Расчет потерь электроэнергии в электрических сетях из-за токов утечки

(так называемый режим перемежающихся дужек). Кроме того, в процессе увлажнения происходит вымывание солей из слоя загрязнения. Использовать при расчете тока утечки, значение сопротивления изолятора, измеренное в отсутствие этих процессов, как это предлагается в [1] представляется ошибочным. Например, значения токов утечки, рассчитанные согласно рассматриваемой методике для гирлянды изоляторов ВЛ 110 кВ составляют 8 мА и 76 мА для районов с 1-й и 7й степенью загрязнения атмосферы (СЗА) соответственно. Однако экспериментально установлено [2], что даже в предельном случае, когда изоляторы находятся в предразрядном режиме, только амплитуды импульсов токов утечки составляют 10 мА и более. В нормальном эксплуатационном режиме, при верно выбранном уровне изоляции, эти значения будут меньше. Очевидно, что результаты расчетов потерь электроэнергии по токам утечки, значения которых сопоставимы с амплитудами импульсов этих токов при работе изоляторов в предразрядном режиме, будут необоснованно завышены. Кроме того, ток утечки зависит не только от степени загрязнения поверхности изолятора, то есть от степени загрязнения атмосферы или согласно седьмого издания ПУЭ от степени загрязнения (СЗ) [3], но и в значительной степени от вида и интенсивности увлажнения, что никак не учитывается в рассматриваемой методике расчета.

Также в методике не учитывается пространственная структура увлажняющих метеоявлений. В [4] рассмотрен так называемый коэффициент распределенности метеоявлений К р.м. , показывающий какая часть трассы ВЛ охвачена данным метеоявлением. Среднегодовое значение К р.м. различных увлажняющих метеоявлений по данным [4] составляет в среднем примерно 0,5.

Авторами разработана, как представляется, более физически обоснованная методика расчета потерь электроэнергии из-за токов утечки по изоляционным конструкциям наружных электроустановок [5, 6]. Согласно этой методике годовые потери в единичной изоляционной конструкции (гирлянде изоляторов) рассчитываются как:

A= K \TTM (PT)+TMM (PM)+TdM (PD)+TrM ( Pr )]

где M ( P_T ), M ( P M ), M ( P_D ) и M ( P_R ) - математическое ожидание мощности потерь энергии в единичной изоляционной конструкции соответственно при туманах, мороси, дождях и росе, кВт; T T , T_M , T_D и T_R - годовая продолжительность туманов (при положительной температуре воздуха), мороси, дождей и росы, час.

Значения M ( P_T ), M ( P_M ), M ( P_D ) и M ( P R ) при заданной степени загрязнения изоляции рассчитываются по формулам:

M ( P t ) = E ^p ( U Ti ) P t U ^)

i = 1

;

M ( P m ) = E ^(U Mi ) P m (U m, ) i = 1

;

M ( P d ) = Z T ( Q ^) P d ( Q d, )

i = 1

;

M ( P r ) = P r ( Q r )

СЗА или СЗ может быть определена из данных приведенных в нормативных документах [3, 5].

Значения P T ^{( U} Ti ) , ^P M ^{( U} Mi ) , ^P D ^{( Q} Di ) и P_R ( Q_r ) определялись с использованием динамической математической модели изменения электрических характеристик изоляции в процессе ее увлажнения различного по виду и интенсивности. На рис. 1 в качестве примера приведены значения P T ^{( U} Ti ) , ^P d ⁽ Q Di ) при различной степени загрязнения изоляции.

где ^p ( ^U Ti ) - вероятность i - той скорости ветра ( U Ti ) при туманах (6 градаций), ^р ( U M ) -вероятность i - той скорости ветра ( ^U Mi ) при мороси (11 градаций), ^р ( Q Di ) - вероятность дождей i - той интенсивности ( ^Q _Di ) (13 градаций); ^P T ^{( U} Ti ) , ^P M ^{( U} Mi ) , ^P D ⁽ Q Di ) и

^P r ( ^Q r ) - мощность потерь энергии при заданной степени загрязнения изоляции соответственно во время туманов при i -той скорости ветра; мороси при i -той скорости ветра, дождей i -той интенсивности и росе при постоянной, характерной для средней полосы Росси интенсивности выпадения росы ( ^Q r ) , кВт.

Мощность потерь энергии при туманах и мороси определяется в зависимости от скорости ветра, так как этих случаях влага попадает на поверхность изолятора в результате инерционного осаждения, то есть интенсивность увлажнения поверхности изолятора прямо пропорциональна скорости ветра. Степень загрязнения изоляции оценивается величиной поверхностной проводимости при увлажнении слоя загрязнения до насыщения ( x r ). Связь поверхностной проводимости при увлажнении слоя загрязнения до насыщения с

Рис. 1. Средняя за однократное увлажнение мощность потерь электроэнергии в гирлянде изоляторов контактной сети железных дорог на напряжение 25кВ: а) при тумане в зависимости от степени загрязнения изоляции и скорости ветра; б) при дожде в зависимости от степени загрязнения изоляции и интенсивности дождя

В модели учтены основные процессы при увлажнении загрязненной изоляции: испарение воды из слоя увлажняемого загрязнения из-за токов утечки, образование подсушенных зон, возникновение и гашение частичных дуг (режим перемежающихся дужек), вымывание солей из слоя загрязнения и другие. Результаты моделирования качественно и количественно хорошо согласуются с экспериментальными данными автора и других исследователей. Здесь следует отметить, что если экспериментальных данных о потерях электроэнергии из-за токов утечки крайне мало, то данных об интенсивности электрокоррозии арматуры изоляторов в контактной сети железных дорог постоянного тока накоплено достаточно много. Как потери электроэнергии, так и интенсивность электрокоррозии пропорциональны количеству электричества. Таким образом, хорошее согласованность результатов моделирования процессов электрокоррозии и большего числа экспериментальных данных, косвенным образом подтверждают также и адекватность модели процессам потерь электроэнергии из-за токов утечки. В табл. 1 приведены результаты расчета мощности потерь в отдельных изоляторах гирлянд контактной сети железных дорог переменного тока (номинальное напряжение в контактной сети 25 кВ). Мощность потерь, рассчитанная согласно [5, 6], определялась как средневзвешенная для туманов, мороси и дождей, продолжительность которых характерна для Европейской части России, мощность потерь при росе не учтена из-за их малости.

Таблица 1. Мощность потерь, P, кВт

Наименование величины	СЗА
	2	5	6
число изоляторов в гирлянде	3	4	5
напряжение на одном изоляторе гирлянды, кВ	8,33	6,25	5,00
мощность потерь, рассчитанная согласно [1], P, кВт	0,061	0,081	0,093
мощность потерь, рассчитанная согласно [5,6], P, кВт	0,009	0,015	0,014

Как видно из результатов расчетов, мощность потерь, рассчитанная согласно [1], в 5-7 раз превышает результаты расчетов согласно [5, 6]. С учетом того, что в [1] не учитывается пространственная структура увлажняющих метеоявлений и ряд других факторов, эта разница увеличится еще не менее чем в 2 раза. Таким образом, при расчете потерь электроэнергии из-за токов утечки по изоляторам ВЛ по методике [1] потери будут, как представляется, необоснованно завышены более чем на порядок.

В [5, 6] значения PT (UTi) , PM (UMi) , Pd (QDi) и PR ( QR ) определялись для гирлянд изоляторов контактной сети железных дорог. Так как падение напряжения на одном изоляторе гирлянды в контактной сети переменного тока одного порядка с падением напряжения на одном изоляторе гирлянд ВЛ различных классов напряжения, полученные значения мощности потерь для гирлянд изоляторов контактной сети железных дорог переменного тока могут быть использованы и для расчета потерь электроэнергии в изоляции ВЛ. Однако более точные результаты могут быть получены при моделировании мощности потерь для изоляции ВЛ различных классов напряжения, что не составляет каких либо принципиальных трудностей. Хотелось бы отметить, что для полноты оценки потерь электроэнергии из-за токов утечки необходимо учитывать и диэлектрические потери, хотя мощность этих потерь значительно ниже мощности потерь из-за токов проводимости.