Определение потерь электроэнергии в линиях, сетях и в трансформаторах. Исполнитель

Определение потерь электроэнергии в линиях, сетях и в трансформаторах.

Цель работы: Изучение причины увеличение потери электроэнергии в линиях, сетях,  трансформаторах и других электрооборудования, а так же снижение в электроснабжение.

План:

1. Потери электроэнергии.
2. Потери мощности и электроэнергии в линиях и трансформаторах.
3. Потери электроэнергии в двигателях.
4. Потери мощности и электроэнергии в реакторах.

 {spoiler=Подробнее}

         Передача электрической энергии от источников питания к потребителям связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения (трансформаторов, линиях, реакторах). Эти потери определяются током (мощностью), протекающим по линии, и величиной напряжения.

         Применение повышенного напряжения в электрических сетях, например 10 кВ (вместо 6 кВ), 380 В и 380 В = 657 В, а также глубокого ввода напряжением 35 кВ и выше значительно снижает потери мощности и электроэнергии. Этому также способствует повышение коэффициента мощности, что сопровождается снижением потребления реактивной мощности Q и, следовательно, снижением потерь мощности Δр, при передаче через трансформаторы и линии электрической энергии к потребителям:

      (6.1)

         Следует подчеркнуть, что потери в трансформаторах определяются также числом часов их работы. Поэтому одним из условий, обеспечивающих экономию электроэнергии в трансформаторах, является их отключение при малых загрузках. Это возможно осуществить, если в ночное (не рабочее) время питать электроустановки, предназначенные для ремонтных работ, дежурного освещения и др., от одного трансформатора. Питание указанных потребителей при этом обеспечивается наличием перемычек на низшем напряжении между цеховыми подстанциями. Другим условием экономии электроэнергии в трансформаторах является установление рационального режима работы включенных трансформаторов, что обеспечивается установлением оптимального  коэффициента загрузки, который зависит от соотношения между активными и реактивными составляющими потерь трансформаторов.

         Следовательно, умение правильно рассчитать потери во всех звеньях системы электроснабжения, выявить определяющие их составляющие и установить основные направления по снижению потерь и экономии электроэнергии является основным условием правильного проектирования и эксплуатации электрической сети.

         Рассмотрим методы определения потерь мощности и электроэнергии в отдельных звеньях системы электроснабжения.

Потери мощности и электроэнергии в линиях и трансформаторах

         Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер и поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях будут изменяться с изменениями нагрузки. В зависимости от наличия данных по проектируемому объекту расчет потери мощности и электроэнергии можно производить по величине среднеквадратичного тока I_ск, принимая время действительной работы линии Т_д, или по максимальному току I_макс при времени потерь τ.

         Среднеквадратичный ток представляет собой эквивалентный ток, который, проходя по линии за время Т_д, вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный изменяющийся ток за то же время.

         Время потерь τ – это расчетное время, в течении которого линия, работая с неизменной максимальной нагрузкой I_макс, имела бы те же потери мощности и электроэнергии, что и при работе по действительному графику нагрузки. Определение величины τ рассмотрено ниже (см.рис.6.1).

         Среднеквадратичный ток определяется по среднему току I_ср и коэффициенту формы графика нагрузки k_ф:

I_ск = k_фI_ср    (6,2)

где

     (6,3)

         Здесь W – расход активной электроэнергии (кВт ч) за время Т­_д (сутки, год); cosφ_срв – средневзвешенный коэффициент мощности.

         С достаточной для практических расчетов точностью коэффициент k_ф принимают:

а) при любом числе (более двух) токоприемников с длительным режимом работы и числом токоприемников с повторно-кратковременным режимом более двадцати, коэффициент k_ф = 1,05 – 1,1);

б) при числе токоприемников с повторно-кратковременным режимом меньше двадцати

    (6,4)

где n_э – эффективное (расчетное) число токоприемников с номинальной мощностью Р_ном­ и максимальной мощностью одного двигателя Р_н.макс; ПВ – относительная продолжительность включения токоприемников.

         Потери активной мощности и электроэнергии в линиях

     (6,5)

W = ΔPT_д   (6,6)

         Потери реактивной мощности и реактивной энергии:

    (6,7)

ΔV = ΔQT_д (6,8)

где R – активное сопротивление, Х – индуктивное или емкостное сопротивление воздушной или кабельной линии.

         Если известны расход электроэнергии W, учтенный за определенное время (сутки, год), величина максимальной нагрузки Р_макс, то можно найти время Т_макс, в течении которого данная линия, работая с максимальной нагрузкой, может передать эту энергию:

           (6,9)

         Величина Т_макс = Т_и называется временем использования максимума нагрузки. Она определяется характером и сменностью работы потребителя и составляет в год (ч):

Для осветительных нагрузок ………………………………………………. 1500-2000;

Для односменных предприятий …………………………………………… 1800-2500;

Для двухсменных предприятий ……………………………………………. 3500-4500;

Для трехсменных предприятий ……………………………………………. 5000-7000.

Зная величины W и Т_макс, можно определить максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год):

          (6,10)

         При расчете потерь мощности и электроэнергии по максимальному току следует учитывать время потерь τ, которое зависит от времени использования максимума Т_макс и коэффициента мощности cosφ. Зная эти величины, время потерь находят по кривым зависимости τ = f(Т_макс, cosφ) (рис.6.1), а затем определяют активные и реактивные потери электроэнергии:

       (6,11)

       (6,12)

Зная потери электроэнергии, можно найти соответствующие потери мощности:

     (6,13)

     (614)

         Потери мощности и электроэнергии в трансформаторах. Потери мощности в трансформаторах слагаются из потерь активной мощности ΔР_т и потерь реактивной мощности ΔQ_т.

         Потери активной мощности слагаются в свою очередь из потерь на нагреве обмоток трансформатора ΔР, зависящих от тока нагрузки, и потерь на нагревание стали ΔР_ст, не зависящих от тока нагрузки. Потери мощности на нагревание обмоток трансформатора

       (6,15)

Рис. 6.1. Графики определения времени потерь

         Тогда полные активные потери

     (6,16)

где R_т – активное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое по величине потерь в меди ΔР_м и мощности трансформатора S_ном, напряжению U_ном

          (6,17)

         Потери реактивной мощности также слагаются из двух составляющих: потерь ΔQ, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки, и потерь на намагничивание трансформатора ΔQ_μ, не зависящих от тока нагрузки и определяемых током холостого хода i_х.х.

         Потери мощности, вызванные рассеянием,

   (6,18)

         Тогда полные реактивные потери

     (6,19)

где х_т – реактивное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое напряжением короткого замыкания U_к и сопротивлением R_т­; ΔQ_μ = ΔQ_х.х – потери холостого хода.

         По каталожным данным потери мощности в трансформаторах могут быть определены иначе. Если даны потери короткого замыкания ΔР_м.ном, соответствующие потерям в меди при номинальной нагрузке трансформатора S_ном, и известна его фактическая загрузка S, то активные потери

(6,20)

где k_з – коэффициент загрузки трансформатора.

         Реактивные потери могут быть определены также (без учета R_т) по каталожным данным:

          (6,21)

        (6,22)

         Тогда

        (6,23)

Потери электроэнергии в меди трансформатора могут быть также определены по его каталожным данным ΔР_м.ном., максимальной нагрузке S_макс и времени потерь τ, найденным по графику 6,1:

      (6,24)

Потери электроэнергии в стали определяются потерями мощности при холостом ходе (ΔР_ст = ΔР_х.х) и временем включения трансформатора Т_в:

ΔW_ст = ΔР_стТ_в        (6,25)

Тогда суммарные активные потери электроэнергии

    (6,26)

Суммарные реактивные потери электроэнергии определяются по реактивным потерям мощности с учетом времени потерь и времени включения трансформатора:

      (6,27)

Потери мощности и электроэнергии в реакторах. Величина потерь активной мощности в реакторах

       (6,28)

где ΔР_ном.ф. – потери активной мощности в одной фазе реактора при номинальной нагрузке (даются в каталогах определенного типа реактора); k_з = I / I_ном – отношение действительного тока, протекающего через реактор, к номинальному току реактора.

         Величина потерь реактивной мощности

    (6,29)

где ΔQ_ном.ф. – потери активной мощности в одной фазе реактора при номинальной нагрузке (даются в каталогах определенного типа реактора).

         Потери активной и реактивной электроэнергии в трех фазах реактора:

ΔW = ΔP_pТ_в         (6,30)

ΔV = ΔQ_pТ_в         (6,31)

где Т_в – время включения реактора.

Контрольные вопросы:

1. Как и из-за чего происходят потери энергии?
2. С помощью каких устройств и мероприятий добиваются снижение потерь? 
3. Как определяют потери в элементах систем электроснабжения?

{/spoilers}