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: ΔР_л = 3 I²_расч R_л∙ 10^-3,

Где I_расч – расчетный ток данного участка линии, А; R_л – активное сопротивление линии, Ом.

Соответственно потери (квар)

ΔQ_л = 3 I²_расч X_л ∙10^-3,

Потери мощности в трансформаторах. Потери активной мощности в трансформаторах состоит из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери в стали ΔР_ст от нагрузки не зависят, а зависят только от мощности трансформатора и значения приложенного к первичной обмотке напряжения. Потери в обмотках ΔР_об зависят от нагрузки трансформатора.

ΔР_тр = ΔР_ст + ΔР_об β²,

где ΔР_ст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении, кВт (ΔР_ст приравнивают к потерям холостого хода трансформатора ΔР_х); ΔР_об – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт (ΔР_об приравнивают к потерям мощности короткого замыкания ΔР_к); β = S / S_ном – 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.

ΔQ_тр = ΔQ_ст + ΔQ_рас β²,

Где ΔQ_ст – потери реактивной мощности на намагничивание, квар (ΔQ_ст принимают равным намагничивающей мощности холостого хода трансформатора ΔQ_х); ΔQ_рас – 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 τ есть 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 T_max называют 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. Т_max = W / Р_max

На основании статистических данных определено среднее число часов использования максимальной нагрузки T_max 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 Т_max и коэффициента мощности.

Потери энергии в линиях. Эти потери определяют по формулам

ΔW_ал = 3I² R_л τ∙10^-3 ΔW_рл = 3I² Х_л 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 ΔР_ст, не зависящих от нагрузки, на время работы t трансформатора: ΔW_ст = ΔР_ст t.

Величина потери энергии в обмотках (потери в меди) определяются как произведение потерь мощности, зависящих от нагрузки, на время максимальных потерь:

ΔW_об = ΔР_об β² τ.