Расходы, приходящиеся на эксплуатацию систем передачи электроэнергии подразделяются на несколько составляющих:
стоимость потерь в линиях и в трансформаторах;
амортизационные отчисления;
текущие расходы на ремонт;
зарплата персонала.
Потери энергии
Стоимость потерь в линиях связана с двумя параметрами: с количеством ежегодных потерь и со стоимостью единицы потерянной электроэнергии. Количество потерь напрямую увязано с коэффициентом мощности нагрузки. Ведь при одной и той же активной потребляемой мощности, ток в линии оказывается обратно пропорционален коэффициенту мощности, следовательно мощность потерь будет обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности:
Потери энергии
Так, чтобы снизить активные потери в линиях, необходимо по возможности увеличить коэффициент мощности нагрузки. В частности, трансформаторы должны быть полностью загружены, а электродвигатели не должны работать без нагрузки. Часто для повышения коэффициента мощности трансформаторов и двигателей достаточно возле потребителя установить компенсирующие конденсаторы, установить систему компенсации реактивной мощности.
Амортизационные расходы
Что касается амортизационных отчислений, то они увязаны с изначальными капитальными затратами и со сроком службы линии. Здесь содержатся отчисления на улучшение с полным возмещением основных фондов, и на проведение капитального ремонта. Отчисления на амортизацию в процентах от изначальной стоимости линии определяются как проценты от первоначальной стоимости. И эта полная стоимость должна быть возвращена к концу ее срока службы. Амортизационные отчисления в процентах определяются следующей формулой:
Амортизационные расходы
Текущие расходы на ремонт
Как правило, эти расходы составляют минимальную долю от первоначальной стоимости линий. Что касается сельских сетей, то это всего несколько процентов от первоначальной стоимости.
Зарплата персонала
Линейные обходчики, дежурные подстанций, инженеры-техники, административно-хозяйственные работники и т. д. — все нуждаются в зарплате. Так, к годовым эксплуатационным расходам прибавляется еще и эта составляющая. В итоге эксплуатационные расходы на передачу электроэнергии за год будут составлять:
Зарплата персонала
Экономическую эффективность можно оценить по расчетным приведенным затратам:
Расчет экономической эффективности
Роль сечения проводов
Еще на стадии проектирования необходимо добиться таких условий, чтобы данный показатель (расчетные приведенные затраты) оказался бы наименьшим. И здесь как раз очень важно оптимально выбрать сечение проводов.
Если сечение увеличить, то стоимость потерь электроэнергии снизится по гиперболе. Но стоимость непосредственно линии возрастет прямолинейно. То есть возрастут линейно и отчисления, зависящие от изначальных затрат.
Расходы связанные с обслуживанием и с зарплатами почти не связаны с сечением проводов, и их в расчет можно не брать. И в итоге, значение расчетных приведенных затрат без учета затрат на обслуживание, графически можно изобразить кривой, которая будет суммой затрат на потери электроэнергии и эксплуатационных расходов.
Минимальное значение на этой кривой как раз и будет соответствовать оптимальному, так называемому экономическому сечению провода линии.
Определение экономического сечения провода линии
Факт, что выбрано правильное экономическое сечение провода говорит о том, что линия спроектирована наиболее оптимально, и расчетные приведенные затраты в таких условиях будут наименьшими из возможных.
В процессе проектирования каждой линии необходимо вычислить экономическое сечение провода, рассмотрев различные варианты. Но на практике так поступают крайне редко. Минимум приведенного графика не является точным значением, график пологий, поэтому зачастую стараются выбрать проводник (кабели) наименьшего сечения, чтобы сэкономить.
Экономическая плотность тока для проводов из различных материалов
Согласно ПУЭ, экономическая плотность тока выбирается исходя из нескольких критериев: в зависимости от того, какой металл провода используется (медь или алюминий), какая будет изоляция (резина, пвх, комбинированная) и будет ли она вообще, сколько часов придется на максимум нагрузки, — выбирается экономическая плотность тока. Для этого есть таблица. А экономическое сечение, исходя из определенной плотности тока, можно легко найти по формуле:
Экономическое сечение
Так выбирают сечения для ЛЭП с напряжением от 35 до 220 кВ. Операции расчета несложны.
Для линии с несколькими разными нагрузками принимают в расчет тот факт, что на каждом участке линии должна быть своя экономическая плотность тока, и делают сечение либо одинаковым на всей линии, либо на каждом участке свое. Опять же для каждого участка используют формулу:
Потери мощности в линии с единственной нагрузкой определяются формулой:
Потери мощности в линии с единственной нагрузкой
Если линия имеет несколько нагрузок, а провод выбран всюду одного сечения, то потери мощности будут равны:
Потери мощности в линии с несколькими нагрузками
Для нахождения постоянного сечения для нескольких нагрузок, исходя из эквивалентного тока, сначала находят эквивалентный ток:
Эквивалентный ток
Затем вычисляют экономическое сечение, исходя из значения экономического тока:
Проще всего возвести линию одного и того же сечения по всей длине, но тогда придется смириться с тем, что потери мощности и расходы материалов окажутся больше, чем при индивидуальном подборе сечений для каждого конкретного участка.
В сельских районах для воздушных линий с напряжением в 10 кВ, прибегают к одному из трех способов выбора сечения:
Исходя из экономической плотности тока;
По магистральному принципу построения сетей с напряжением 10 кВ, когда магистраль делают из сталеалюминиевых проводников сечением от 70 кв.мм, а к трансформаторным подстанциям 10/0,4 кВ — отпайки не менее AC35.
По принципу минимальных затрат, когда для каждого значения тока подбирается соответствующего сечения проводник, и приведенные затраты получаются минимальными из возможных.
По графикам зависимости общих приведенных затрат от расчетной мощности, изображенных для различных сечений на одном рисунке, выбирают оптимальный провод. Графики пересекаясь дают представление об ограниченном интервале экономических нагрузок.
Далее корректируют выбор в отношении механической прочности и с учетом нормируемых отклонений напряжения на стороне потребителей. Экономическая плотность тока для воздушных линий с напряжением 380 вольт в сельских электрических сетях традиционно должна укладываться в интервал от 0,5 до 0,7 А/кв.мм, и сечение провода выбирается исходя из этого требования. Далее проверяют допустимые потери по напряжению. Все участки линии делаются полнофазными, и сечение алюминиевых проводов не должно быть ниже 50 кв.мм.
