Influence of Thermal Processes in Overhead Power Line Wires on the Power Transmission Limit
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-6-74-82Keywords:
electrical network, limit operation modes, climatic factors, temperature dependence, internal temperature correction methodAbstract
The problem of analyzing the limit active power transmitted via an overhead power line taking into account thermal processes is considered. The influence of each factor included in the wire heat balance equation on the actual conductor temperature and transmitted active power is shown. Issues related to the influence of transmitted power in lines on reaching the critical voltage limit at the load node are outlined. It has been established, taking a two-bus 110 kV network as an example, that certain climatic factors contribute significantly to the maximum transmitted power (e.g., ambient air temperature, wind speed and direction), while others can be disregarded. It has been determined that in varying the power line length, there are cases in which the critical voltage is reached earlier than the thermal stability limit both for conventional and high-temperature conductors. In view of the higher operating temperature of high-temperature conductors, the critical voltage is reached at shorter power line lengths. The obtained results confirm that thermal processes in overhead power lines should be taken into account when analyzing the limit transmitted power in both existing and newly designed electric networks.
References
1. Гиршин С.С. и др. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры. – Омский научный вестник, 2009, № 3 (83), с. 176–179.
2. Криволапов В.А. и др. Исследование влияния окружающей среды на пропускную способность воздушных линий электропередачи. – Омский научный вестник, 2025, № 2 (194), с. 82–88.
3. СТО 56947007-29.240.55.143–2013. Методика расчёта предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2013, 67 с.
4. IEC TR 61597:2021. Overhead Electrical Conductors–Calculation Methods for Stranded Bare Conductors. Geneva, Swit-zerland: International Electrotechnical Commission IEC, 2021, 34 p.
5. IEEE Std 738-2023. IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors. IEEE, 2023, DOI: 10.1109/IEEESTD.2023.10382442.
6. CIGRE Technical Brochure № 601. Guide for Thermal Rating Calculations of Overhead Lines, 2014, 95 p.
7. Гиршин С.С., Шепелев А.О. Разработка усовершенствованных методов расчёта установившихся режимов электроэнергетических систем с учётом температурной зависимости активных сопротивлений ВЛ. – Электрические станции, 2019, № 11, с. 44–54.
8. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации 03.08.2018 г. № 630 «Об утверждении требований к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Методические указания по устойчивости энергосистем» (в ред. от 20.12.2022).
9. Войтов О.Н., Попова Е.В. Алгоритм учета температуры провода при расчете потокораспределения в электрической сети. – Электричество, 2010, № 9, с. 24–30.
10. Данилов М.И., Романенко И.Г. Определение потоков мощности и температуры проводов электрической сети установившегося состояния энергосистемы. – Электрические станции, 2022, № 7 (1092), с. 25–37.
11. Dong X. et al. Calculation of Optimal Load Margin Based on Improved Continuation Power Flow Model. – International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2018, vol. 94, pp. 225–233, DOI: 10.1016/j.ijepes.2017.07.004.
12. Jia X. et al. Decentralized Power Transfer Limit Calculation Method Considering Spatial and Seasonal Differences of Ambient Factors. – Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2025, vol. 13, No. 6, pp. 1955–1965, DOI: 10.35833/MPCE.2024.000997.
13. Обоскалов В.П., Герасименко А.А. Определение предела мощности, передаваемой по линии электропередачи, при оценке балансовой надежности электроэнергетических систем. – Электричество, 2023, № 7, с. 6–19.
14. Коверникова Л.И. Оценка дополнительных потерь активной мощности в воздушных ЛЭП 110 кВ при несинусоидальных режимах. – Электричество, 2024, № 6, с. 16–26.
15. Манусов В.З., Белосветов А.В. Моделирование скин-эффекта в сталеалюминиевых проводах. – Электричество, 2025, № 9, с. 42–50.
16. Шепелев А.О. Анализ влияния физических и климатических условий воздушной линии электропередачи на статическую устойчивость нагрузки. – Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетические системы: развитие и управление», 2025, с. 133–136.
17. Шепелев А.О. Анализ влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности в энергосистемах. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2024, т. 67, № 1, с. 105–114.
18. Аюев Б.И. и др. Вычислительные модели потокораспределения в электрических системах. М.: Флинта; Наука, 2008, 256 с.
19. Гиршин С.С. и др. Уточненный анализ предельных режимов воздушных линий электропередачи. – Омский научный вестник, 2024, № 4 (192), с. 83–90.
20. Осипов Д.С. и др. Уточненный метод расчета установившихся режимов с учетом тепловых режимов элементов для анализа устойчивости энергосистем. – Электротехнические системы и комплексы, 2025, № 1 (66), с. 4–9.
21. Балдин М.Н., Карапетян И.Г. Основное оборудование электрических сетей: справочник. М.: ЭНАС, 2014, 208 с
---
Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема: «Лаборатория искусственного интеллекта электроэнергетических систем», код темы: FENG-2024-0007)
#
1. Girshin S.S. et al. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2009, No. 3 (83), pp. 176–179.
2. Krivolapov V.A. et al. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2025, No. 2 (194), pp. 82–88.
3. STO 56947007-29.240.55.143–2013. Metodika raschyota pre-del’nyh tokovyh nagruzok po usloviyam sohraneniya mekhanicheskoy prochnosti provodov i dopustimyh gabaritov vozdushnyh liniy (The Method of Calculating the Maximum Current Loads Under the Conditions of Maintaining the Mechanical Strength of Wires and the Permissible Dimensions of Overhead Lines). M.: OAO «FSK EES», 2013, 67 p.
4. IEC TR 61597:2021. Overhead Electrical Conductors–Calcu-lation Methods for Stranded Bare Conductors. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission IEC, 2021, 34 p.
5. IEEE Std 738-2023. IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors. IEEE, 2023, DOI: 10.1109/IEEESTD.2023.10382442.
6. CIGRE Technical Brochure No. 601. Guide for Thermal Rating Calculations of Overhead Lines, 2014, 95 p.
7. Girshin S.S., Shepelev A.O. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2019, No. 11, pp. 44–54.
8. Prikaz Ministerstva energetiki Rossiyskoy Federatsii (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation) No. 630 dated 03.08.2018.
9. Voytov O.N., Popova E.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 9, pp. 24–30.
10. Danilov M.I., Romanenko I.G. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2022, No. 7 (1092), pp. 25–37.
11. Dong X. et al. Calculation of Optimal Load Margin Based on Improved Continuation Power Flow Model. – International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2018, vol. 94, pp. 225–233, DOI: 10.1016/j.ijepes.2017.07.004.
12. Jia X. et al. Decentralized Power Transfer Limit Calculation Method Considering Spatial and Seasonal Differences of Ambient Factors. – Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2025, vol. 13, No. 6, pp. 1955–1965, DOI: 10.35833/MPCE.2024.000997.
13. Oboskalov V.P., Gerasimenko A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 6–19.
14. Kovernikova L.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 6, pp. 16–26.
15. Manusov V.Z., Belosvetov A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 9, pp. 42–50.
16. Shepelev A.O. Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Elektroenergeticheskie sistemy: razvitie i upravlenie» – in Russ. (Int. Scientific and Technical Conf. "Electric Power Systems: Development and Management"), 2025, pp. 133–136.
17. Shepelev A.O. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elek-tromekhanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2024, vol. 67, No. 1, pp. 105–114.
18. Ayuev B.I. et al. Vychislitel’nye modeli potokoraspredeleniya v elektricheskih sistemah (Computational Models of Flow Distribution in Electrical Systems). M.: Flinta; Nauka, 2008, 256 p.
19. Girshin S.S. et al. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2024, No. 4 (192), pp. 83–90.
20. Osipov D.S. et al. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2025, No. 1 (66), pp. 4–9.
21. Baldin M.N., Karapetyan I.G. Osnovnoe oborudovanie elektricheskih setey: spravochnik (The Main Equipment of Electric Networks: Guide). M.: ENAS, 2014, 208 p
---
The research was carried out as part of a state assignment from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic: “Artificial Intelligence Laboratory for Electric Power Systems,” topic code: FENG-2024-0007)
