Расчет температур в проводах низковольтных воздушных линий электропередачи

Предложена методика расчета нестационарных тепловых процессов в проводах для низковольтных воздушных линий электропередачи. Методика основана на представлении провода как системы из нескольких однородных тел и решении дифференциальных уравнений, описывающих эту систему. Уравнения решены методом электротепловых аналогий на основе тепловой схемы замещения и операторного преобразования Лапласа. Приведены формулы для определения потерь мощности в проводе, тепловых сопротивлений и теплоемкостей провода. Особое внимание уделено расчету коэффициента теплоотдачи с поверхности провода. Разработаны алгоритмы расчета температур одно- и многожильных проводов при изменении влияющих внешних факторов. Показано, что расчет температур необходимо выполнять за несколько итераций. Введено понятие угла теплообмена, характеризующего часть поверхности провода, через которую идет теплообмен. Экспериментальные исследования для разных марок проводов при различных токах показали, что максимальная абсолютная погрешность расчетной температуры изоляции провода по отношению к измеренной составляет не более 6 °С. Для длительно допустимых токов проводов марки СИП-4 рассчитаны значения понижающих коэффициентов в зависимости от количества жил. Например, для провода СИП-4 4´16 допустимый ток должен быть не 100 А, как дается в справочниках, а 80 А при температуре окружающей среды 25 °С. Представленные в статье методики и алгоритмы расчета могут быть использованы для оценки пропускной способности низковольтных электрических сетей, а также на этапе проектирования систем электроснабжения.

1. Thermal Analysis of Parallel Underground Energy Cables / J. Desmet, D. Putmam, G. Vanalme [et al] // 18th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2005). Turin, Italy, 2005. Р. 1–4. https://doi.org/10.1049/cp:20050921.

2. Schmidt, H.-P. Efficient Simulation of Thermal and Electrical Behaviour of Industrial Cables / H.-P. Schmidt // Modelling and Simulation / Eds. G. Petrone, G. Cammarata. Intechopen, 2008. Р. 523–532. https://doi.org/10.5772/5967.

3. Зализный, Д. И. Математическая модель тепловых процессов одножильного силового кабеля / Д. И. Зализный, С. Н. Прохоренко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2012. № 5. С. 25–34.

4. Зализный, Д. И. Методика численного расчета нестационарных тепловых процессов в изоляции силового кабеля / Д. И. Зализный, М. Н. Новиков, Н. М. Ходанович, А. Ю. Шутов // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2010. № 4. С. 86–96.

5. Зализный, Д. И. Адаптивная математическая модель тепловых процессов трехжильного силового кабеля / Д. И. Зализный, О. Г. Широков // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2014. № 2. С.51–63.

6. Ларина, Э. Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии: учеб. для вузов / Э. Т. Ларина. М.: Энергоатомиздат, 1996. 464 с.

7. Дмитриев, М. В. Кабельные линии высокого напряжения / М. В. Дмитриев. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. 688 с.

8. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Ч. 2-1: Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления: ГОСТ Р МЭК 60287-2-1–2009. Введ. 26.07.2009. М.: Стандартинформ, 2009. 32 с.

9. Основы кабельной техники / В. М. Леонов, И. Б. Пешков, И. Б. Рязанов, С. Д. Холодный. М.: Изд. центр «Академия», 2006. 432 с.

10. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры / С. С. Гиршин, А. А. Бубенчиков, Е. В. Петрова, В. Н. Горюнов // Омский научный вестник. 2009. № 3(83). С. 176-179.

11. A thermal Model for Calculating Axial Temperature Distribution of Overhead Conductor under Laboratory Conditions / X. Zhang, Z. Ying, Y. Chen, X. Chen // Electric Power Systems Research. 2019. Vol. 166. Р. 223–231. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.10.008.

12. Riba, J.-R. Analyzing the Role of Emissivity in Stranded Conductors for Overhead Power Lines / J.-R. Riba, L. Yuming, M.-E. Manuel // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2024. Vol. 159. Р. 110027. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2024.110027.

13. Фурсанов, М. И. Расчет технологического расхода (потерь) электроэнергии в современных распределительных электрических сетях 0,38–10 кВ / М. И. Фурсанов, А. А. Золотой, В. В. Макаревич // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 5. С. 408–422. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-408-422.

14. Данилов, М. И. Оперативная идентификация сопротивлений проводов распределительных сетей 380 В автоматизированными системами учета / М. И. Данилов, И. Г. Романенко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 2. С. 124–140. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-2-124-140.