Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna

Transkrypt

1 Elektroeergetycze sieci rozdzielcze SEC 2004 V Koferecj ukowo-techicz Politechik Wrocłwsk ytut Eergoelektryki Wldemr SZPYRA Lech SZPYRA Krzysztof WYBRAŃSK Akdemi Góriczo-Huticz w Krkowie Wydził Elektrotechiki Automtyki formtyki i Elektroiki e-mil: wszpyr@gh.edu.pl EKOOMCZA GĘSTOŚĆ PRĄDU W LACH ELEKTROEERGETYCZYCH PRZY UWZGLĘDEU WZROSTU OBCĄŻEA W OKRESE EKSPLOATACJ L Jedym z kryteriów doboru przekroju przewodów osowych w liich elektroeergetyczych je ekoomicz gęość prądu w przewodch roboczych. W siecich eergetyki zwodowej obserwuje się ciągły coroczy wzro obciążei tym smym zmiei się gęość prądu w przewodch roboczych. lość eergii przesyłej rówież rośie z roku rok. Przy doborze przekrojów przewodów w tych siecich leży uwzględić dymikę tych zmi. W refercie podo zleżość ekoomiczą gęość prądu z uwzględieiem wzrou obciążei. Przedwioo wyiki obliczeń ekoomiczej gęości prądu dl elektroeergetyczych liii średiego pięci przy różych wrtościch współczyików wzrou obciążei. Uzyske wyiki porówo z wrtościmi gęości prądu w szczycie obciążei rzeczywiej sieci średiego pięci.. WPROWADZEE. EKOOMCZA GĘSTOŚĆ PRĄDU Przy doborze przekroju przewodów osowych w liich elektroeergetyczych bre są pod uwgę ępujące kryteri: dopuszczlej obciążlości prądowej długotrwłej dopuszczlej obciążlości prądmi zwrciowymi dopuszczlej wrtości spdku pięci ekoomiczej gęości prądu wytrzymłości mechiczej (w liich powietrzych. Pod pojęciem ekoomiczej gęości prądu rozumie się tką gęość prądu w liii elektroeergetyczej przy której cłkowite rocze koszty przesyłu eergii elektryczej są miimle [2]. Litertur przedmiotu [ 2] podje zleżości ekoomiczy przekrój przewodów i ekoomiczą gęość prądu wyprowdzoe przy złożeiu że moc mksyml i ilość eergii przesyłej w ciągu roku są tkie sme w kolejych ltch eksplotcji liii. Tk sytucj wyępuje (i to ie zwsze tylko w siecich rozdzielczych zkłdów przemysłowych. W siecich eergetyki zwodowej obserwuje się ciągły coroczy wzro zrówo mksymlej mocy przesyłej liimi jk i ilości eergii dorczej do odbiorców. Dltego przy doborze przekrojów przewodów w siecich leży uwzględić dymikę zmi obciążei. Koszt roczy przesyłu eergii liią elektroeergetyczą je sumą kosztów roczych łych K zmieych K z orz kosztów zwodości K : K = K + K + K r z (

2 326 Koszt roczy ły prcy liii elektroeergetyczej moż wyrzić zleżością: K = K ( rrr + res (2 gdzie: K kłdy poiesioe budowę liii r es współczyik kosztów eksplotcyjych łych (wk odpisów koszty dmiircyje obsługi i remotów r rr współczyik wycofi kpitłu (rt rozszerzoej reprodukcji wyrżoy zleżością: i ( + i r rr = (3 ( + i ormtywy okres mortyzcji w ltch i op oprocetowi kpitłu (op dyskot. rocze koszty zmiee prcy liii skłdją się koszty rt mocy i eergii i moż je wyrzić zleżością: K ( z = Ps cp + τ ce (4 przy czym: P s mksymle rty mocy w [kw] c P ce rt mocy w [zł/kw] c E ce eergii w [zł/kw h] τ czs trwi rt mksymlych w [h/]. Koszty zwodości w prktyce ie zleżą od przekroju przewodów i moż je ztem pomiąć w obliczeich ekoomiczej gęości prądu. Dl wyzczei ekoomiczej gęości prądu poszczególe skłdiki kosztów roczych prcy liii trzeb wyrzić jko fukcję przekroju przewodów. kłdy iweycyje budowę liii proksymuje się fukcją liiową (rys kłdy iweycyje budowę km liii K [tys.zł/km] Kblow HAKFtA Typu PAS powietrz AFL -6 K = A+B s = s K = A+B s = s K = A+B s = s Przekrój przewodów liii s [mm 2 ] Rys.. kłdy iweycyje budowę liii elektroeergetyczej w fukcji przekroju przewodów.

3 Koszt roczy ły prcy liii moż wyrzić zleżością: 327 ( es rr w której: A B łe zleżą od rodzju liii w [zł/km] [zł/(km mm 2 ] s przekrój przewodów w [mm 2 ] l długość liii w [m]. K = ( A + B s l r + r (5 Strty mocy w liii oblicz się z zleżości: 2 2 l P = 3 R = 3 (6 γ s przy czym: mksymly prąd płyący w liii w [A] R rezycj przewodów w liii w [Ω] γ koduktywość mteriłu przewodów liii w [m/ω mm 2 ]. Po podwieiu wyrżei (6 do wzoru (4 zleżość koszt roczy zmiey przyjmie poć: l K 3 2 z = ( cp + τ ce (7 γ s Uwzględieie wzrou obciążei orz wzrou ilości eergii przesyłej liią w ciągu roku wymg zjomości fukcji opisujących te wzro. Potrzeb je też zjomość fukcji opisujących zmię czsu trwi rt mksymlych orz współczyik mocy. Wobec brku zjomości tych fukcji przyjmuje się ępujące złożei: ( Obciążeie liii mocą czyą wzr o pewie ły procet w kżdym roku; (2 lość eergii przesłej liią wzr o pewie ły procet w kżdym roku; (3 Współczyik mocy cosϕ je ły w cłym rozwżym okresie (4 Stosuek czsu użytkowi mocy szczytowej do czsu trwi rt mksymlych je ły w cłym rozwżym okresie. (5 Łącz rocz op iflcji i esklcji ce i ie je ł w cłym rozwżym okresie. Z powyższych złożeń wyikją ępujące zleżości prąd mksymly i czs trwi rt mksymlych w kolejych ltch eksplotcji liii: ( = ( + q P (8 ( + q E τ ( = τ (9 ( + qp przy czym: mksymly prąd płyący w liii w pierwszym roku eksplotcji w [A] q P względy roczy przyro przesyłej mocy szczytowej q E względy roczy przyro ilości przesyłej eergii t rok dl którego wykoywe są obliczei. czs trwi rt mksymlych w pierwszym roku eksplotcji w [h/]. τ Po wwieiu zleżości (8 i (9 do wzoru (7 i uwzględieiu iflcji koszt roczy zmiey prcy liii w -tym roku będzie rówy:

4 328 K l ( + q 2 2 E z ( = 3 ( + qp cp c E ( + iie s + τ ( qp γ + (0 Wprowdzjąc ozczei: ( = A r A rr = A res ( r + r es > ( b( = B r B = B r ( r + r es rr es > (2 gdzie: i ie łącz op iflcji i esklcji ce. c ( + q ( + q 2 P E ( = 3 cp + τ c E ( + iie ( qp γ + (3 Przy powyższych ozczeich zleżość koszt roczy w -tym roku eksplotcji liii przyjmie poć: 2 l K r ( = [ ( + b( s] l + c( (4 s Sum zdyskotowych kosztów roczych z okres lt eksplotcji liii je rów: K d l c( ( + i 2 = l ( ( + i + l s b( ( + i + = = s = (5 W celu zleziei przekroju przy którym sum zdyskotowych kosztów roczych w rozwżym okresie eksplotcji będzie jmiejsz różiczkuje się powyższe wyrżeie względem s i przyrówuje się pochodą do zer. Oteczie otrzymuje się: s ek = = b( c( ( + i = ( + i (6 Gęość prądu je ilorzem prądu płyącego w przewodzie przez przekrój tego przewodu. Po podzieleiu prądu mksymlego przez ekoomiczy przekrój przewodu otrzymujemy: j ek = = = sek = b( ( + i c( ( + i (7 Powyższy wzór pozwl obliczyć ekoomiczą gęość prądu w pierwszym roku eksplotcji liii.

5 2. WYK OBLCZEŃ EKOOMCZEJ GĘSTOŚC PRĄDU 329 Korzyjąc z podej wyżej zleżości wykoo obliczei ekoomiczej gęości prądu dl elektroeergetyczych liii średiego pięci (powietrzych z przewodmi AFL i kblowych z żyłmi lumiiowymi. Do obliczeń przyjęto ępujące wrtości łych: ł: B = 30 [zł/km mm 2 ] dl liii powietrzych B = 500 [zł/km mm 2 ] dl liii kblowych ce eergii: c E = 028 [zł/kw h] ce mocy: c p = 3948 [zł/kw] op procetow: i = 008 (8% łącz op iflcji i esklcji ce: i ie = (5% ormtywy okres eksplotcji: = 22 lt. Obliczei wykoo dl różych wrtości roczych przyroów mocy i eergii. Wybre wyiki obliczeń przedwioo rys. 2 i 3. Ekoomicz gęość prądu dl liii powietrzych j ek [A/mm2] q E = q P = 00; i ie = 0 q E = q P = 00; i ie = 005 q E = q P = 002; i ie = 005 q E = q P = 003; i ie = 005 q E = q P = 004; i ie = Czrwi rt mksymlych τ [h/] Rys. 2. Ekoomicz gęość prądu dl liii powietrzych w fukcji czsu trwi rt mksymlych przy różych wrtościch wzrou obciążei. Ekoomicz gęość prądu dl liii kblowej j ek [A/mm 2 ] qe = qp = 00; = 22 lt qe = qp = 002; = 22 lt qe = qp = 003; = 22 lt qe = qp = 004; = 22 lt qe = qp = 004; = 40 lt Czrwi rt mksymlych τ [h/] Rys. 3. Ekoomicz gęość prądu dl liii kblowych w fukcji czsu trwi rt mksymlych przy różych wrtościch wzrou obciążei.

6 330 Wykresy zoły oprcowe przy złożeiu jedkowych roczych przyroów mocy i eergii przesyłej liią. Dodtkowo rys. 2 pokzo krzywą ilurującą zleżość ekoomiczej gęości prądu przy pomiięciu iflcji (i ie = 0 rys. 3 krzywą ilurującą zleżość ekoomiczej gęości prądu przy wydłużoym do = 40 lt okresie eksplotcji liii. 3. GĘSTOŚĆ PRĄDU W LACH S REJOU EERGETYCZEGO Poiżej pokzo wykresy przedwijące rozkłd gęości prądu w szczycie obciążei w mgirlch i głęzich liii powietrzych orz w liich kblowych sieci średiego pięci jedego z rejoów eergetyczych. Sieć zsil je z 6 cji 0 kv/s. Łącz długość liii lizowej sieci wyosi 875 km (w tym 200 km liii kblowych. Sieć zsil = 800 cji S/ przy przeciętym opiu obciążei w szczycie około 275 % S. Moc szczytow pobier z sieci wyosi P s = 67 MW ilość przesyłej w ciągu roku eergii E r = 360 GWh. Oszcowy tej podwie czs trwi rt mksymlych wyosi τ = h/. Progozowy wzro obciążei wyosi około q E =q P = % rok % sumy długości % liczby odcików Udził [%] > 20 Gęość prądu j [A/mm 2 ] Rys. 4. Gęość prądu w mgirlch liii powietrzych S rejou eergetyczego % sumy długości % liczby odcików 40 Udził [% > 06 Gęość prądu j [A/mm2] Rys. 5. Gęość prądu w odgłęzieich liii powietrzych S rejou eergetyczego

7 % sumy długości % liczby odcików 35 Udził [%] > 0 Gęość prądu j [A/mm2] Rys. 6. Gęość prądu w liich kblowych S rejou eergetyczego W tblicy zewioo średie (wżoe długością i mksymle wrtości gęości prądu w mgirlch głęzich i odczepch lizowej sieci. Tblic. Średie i mksymle wrtości gęości prądu w mgirlch głęzich i odczepch sieci S rejou eergetyczego Rodzj liii powietrz kblow Gęość prądu mgirl głąź odczep mgirl głąź odczep [A/mm 2 ] [A/mm 2 ] [A/mm 2 ] [A/mm 2 ] [A/mm 2 ] [A/mm 2 ] średi mksyml Ekoomicz gęość prądu w sieci omwiego rejou określo przy złożeiu że okres eksplotcji liii będzie rówy ormtywemu ( = 22 lt iflcj będzie poziomie 5 % wyosi dl liii powietrzych j ek = A/mm 2 dl liii kblowych j ek = A/mm 2. Gęości większe od podych wyżej wyępują tylko w około 8 % długości mgirl liii powietrzych i około 22 % długości liii kblowych. 4. WOSK podwie wykoych obliczeń orz lizy gęości prądu w sieci S rejou eergetyczego suwją się ępując wioski: W obliczeich ekoomiczej gęości prądu decydujące zczeie m ce eergii progozowy wzro ilości przesyłej eergii orz zkłdy okres eksplotcji liii. m wyższ ce eergii większy zkłdy przyro ilości eergii przesyłej w ciągu roku i dłuższy plowy okres eksplotcji liii tym gęość prądu w pierwszym roku eksplotcji powi być miejsz. Wzro obciążei w miejszym opiu wpływ ekoomiczą gęość prądu.

8 332 2 Uwzględieie iflcji rówież powoduje obiżeie ekoomiczej gęości prądu. 3 Przecięte gęości prądu wyępujące w lizowej sieci są wyrźie iższe od gęości ekoomiczej. Gęości większe od podych wyżej wyępują tylko w około 8 % długości mgirl 33 % długości głęzi w liii powietrzych orz w około 22 % długości liii kblowych. Wyik to ąd że o doborze przekroju przewodów decydują ie czyiki. W przypdku mgirl liii powietrzych decydujące zczeie m spdek pięci. W przypdku głęzi i odczepów położoych w pobliżu GPZ o przekroju decyduje wytrzymłość zwrciow tomi położoych w głębi sieci uifikcj. W liich kblowych decydujące zczeie m wytrzymłość zwrciow. LTERATURA [] Ludy D.: Rchuek ekoomiczy w elektroeergetyce. Oficy Wyd. Politechiki Wrszwskiej Wrszw 999. [2] Pordik żyier Elektryk tom Wydwictw ukowo-techicze Wrszw 997.