Определение условий совместной экономичной работы нормальных и криогенных электропередач

Криогенные электропередачи могут применяться для различных целей: создания систем электроснабжения крупных городов и промышленных центров, выдачи мощности электростанций в энергосистему, связи отдельных энергосистем в энергообъединении и др. При этом неизбежна совместная (параллельная или раздельная) работа нормальных и криогенных электропередач.
Возможны различные варианты схем электрических сетей, содержащих нормальные и криогенные электропередачи. Так, в схеме электроснабжения крупного города криогенные линии Лк могут образовывать кольцо вокруг центра нагрузок, а нормальные глубокие вводы Ли — передавать мощность непосредственно к нагрузкам. При такой схеме криогенные линии в нормальном режиме образуют замкнутое кольцо, а нормальные линии глубоких вводов могут работать как в замкнутом, так и в разомкнутом режиме.
В схемах сети, предназначенной для питания центра нагрузок ЦП от источника питания ИП нормальные JIU и криогенные Лк линии могут быть выполнены как на одно, так и на разные номинальные напряжения. В обеих схемах предусматривается как параллельная, так и раздельная работа линий с размыканием параллельных цепей в центре питания.
При выдаче мощности электростанций в энергосистему может быть предусмотрена как параллельная, так и раздельная работа нормальных и криогенных электропередач. В этих схемах могут быть предусмотрены как одно цепные, так и двух цепные линии электропередачи.
Электрическая цепь с криогенными электропередачами имеет ряд особенностей. Криорезистивные линии по сравнению с нормальными обладают активным сопротивлением на один-два порядка ниже, а в сверхпроводящих линиях оно вообще равно нулю. В связи с этим при параллельной работе нормальных и криогенных линий получается замкнутая сеть с высокой степенью неоднородности и неэкономичным распределением нагрузок между ними. Поэтому уже на стадии проектирования возникает задача оценки целесообразности применения схем с параллельной работой нормальных и криогенных линий и выбора режима их экономичной загрузки.
Если предполагается раздельная работа параллельных нормальных и криогенных линий, то также возникает задача экономического распределения общей нагрузки между ними.
Зная критерии наивыгоднейшего распределения заданной общей нагрузки между нормальными и криогенными линиями, можно уже при выборе параметров криогенной линии установить график ее загрузки в зависимости от графика общей нагрузки сети.
Пусть по электрической сети, состоящей из нормальной и крио-резистивной параллельных линий в общем случае разных номинальных напряжений, требуется передать мощность S. При этом режим работы сети (замкнутый или разомкнутый) не имеет значения. Если по криорезистивной линии будет передаваться мощность ок, то по нормальной линии — SH = S—SK. Наивыгоднейшее распределение мощностей соответствует минимуму расхода мощности во всей сети на передачу заданной нагрузки S:
где ДРН — потери мощности в нормальной линии; Рк—собственный расход мощности в криорезистивной линии:
Рреф — затраты мощности на рефрижераторные установки; ДРК — потери мощности в токопроводах криорезистивного кабеля; ДРэи — потери в электроизоляции кабеля; qTa— теплоприток в зону низких температур из внешней среды; qB— гидродинамические потери в хладагенте; hK — затраты мощности рефрижераторной установки на отвод единицы тепла из зоны низких температур.
Величина ДРЭИ мала по сравнению с другими величинами, входящими в скобки, а значения qTa и qB не зависят от режима нагрузки криорезистивной линии и определяются конструкцией кабеля и параметрами хладагента. Поэтому для оптимизации режима сети выражение (11.19) можно представить в виде
Тогда целевую функцию можно записать так: АР = (S~25k)'  + hK), где U„, UK — номинальные напряжения нормальной и криорези-стивной линий; Щ, RKM — сопротивления нормальной и криорезистивной линий при комнатной температуре; Щ — коэффициент, характеризующий снижение сопротивления криорезистивной линии при глубоком охлаждении по сравнению с комнатной температурой: nT = RK.t/Ru.n.
Рассмотрим теперь совместную работу нормальной и сверхпроводящей линий.
Пусть по сверхпроводящей линии передается мощность 5СП, тогда по нормальной линии передается мощность S — 5СП. Наивыгоднейшее распределение мощностей соответствует минимуму расхода мощности во всей сети на передачу заданной мощности S:
Здесь собственный расход мощности в сверхпроводящей линии
Реп = АР СП + Ро. реф = А Реп + Лсп (АРСП + А РЭИ + <7тп + <7в) .
Исключив члецы ДРэи, Qm, <7в по причинам, изложенным ранее, получим
где АРсп — потери мощности на гистерезис в сверхпроводниках; hen — затраты мощности рефрижераторной установки на отвод единицы тепла из зоны сверхпроводимости.
Потери в мягких сверхпроводниках трехфазного кабеля, где Яш — напряженность первого критического магнитного поля; Я — амплитудное значение фактической напряженности поля; / — частота переменного тока; k — удельные потери энергии при Н—НК1, зависящие от типа сверхпроводника; F — поверхность сверхпроводника; п — показатель степени; если в качестве сверхпроводника используется ниобий, то при Н^Нк1 п—3, при Як|<Яг^Як2 п=4.