnej powietrza, F t funkcja określająca zależność poboru mocy na upływność od temperatury powietrza. Względną gęstość powietrza wyznaczamy ze wzoru: δ 0, 385 p t ( 4 ) t [ C ] temperatura powietrza w warunkach dowolnych, p [ mmhg ] ciśnienie atmosferyczne. W celu określenia średniego jednostkowego zużycia energii na potrzeby linii niskiego napięcia z upływu przeprowadzono na terenie Dolnego Śląska pomiary wielkości mocy z upływu. Przy czym pomiary te zostały przeprowadzone w różnych warunkach atmosferycznych i na różnych liniach niskiego napięcia. Następnie uwzględniając wpływ poszczególnych czynników oraz czasy ich występowania w ciągu roku określono średnią roczną wielkość poboru mocy na potrzeby upływu w wysokości: P upł.śr. = 0,048 W / km ( 5 ) a nie 50 W / km, jak podaje dostępna literatura. Natomiast jednostkowe roczne zużycie energii na pokrycie potrzeb z upływu dla linii niskiego napięcia wynosi: A upł. = 0,420 kw h / km i rok ( 6 )

7 Pupł. [ W / km ] na trzy fazy 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, , Napięcie fazowe [ V ] Rysunek 1. Pobór mocy na skutek upływności w zależności od zmian napięcia. 1. Pomiar z dnia 8 maja 1973 r. temp. pow. +6 C, wilgotność pow. 100 %. 2. Pomiar z dnia 31 stycznia 1973 r. temp. pow. +5 C, wilgotność pow. 100 %. 3. Przebieg teoretyczny. Pupł. [ W / km ] na trzy fazy 0,4 0,3 0,2 2 0, Napięcie fazowe [ V ] Rysunek 2. Pobór mocy na skutek upływności w zależności od zmian napięcia. 1. Pomiar z dnia 13 lutego 1973 r. temp. pow. +2 C, wilgotność pow. 100 %. 2. Pomiar z dnia 1 marca 1973 r. temp. pow. +1 C, wilgotność pow. 100 %. 3. Przebieg teoretyczny.

8 - 8 - Wartość funkcji Fw 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Wilgotność względna powietrza [ % ] Rysunek 3. Wartość funkcji F w w zależności od wilgotności względnej powietrza. Wartość funkcji Ft 1,0 0,9 0,8 0,7 0, Temperatura powietrza [ C ] Rysunek 4. Wartość funkcji F t w zależności od dodatnich temperatur otoczenia.

9 Wewnętrzne linie zasilające. W tym przypadku, pod pojęciem wewnętrznej linii zasilającej rozumiemy odcinek linii zawarty pomiędzy izolatorami na stojaku lub na ścianie budynku, a licznikiem służącym do określania wielkości energii pobranej przez odbiorcę. Na podstawie przeprowadzonych na terenie Dolnego Śląska licznych pomiarów stwierdzono, że średnia wielkości poboru mocy na potrzeby z upływności prądu do ziemi w wewnętrznych liniach zasilających waha się - zależnie od stanu wewnętrznej linii zasilającej i warunków atmosferycznych w bardzo szerokich granicach, a mianowicie: P upł. ( 0,02 0,15 ) W / WLZ ( 7 ) co daje średnio rocznie około: A upł.w.l.z. = 1,00 kw h / WLZ i rok ( 8 ) Odbiorcze instalacje wewnętrzne. Wykonując pomiary upływnosci pradu do ziemi w liniach napowietrznych niskiego napięcia mierzono również upływność w instalacjach u odbiorców, a więc w instalacjach zalicznikowych. Pobór mocy na pokrucie potrzeb upływności w instalacjach u odbiorców waha się w bardzo szerokich granicach, bo aż od ( 0,1 1,0 ) W na jedną instalację. Przy czym ciekawa wydaje się być następująca prawidłowość,że w nowych instalacjach upływność jest większa. Mówimy o poborze ( stracie ) mocy dlatego, że w tym czasie gdy odbiorca nie pobiera żadnej mocy, licznik energii elektrycznej nie będzie wykazywał tego poboru bowiem jest to tak mała wielkość, że nie spowoduje jego rozruchu i wówczas zuzyta energia obciąża dostawcę ( energetykę ). Określenie wielkości rocznego poboru energii przez instalację u obiorców jest bardzo trudna tak, jak jest trudne okreslenie rocznego czasu poboru mocy przez odbiorców. Po wielu analizach stwierdzono, że średnia wielkość zużycia energii na potrzebu z upływności na jedną instalację odbiorczą można ocenić na około: A upł.inst. = 2,00 kw h / inst. i rok ( 9 ) 2.2. Potrzeby z ulotu w liniach napowietrznych. Ulotem nazywamy zjawisko samodzielnego niezupełnego wyładowania skupionego, polegające na ruchu jonów dookoła powierzchni gołych przewodów wiodących prąd.

10 Czynniki wpływające na wielkość potrzeb zulotu: - stan pogody, - gęstość powietrza, - wymiary przewodów i linii ( Rysunki: 5 i 6 ), - kształt i stan powierzchni przewodów, - przyłożone napięcie ( Rysunek 7 ). Rysunek 5. Zależność wielkości poboru mocy od parametrów linii. Obliczenia wykonano wg wzorów Petersona dla linii 400 kv przy nap. rob. 415 kv i dla dobrej pogody. * skala 1 zmienny promień ( r w [ cm ] ), stałe a i d; * skala 2 zmienna odległość przewodów w wiązce ( a w [ cm ] ), stałe r i d; * skala 3 zmienna odległość pomiędzy fazami ( d w [ m ] ), stałe r i a.

11 Pul. [ kw / km ] na trzy fazy 100,0 10,0 1,0 0,1 1000, Ilość przewodów - n Rysunek 6. Zależność wielkości poboru mocy od ilości przewodów w wiązce jednej fazy. Obliczenia wykonano wg wzorów Petersona dla linii 400 kv przy napięciu roboczym 415 kv i przy dobrej pogodzie zakładając, że: r = 1,395 [ cm ] ; a = 40,0 [ cm ] i d = 1298,0 [ cm ]. Pul. [ kw / km ] na trzy fazy 100,0 10,0 1,0 0, Ilość przewodów - n Napięcie [ kv ] Rysunek 7. Zależność wielkości zużycia mocy powstałej na skutek ulotu od zmian napięcia roboczego linii. Obliczenia przeprowadzono wg wzorów Petersona dla linii 400 kv wykonanej z przewodów wiązkowych AFL i dla dobrej pogody.

12 Zgodnie z ocenami wielu autorów najbardziej zbliżone do pomiarów doświadczalnych wielkości potrzeb z ulotu uzyskuje się określając je wg metody opracowanej przez Petersona, wykorzystując następujące wzory: - dla linii wykonanej z przewodów pojedynczych: 3, 49 U 2 P ul 10 4 log d r 2 F [ kw / km ] ( 10 ) - dla linii z przewodami wiązkowymi: 3, 49 U 2 P ul 10 4 log d r n 2 F [ kw / km ] ( 11 ) U [ kv ] napięcie międzyprzewodowe linii, d [ cm ] średnia geometryczna odległość pomiędzy przewodami lub wiązkami przewodów różnych faz tej samej linii określamy ją wg zależności: d 3 d12 d 23 d 31 ( 12 ) cyfry: 1, 2, 3 oznaczają kolejne fazy rozpatrywanej linii, r [ cm ] promień przewodu rozpatrywanej linii, r n [ cm ] promień zastępczy wiązki przewodów w jednej fazie linii określamy go wg zależności: r n n r ( ) n 1 γ a ( 13 ) we wzorze tym: n ilość przewodów we wiązce, a [ cm ] odstęp pomiędzy przewodami we wiązce, γ współczynnik podany w załączonej tablicy. Ιlość przewodów w wiązce jednej fazy n Współczynnik γ 1,00 1,00 1,12 1,27 1,44

13 F = ƒ U U j a więc jest to funkcja określająca stosunek napiecia roboczego do napięcia jonizacji ( Rysunek 8 ), U j [ kv ] międzyprzewowdowe napięcie jonizacji linii, Skuteczną wartość międzyprzewodowego napięcia jonizacji obliczamy ze wzoru: - dla liniii z przewodami pojedynczymi: U j = 84,145 m 1 m 2 m 3 δ 2/3 r log d [ kv ] ( 14 ) r - dla linii z przewodami wiązkowymi: U j = 84,145 m 1 m 2 m 3 m 4 δ 2/3 r n log d [ kv ] ( 15 ) r Obliczając napięcie jonizacji dla różnych stanów pogody wzory podstawowe nie ulegają zmianie zmieniają się jedynie odpowiednie współczynniki. m 1 współczynnik uwzględniający wpływ stanu powierzchni przewodów ( dla celów praktycznych obliczeń przyjmuje się: 0,7 0,9 ), m 2 współczynnik uwzględniający wpływ stanu pogody, przyjmuje się: 1,0 dla dobrej pogody, 0,8 dla złej pogody, m 3 współczynnik uwzględniający budowę przewodu, przyjmuje się około: 0,7, m 4 współczynnik uwzględniający wpływ ilości przewodów we wiązce, przyjmuje się: 0,9, δ względna gęstość powietrza. Względną gęstość powietrza wyznaczamy ze wzoru: δ 0, 385 p t ( 16 ) t [ C ] temperatura powietrza w warunkach dowolnych, p [ mmhg ] ciśnienie atmosferyczne.

14 Rysunek 8. Wartość funkcji F w zależności od stosunku napięcia roboczego do napięcia jonizacji wg Petersona.

15 Tablica 1. Jednostkowy średnioroczny pobór mocy na ulot. L.p. Wyszczególnienie Napięcie linii w kv Jednostkowa moc pobrana na ulot przy dobrej pogodzie w kw / km Jednostkowa moc pobrana na ulot przy złej pogodzie w kw / km Średnioroczna jednostkowa moc pobrana na ulot w kw / km 1 110,0 0,021 0,087 0,035 Linia 110 kv 2 118,0 0,034 0,175 0, ,0 0,055 0,421 0, ,0 0,238 2,851 0,779 Linia 220 kv 5 235,0 0,407 7,594 1, ,0 0,921 12,890 3, ,0 2,798 48,121 12,175 Linia 400 kv 8 415,0 4,788 58,050 15, ,0 8,352 70,670 21, Potrzeby dielektryczne w liniach kablowych. Pobrana energia czynna przez linię kablową prądu przezmiennego na pokrycie potrzeb wynikających z niedoskonałości izolacji i histerezy dielektrycznej nazywamy potrzebami dielektrycznymi. Energia ta zamienia się na ciepło i podwyższa temperaturę izolacji kabla. Potrzeby dielektryczne zależą od: - przyłożonego napięcia, - częstotliwości, - pojemności roboczej, - intensywności wewętrznej jonizacji. Jednostkowy pobór mocy na potrzeby dielektryczne wyznaczamy ze wzoru: P diel. = Q c tgδ [ kw / km ] ( 17 )

16 Q c [ kvar / km ] - jednostkowa moc ładowania trójfazowej linii kablowej, tgδ - współczynnik stratności dielektrycznej, jest to tangens kąta ( δ ) dopełniającego do 90 kąt ( ϕ ) przesunięcia fazowego pomiędzy prądem a napięciem, to znaczy, że w idealnym dielektryku kąt ( ϕ ) powinien się równać 90 i wówczas stratność byłaby równa zeru, czyli im gorszy dielektryk, tym większy kąt ( δ ), a więc i tgδ. Zwykle tgδ w zależności od napięcia znamionowego kabla mieści się w granicach: 0,005 0,022, im wyższe napięcie, tym mniejszy tgδ. Natomiast dla trójfazowych czteroprzewodowych kabli niskiego napięcia można przyjmować wartość potrzeb dielektrycznych równą: P diel. = ( 1,5 2,5 ) kw h / km i rok ( 18 ) 3. Potrzeby stanu obciążenia. Potrzeby stanu obciążenia zależą od wartości ( w kwadracie ) przepływającego prądu a to oznacza, że jeżeli rozpatrywaną linią nie będzie przesyłana żadna moc, to potrzeby nie wystąpią oraz przekroju i materiału z jakiego zostały wykonane przewody linii Zużycie energii na potrzeby własne w przewodach roboczych linii. Pobór mocy czynnej na pokrycie potrzeb zależnych od obciążenia w przewodzie roboczym linii elektroenergetycznej określamy wg zależności: P = Ι 2 R [ W ] ( 19 ) zaś zużycie energii wg zależności: A = P τ = Ι 2 R 10-3 [ kw h ] ( 20 ) Dla linii trójfazowej czteroprzewodowej potrzeby zależne od obciążenia stanowią: P = Ι 12 R 1 + Ι 22 R 2 + Ι 32 R 3 + Ι 02 R 0 [ W ] ( 21 ) W przypadku, gdy przewody fazowe będą wykonane z przewodów o tym samym materiale i przekroju: P = ( Ι 12 + Ι 22 + Ι 32 ) R + Ι 02 R 0 [ W ] ( 22 )

17 Tablica 2. Moce generowane przez kable produkcji krajowej wg Danych Bydgoskiej Fabryki Kabli z lat 90 - tych. Napięcie Uf / U w kv L.p. Przekrój żył kabla w mm 2 6 / 10 8,7 / / / 30 Moc generowana w kvar / km ,46 14,88 24,48 42, ,54 16,44 27,00 45, ,44 18,53 29,88 51, ,52 19,31 31,32 53, ,60 20,62 33,84 57, ,50 22,71 36,72 61, ,94 25,06 40,68 66, ,20 26,88 43,56 73, ,54 30,54 48,96 82, ,34 33,41 52,00 88, ,32 37,06 59,76 97, ,02 42,02 66,60 106, ,72 45,68 73,08 116,40

18 Tablica 3. Moce generowane ( pojemnościowe ) przez linie napowietrzne średnich napięć. L.p. Przekrój przewodu AFL w mm 2 Napięcie linii w kv Moc generowana w kvar / km ,287 0,646 1,110 2, ,296 0,666 1,143 2, ,305 0,686 1,175 2, ,313 0,705 1,207 2, ,323 0,728 1,244 2, ,333 0,745 1,280 2, ,339 0,746 1,304 2,933 Tablica 4. Moce generowane ( pojemnościowe ) przez linie napowietrzne o napięciu 110 kv. L.p. Przekrój przewodu AFL w mm 2 Moc generowana w kvar / km , , , , , ,123

19 Tablica 5. Moce generowane ( pojemnościowe ) przez linie napowietrzne o napięciu 220 kv. L.p. Przekrój przewodu AFL w mm 2 Moc generowana w kvar / km , , , , , , ,892 Tablica 6. Moce generowane ( pojemnościowe ) przez linie napowietrzne o napięciu 400 kv. L.p. Przekrój przewodu AFL w Moc generowana w kvar / km mm 2 Przewody pojedyncze przewody podwójne , , , , , , , ,640

20 zaś w przypadku, gdy przewody fazowe i zerowy są o takim samym przekroju i z takiego samego materiału to: P = ( Ι 12 + Ι 22 + Ι 32 + Ι 02 ) R [ W ] ( 30 ) W przypadku linii trójfazowej trójprzewodowej, zależność będzie następująca: P = ( Ι 12 + Ι 22 + Ι 32 ) R [ W ] ( 31 ) rozpatrując linię trójfazową trójprzewodową obciążoną symetrycznie ( zwykle będzie to linia wysokiego napięcia ) otrzymamy: P = 3 Ι 2 R [ W ] ( 32 ) Natomiast zużycie energii na pokrycie potrzeb własnych linii określamy wg zależności: A = P τ = 3 Ι 2 R τ [ W h ] ( 33 ) A [ W h ] - zużycie energii czynnej na pokrycie potrzeb własnych, P [ W ] - pobór mocy czynnej na potrzeby własne, Ι [ A ] - prąd płynący w przewodach linii, R [ Ω ] - rezystancja przewodów linii, τ [ h ] - czas trwania maksymalnych potrzeb Rezystancja przewodów linii. Rezystancja przewodów linii przy przepływie prądu zależy od materiału, przekroju poprzecznego i długości przewodu. Rezystancję jednostkowa przewodu określamy z zależności: 1000 R o γ S [ Ω / km ] ( 34 ) R o [ Ω / km ] - rezystancja jednostkowa przewodu, S [ mm 2 ] - rzeczywisty przekrój poprzeczny przewodu, γ m Ω mm 2 - konduktancja jednostkowa przewodu.

21 W praktyce jednak nie zaleca się wykonywania obliczenia rezystancji jednostkowej przewodów wg podanej metody, lecz korzystać z wartości rezystancji jednostkowych podanych w tablicach ( publikowanych w różnych kalendarzykach czy katalogach ). Dodatkowo zwracam uwagę, że wartości rezystancji jednostkowej podawane w tablicach są określane dla prądu stałego i temperatury +20 C. Tak więc określając rezystancję dla całego przewodu linii postępujemy w sposób następujący: R = R o [ Ω ] ( 35 ) R [ Ω ] - rezystancja całego przewodu, [ km ] - długość przewodu. Zwracam uwagę, że wykonując obliczenia potrzeb powodowanych przepływem prądu przemiennego w przewodach linii elektroenergetycznych wskazane jest uwzględnienie dodatkowych czynników wpływających na zmiany rezystancji przewodów. Do czynników wpływających na zmiany rezystancji przewodów przy przepływie prądu przemiennego należą: - temperatura, - naskórkowość, - korozja przewodu, - wpływ budowy linii, - wpływ wyższych harmonicznych Wpływ temperatury na rezystancję. Przy przyroście temperatury przewodów miedzianych, aluminiowych czy stalowo aluminiowych następuje przyrost rezystacji tych przewodów po około 0,4 % na jeden stopień przyrostu ich temperatury, natomiast przy zmniejszaniu temperatury zmniejsza się ich rezystancja. Dla przykładu podaję, że dla przewodów w przekroju 840 AFL, graniczna dopuszczalna temperatura wynosi +80 C, a więc różnica pomiędzy temperaturami wynosi 60 C. I w tym przypadku rezystancja przewodów wzrośnie aż o 24 % Wpływ zjawiska naskórkowości na rezystancję. Przy przepływie prądu stałego gęstość prądu w poprzecznym przekroju przewodu jest równomierna, to znaczy, że ma tą samą wartość we wszystkich punktach przekroju. Natomiast przy przepływie prądu przemien -

22 nego, wytwarza się wewnątrz przewodu zmienne pole magnetyczne, które powoduje nierównomierny rozkład gęstośći prądu w poprzecznym przekroju przewodu, a mianowicie gęstość prądu zwiększa się w kierunku od osi przewodu do jego powierzchni. Przy czym przyrost gęstości prądu jest tym większy, im większa jest częstotliwość prądu i im większa jest przenikalność magnetyczna materiału oraz przekrój poprzeczny przewodu zjawisko to nazywamy naskórkowością. Naskórkowość wyraża się zależnością: k R op R os ( 36 ) R op [ Ω / km ] jednostkowa rezystancja przy przepływie prądu przemiennego, R os [ Ω / km ] jednostkowa rezystancja przy przepływie prądu stałego, k współczynnik naskórkowości lub współczynnik przyrostu rezystancji przewodu. Dodatkowo zaznaczam, że przyrost rezystancji przewodu przy przepływie prądu przemiennego powodowany zjawiskiem naskórkowości maleje wraz ze wzrostem temperatury i rośnie wraz ze zmniejszaniem temperatury przewodu. Jeżeli chodzi o wartości przyrostu rezystancji na skutek zjawiska naskórkowości, to waha się ona od 0,064 % - dla przekroju przewodu 120 AFL do 3,570 % - dla przekroju przewodu 840 AFL. Natomiast zmniejszenie temperatury przewodu o 60 C ( za podstawę przyjęto: +20 C ) do temperatury: -40 C - powoduje zwiększenie przyrostu rezystancji o około 16,0 %, a przy zwiększeniu temperatury przewodu o 60 C do temperatury +80 C - powoduje zmniejszenie przyrostu rezystancji o około 50 %. Należy jednak zaznaczyć, że o ile naskórkowość powoduje niezbyt duży przyrost rezystancji przewodów linii elektroenergetycznych, to powoduje duże przyrosty stanu obciążenia szczególnie w transformatorach dużych lub bardzo dużych mocy Wpływ korozji przewodów. Przewody linii napowietrznych narażone są na korozję, co oczywiście powoduje przyrost ich rezystancji. Przy czym zwracam uwagę, że przyrost rezystancji waha się w bardzo szerokich granicach i zależy od wielu czynników, a mianowicie: - budowa przewodu przewody AFL, - wiek linii,

23 atmosfera, a zwłaszcza agresywna pod względem chemicznym. W wyniku przeprowadzonych wielu badań różnych linii o niejednakowym okresie eksploatacji, stwierdzono, że przyrost rezystancji na skutek korozji waha się średnio: ( 8 10 ) % Wpływ budowy linii. Określając wartość rezystancji linii elektroenergetycznych zwykle dysponujemy długością tej linii, a nie długością przewodów prąd wiodących, dlatego też należy pamiętać o uwzględnieniu przyrostu rezystancji, a mianowicie: - dla linii napowietrznych niskiego napięcia, zwiększyć o około: 0,2 %, - dla linii napowietrznych wysokiego napięcia, zwiększyć o około: 0,5 %, - dla linii kablowych, zwiększyć o około: 0,3 % Uwagi końcowe. Z przeprowadzonych rozważań wynika, że w zasadzie wszystkie omówione zjawiska zachodzące przy przepływie prądu przemiennego powodują przyrosty rezystancji przewodów dlatego też wykonyje się wykonując obliczenia potrzeb zależnych od obciążenia, należy uzyskany wynik powiększyć o około 10,0 % Wyznaczenie zużycia energii na potrzeby własne zależnie od obciążenia. Rozpatrując przebiegi obciążenia linii, rozdzielni, rejonu czy zakładu elektroenergetycznego, możemy wyróżnić następujące pojęcia: - moc maksymalna ( P max ), - moc minimalna ( P min ), - energia wprowadzona, - moc średnia ( P śr ). Definicje. Mocą maksymalną ( P max ) nazywamy największą moc, jaka została wprowadzona do systemu w rozpatrywanym okresie czasu. Mocą minimalną ( P min ) nazywamy najmniejszą moc, jaka została wprowadzona do systemu w rozpatrywanym okresie czasu.

24 Energią wprowadzoną lub zużytą w czasie,, t wyrażamy: A t 0 P t dt [ W h ] ( 37 ) a więc jest to pole powierzchni ograniczone krzywą przebiegu obciążenia i czasem trwania tego przebiegu, P t [ W ] - moc chwilowa, t [ godz. ] - czas trwania poboru mocy. Mocą średnią ( P śr ) nazywamy moc niezmieniającą się w czasie, przy której do systemu została wprowadzona taka sama ilość energii elektrycznej, jak przy rzeczywistym przebiegu w rozpatrywanym okresie czasu, a więc: P sr A t [ W ] ( 38 ) Czas trwania maksymalnego obciążenia. Czasem trwania maksymalnego obciążenia nazywamy czas, przy którym wprowadzając do systemu elektroenergetycznego moc maksymalną, wprowadzona zostanie taka sama ilość energii elektrycznej, jak przy rzeczywistym przebiegu obciążenia i w rzeczywistym okresie czasu, a więc: T A P max [ godz. ] ( 39 ) ( jest to przebieg prostokątny ) Czas trwania maksymalnych potrzeb. Czasem trwania maksymalnych potrzeb nazywamy czas, w którym przepływający maksymalny prąd powoduje takie same zużycie energii, jak przy rzeczywistym przebiegu obciążenia i w rzeczywistym okresie czasu, a więc: τ A P max [ godz. ] ( 40 ) Czas trwania maksymalnych potrzeb określamy wg wzoru empirycznego ( doświadczalnego ): τ T T t [ godz. ] ( 41 )

25 Obliczenie poboru mocy i zużycia energii przez przewody odgromowe na pokrycie potrzeb własnych w liniach napowietrznych wysokich napięć. Zużycie własne przewodów odgromowych linii napowietrznych powstaje na skutek przepływu w nich prądu, wywołanego przez siłę elektormotoryczną pochodzącą od prądu płynącego w przewodach roboczych linii. Jednostkowe zużycie mocy w przewodzie odgromowym obliczamy zgodnie z zależnością: P o = Ι o2 R o [ W / km ] ( 42 ) Ι o [ A ] - prąd w przewodzie odgromowym, R o [ Ω / km ] - rezystancja jednostkowa przewodu odgromowego. Jednostkowe zużycie energii w przewodach odgromowych określamy wg zależności: A o = P o τ [ W h / km ] ( 43 ) Wykonując obliczenia potrzeb w przyrządach odgromowych linii elektroenergetycznych postępujemy w sposób następujący: - dla linii elektroenergetycznych z jednym przewodem odgromowym rozpatrujemy jeden obwód, - dla linii elektroenergetycznych z dwoma przewodami odgromowymi rozpatrujemy dwa obwody. Po przeprowadzeniu szeregu analiz potrzeb przewodów odgromowych na różnych typach linii jednotorowych i dwutorowych, przedstawiam następujące wnioski: a) Zastępując przewody odgromowe wykonane z linek stalowo aluminiowych, przewodami stalowymi o tym samym przekroju możemy uzyskać nawet wielokrotne zmniejszenie potrzeb. b) Stwierdzono również, że udziały procentowe potrzeb w przewodach odgromowych w stosunku do potrzeb w przewodach roboczych stanowi: - dla linii 110 kv: 0,26 %, - dla linii 220 kv: 0,86 %, - dla linii 400 kv: 4,39 %. Zaznaczam, że stosunek ten jest stały i nie zależy od obciążenia linii.

26 c) Natomiast średnie jednostkowe wartości potrzeb w przewodach odgromowych napowietrznych linii elektroenergetycznych obciążonych mocą naturalną w przybliżeniu stanowią: dla linii 110 kv: 40 W / km ( 44 ) dla linii 220 kv: 200 W / km ( 45 ) dla linii 400 kv: 1800 W / km ( 46 ) 3.5. Pobór mocy na potrzeby własne uchwytów podtrzymujących przewody w liniach elektroenergetycznych. Płynący prąd przemienny w przewodach linii napowietrznych wywołuje powstanie wokół tych przewodów pola elektromagnetycznego. Pole to powoduje grzanie się - na skutek wystąpienia prądów wirowych - uchwytów podtrzymujących przewody robocze linii, to oznacza, że jeżeli uchwyty te będą wykonane z materiałów ferromagnetycznych, wystąpi zużycie pewnej ilości energii elektrycznej ( potrzeby własne uchwytów ). Natomiast, jeżeli uchwyty będą wykonane z materiałów nie magnetycznych - potrzeby prawie nie wystąpią ( są pomijalne ). Analizując wartości potrzeb w uchwytach dla różnych potrzeb linii napowietrznych wysokich napięć stwierdzono, że: a) Udziały procentowe potrzeb w uchwytach w stosunku do potrzeb w przewodach roboczych stanowi: - dla linii 110 kv: 0,32 %, - dla linii 220 kv: 0,81 %, - dla linii 400 kv: 1,20 %. Podobnie i w tym przypadku stosunek ten jest stały i nie zależy od obciążenia linii. b) Zaś średnie jednostkowe wartości potrzeb w uchwytach podtrzymujących przewody robocze linii obciążonych mocą naturalną w przybliżeniu stanowią: dla linii 110 kv: 50 W / km ( 47 ) dla linii 220 kv: 140 W / km ( 48 ) dla linii 400 kv: 450 W / km ( 49 ) Reasumując powyższe analizy należy stwierdzić, że zarówno potrzeby przewodów odgromowych, jak i uchwytów są na tyle małe, że w praktycznych obliczeniach potrzeb zależnych od obciążenia przewodów roboczych linii elektroenergetycznych są pomijalne.

27 Moc naturalna linii. Każda linia elektroenergetyczna będąca pod napięciem wytwarza pewną moc bierną pojemnościową ( moc ładowania ), a przy przesyle mocy,, pobiera pewną moc bierną indukcyjną ( zużycie mocy biernej indukcyjnej ). Wobec tego może zaistnieć taki przypadek moc bierna ( pojemnościowa ) wytworzona będzie się równała mocy biernej ( indukcyjnej ) pobranej przez linię i wówczas otrzymamy zależność: Ι 2 ω L = U 2 ω C ( 50 ) dla linii trójfazowej: 3 Ι 2 ω L = U 2 ω C ( 51 ) U [ V ] - napięcie międzyprzewodowe. Gdy zależność ta zostanie spełniona linia prądu przemiennego zachowa się tak, jak linia prądu stałego a to znaczy, że wystąpi w niej tylko pobór mocy czynnej, a moc, przy której to wystąpi nazywamy mocą naturalną linii, którą określa zależność: P N U 2 Z f [ kw lub kv A ] ( 52 ) Z f [ Ω ] - impedancja falowa linii ( dla linii napowietrznych Z f = 50 Ω, a dla linii kablowych Z f = 400 Ω ). Najczęściej dla obliczenia mocy naturalnej linii są spotykane następujące zależności: - dla linii napowietrznych: 2 P N = 2,5 U 2 P N = 3,2 U [ kw lub kv A ] jeden przewód we fazie ( 53 ) [ kw lub kv A ] dwa przewody we fazie ( 54 ) - dla linii kablowych: 2 P N = 20,0 U [ kw lub kv A ] ( 55 ) Z powyższego rozważania wynika, że moc naturalna linii elektroenergetycznej zależy tylko od znamionowego napięcia, natomiast nie zależy ani od długości linii ani od jej przekroju.

28 Literatura. 1. Potrzeby własne linii elektroenergetycznych M. Konstanciak 1995 r. 2. Obliczanie potrzeb własnych oraz ocena sprawności sieci elektroenergetycznych. M. Konstanciak 1996 r. 3. Kompensacja mocy i energii biernej w sieciach elektroenergetycznych. M. Konstanciak 1999 r. 4. Wykonywanie bilansów energii czynnej i biernej oraz ocena potrzeb w obszarach sieciowych. M. Konstanciak 2001 r.