Определение потерь мощности в воздушных и кабельных линиях электропередачи

Потери мощности в линии определяются величиной нагрузки, подключенной к линии, и параметрами линии: длиной, активным и реактивным сопротивлением, а также емкостной проводимостью линии, зависящей от геометрических параметров ЛЭП. Нагрузка, создаваемая электроприемником или группой приемников, складывается из активной Р_н и реактивной Q_н составляющих. Ток в линии, создаваемый трехфазной нагрузкой, А

(4.21)

где U_л = - номинальное напряжение сети, кВ, равное линейному напряжению, индекс «л» принято опускать;

U_ф – фазное напряжение

По закону Джоуля-Ленца количество теплоты, выделяющееся в проводнике в единицу времени при прохождении по нему тока, пропорционально сопротивлению этого проводника и квадрату тока, т.е. на нагрев проводника расходуется энергия, теряемая в проводнике на преодоление его сопротивления. Потери энергии в единицу времени – это потери мощности. Таким образом, теряемая в проводнике мощность пропорциональна его сопротивлению и квадрату величины тока, проходящего по нему. Соответственно, потери мощности в одной фазе линии ΔS⁽¹⁾_л, кВт, определяются квадратом тока нагрузки и сопротивлением линии Z_л

ΔS⁽¹⁾_л = I²Z_л (4.22)

Подставив значение тока из (4.21) и выразив Z_л через активную и реактивную составляющие сопротивления, получим полные потери мощности в трехфазной сети, кВ·А

(4.23)

Сопротивление линии

,

где R_Л – активное сопротивление, X_Л – реактивное сопротивление линии, Ом.

R_Л = r₀l, Х_Л = х₀·l (4.24)

r_0,. х₀· удельные активное и реактивное соответственно сопротивления линии, Ом/км,

l – длина линии, км.

Потери мощности на активном сопротивлении определяют активные потери, на реактивном – реактивные потери в линии:

, кВт, (4.25)

, кВАр (4.26)

Из полученных выражений следует, что потери мощности в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, т.е при передаче одинаковой мощности чем выше напряжение сети, тем ниже в ней потери. Этот момент всегда следует учитывать при проектировании электрических сетей и выборе уровня напряжения. В то же время в существующей сети с оборудованием определенного класса напряжения повысить напряжение нельзя выше нормируемых ПУЭ и стандартами [19] допустимых отклонений, т.к. это может привести к пробою изоляции, повреждению оборудования и нарушению нормального режима электроснабжения. Потери мощности на корону, обусловленные наличием емкостной проводимости ВЛ, в сетях напряжением 35-110-150кВ могут не учитываться, если сечение провода не меньше минимально допустимого для этих сетей по условиям короны: для ВЛ 110кВ – это 70мм², минимальный диаметр провода 11,3мм, для ВЛ 150кВ – 120мм², минимальный диаметр – 15,2мм.

При расчетах сетей электроснабжения промышленных предприятий схемы замещения ВЛ и КЛ 10 – 150 кВ принимаются упрощенными (рис.Х.Х).

ХЛ

ХЛ

RЛ

RЛ

RЛ

a)

б)

в)

Рисунок 4.3 – Схемы замещения линий электропередачи: а) – напряжением до 1 кВ и КЛ до 10 кВ; б) – ВЛ 35-110 кВ; в) - ВЛ 220кВ и выше.

При расчете потерь мощности в КЛ напряжением 10кВ и ниже учитываются только активные сопротивления (рис. 4.3.-а), т.к. реактивное из-за близости проводов фаз очень мало. Для протяженных шинопроводов реактивное сопротивление следует учитывать (рис. 4.3-б) [11]. Величины r₀, х₀, приводятся в справочных данных (табл.А.8 приложения А, [6], [7], [10] и др.).