Wirtschaftliche Stromdichte, Auswahl des Kabelquerschnitts nach wirtschaftlicher Stromdichte

Die mit dem Betrieb der Stromübertragungssysteme verbundenen Kosten gliedern sich in mehrere Komponenten:

• die Kosten für Verluste in Leitungen und Transformatoren;

• Abschreibungsabzüge;

• laufende Reparaturkosten;

• Gehalt des Personals.

Energieverlust

Die Kosten für Leitungsverluste hängen von zwei Parametern ab: der Höhe der jährlichen Verluste und den Kosten pro verlorener Stromeinheit. Die Höhe der Verluste hängt direkt vom Leistungsfaktor der Last ab. Tatsächlich stellt sich heraus, dass der Strom in der Leitung bei gleichem Wirkstromverbrauch umgekehrt proportional zum Leistungsfaktor ist, sodass der Leistungsverlust umgekehrt proportional zum Quadrat des Leistungsfaktors ist:

Um die Wirkverluste in den Leitungen zu reduzieren, ist es daher erforderlich, den Lastleistungsfaktor nach Möglichkeit zu erhöhen. Insbesondere müssen die Transformatoren voll belastet sein und die Motoren dürfen nicht ohne Last laufen.Um den Leistungsfaktor von Transformatoren und Motoren zu erhöhen, reicht es oft aus, Kompensationskondensatoren in der Nähe des Verbrauchers zu installieren und ein Blindleistungskompensationssystem zu installieren.

Abschreibungen

Die Abschreibungskosten hängen von den anfänglichen Kapitalkosten und der Lebensdauer der Leitung ab. Es enthält Abzüge für Verbesserungen mit vollständiger Wiederherstellung des Anlagevermögens und für Kapitalreparaturen. Die Amortisationsgebühr als Prozentsatz der ursprünglichen Kosten der Leitung wird als Prozentsatz der ursprünglichen Kosten bestimmt. Und dieser volle Preis muss für den Rest ihres Lebens zurückgezahlt werden. Die prozentualen Abschreibungsabzüge werden nach folgender Formel ermittelt:

Laufende Reparaturkosten

Normalerweise machen diese Kosten einen minimalen Teil der ursprünglichen Kosten der Leitungen aus. Bezogen auf ländliche Netze sind dies nur wenige Prozent der Anschaffungskosten.

Gehalt des Personals

Linemen für Umspannwerke, technische Ingenieure, Verwaltungsmitarbeiter usw. Jeder braucht ein Gehalt. Diese Komponente kommt also zu den jährlichen Betriebskosten hinzu. Infolgedessen betragen die Betriebskosten der Stromübertragung für das Jahr:

Die Wirtschaftlichkeit lässt sich anhand der zu erwartenden Minderkosten abschätzen:

Die Rolle der Leitergröße

Bereits in der Entwurfsphase müssen solche Bedingungen erreicht werden, damit dieser Indikator (geschätzte reduzierte Kosten) am niedrigsten ist. Und hier ist es einfach sehr wichtig, den optimalen Drahtquerschnitt zu wählen.

Wenn der Abschnitt vergrößert wird, sinken die Kosten für Stromverluste bei einer Hyperbel.Aber die Kosten für die Leitung selbst werden linear steigen. Das heißt, auch die Abzüge in Abhängigkeit von den Anschaffungskosten erhöhen sich linear.

Die Wartungs- und Lohnkosten hängen nahezu unabhängig vom Leitungsquerschnitt ab und können vernachlässigt werden. Und am Ende lässt sich der Wert der erwarteten Minderkosten, ohne Berücksichtigung der Wartungskosten, grafisch darstellen, eine Kurve, die die Summe der Kosten für Stromverluste und Betriebskosten darstellt.

Der Minimalwert dieser Kurve entspricht genau dem sogenannten Optimalwert. Wirtschaftlicher Querschnitt des Außenleiters.

Die Tatsache, dass der richtige wirtschaftliche Querschnitt des Leiters gewählt wird, zeigt an, dass die Leitung optimal ausgelegt ist und die erwarteten reduzierten Kosten unter solchen Bedingungen so gering wie möglich sind.

Im Entwurfsprozess jeder Leitung ist es notwendig, den wirtschaftlichen Querschnitt des Kabels unter Berücksichtigung verschiedener Optionen zu berechnen. In der Praxis wird dies jedoch selten getan. Das Minimum des angezeigten Diagramms ist kein exakter Wert, das Diagramm ist flach, daher wird häufig versucht, den/die Draht(e) mit dem kleinsten Querschnitt auszuwählen, um Geld zu sparen.

Laut PUEDie wirtschaftliche Stromdichte wird anhand mehrerer Kriterien ausgewählt: je nachdem, welches Metall des Leiters verwendet wird (Kupfer oder Aluminium), welche Isolierung er haben wird (Gummi, PVC, kombiniert) und ob dies überhaupt der Fall sein wird, wie viele Stunden es wird maximal belastet, eine wirtschaftliche Stromdichte wird gewählt. Dafür gibt es eine Tabelle. Und der wirtschaftliche Querschnitt basierend auf einer bestimmten Stromdichte lässt sich leicht mit der Formel ermitteln:

So werden Querschnitte für Stromleitungen mit Spannungen von 35 bis 220 kV ausgewählt. Rechenoperationen sind einfach.

Bei einer Leitung mit mehreren unterschiedlichen Belastungen wird berücksichtigt, dass jeder Leitungsabschnitt eine eigene wirtschaftliche Stromdichte haben muss und der Querschnitt entweder entlang der gesamten Leitung gleich oder in jedem Leitungsabschnitt sein eigener ist. Verwenden Sie erneut für jede Site die Formel:

Der Leistungsverlust in einer Leitung mit einer einzelnen Last wird durch die Formel bestimmt:

Wenn die Leitung mehrere Lasten hat und der Draht überall mit dem gleichen Querschnitt gewählt wird, sind die Leistungsverluste gleich:

Um einen konstanten Querschnitt für mehrere Lasten basierend auf dem Ersatzstrom zu ermitteln, ermitteln Sie zunächst den Ersatzstrom:

Anschließend wird der wirtschaftliche Querschnitt anhand des Wertes des Wirtschaftsstroms berechnet:

Am einfachsten ist es, eine Leitung über die gesamte Länge aus dem gleichen Abschnitt zu bauen, allerdings muss man dann damit rechnen, dass die Energieverluste und Materialkosten größer sind als bei der individuellen Auswahl der Abschnitte für jeden einzelnen Abschnitt.

In ländlichen Gebieten greift man bei Freileitungen mit einer Spannung von 10 kV auf eine von drei Methoden zur Abschnittsauswahl zurück:

• Basierend auf der aktuellen Wirtschaftsdichte;

• Nach dem Grundprinzip des Aufbaus von Netzen mit einer Spannung von 10 kV, wenn das Hauptnetz aus Stahl-Aluminium-Drähten mit einem Querschnitt von 70 mm² besteht, und für Umspannwerke mit 10 / 0,4 kV-Entriegelung von mindestens AC35.

• Nach dem Prinzip der minimalen Kosten wird für jeden Stromwert ein Draht mit geeignetem Querschnitt ausgewählt und die reduzierten Kosten möglichst gering gehalten.

Anhand der Diagramme der Abhängigkeit der gesamten reduzierten Kosten von der berechneten Leistung, die für verschiedene Abschnitte einer Abbildung dargestellt sind, wird der optimale Leiter ausgewählt. Überlappende Diagramme geben Einblick in einen begrenzten Bereich wirtschaftlicher Belastungen.

Darüber hinaus wird die Auswahl entsprechend der mechanischen Festigkeit und unter Berücksichtigung der normierten Abweichungen der Beanspruchung durch den Benutzer angepasst. Die wirtschaftliche Stromdichte für Freileitungen mit einer Spannung von 380 Volt in ländlichen Stromnetzen sollte traditionell im Bereich von 0,5 bis 0,7 A/mm² liegen, der Leitungsquerschnitt wird entsprechend dieser Anforderung ausgewählt. Überprüfen Sie dann den zulässigen Spannungsabfall. Alle Abschnitte der Leitung bestehen aus Vollphasenkabeln und der Querschnitt der Aluminiumdrähte sollte nicht weniger als 50 mm² betragen.