Учет нагрева элементов цеховых сетей при определении потерь электроэнергии

УДК 621.311

УЧЕТ НАГРЕВА ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕХОВЫХ СЕТЕЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

А.И. ФЕДОТОВ, Е.И. ГРАЧЕВА, О.В. НАУМОВ Казанский государственный энергетический университет

Задача повышения эффективности использования электроэнергии на промышленном предприятии решается с учетом данных о реальном её потреблении и величине потерь в отдельных производственных подразделениях и цехах. Эта информация является основой любого анализа электропотребления и определяет характер мероприятий, проводимых с целью снижения уровня потерь электроэнергии внутри промышленного предприятия.

Как известно, потери электроэнергии в элементах систем электроснабжения зависят от величины тока нагрузки и эквивалентного сопротивления.

Неполнота параметрической режимной информации о сети заставляет использовать методы расчета потерь электроэнергии, основанные на тех или иных допущениях, определяющих предполагаемое влияние на результаты расчета отсутствующей информации. Погрешность определения потерь электроэнергии, вызванная неточным представлением в расчете величины эквивалентного сопротивления, считающейся известной, может быть существенной.

Экспериментальные данные и опыт эксплуатации свидетельствуют о весьма существенном влиянии активного сопротивления контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов на общее сопротивление кабельных линий [1]. В связи с этим в современных промышленных электрических сетях низкого напряжения требуется уточнение величины эквивалентного сопротивления цеховых сетей.

Величина сопротивления контактных соединений, определяемая их тепловым состоянием во всех режимах работы, является одним из важнейших критериев работоспособности низковольтных аппаратов. Надежная работа контактов обеспечивается только таким режимом нагрева токами нагрузки, при котором температура контактов не приводит к физико-химическим изменениям материала контактов.

Для подавляющего большинства контактных материалов допустимая температура ограничивается ввиду того, что значительное её повышение приводит к прогрессирующему образованию плохо проводящих окислов, увеличивающих сопротивление контактов.

Сопротивление участка сети зависит от марки, сечения и длины провода, температуры его токопроводящей жилы, являющейся функцией температуры окружающей среды и нагрузки провода.

Нагрев кабельной линии в номинальном режиме

0ном = 3/¿ом •' • Я , °С.

© А.И. Федотов, Е.И. Грачева, О.В. Наумов Проблемы энергетики, 2004, № 5-6

Нагрев 0р кабельной линии в рабочем режиме

0 р = РрЩ = 3/Хом Л0 = к 3з/НомГ0ном Л0 = к20„

°С

где 1р - рабочий ток линии; А; Рр - мощность линии в рабочем режиме, Вт; кз

коэффициент загрузки линии; кз = -

-; Г0 - сопротивление линии в

1ном

номинальном режиме, Ом; 0ном - нагрев кабельной линии в номинальном режиме,

°С, для кабеля (провода) с пластмассовой изоляцией 75 °С.

Построим зависимости сопротивлений элементов цеховых сетей от коэффициента загрузки (рис. 1).

К, мОм_

130.0:: 120.0--110.0^-100.0--90.0^ 80.0^-70.0-60.0-50.0+ 40.030.0: 20.010.0-

+

+

Кз

0.3 1.0 1.3

Рис. 1. Зависимость сопротивления элементов цеховых сетей от коэффициента загрузки: 1 - контактное соединение коммутационного аппарата АЕ-2056; 2 - линия цеховой сети сечением 25 мм2, длиной 50 м

Произведем аналогичные вычисления для коммутационных аппаратов. Определим установившееся значение температуры контакта в точках, удаленных от места контактирования, из условия, что

0-0окр = 12Р0 (1+а0)/(Ят^), °С:

0 =

к2 /¿омР0 +0окр ПгГв

- 1номР0а

°С,

где р0 - удельное сопротивление материала контактов при 0 °С, Ом-м; 0окр - температура окружающей среды, °С; а - температурный коэффициент сопротивления, °С-1; ЯТ - коэффициент теплоотдачи единицы длины проводника,

Вт/(м -К); S - площадь контурной площадки касания, м ; ¥ - охлаждающая поверхность единицы длины проводника, м2.

Зависимость контактного сопротивления от установившегося значения температуры контакта

2

Як = Як.о|1 + 3 а

, Ом

где Як.о - сопротивление контактного

соединения коммутационного аппарата, мОм [2].

Для определения эквивалентного сопротивления линий цеховых сетей воспользуемся выражением [3]

Я = Г20 -I-[1 + а-((-20)] ЯКп ,

1

где Г20 - сопротивление 1 м жилы провода при температуре 20 °С; а - температурный коэффициент сопротивления, равный для алюминия 0,004 °С-1; I - длина провода, м; Якп - сопротивление контактного соединения

п-го коммутационного аппарата., мОм; Т = к2 (тдоп -6окр )+0окр - температура жилы кабеля (провода); Гдоп - допустимая температура жилы провода, °С; к3 - квадрат среднеквадратичного коэффициента загрузки линий,

к3

=

п Г т > тп

У Тп ддо у

2

п

Тп - ток кабеля или провода участка сети, А; Тп доп - допустимый ток кабеля или провода участка сети, А; п- количество линий сети, шт.

Для определения эквивалентного сопротивления линии цеховой сети, используя выражение (5) при изменении длины линии от 10 до 100 м, построены номограммы (рис. 2, рис. 3) для различных сечений.

Как видно из номограмм, при увеличении числа коммутационных аппаратов на линии значительно растет ее сопротивление. При увеличении сечения линий понижается доля сопротивления, вносимая коммутационными аппаратами. Так, сопротивление линии цеховых сетей при сечении 4 мм2 и длине 30 м увеличивается на 27 %, если количество коммутационных аппаратов на ней достигает четырех; аналогично, для линии сечением 95 мм2 при длине 30 м происходит увеличение сопротивления на 18 % при том же количестве аппаратов. Так как линии цеховых распределительных сетей относительно короткие (от 5м до 200 м), учет нагрева проводников и сопротивлений контактных соединений коммутационных аппаратов позволяет существенно уточнять эквивалентные сопротивления линий цеховых сетей.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ь, лг

2

Рис. 2 Номограммы для определения эквивалентного сопротивления линии сети 4 мм с учетом

коммутационной аппаратуры АЕ-2056: а -активное сопротивление линии; б -сопротивление линии с учетом нагрева; в -сопротивление линии с 1 коммутационным аппаратом; г - сопротивление линии с 2 коммутационными аппаратами; д - сопротивление линии с 3 коммутационными аппаратами; е - сопротивление линии с 4 коммутационными аппаратами

Рис. 3 Номограммы для определения эквивалентного сопротивления линии сети 95 мм2 с учетом коммутационной аппаратуры АЕ-2056: а - активное сопротивление линии; б - сопротивление линии с учетом нагрева; в - сопротивление линии с 1 коммутационным аппаратом; г - сопротивление линии с 2 коммутационными аппаратами; д - сопротивление линии с 3 коммутационными аппаратами; е - сопротивление линии с 4 коммутационными аппаратами

Выражение (5) позволяет построить зависимости эквивалентного сопротивления линии цеховой сети фиксированной длины от номинального значения тока коммутационного аппарата и линии (рис. 4).

Иэ, мОм

Рис. 4 Номограмма для определения эквивалентного сопротивления линии цеховой сети с учетом коммутационной аппаратуры

В результате анализа экспериментальных и теоретических данных построены номограммы, учитывающие влияние основных факторов электрооборудования на величину эквивалентного сопротивления линий цеховых сетей. Монограммы рекомендуются для практических расчетов потерь электроэнергии в цеховых сетях.

Summary

The problem of increase of productivity of the electric power at the industrial enterprise is decided with allowance for of datas about actual consumption and magnitude of losses in separate industrial subdividings and shops. This information is a basis of any analysis of a

© Проблемы энергетики, 2004, № 5-6

power consumption and determines character of measures spent with the purpose of decrease of a level of losses of the electric power inside the industrial enterprise.

Литература

1. Шевченко В.В., Грачева Е.И. Определение сопротивлений контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов // Промышленная энергетика. - 2002. - №1.

2. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 428с.

3. Грачева Е.И., Наумов О.В. Оценка величины потерь электроэнергии в электрических сетях до 1000 В // Изв. вузов. Проблемы энергетики. - 2003. -№1-2. - С. 108-117.

Поступила 26.03.2004