Потери мощности и энергии в элементах систем электроснабжения
При передаче электроэнергии от генераторов электростанций к потребителям неизбежным являются потери мощности и энергии в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках трансформаторов, установленных на подстанциях (примерно 12-18% от всей энергии, вырабатываемой электростанциями).
Для покрытия потерь мощности и энергии в электрических сетях на стан циях увеличивают нагрузку генераторов, что ведет к увеличению капиталовложений и дополнительному расходу топлива, а следовательно, к возрастанию себестоимости электроэнергии.
Потери мощности в линии. Потери активной мощности (кВт) в линиях трехфазной электрической сети по закону Джоуля-Ленца определяют по формуле: ΔРл = 3I2расч Rл∙10-3,
Где Iрасч – расчетный ток данного участка линии, А; Rл – активное сопротивление линии, Ом.
Соответственно потери (квар)
ΔQл = 3I2расч Xл ∙10-3,
Потери мощности в трансформаторах. Потери активной мощности в трансформаторах состоит из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери в стали ΔРст от нагрузки не зависят, а зависят только от мощности трансформатора и значения приложенного к первичной обмотке напряжения. Потери в обмотках ΔРоб зависят от нагрузки трансформатора.
ΔРтр = ΔРст + ΔРоб β2,
где ΔРст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении, кВт ( ΔРст приравнивают к потерям холостого хода трансформатора ΔРх ); ΔРоб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт ( ΔРоб приравнивают к потерям мощности короткого замыкания ΔРк ); β = S / Sном – коэффициент загрузки трансформатора, представляющий собой отношение фактической нагрузки трансформатора к его номинальной мощности.
Потери реактивной мощности также разделяют на не зависящие и зависящие от нагрузки. К первым относятся потери, связанные с намагничиванием. Ко вторым относятся потери, обусловленные потоками рассеяния в трансформаторе, которые определяют в зависимости от нагрузки.
ΔQтр = ΔQст + ΔQрас β2,
Где ΔQст – потери реактивной мощности на намагничивание, квар (ΔQст принимают равным намагничивающей мощности холостого хода трансформатора ΔQх); ΔQрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке.
Потери электроэнергии
Токовая нагрузка в электрической сети меняется в течение суток года в зависимости от изменения режима работы потребителей. Вместе с изменением нагрузки меняются и потери электроэнергии. Поэтому потери энергии нельзя рассчитать умножением потерь мощности при какой-нибудь определенной нагрузке на число часов работы линии.
Для определения потерь электроэнергии применяют метод, основанный на понятиях времени использования потерь и времени использования максимума нагрузки.
Время максимальных потерь τесть условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий в линии непрерывно, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии за год.
Временем использования максимальной нагрузки или временем использования максимума Tmaxназывают условное число часов, в течение которых линия, работая с максимальной нагрузкой, могла бы передать потребителю за год столько энергии, сколько при работе по действительному переменному графику. Тmax = W / Рmax
На основании статистических данных определено среднее число часов использования максимальной нагрузки Tmax для характерных групп потребителей: для внутреннего освещения – 1500-2000 ч; наружного освещения – 2000-3000 ч; промпредприятия односменного режима работы – 2000-2500 ч, двухсменного – 3000-4500 ч, трехсменного – 3000-7000 ч.
На практике величину времени максимальных потерь τ определяют по кривым зависимости этого времени от продолжительности использования максимума нагрузки Тmax и коэффициента мощности.
Потери энергии в линиях.Эти потери определяют по формулам
ΔWал = 3I2 Rл τ∙10-3 ΔWрл = 3I2 Хл τ ∙10-3.
Потери энергии в трансформаторах. Эти потери складываются из потерь энергии в стали и в обмотках. Величина потери энергии в стали определяется как произведение потерь мощности ΔРст, не зависящих от нагрузки, на время работы t трансформатора: ΔWст = ΔРст t.
Величина потери энергии в обмотках ( потери в меди) определяются как произведение потерь мощности, зависящих от нагрузки, на время максимальных потерь:
ΔWоб = ΔРоб β2 τ.