Потери мощности и энергии в линиях электропередачи

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

При прохождении электрического тока по проводам воздушных и кабельных линий, внутренних электропроводок происходит нагрев проводов и выделение тепла согласно закону Джоуля-Ленца. Часть электроэнергии, переходящая при этом в тепло, называют потерями энергии. Потери мощности и энергии должны быть компенсированы генераторами электростанций, что увеличивает их нагрузку и требует дополнительного расхода топлива. Расчет потерь мощности и энергии важен как при проектировании, так и при эксплуатации линий электропередач и подстанций.

Потери активной мощности в линии определяется ее сопротивлением и нагрузкой. В зависимости от того, какими параметрами определяется нагрузка, потери мощности могут быть рассчитаны по одной из следующих формул:

Если нагрузка в течение времениТ остается неизменной, то потери энергии составляют:

В действительности нагрузка изменяется в соответствии с графиком, при этом потери мощности пропорциональны квадрату нагрузки. На практике используют специальные характеристики графика нагрузки для расчета потерь энергии. Так как потери энергии рассчитывают за длительный период (месяц, год), то эти характеристики относят к графику нагрузки по продолжительности.

Если мощность на каждой ступени графика возвести в квадрат, то получим график квадратичной функции нагрузки Р²(t). Площадь, ограниченная квадратичной функцией, пропорциональна потерям энергии в линии за период Т. При неизменной нагрузке Р_ср.квза времяТ потери энергии в линии составят такую же величину, что и при реальном графике.

Таким образом, потери энергии могут быть определены по среднеквадратичной нагрузке линии за период времениТ:

Среднеквадратичная мощность может быть определена по средней мощности и коэффициенту формы графика P_СК = P_СР∙ k_ф; для реальных графиков нагрузки в сельских сетях k_Ф = 1, 05…1, 15.

Другой эквивалентной характеристикой графика является время потерь τ .

При этом потери энергии могут быть определены по максимальной нагрузке линии и времени τ :

На практике время потерь определяют по графикам в зависимости от времени использования максимума T_max. Для сельских сетей T_max составляет 1000–3000 час, при этом τ соответственно 800–2500 час.

Потери мощности и энергии в трансформаторах

В силовых трансформаторах токи, проходящие по обмоткам, также вызывают их нагрев и обуславливают потери энергии. Кроме того, переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора является причиной потерь энергии на перемагничивание стали и вихревые токи (нагрев сердечника).

В схеме замещения трансформатора потери в обмотках отражены активным сопротивлением R_T, а потери в сердечнике (потери в стали) – активной проводимостью G_T. Потери в сердечнике определяются квадратом напряжения и проводимостью трансформатора; потери в обмотках пропорциональны току нагрузки и определяются аналогично потерям в линии. Таким образом, суммарные потери:

Если напряжение считать номинальным, а параметры R_Т и G_T определить через паспортные данные трансформатора, получим:

Таким образом, можно считать, что потери активной мощности в трансформаторе состоят из двух составляющих, одна из которых (потери в сердечнике) неизменна при любой нагрузке, другая (потери в обмотках) – зависит от квадрата коэффициента загрузки трансформатора.

При определении потерь энергии в трансформаторе постоянные потери мощности надо умножить на времяТграфика, а переменные потери при максимальной нагрузке – на время потерь:

Напряжения на участке сети

Режим напряжении 3-х фазной линии проиллюстрирован на рисунке. Если учитывать реальные параметры линии R_Л и X_Лто и фазные и линейные напряжения в конце электропередачи отличаются от соответствующие напряжений в начале. По модулю напряжения в конце линии всегда меньше, чем в начале, а фаза их зависит от соотношений активной и индуктивной составляющих сопротивлений линии и нагрузки.

Векторные диаграммы 3-х фазной линии электропередачи без учета (а)

и с учетом (б) сопротивления линии.

На рисунке (а) приведена однолинейная схема электропередачи, а на рисунке (б) – векторная диаграмма одной из фаз.

а)

б)

На векторной диаграмме отложены фазное напряжение в конце линии На угол φ ₂от него отстает ток нагрузки. Вектор IR_Лпредставляет собой напряжение собой на R_Л_,он отложен параллельно току . Вектор . – напряжение на индуктивном сопротивлении линии, он опережает вектор тока на 90⁰. Сумма этих двух векторов (вектор ) называется падением напряжения в линии.Сумма векторов дает вектор напряжения в начале линии . Падением напряжения в линии называется векторная разность напряжений в начале и в конце линии:

Потеря напряжения – это разность модулей :

Отрезок af называется продольной составляющей падения напряжения. Из геометрических сообщений. Отрезок cf называется поперечной составляющей падения напряжения.

Продольная и поперечная составляющая обозначаются соответственно, они определяются:

Модули напряжений в начале и конце линии могут быть связаны:

Фазовый сдвиг между ними определяется:

В реальной сети величина вектора может составлять несколько процентов от U₁и U₂. Для сетей 0, 38; 6; 10 кВ угол θ пренебрежительно мал. В расчетах, как правило, пренебрегают поперечной составляющей , и при этом считается, что продольная составляющая падения напряжения равна потере напряжения.

Величина приближенно определяется без учета потерь мощности (мощности в начале и в конце одинаковы) при номинальном напряжении электропередачи.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒