Тема 3.1. Потери мощности и энергии в линиях и трансформаторах
3.1.1. Общие сведения о потерях мощности и энергии в элементах электрических сетей
При передаче электроэнергии от электростанций до потребителей часть электроэнергии неизбежно расходуется на нагрев проводников, создание электромагнитных полей и другие эффекты. Этот расход называют потерями электроэнергии [5].
Слово «потери» обычно ассоциируется с неправильной организацией технологического процесса, однако потери электроэнергии обусловлены физическими процессами, протекающими в проводниках, и полностью избавиться от них на сегодняшнем этапе развития науки и техники невозможно. Поэтому часто потери электроэнергии называют расходами на транспортировку электроэнергии.
В электрических сетях потери мощности и электроэнергии определяются потерями в линиях электропередачи и в трансформаторах подстанций. В ЛЭП мощность теряется на нагрев проводников, на создание электромагнитных полей, на корону, на зарядную мощность. В трансформаторах потери мощности разделяют на нагрузочные потери и потери холостого хода. Здесь речь идёт исключительно о так называемых технических потерях. Более подробно структура потерь электроэнергии и методы их снижения рассматриваются в курсе «Электроэнергосбережение».
3.1.2. Потери мощности в линиях
При работе системы электроснабжения (СЭС) в ее элементах (кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторах, электродвигателях и т.п.) неизбежно возникают потери мощности и электроэнергии [5]. Величина этих потерь зависит от множества различных факторов: тока проходящего по элементу, климатических условий, сопротивлений (активного, реактивного) элемента и т.п., и может достигать значительных размеров. Поэтому проблема снижения потерь мощности и электрической энергии является одной из важнейших при эксплуатации СЭС практически любого объекта.
|
|
|
К настоящему времени известно несколько различных способов снижения потерь мощности и электроэнергии в элементах СЭС, которые объединены в две большие самостоятельные группы. Первая группа – организационные мероприятия, вторая – технические мероприятия.
Потери активной мощности DР в линиях электропередачи равны:
DР =3I2∙Rл= 
, (3.1)
Потери реактивной мощности и реактивной энергии равны:
DQ=3I2 ∙Xл = 
, (3.2)
где Rл, Xл – соответственно активное и реактивное сопротивления линии электропередачи; I, P и Q – токи и мощности, протекающие по линии.
Из анализа этих формул можно сделать следующие выводы:
- потери активной мощности зависят как от активной так и от реактивной мощностей, передаваемых по линии;
|
|
|
- даже незначительное увеличение напряжения приводит к значительному снижению потерь мощности;
- уменьшение сопротивления линии приводит к снижению потерь мощности.
Кроме того из формул (3.1) и (3.2) вытекает следующее:
- потери мощности всей сети складываются из потерь мощности на всех её участках;
- при равномерно распределенной нагрузке потери мощности меньше, чем при той же нагрузке, сосредоточенной в конце линии.
3.1.3. Потери энергии в линиях
Одним из основных показателей, определяющих качество проектирования и эксплуатации электрических сетей, является величина потерь электрической энергии [5]. Их стоимость представляет значительную часть годовых эксплуатационных расходов в приведенных затратах, которые служат экономическим критерием оценки как проектируемой, так и существующей электрической сети. Определение и учет потерь электрической энергии производится с помощью различных методов. Наибольшее распространение получили метод расчета по времени максимальных потерь, а также метод расчета по графикам нагрузок. Кроме того, в некоторых случаях при достаточном количестве измерительных приборов возможна прямая оценка потерь по показаниям счетчиков электрической энергии. В настоящее время широко распространен статистический метод расчета потерь электроэнергии по количеству пропущенной энергии. Так как мощность – это есть энергия в единицу времени, то потери энергии DЭ – это потери мощности, умноженные на время
|
|
|
DЭ=DРt=3I2 R t. (3.3)
Однако потери мощности в линии DР остаются постоянными только в том случае, если ток, протекающий по линии не меняется. В действительности ток меняется постоянно, поскольку меняется режим работы потребителей.
Если изобразить годовой график нагрузок отвлеченного потребителя, как показано, то годовые потери энергии будут пропорциональными площади графика квадратичных нагрузок и могут быть выражены как
DЭ = 
I2 ( (t)R dt.
где Т- время включения потребителя.
В данном случае потребитель включен в течение всего года, т.е. Т=8760 ч. Однако в аналитической форме получить зависимость I(t) невозможно. Поэтому используют различные методы с введением «фиктивных» величин.
Каждая группа потребителей (машиностроительные потребители, текстильные фабрики и т.д.) имеет характерные графики нагрузок. Нагрузки подстанций и линий складываются из нагрузок потребителей и также имеют характерные графики.
|
|
|
Одним из часто применяемых методов определения потерь энергии является метод среднеквадратичного тока Iср кв, т.е. такого тока, который, все время протекая по линии, даст те же потери, что и действительные токи. Тогда
I 2ср кв = 
, (3.4)
где I1, I2,… - значения токов на интервалах t1, t2,… ступенчатого графика нагрузки.
Найдя величину I2ср кв , потери энергии можно определить по выражению
DЭ=3I2 R T. (3.5)
Наиболее распространенным методом определения потерь энергии является метод с использованием времени максимальных потерь 
.
Известно, что потребитель какую-то часть времени работает с максимальной нагрузкой Рмакс. Время, в течение которого, работая с максимальной нагрузкой Рмакс, потребитель взял бы из сети энергию, равную энергии действительно полученной им за год называется числом часов использования максимума Тмакс, Тогда энергия, полученная потребителем, будет определяться по формуле
Э=Рмакс Тмакс. (3.6)
Аналогично, время в течение которого потребитель, работая с максимальными потерями вызовет те же потери что имеют место в действительности называется временем максимальных потерь τ. Тогда потери энергии в линии
DЭ=DРмакс τ= 3I2макс Rлτ, (3.7)
где Iмакс – максимальный ток протекающий по линии, Rл – активное сопротивление линии. Число часов использования максимума можно определить по справочным таблицам для соответствующих групп потребителей или определить из графика нагрузки
Tмакс = 
, (3.8)
где P1, P2,… - значения мощностей на интервалах t1, t2,… ступенчатого графика нагрузки. Величина τ однозначно связана с Tмакс. Её можно получить по специальным кривым t =¦(Tмакс, cosφОшибка! Закладка не определена.) или по аналитической зависимости:
. (3.9)
3.1.4. Потери мощности и энергии в трансформаторах.
Значительную часть общих потерь мощности и электроэнергии СЭС составляют потери в трансформаторах [5]. Потери мощности в них слагаются из потерь активной DРти реактивной DQтмощностей. Потери активной мощности состоят в свою очередь из потерь на нагревание обмоток трансформатора DР, зависящих от тока нагрузки и потерь на нагревание стали DРст,не зависящихот тока нагрузки:
DР=3I2 Rт= 
. (3.10)
Активное сопротивление обмоток трансформатора:
Rт =DРкU2ном/S2ном, (3.11)
где DРк – потери короткого замыкания (потери в меди), Sном – номинальная мощность трансформатора.
Потери реактивной мощности также слагаются из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе и зависящих от квадрата тока нагрузки DQ ипотерь на намагничивание, независящих от тока нагрузки DQm=DQхх и определяемых током холостого хода Ixx(потери холостого хода),
DQ =3I2Xт. (3.12)
Активные потери могут быть определены также и по иной формуле:
DРт=DРк ном(S/Sном)2+DРст, (3.13)
где S – фактическая нагрузка трансформатора; DРкном– потери к.з., соответствующие потерям в меди при номинальной нагрузке трансформатора Sном.
Реактивные потери могут быть определены также по другой формуле:
DQт= (Sном/100)∙(Uк∙ K2з+ Ixx), (3.14)
где Uк– напряжение короткого замыкания, Kз= S/Sном– коэффициент загрузки.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 6465; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!