Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы продольного и поперечного то коо граничения 13
1.1« Развитие исследовании в области сверхпроводимости и применение явления в электроэнергетике 13
1.2- Сверх проводнике вые токоограничители. Их типы и параметры 16
1.2.1, Сверхгтроводниковые токоограничители резистивного типа 16
1.2.2- Сверх проводниковые токоограничители трансформаторного типа 17
1.2.3. Сперхпроводниковыетокоофаннчителн выпрямительного типа 18
1.2.4. Сверхпроводники вые токоограничители индуктивного типа 19
1.2.5- Основные параметры сверхпроводпнковых токоограиичителе 20
1.3, Методы продольного токоограничения в электрических сетях 22
1А Методы поперечного токоограничения в электрических сетях 24
1А1. Мировая практика заземления нейтрали сетей среднего напряжения ... 1 25
1.4.2. Принятые режимы заземления нейтрали в сетях ПО кВ и выше 33
1.5. Экономическая целесообразность использования сверх проводниковых токоограиичителеЙ в условиях оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода 36
1.6. Выводы 38
2, Особенности продольного токоограничения в электрических системах с помощью сверхпроводпнковых токоограиичителей 40
2.1. . Постановка задачи 40
2-2. Математическая модель электромагнитного переходного процесса при жоограннчении удалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводпнковых токоограиичителей 41
2.2.1. Обоснование математической модели 41
2.2.2. Решение дифференциального уравнения электромагнитного переходного процесса 46
2.2.3. Решение тестового примера по удаленному короткому замыканию 49
23. Тепловое воздействие тока короткого замыкания в сети со
снерхпроводнпковым токоограничителем 53
2.3.1. Определение действующего значения и теплового импульса тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем 53
2.3.2. Тестовый пример по тепловому воздействию тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем 55
2.4, Математическая модель электромагнитного переходного процесса при токооїраниченин неудалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводниковых токоограничителей,. Ж. А», *.Тж 58
2.4.1. Решение дифференциального уравнения ЭДС синхронного генератора при токоограниченин с помощью сверхпроводниковых токоограничителей 58
2.4.2. Решение тестового примера по неудалённому короткому замыканию 63
2.5. Влияние сверхпроводниковых токоограничителей на элекгромеханнческие переходные процессы в электроэнергетических системах 68
2.5.1. Статическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничителем..,ЛЕ 69
2.5.2. Динамическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничіггелем 73
зетовый пример но электромеханическим переходным процессам істемьі со сверхпроводниковым токоограничителем 81
2.6. Выводы 94
3. Применение сверхпроводниковых токоограничителей » продольном токооіраннченнн и формирование требований к ним 95
3.1.. Постановка задачи,.95
3.2. Формирование требований к сверхпроводниковым токоограничителям 95
3.2.1. Требования с точки зрения коммутационной способности высоковольтного выключателя
3.2.2. Требования сточки зрения устойчивости нагрузки 100
3.23. Требования с точки зрения потери напряжения в нормальном режиме работы сети 102
3.2.4. Формирование комплексного критерия к параметрам сверхпроводниковых токоограничителей 103
3.3. Расчёт коротких замыканий в сетях со сверхпроводниковыми токоограничителями 109
3.3Л. Моделирование сверхпроводниковых токоограничителей в среде Mallab/Simulink **Ш^^^ 109
3.3.2. Расчёт сети собственных нужд электростанции 114
3.3.3. Расчёт сети мощной узловой подстанции 128
3.3-4, Расчёт сети электроснабжения промышленного предприятия 134
ЗА Выводы 144
4. Применение сверхпроводниковых токоограничителей в поперечном токоогряничении электрических сетей 145
4.1. Постановка задачи 145
4.2. Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием еверхпроводниковых токоограничителей в сетях среднего напряжения 145
4А Выводы 165
5. Технико-экономическое обоснование применения сверхпроводннковых токоогриннчн гелей в электрических системах 167
5.1. Постановка задачи ^..У3..167
5.2- Обоснование экономической целесообразности применения сверхпроводниковых токоограничителей в электрических системах 167
5.3, Оценка стоимости сверхпроводникового токоограничителя 170
5.4. Выводы 181
Заключение 182
Список использованных источников.
- Сверх проводниковые токоограничители трансформаторного типа
- Математическая модель электромагнитного переходного процесса при жоограннчении удалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводпнковых токоограиичителей
- Формирование требований к сверхпроводниковым токоограничителям
- Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием еверхпроводниковых токоограничителей в сетях среднего напряжения
Введение к работе
Актуальность темы. Уровень развития энергетической отрасли в большей степени отражает ситуацию в любой развитой стране В свете поставленных руководством страны задач по удвоению валового внутреннего продукта к 2010 году [1] вопрос о развитии энергетической отрасли занимает одно из ведущих мест в стратегии Российской Федерации. Для достижения энергетической отраслью качественных и количественных показателей, соответствующих возложенным на неё требованиям, необходимо постоянно совершенствовать техническую и теоретическую базы, применять новые технологии.
Проблема координации токов короткого замыкания (КЗ) является чрезвычайно важной в любой электроэнергетической системе (ЭЭС), так как уровень КЗ определяет требование при выборе оборудования, а, следовательно, определяет экономичность и надёжность ЭЭС, Координация токов КЗ осуществляется как путём применения различных токоогрпничиваюшнх устройств (ТОУ) в фазах электрических сетей - продольное токоограничение, так и изменением связи нейтральной точки электрической сети с заземляющим устройством (режима нейтрали электрической сети) - поперечное токоограиичение. Имеется необходимость использования в ЭЭС современных устройств, выполняющих не только возложенную на них функцию, но и органично сочетающиеся с другими элементами ЭЭС, а также позволяющими прн их использовании получать положительный эффект» не связанный с основным назначением устройства. В настоящей работе рассматриваются возможности применения устройств, способных быстро изменять своё сопротивление, -сверхпроводпнковых ограничителей токов (СОТ) в процессах продольного и поперечного токоограничения в ЭЭС.
Основной целью настоящего исследования является рассмотрение последствий применения СОТ в различных областях ЭЭС с технической и экономической точек зрения.
Дли достижения основной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:
• разработка математической модели электромагнитного переходного процесса при наличии в сети СОТ;
• определение влияния СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС;
• выявление мест и областей целесообразного применения СОТ в фазах и нейтралях ЭЭС;
• формирование требований к параметрам СОТ с учётом различных факторов;
• оценка экономической эффективности и целесообразности применения СОТ в ЭЭС.
Объектом исследования являются сверхпроводниковые ограничители токов различных типов и их параметры (быстродействие, сопротивления в различных режимах работы) П рол метолі исследования являются стационарные режимы, а также электромагнитные и электромеханические переходные процессы в ЭЭС при использовании в них СОТ.
Методика исследований предусматривает применение комплексного анализа существующей практики применения различных мер токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
• построена математическая модель, позволяющая описывать электромагнитные процессы при токоограничении с помощью СОТ в произвольный момент времени при учёте инерционности устройства; оценено влияние применения СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС» показывающее воздействие установленного СОТ на статическую и динамическую устойчивость электрической системы;
• предложен комплексный критерий к параметрам СОТ, отражающий влияние устройства па различные аспекты процесса электроснабжения;
• показаны эффекты, получаемые при применении СОТ в нейтралях электрических систем среднего напряжения;
• оценены экономически эффективная и экономически целесообразная стоимости СОТ заданных параметров в ценах 2007 года» Практическая значимость результатов работы. Проведённый комплексный анализ позволил:
• выявить влияние СОТ на электромагнитные и электромеханические переходные процессы;
• сформировать комплексное требование к параметрам СОТ с выделением исключительных случаев использования данных устройств;
• рассмотреть применение СОТ в электрических сетях различного назначения, таких как собственные нужды (СН) электрических станций
(ЭС), генераторные распределительные устройства (ГРУ) элекгрических
станции, мощные узловые подстанции, системы электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий;
• оценить возможность применения СОТ в нейтралях электрических сетей различных классов напряжения;
• провести технико-экономическое обоснование применения СОТ в
Достоверность результатов работы основывается на:
• достаточно полном анализе отечественной и зарубежной практики разработки СОТ различных типов и параметров;
• математически корректном решении дифференциальных уравнений переходного процесса при удалённых и неудалённых
КЗ в условиях предложенной модели СОТ;
• сопоставлении результатов вычислительных экспериментов, полученных при применении предложенной модели СОТ мгновенных значений токов а также теплового действия тока при токоограниченни с осциллограммами, полученными с использованием полупромышленных образцов СОТ;
• подробном рассмотрении применяемых в настоящее время методов токоограиичения в ЭЭС а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения;
• применении существующих нормативных документов, устанавливающих порядок покупки потерь электроэнергии и мощности генерирующими, энергосбытовыми и сетевыми компаниями на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ) переходного периода;
• фактических ценах на электрическую энергию, мощность и электрическое оборудование по состоянию на 2007 год.
Апробация результатов работы- Отдельные результаты исследования обсуждались на:
• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии- Инновации в г, Новосибирске (НГТУ) 2-5 декабря 2004 года;
• международной научной конференции "Fizika-2005" з г. Баку 7-9 июня 2005 года;
• международной корейско-российской научной конференции "Korus-2005" в г. ї Іовосибирске (НГТУ) 26 июня - 2 июля 2005 года;
• всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука, Технологам. Инновации в г. Новосибирске 8-11 декабря 2005 года;
• международной научной конференции "ТРЕ-2006 " в г. Анкара 29-31 мая 2006 года;
• всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования в г. Томске (ТПУ) 17- 19 мая 2006 года; • всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 7 10 декабря 2006 года;
• всероссийской научно-технической конференции "Энергетика; экология, надёжность, безопасность" в г. Томске (ТПУ) 6-8 декабря 2006 года;
• межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Информационные технологии, энергетика и экономика" в г. Смоленске 12-13 апреля 2007 года;
• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии, Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 6 — 9 декабря 2007 года;
• всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" в г. Томске (ТПУ) 12 - 14 мая 2008 года;
• третьем международном научном форуме по стратегическим технологиям "IFOST-2008" в г, Новосибирске (НГТУ) и г. Томске (ГПУ)23-29нюня2008 года;
• 80-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н. Руленко "Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики" в г. Иркутске (ИСЭМ СО РАН) 6-11 июля 2008 гада.
Публикации. Всего опубликованных по теме диссертации 15 работ, из них 4 научных статьи, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 11 публикаций в материалах международных и всероссийских конференций.
Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация поставленных задач, разработка математических моделей и методов, реализация алгоритмов в программно-вычислительных комплексах, обобщение и анализ результатов.
Основные положении, выносимые на защиту:
• Математическая модель СОТ, позволяющая моделировать инерционность изменения сопротивления устройства при электромагнитном переходном процессе; L rt VU( • Анализ влияния использования СОТ на электромеханические переходные процессы при различных параметрах устройств и структуре сети;
• Комплексный критерий к параметрам СОТ и местам их установки в целях одновременного удовлетворения условиям успешнога токоограничення, устойчивости питаемой нагрузки и уровня потерь напряжения в нормальном режиме работы;
• Изменение схем нормального режима сетей СН ЭС и ЭС с ГРУ, подстанций н промышленных предприятий в результате применения СОТ; . • Анализ нормальных и аварийных режимов работы при различных схемах включения СОТ в нейтраль электрической сети;
• Обоснование экономически эффективной и экономически целесообразной стоимости СОТ в актуальных ценах.
Структура н объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 118 наименований н приложения. Объём работы составляет 198 страниц основного текста, включая 94 рисунка и 11 таблиц.
Сверх проводниковые токоограничители трансформаторного типа
СОТ выпрямительного типа [24] представляет собой диодный мост. В диагональ диодного моста включена ВТСП-катушка индуктивности, через которую протекает только постоянный ток, что важно, так как токонесущая способность ВТСП-проводов сильно уменьшается при работе на переменных токах. В номинальном режиме работы производная тока в катушке индуктивности постоянна: на ней нет падения напряжения (катушка находится в сверхпроводящем состоянии, следовательно, нет падения напряжения и на ее активном сопротивлении). В случае КЗ начинается рост тока в катушке индуктивности, на ней начинается падение напряжения, равное напряжению сети, таким образом, происходит ограничение тока КЗ. Скорость роста тока в катушке индуктивности прямо пропорциональна ее индуктивности, ввод тока в катушку происходит по закону, близкому к линейному. к СОТ выпрямительного типа в настоящее время активно исследуются в Японии [25]. Дополнительным преимуществом СОТ данного типа является возможность их использования как источников бесперебойного питания в случае замены диодноіх моста на тиристорный мост, способный работать в качестве инвертора, преобразующего энергию, запасенную в катушке ндуктивностн в переменный ток. Также стоит отметить полупромышленный бразец трехфазного СОТ выпрямительного тина на напряжение 15 кВ и ток 1.2 кА, созданный в США усилиями фирм "General Atomic", "1GC" и абораторин Лос-Аламоса (26]. Принцип работы СОТ данного типа состоит сверхпроводника перераспределять магнитное поле.
СОТ со сверхпроводящим экраном состоит из обычной обмотки, через которую протекает ограничиваемый ток, и стального сердечника, между которыми находится криостат с кольцевым ВТСП-экраном, который может состоять из нескольких колец [27]. При работе СОТ в номинальном режиме ВТСП-экран находится в сверхпроводящем состоянии, препятствуя проникновению магнитного потока в медную обмотку, стальной сердечник "выключен" и индуктивность СОТ мала. При КЗ ВТСП-экран переходит в нормальное состояние, магнитный поток проникает в обмотку, и происходит резкое возрастание индуктивности СОТ. 3 Магнитопровод Криостат 1— Жидкий азот Первичная обмотка медь) - Сверхпроводник Рис. /« 4. Схематичная конструкция СОТ индуктивного га па со сверхпроводящим экраном Так фирмой "ABB" созданы и испытаны опытные образцы токоограничитсля индуктивного типа мощностью 1 2 МВА с ВТСП-экраном в 1997 году [21].
СОТ с насыщенным магншнопроводом состоит из ВТСП-катушки магничивания, сетевых обмоток и магнитопроводов. ВТСП-катушка подмагничивания охватывает магнитолроводы с обычными (медными или юминисвыми) сетевыми обмогками, включенными последовательно -встречно. Возможно, также и параллельно встречное включение сетевых
ч обмоток. Катушка подмагничивания служит для того, чтобы насытить магнитолроводы. При этом резко падает индуктивность сетевых обмогок — СОТ работает в номинальном режиме работы. В случае КЗ сетевая обмотка создает напряженность магнитного поля» которая компенсирует напряженность магнитного поля катушки подмагничивания, магннтопроводы выходят из насыщения, индуктивность сетевых обмоток возрастает, происходит ограничение тока. Поскольку требуется ограничение тока КЗ как на положительном, так и па отрицательном полупериодах, необходимо использование лары магнитопроводов и сетевых катушек для каждой фазы. Дальнейшее возрастание тока КЗ приводит к тому, что магннтопроводы снова насыщаются, так как напряженности магнитного тюля от катушки подмагничивания не хватает для того, чтобы скомпенсировать напряженности магнитного поля от сетевых обмоток, что накладывает ограничения на максимальный ограничиваемый ток. СОТ с насыщенным магнито про водом разрабатывается вРНЦ"Курчатовский институтке 1997 года [28J. СОТ с индуктивно связанными катушками состоит из пары индуктивно связанных катушек (одна - медная, другая — из ВТСП). Катушки могут иметь общий магнитопровод, не обязательный для данного типа СОТ. ВТСП-катушка либо соединена с медной катушкой последовательно и зашунтирована нормальным шунтом, либо замкнута накоротко. При КЗ происходит переход ВТСП-катушки в нормальное состояние - индуктивность СОТ резко возрастает и происходит ограничение тока.
Математическая модель электромагнитного переходного процесса при жоограннчении удалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводпнковых токоограиичителей
Отечественные трансформаторы напряжением ПО кВ и выше, изготовленные до 1968 года, имеют ослабленную изоляцию нейтрали, а именно изоляцию класса напряжения 35 кВ для которой одномннутное испытательное напряжение (действующее) равно 85 кВ. Одноминутное испытательное напряжение изоляции нейтрали силовых трансформаторов, поставляемых после 1968 года по ГОСТ 15І6Л-96 [54], несколько выше и составляет для трансформаторов напряжением 110 кВ и 150 кВ соответственно 100 кВ и 130 кВ. Данные напряжения могут быть приняты в качестве предельных напряжений на нейтралях соответствующих трансформаторов в режиме КЗ на землю.
Согласно п. 1.2.16 ПУЭ [45] работа электрических сетей напряжением 110 кВ "может предусматриваться как с глухозаземленной, так и с эффективно заземлённой нейтралью". Нейтрали обмоток напряжением 110 кВ трансформаторов и реакторов согласно п. 2 Л Л 4 ПТЭЭП [41 ] "должны работать, как правило, б режиме глухого заземления. Иной режим работы к нейтралей трансформаторов напряжением ПО кВ и способы их защиты устанавливает энергоснабжаюгцая организация" О необходимости эффективного заземления нейтрали
По условиям роботы изоляции сети напряжением 110 кВ должны быть эффективно заземлены, то есть заземлены таким образом, чтобы у них напряжение на неповреждённых фазах при КЗ на землю в любой точке не превышало 80% от линейного напряжения сети [31]. Или, другими словами» чтобы коэффициент заземления в этих сетях не превышал O.S. Необходимость разземления части нейтралей электрических трансформаторов в сетях данного класса напряжений обусловлена чрезмерными значениями токов КЗ при глухозаземлёпной нейтрали.
В эффективно заземлённых сетях ПО кВ ток однофазного замыкания может превышать ток трёхфазного КЗ 155]. А вероятность возникновения однофазного замыкания в сетях данного класса напряжения согласно [56) составляет более 80 %. Для увеличения сопротивления нулевой последовательности в эффективно зазсмлСнных сетях применяют как разземление части нейтралей, так и их заземление через реакторы и резисторы. Разземление части нейтралей сети
Разземление нейтрален у части трансформаторов - наиболее эффективный и дешёвый способ ограничения токов однофазных КЗ. При этом сопротивление нулевой последовательности может быть доведено до предельных значений по условиям допустимых перенапряжений. При разземлении нейтраль защищается разрядником или нелинейным ограничителем перенапряжений. Разземление нейтралей авютрансформаторов не допускается. При разземлении нейтралей строго учитывают возможность образования неэффективно заземлённых частей сети [55].
Решение о том, какие из нейтралей силовых трансформаторов следует разземлять, диспетчер принимает на основании учета указанных ниже обстоятельств [57]: нейтрали автотрансформаторов должны быть заземлены, ое разземление нулевых точек всех трансформаторов понизительной подстанции можно допускать только при отсутствии генерирующих источников на вторичном напряжении, т.е. не допускать, чтобы при замыкании на землю одной фазы линии и отключении этой линии с противоположной питающей стороны повреждение могло перейти в замыкание на землю в сети вторичного напряжения, при наличии на подстанции двух и более силовых трансформаторов заземлять нужно только один из них, при его отключении нейтраль второго трансформатора должна быть заземлена, полное разземление нулевых точек трансформаторов может быть только па тупиковых понизительных подстанциях, не имеющих подпитки со стороны среднего или низшего напряжения. Заземление части нейтралей сети с помощью резисторов и реакторов
Ограничение токов однофазных КЗ с помощью резисторов или реакторов, включаемых в нейтраль, менее эффективно, чем частичное разземление нейтралей, и требует дополнительных затрат [55].
Как правило, токи однофазных КЗ превышают- токи трехфазного КЗ иа 15 - 20 %, таким образом, требуемая степень ограничения тока КЗ на землю не велика, Ограничение тока однофазного КЗ до уровня тока трёхфазного КЗ, как правило, не требует установки реакторов и резисторов с большим сопротивлением, что исключает возможность перехода выделенных автоматикой частей сети в режим неэффективного заземления. Для достижения равного токоограничения необходимо включать резисторы с большим сопротивлением, чем реактор. Из этого следует, что реактор позволяет обеспечить более глубокое ограничение тока однофазного КЗ и имеет при этом меньшую номинальную мощность, чем резистор. Более заметный токоограничивающий эффект при установке в нейтралях автотрансформаторов токооїраничивающих резисторов и реакторов будет наблюдаться для отдельно взятого присоединения [58]. Недостатком использования реакторов является необходимость защиты нейтрали разрядником или резистором, имеющим сопротивление 23 кОм и включенным через искровой промежуток.
Формирование требований к сверхпроводниковым токоограничителям
На основе представленной в главе 1 и предложенном в главе 2 информации необходимо рассмотреть применение СОТ в продольном токоограничении. После оценки особенностей различных воздействий СОТ на параметры ЭЭС, в которой они установлены, необходимо определись области параметров, в которых СОТ удовлетворяют максимальному числу предъявляемым к ним требованиям как к ТОУ. Так как нужно оценить последствия установки СОТ в достаточно сложных электрических системах, возникает потребность в применении предложенной ранее математической модели рассматриваемых устройств у \ современной инженерной математической системе, позволяющей рассчитывать электрическую сеть заданной сложности. Также необходимо обозначить наиболее целесообразные места для установки данных устройств в электрических сетях различного назначения: СН электростанций, подстанции и сети электроснабжения промышленных предприятий. В данных сетях требуется провести расчёт электромагнитных переходных процессов с применением СОТ и традиционных ТОУ, производимый с целью сравнения токошранмчивающих эффектов данных устройств с точки зрения электродинамического и теплового воздействий на элементы электрической сети.
Сформируем несколько требований, которым должны соответствовать параметры СОТ, рассмотрев их с точки зрения коммутационной способности высоковольтного выключателя, устойчивости электрической нагрузки и потери напряжения в нормальном режиме работы. Затем необходимо сформулировать комплексный критерии» который обобщает все вышеприведённые требования. .4 IWTIVT и определить области параметров СОТ в которых данные устройства будут иметь преимущества по сравнению с традиционными ТОУ.
Ток КЗ, ограниченный СОТ, отключается высоковольтным выключателем, установленным в электрической сети» который, как известно, характеризуется согласно ГОСТ Р 52565-2006 [83]: номинальным напряжением, номинальным током, номинальным током отключения и другими характеристиками. Если поминальное напряжение выключателя определяется местом установки аппарата, а номинальный ток обусловливается мощностью питаемой нагрузки, то номинальный ток отключения выключателя определяется состоянием СЭС.
Определим, как зависит отключаемый выключателем ток от индуктивного сопротивления СОТ, для этого рассмотрим расчётную схему. Расчетная схема для оценки токоограиичивающего действия СОТ представляє! собой ЭДС (EJKB) сопротивление сети (Хэкв) и сопротивление СОТ (Хсот). При расчётах сопротивления ЭЭС и СОТ принимаем индуктивными для достижения максимального токоогранимения в силу того, что большинство элементов при токоограннчении являются также индуктивными.
Еэкв принимаем численно равной средненоминалыюму напряжению (63 кВ, 10.5 кВ, 37 кВ), Хэки определяется параметрами ЭЭС и. прежде всего, сопротивлениями трансформатора и электрической сети, Хсот является искомой величиной. «51, —S »+Jf«r(0]- ЗЛ) где г наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов выключателя. Симметричный ток отключения при токооїраничении с помощью СОТ равен:
Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием еверхпроводниковых токоограничителей в сетях среднего напряжения
Как уже было указано в разделе 1, в условиях ОРЭ любая экономия электрической энергии электростанцией или промышленным предприятием приводит к прямой экономической выгоде. R силу того, что размер потерь электрической энергии в СОТ отличаются от потерь в традиционных TOY, а также в силу того, что установка СОТ позволяет выбирать более экономичное оборудование электрической сети, необходимо рассмотреть, какой экономический эффект можно получить от использования СОТ в электроэнергетических системах, системах электроснабжения промышленных предприятий и в сетях СН электростанций, заменяя элементы функционирующей сети на более дешёвые, а также выбирая такие элементы на этапе проектирования новых систем. Также имеется потребность в оценке экономически целесообразной стоимости СОТ с учётом положительности суммарного экономического эффекта от применения данных устройств.
Экономический эффект от использования СОТ проявляется не только в нормальном, но и в аварийном режиме работы сети, так как при более глубоком токоограничении с помощью СОТ в ряде случаев имеется возможность выбрать высоковольтный выключатель с меньшим током отключения, а также КЛ с меньшим сечением токоведущих жил (рис. 5Л).
Совокупный экономический эффект от применения СОТ может проявляться в различном сочетании следующих эффектов [110J: Эээсм) - экономический эффект, получаемый за счет снижения потерь в нормальном режиме работы сети при применении СОТ; Эвэ экономический эффект» получаемый за счйт замены высоковольтных выключателей при применении СОТ; Эю1 - экономический эффект, получаемый за счёт замены КЛ при применении СОТ.
Во всех дальнейших расчётах принимается допущение о равенстве математических ожиданий ущерба от нарушения электроснабжения с применением ТОУ и СОТ,
Проблема адекватной оценки привлекательности проекта, связанного с вложением капитала, заключается в определении того, насколько будущие поступления оправдывают сегодняшние затраты [111]. При сравнении различных вариантов инвестирования должны быть соблюдены условия сопоставимости [112]: одинаковый производственный эффект, оптимальность сравниваемых вариантов, учёт сопряжённых заїрах, одинаковый экологический эффект, одинаковое качество продукции, учёт внеэкономических факторов.
Составляющая экономического эффекта, получаемая за счёт замены ТОУ определяется через разность приведённых затрат [113] при применении другого ТОУ н при применении СОТ, при допущении того, что вес капитальные затраты осуществляются единовременно на первом году.
Приведённые затраты для варианта установки ТОУ будут иметь вид: ЗР = Е-КТОУ + ИТОУ, (5,1) где КР - капитальные затраты на ТОУ; НІОУ - издержки при эксплуатации ТОУ. В виду того, что СОТ имеют меньшее по сравнению с другими ТОУ активное сопротивление в нормальном режиме работы, меньшими будут и затраты на оплату потерь электрической энергии и мощности в данных стройствах.
Стоимость потерь электроэнергии и мощности в любом рассматриваемом электрическом устройстве за год определяется как: Я = Д/ т„-Сэз + ДРС„!2, где ДР - номинальные потери активной мощности в трёх фазах устройства; (7 їм - годовое число часов использования максимума потерь; Сзэ —стоимость единицы электроэнергии; См - стоимость единицы мощности. гм =ГоЛ24 + — -8760 /S31 10000 где Тм - число часов использования максимума нагрузки. Принимая допущение о том, что стоимость электрической энергии и мощности согласно [114] в среднем будет расти на 20 % ежегодно, издержки в периоде времени t будут составлять: «1 - И -(1 + EWI)) , (5.4) где Еээ(м — ежегодный рост стоимости электрической энергии и мощности на ОРЭМ Составляющая, получаемая за счел замены высоковольтного выключателя при установке СОТ.
