Структура фактических (отчетных) потерь электроэнергии.

Фактическими (отчетными) потерями называется разность между количеством эл.энергии, поступившей в сеть и отпущенной из сети потребителям. Эти потери делятся на следующие составляющие:

1. Технические потери, обусловленные преобразованием части передаваемой эл.энергии в тепло в элементах сетей. Их получают расчетным путем.

Рис. 3.1. Детальная структура отчетных потерь эл.энергии.

2. Расход на собственные нужды подстанций - регистрируется счетчиками , установленными на трансформаторах СН. Их определяют по метрологическим характеристикам измерительных приборов.

3. Инструментальные потери - это потери, обусловленные погрешностями счетчиков.

4. Коммерческие потери обусловлены хищениями электроэнергии, неполной оплатой электроэнергии, учтенной счетчиками и другими недостатками контроля за потреблением эл.энергии. Их величину определяют как разность между фактическими (отчетными) потерями и суммой первых трех составляющих, которая называется технологическими потерями.

Укрупненная структура отчетных потерь эл.энергии - представление отчетных потерь в виде 4-х составляющих: технические потери, расход на СН, инструментальные погрешности, и коммерческие потери.

Существующая в России система нормирования не предполагает наличия коммерческих потерь. Но хищения и неоплата учтенной энергии - объективная реальность. Например в США и Франции хищения, не превышающие 1 - 1,5% потребленной энергии включаются в тариф, т.к. считается экономически нецелесообразным искать конкретных виновников хищений, если затраты на поиск превышают стоимость похищенной энергии.

Детальная структура отчетных потерь - представление отчетных потерь в виде большего количества составляющих, объединенных общим признаком: одним номинальным напряжением, типом оборудования, характером изменения во времени (переменные, постоянные), обусловленности (нагрузочные, х.х., от климатических условий), административным делением и т.п.

3.2. Термины и определения.

Фактический небаланс эл.энергии на объекте (ФНЭ) - разность эл.энергии, поступившей на объект и и суммы трех составляющих:

- эл.энергия, отпущенная с объекта,

- расход на собственные нужды (СН) и

- технические потери.

"Объектом" может быть подстанция, РЭС, АО-энерго и т.п.

Нормативный небаланс эл.энергии на объекте (ННЭ) - диапазон возможной разности эл.энергии, определяемый нормативной инструментальной погрешностью системы учета, погрешностью метода расчета технических потерь, допустимого для данного объекта и допустимым уровнем коммерческих потерь.

Анализ потерь эл.энергии - оценка приемлемости уровня потерь с экономической точки зрения, выявление причин превышения нормативных небалансов на объекте в целом и его частях, выявление территориальных зон, групп элементов и отдельных элементов с повышенными потерями (очагов потерь), определение влияния режимов передачи эл.энергии на составляющие отчетных потерь.

Нагрузочные потери.

Рассмотрим электропередачу, питающую потребитель с известным ступенчатым суточным графиком нагрузки (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Параметры суточного графика нагрузки.

Установленная мощность Ру =∑ P_{н ,} где P_н – номинальная (установленная) мощность электроприемника (ЭП). Для ЭП повторно-кратковременного режима: Р_н100 = Р_н √ПВ, где ПВ – продолжительность включения, о.е.

Р_ср – средняя мощность. Для ступечатого графика Р_ср = ∑(P _i t_i ) / ∑t_i

Рск - средне-квадратичная мощность Р²ск =∑( P²_i t_i )/ ∑t_i

Рм - максимальная мощность (мощность 30-ти минутного максимума). Если количество ЭП в группе n ≤ 3, то Рм = Ру. Если n > 3, то Рм рассчитывается методом эффективного числа ЭП (Рм = Км · Рср) или упрощенно методом коэффициента спроса (Рм = ∑ Кс · Рн).

Для ровного графика нагрузки:
Потребляемая мощность неизменна - S_Р = S_м = S_cр.

Расчетный ток I_р = S_p /√3 U_ном,

Потери мощности:

Δ P= 3 I_р^{2 *} R = (S_p² / U_н² ) * R, где R – активное сопротивление электропере­дачи.
Потери электроэнергии: ΔW = ΔP * T = T * R* S_p² / U_н², где Т – время работы .

Для неравномерного график нагрузки.

Коэффициент максимума Км = Рм / Рср,

коэффициент заполнения Кз = 1 / Км = Рср / Рм,

коэффициент формы графика Кф = Рск / Рср.

Потери мощности на “i” ступени графика: ΔP_i = (S_i² / U²) * R;

При передаче S_p возникают расчётные потери мощности: ΔР_р = (S_p² / U²) * R;

Отношение: ΔP_i / ΔP_p = S_i² / S_p² = P_i² / P_p² (при условии постоянства угла φ).

Потери мощности на “i” ступени: ΔP_i = ΔP_p * P_i² / P_p².

Потери энергии за сутки: ΔW = ∑ ΔP_i t_i = ∑ ΔP_p * (P_i² / P_p²) * t_i.

Постоянные величины вынесем за знак суммы: ΔW = t_i * (ΔP_p / P_p² ) * Σ P_i².

Если t_i = 1час, то

-

общая формула расчёта потерь энергии при неравномерном графике нагрузки.

Примечание 1.

Нагрузочные потери активной мощности в трансформаторе удобно определить исходя из номинальных потерь короткого замыкания ΔРк, которые приводятся в паспорте (справочнике): ΔР = ΔРк * β², где β = S / Sн – коэффициент загрузки трансформатора.

Примечание 2.

При малом сечении проводников (R >> X) относительная потеря напряжения определяется активным сопротивлением: ΔU* = P · R / U².

Относительная потеря активной мощности: ΔР* = ΔР / P = S² · R / (P · U²) или, подставляя S = P / Cos φ: ΔР* = P² · R / (P · ( U · Cos φ)²).

Отношение ΔU* к ΔР*:

Или:

Методы расчёта потерь электроэнергии:

- Метод средней мощности - за расчетную принимается средняя мощность.

- Метод максимальной мощности - за расчетную принимается максимальная мощность.

Для действующих электроустановок более удобен метод средней мощности, при проектировании - метод максимальной мощности.

Метод средней мощности

Δt = 1 час опущено.

. Умножим и разделим на время работы Т.

, где

- квадрат средне-квадратичной мощности.

С учетом этого: , где

- квадрат коэффициента формы графика нагрузки,

- расчетные (в данном случае – средние) потери мощности,

S_сp – средняя мощность графика.

Т – время работы (24 или 24*30, или 8760 часов).

S_СР - в действующих электроустановках определяется по показаниям

элек­тро­счет­чи­ков.

3.5. Метод максимальной мощности Р_М

Потери электроэнергии, например, за сутки:

ΔРр = ΔРм

Рр = Рм

т.к. Pi² / 24 = Pск², то

. Переходя от суток к времени Т и учитывая , что

Рм = Рср / Кз и Рск / Рср = Кф, получаем:

ΔW = ΔРм * Т * Кф² * Кз².

Произведение Т * Кф² * Кз² = τ (тау) называется «время максимальных потерь» – это время в течение которого ЛЭП или трансформатор работая с максимальной неизменной нагрузкой создаст такие же потери электроэнергии как и при реальной изменяющейся нагрузке. Следовательно:

ΔW =ΔРм * τ, где:

– потери при передаче максимальной мощности.

На практике часто Кф и Кз бывают неизвестны поэтому применяют упрощенный метод определения τ. В справочниках приводятся графики зависимости τ от вре­мени использования максимальной нагрузки Тм и от Cosφ.

Рис. 3.3. Упрощенный метод определения времени максимальных потерь.

Пример: Имеется ЛЭП с сопротивлением R. Через нее за Д дней было передано W кВт*ч эл.энергии (учтено счетчиком). Известны также Кф графика и tgφ потре­би­теля.

Определить потери эл.энергии в ЛЭП.

ΔW = ΔPср * 24 * Д * К²ф = (Sср / U)² * R * 24 * Д * К²ф =

= (Рср / U)² * (1 + tg²φ) * R * 24 * Д * К²ф.

Рср = W / (24 * Д), тогда

ΔW = W² * (1 + tg²φ) * R * К²ф / (24 * Д * U²)

Кроме ЛЭП и силовых трансформаторов нагрузочные потери имеют место также в

- трансформаторах тока: в первичной и вторичной обмотках и в нагрузке вторич­ной цепи;

- высокочастотных заградителях связи: при номинальном токе потери состав­ляют от 0,14 до 40 кВт;

- токоограничивающих реакторах.

Потери холостого хода (ХХ).

Потери ХХ постоянны, поэтому расчет потерь энергии ХХ значительно проще, чем нагрузочных.

Потери эл.энергии холостого хода в силовом трансформаторе:

∆Wхх = ∆Рхх * Т = ∆Рхх * 24 Д, где

Т – число часов включенного состояния,

Д – число дней работы.

Потери эл.энергии в косинусных конденсаторах:

∆Wкб = ∆р * WQкб, где

∆р - удельные потери активной мощности, кВт/квар ≈ 0,003 кВт/квар.

WQкб - реактивная энергия, выработанная конденсаторной батареей за расчетный период.

Потери в трансформаторах напряжения (ТН) и счетчиках.

Суммарные потери эл.энергии в ТН с первичным напряжением не более 20 кВ и в нагрузке его вторичной цепи (кВт*ч):

∆Wтн = (U + β* Рн * Ктн)* 24 Д * 10̄ ³, где

U - первичное номинальное напряжение, кВ,

β - коэффициент загрузки вторичной цепи,

Рн - номинальная активная мощность вторичной цепи, Вт,

Ктн - класс точности, %.

Потери в изоляции кабельных линий.

∆Wкаб = 24 Д * Вc * tgδ * U² * Lкаб, где

tgδ = (0,003 + 0,0002 * Тсл) * (1 + a * Тсл),

Вс - емкостная проводимость кабеля, сим/км;

U - напряжение, кВ;

Lкаб - длина, км;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;

Тсл - число лет эксплуатации кабеля;

а - коэффициент старения, обычно принимается а=0,05.

Выражение для tgδ состоит из двух сомножителей - скобок. Первая скобка представляет собой tgδ кабеля в начале его эксплуатации с учетом уровня технологии его изготовления Тсл лет назад. Вторая скобка учитывает увеличение tgδ в результате старения.

3.7. Климатические потери

Климатические потери - это потери, зависящие от погодных условий. К ним относятся потери на корону и потери из-за токов утечки по поверхности изолято­ров ВЛ и п/ст.

Потери на корону возникают на проводах высоковольтных ЛЭП по причине большой напряженности электрического поля на их поверхности. Величина напря­жен­ности определяется рабочим напряжением, конструкцией фазы ЛЭП (расщеп­ление) и влиянием внешних образований (капли дождя, иголки изморози и т.п.) на геометрию провода. Изменяются также и электрические характеристики самого воздуха. В качестве типовых видов погоды при расчете потерь на корону в по­рядке возрастания потерь выделяют хорошую погоду, сухой снег, дождь и измо­розь.

Удельные потери мощности на корону, кВт/км.

Uном, кВ	хорошая погода	сухой снег	дождь	изморозь
	2,3	8,8
	0,03	0,12	0,35	1,2

Потери от токов утечки по изоляторам воздушных ЛЭП зависят от степени загрязненности атмосферы (СЗА) и от минимальной длины пути тока утечки по изоляторам, которая нормируется в зависимости от СЗА.

Установлено семь уровней СЗА. К районам с первым уровнем относятся леса, луга, болота и т.п., не попадающие в зону влияния источников загрязнения. Третий - седьмой уровни СЗА - это районы с промышленными источниками за­грязне­ния.

Потери эл.энергии от токов утечки по изоляторам:

∆W из = U²ном * Твл * Nгир * 10̄ ³ / (3 * Rиз * Nиз), где

Rиз = 1345 - 215(Nза - 1),

Uном - номинальное напряжение, кВ,

Твл - продолжительность влажной погоды,

Nгир - число гирлянд изоляторов,

Nиз - число изоляторов в гирлянде,

Nза - уровень СЗА.