Потери в линиях электропередач: Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Разное

Содержание

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

  • удельного сопротивления материала – ρ;
  • длины отрезка проводника – l;
  • площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

R = ρ·l/S,

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

Классификация помещений по степени опасности

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

Подробнее…

Что такое гармоники в электричестве

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Подробнее…

Пример определения потерь электроэнергии в линии

Определить потери электроэнергии за год в трехфазной воздушной линии напряжением 6 кВ, питающее промышленное предприятие с трехсменной работой.

Исходные данные:

  • Номинальное напряжение линии – Uном. = 6 кВ;
  • Длина линии – l = 8,2 км;
  • Марка провода — АС95;
  • Максимальная мощность, передаваемая по линии – Рмакс. = 830 кВт;
  • Коэффициент мощности – cosϕ = 0,8.

Решение

Потери электроэнергии для проектируемого объекта можно рассчитать двумя способами или по величине среднеквадратичного тока Iср с учетом времени включения линии Тв, или по максимальному току Iмакс. при времени потерь τ.

Вариант I

1. Определяем общее активное сопротивление линии:

R = r0*l = 0,33*8,2 = 2,7 Ом

где: r0 = 0,33 Ом/км – активное сопротивление провода АС95, определяется по таблице 1.11 [Л2, с.17].

2. Определяем годовой расход при максимальной нагрузке по выражению 4.52 [Л1, с. 116]:

W = Tмакс.*Рмакс. = 6000*830 = 4980*103 кВт*ч

3. Определяем среднеквадратичный ток, который представляет собой эквивалентный ток, который, проходя за время Тв (сутки, месяц, год), вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный, изменяющийся за то же время ток, по выражению 4.46-4.47 [Л1, с. 115]:

где:

  • kф = 1,05-1,1 – коэффициент формы определяется с достаточной для практических расчетов точностью по данным проектных организаций при любом числе (более двух) токоприемников с длительным режимом работы и числом токоприемников более двадцати с повторно-кратковременным режимом.
  • Тв = 8760 ч – время включение линии за год.

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.48 и 4.49 [Л1, с. 115]:

5. Определяем потери активной электроэнергии в процентном соотношении:

Вариант II

Потерю электроэнергии можно определить иным способ, если известен годовой расход электроэнергии W = 4980*103 кВт*ч.

1. Определяем время использования максимума нагрузки Тмакс. исходя из характера производства и сменности работы потребителя составляет в среднем в год (ч) согласно [Л1, с. 116]:

  • Для осветительных нагрузок – 1500 – 2000;
  • Для односменных предприятий – 1800 – 2500;
  • Для двухсменных предприятий – 3500 – 4500;
  • Для трехсменных предприятий – 5000 – 7000;

Принимаем Тмакс. = 6000 ч – для трехсменных предприятий.

2. По графику, представленному на рис.4.8 [Л1, с. 116] определяем время потерь τ = 4700 ч, исходя из cosϕ = 0,8 и времени использования максимума нагрузки Тмакс. = 6000 ч.

3. Определяем максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год) по выражению 4.53 [Л1, с. 117]:

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.54 [Л1, с. 115]:

Как мы видим в данном случае результаты расчетов совпали, но может так получится, что у вас результаты расчетов могут не много отличатся друг от друга, связано это с погрешностью при определении времени потерь τ и коэффициента формы kф.

Литература:

  1. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Третье издание. Б.Ю. Липкин. 1981 г.
  2. Справочник по проектированию электроснабжению. Ю.Г. Барыбина. 1990 г.

Поделиться в социальных сетях

Определение потерь мощности и электроэнергии в линии и в трансформаторе

При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя около 12-18% всей вырабатываемой электроэнергии теряется в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках силовых трансформаторов.

При проектировании нужно стремиться к уменьшению потерь электроэнергии на всех участках энергосистемы, поскольку потери электроэнергии ведут к увеличению мощности электростанций, что в свою очередь влияет на стоимость электроэнергии.

В сетях до 10кВ потери мощности в основном обусловлены нагревом проводов от действия тока.

Потери мощности в линии.

Потери активной мощности (кВт) и потери реактивной мощности  (кВАр) можно найти по следующим формулам:

Формулы для расчета потери мощности в линии

где Iрасч – расчетный ток данного участка линии, А;

Rл – активное сопротивление линии, Ом.

Потери мощности в трансформаторах.

Потери мощности в силовых трансформаторах состоят из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери активной мощности (кВт) в трансформаторе можно определить по следующей формуле:

Потери активной мощности в трансформаторе

где ?Рст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении. Зависят только от мощности трансформатора и приложенного к первичной обмотке трансформатора напряжения. ?Рст приравнивают  ?Рх;

?Рх— потери холостого хода трансформатора;

?Роб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт; ?Роб приравнивают  ?Рк.

?Рк– потери короткого замыкания;

?=S/Sном – коэффициент загрузки трансформатора равен отношению фактической нагрузки трансформатора к его номинальной мощности;

Потери реактивной мощности трансформатора (кВАр) можно определить по следующей формуле:

Потери реактивной мощности в трансформаторе

где ?Qст – потери реактивной мощности на намагничивание, кВАр. ?Qст приравнивают ?.

? – намагничивающая мощность холостого хода трансформатора;

?Qрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке.

Значения ?Рст(?Рх) и ?Роб(?Рк) приведения в каталогах производителей силовых трансформаторов. Значения ?Qст(?Qх) и ?Qрас  определяют по данным каталогов из следующих выражений:

Формулы для расчета потери реактивной мощности

где  – ток холостого хода трансформатора, %;

– напряжение короткого замыкания, %;

Iном – номинальный ток трансформатора, А;

Xтр – реактивное сопротивление трансформатора;

Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Потери электроэнергии.

На основании потерь мощности можно посчитать потери электроэнергии. Здесь следует быть внимательными. Нельзя посчитать потери электроэнергии умножив потери мощности при какой либо определенной нагрузке на число часов работы линии. Этого делать не стоит, т.к в течение суток или сезона потребляемая нагрузка изменяется и таким образом мы получим необоснованно завышенное значение.

Чтобы правильно посчитать потери электроэнергии используют метод, основанный на понятиях времени использования потерь и времени использовании максимума нагрузки.

Время максимальных потерь – условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий в линии, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии в год.

Временем использования максимальной нагрузки или временем использования максимума Тмах 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. Пусть W(кВт*ч) – энергия  переданная по линии за некоторый промежуток времени,  Рмах(кВт) -максимальная нагрузка, тогда время использования  максимальной нагрузки:

Тмах=W/Рмах

На основании статистических данных для отдельных групп электроприемников были получены следующие значения Тмах:

  • Для внутреннего освещения – 1500—2000 ч;
  • Наружного освещения – 2000—3000 ч;
  • Промышленного предприятия односменного – 2000—2500 ч;
  • Двухсменного – 3000—4500 ч;
  • Трехсменного   – 3000—7000 ч;

Время потерь можно найти по графику, зная Тмах и коэффициент мощности.

Зависимость времени максимальных потерь от продолжительности использования максимума нагрузки

Теперь зная ? можно посчитать потери электроэнергии в линии и в трансформаторе.

Потери энергии в линии:

Потери энергии в линии

Потери энергии в трансформаторе:

Потери энергии в трансформаторе

где ?Wатр –общая потеря активной энергии (кВт*ч) в трансформаторе;

?Wртр –общая потеря реактивной энергии (кВАр*ч) в трансформаторе.

Советую почитать:

мощностьэлектроэнергия

Расчет потерь в ЛЭП

Добрый день! Мы являемся управляющей компанией. Границей раздела балансовой принадлежности является ТП, расчет ведем по общедомовому счетчику который находится в Вру(метров 100 от ТП), энергосбытовая организация расчитывает показания счетчика+потери 5%.
Вопрос: правомерно ли считают потери в конкретном случае если да то предоставте пожалуйста ссылку на нормативный акт. Спасибо.

Уважаемый Михаил!

В случае установки прибора учета электроэнергии не на границе балансовой принадлежности объектов электросетевого хозяйства потребителя и электросетевой компании, в соответствии с п. 144 «Основных положений функционирования розничных рынков электроэнергии», утвержденных Постановлением Правительства РФ от 04.05.2012 №442, то объем электроэнергии определенный по такому прибору учета, корректируется на величину потерь электроэнергии, возникающих в электросетях до границы балансовой принадлежности.

При этом порядок расчета потерь должен соответствовать порядку, предусмотренному «Инструкцией по организации в Министерстве Энергетики РФ  работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям, утвержденной приказом Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 4 октября 2005 г. N 267 (Вы можете ее скачать в разделе «Нормативные документы»).

Как правило, порядок расчета относительной величины потерь (в %) согласовывается в заключенном договоре энергоснабжения с поставщиком электроэнергии.  

Что касается непосредственно величины процента потерь,  то исходя из личного опыта, можно отметить, что 5% достаточно большая величина относительных потерь в КЛ от ТП до ВРУ (если ТП на балансе электросетей). Однако для точного расчета необходимо знать параметры:

1.       Тип линии электропередач (кабельная — КЛ или воздушная ВЛ).

2.       Материал изготовление кабеля (медь или алюминий).

3.       Длина линии от ТП до ВРУ, в км. (содержится в акте раздела границ балансовой и эксплуатационной ответственности – приложение к договору).

4.       Сечение кабеля (паспортные данные – их можно легко найти в интернете, зная наименование кабеля), в мм.

5.       Средняя нагрузка за год (можно получить, проведя несколько замеров и усреднив полученные показатели или если нет возможности произвести замеры —  поделить годовое потребление электроэнергии на 4500 ч.) в кВт.

Для расчета потерь в линии на Ваш электронный адрес направлен файл, подставив значения в который Вы сможете определить близкие к фактическим объемы потерь электроэнергии в линии. Если они окажутся значительно ниже, чем предъявляет Вам поставщик, то в адрес поставщика можно направить требование об изменении условий договора в части определения величины потерь.

Администрация портала

<—>

Потери тока и напряжения в электрических сетях

Повышение энергоэффективности является основной задачей проектировщиков и эксплуатационщиков силовой электроники. Потери тока и напряжения связанные с проводами, кабельными муфтами, наконечниками, соединителями являются серьезной проблемой при соединении и распределении напряжения, а также внутри трансформаторов, особенно на частотах, способствующих возникновению вихревых токов.

Потери тока это большие суммы убытка от передачи и распределения напряжения, которые не компенсируются пользователями.

Распределительный сектор рассматривается как проблемное звено во всем энергетическом секторе.


Так потери тока при передаче составляют примерно 17%, из них потери электрокоммутационных систем – примерно 50%.

С целью повышения энергоэффективности торговый дом «Скала» сконцентрировался на поставках большого перечня оборудования и устройств силовой электроники.

Сотрудничество с заводами-изготовителями у данной компании позволяет поставлять продукцию от бытовой проводки до сложной оснастки по укладке высоковольтных линий передачи в короткое время. Так поставка уникальной оснастки в виде кабельных чулков по прокладке кабеля в траншеях, колодцах, трубах или металлорукавов для защиты от механических и климатических воздействий не является проблемой. Узкоспециализированное электрокоммуникационное оборудование позволяет смонтировать оборудование с наименьшими затратами.потери тока

Типы потерь при передаче тока

Имеются два типа расхода энергии при передаче и распределении напряжения:

  1. Технические потери.
  2. Технологические – из-за погрешностей, недостоверности расчетов, краж.

Технические потери

Технические потери тока обусловлены энергией, рассеиваемой в проводниках, оборудовании, используемом для линии электропередачи, как кабельные муфты, наконечники, соединители, трансформаторы, подлинии электропередачи и распределительные линии. Для снижения утраты тока должны применяться технически исправные электрокоммуникационные устройства.
Технические потери напряжения обычно составляют около половины потерь от распределения, и непосредственно зависят от характеристик и режима работы сети. Основной объем утрат в энергосистеме приходится на физические параметры как активное погонное сопротивление, погонная индуктивность, емкость и проводимость изоляции, затухание и волновое сопротивление. Поэтому распределительные системы должны быть должным образом исправны, чтобы обеспечить утраты в пределах допустимых пределов.

Кроме того, неожиданное увеличение нагрузки выражается в увеличении технических потерь выше нормального уровня и приводит к авариям и неисправностям.

Существует два вида технических потерь

1. Постоянные/фиксированные технические потери

Фиксированные потери не изменяются в зависимости от тока и составляют от 25% и 40%. Эти потери принимают форму тепла и шума и происходят до тех пор, пока энергосеть находится под напряжением. Эти энергозатраты в распределительных сетях являются фиксированными.

К основным фиксированным потерям тока в сети можно отнести следующие:

  • из-за тока утечки
  • коронный разряд в виде ионизации воздуха
  • диэлектрические рассеивания энергии
  • утечка в выключенной цепи
  • вызванные непрерывной нагрузкой измерительных элементов и элементов управления

2. Переменные

Переменные потери изменяются в зависимости от количества распределяемой электроэнергии и, пропорциональны квадрату тока. Следовательно, увеличение тока на 2% приводит к увеличению затрат более чем на 2%. От 60% до 75% технических или физических затрат в распределительных сетях являются переменными. Переменные уменьшения тока могут быть изменены путем ремонта и модернизации существующих линий. Так при увеличении площади поперечного сечения кабелей для определенной нагрузки затраты будут падать. Это приводит к прямому соглашению между объемом потерь и стоимостью финансовых затрат. Считается, что оптимальный средний коэффициент потерь, обосновывающий стоимость при проектировании энергосистемы, должен быть минимальным.

К переменным потерям относятся:

  •  джоулевые потери тока (тепловые) в линиях
  •  из-за импедансного сопротивления (переменного тока)
  • вызванные контактным сопротивлением

Основные причины технических потерь

  • Длинные распределительные линии

На практике линии протягиваются на большие расстояния для подачи нагрузок, разбросанных по большим площадям. Таким образом, распределительные линии радиально проложены и обычно простираются на большие расстояния. Это приводит к высокому сопротивлению линии и, следовательно, высоким значениям  I2R  в линии.

  • Бессистемное разрастание субтрансляционной и распределительной систем в новые районы
  • Значительная электрификация сельских районов с помощью длинных линий
  • Недостаточный размер сечения проводников распределительных линий.

Размер сечения проводников следует выбирать исходя из мощности стандартного проводника для поддержания определенного напряжения, но сельские нагрузки обычно рассеяны и обычно питаются радиальными потребилелями. Размер проводника этих фидеров должен быть достаточным.

  • Установка силовых трансформаторов вдали от центров нагрузки
    Если силовые трансформаторы расположить не в центре распределительной системы, то самые дальние потребители получают экстремально низкое напряжение, даже если на трансформаторах поддерживается хороший уровень напряжения. Поэтому, чтобы уменьшить падение напряжения в линии до самых дальних потребителей, силовой трансформатор должен быть расположен в центре нагрузки, чтобы держать падение напряжения в разрешенных пределах.
  • Низкий коэффициент мощности энергосистемы.

Стандартный коэффициент мощности обычно колеблется от 0,6 до 0,7. Низкий коэффициент мощности способствует высоким распределительным падениям тока. Если коэффициент мощности низкий, то потери, пропорциональные квадрату тока, будут больше. Таким образом, падения тока в линии могут быть уменьшены путем улучшения коэффициента мощности.

  • Плохое качество силовой электрофурнитуры

Плохое качество силовой электрофурнитуры вносит значительный вклад в увеличение потерь при распределении. Кабельные муфты, наконечники, соединители, кабели и материалы кабельного монтажа, припой, защита кабеля в земле являются источниками потерь тока. Поэтому количество стыков должно быть сведено к минимуму. Для обеспечения прочных соединений необходимо использовать надлежащие методы соединения. Соединения с предохранителем, изолятором, выключателем и т. д. должны периодически проверяться и поддерживаться в надлежащем состоянии, чтобы избежать искрения и нагрева контактов. Замена поврежденных проводов и соединений также должна производиться своевременно, чтобы избежать любой причины утечки и потери мощности.

  • Фазный ток фидера и балансировка нагрузки

Одним из самых простых способов экономии в распределительной системе является балансировка тока по трехфазным цепям. Балансировка фаз фидера также имеет тенденцию уравновешивать падение напряжения между фазами, давая трехфазным клиентам меньший дисбаланс напряжения. Даже если напряжение по всем фазам выходит одинаковое, то это не значит что у потребителей будет также. Фидеры обычно считаются без перекоса фаз когда величины фазного тока разняться не более чем на 10%. Балансировка и перераспределение нагрузки снизит потери тока. Обычно для устранения устанавливаются дополнительные переключатели нагрузки.

  • Влияние коэффициента нагрузки на потери

Затрачиваемая потребителем энергия зависит от времени суток и года. потери тока Жилые дома обычно имеют самый высокий спрос на электроэнергию в вечерние часы. Предприятия промышленности потребляют больше энергии в начале и середине дня. Поскольку текущая нагрузка является основным фактором потерь распределительной мощности, регулирование потребления энергии на более высоком уровне в течение дня помогает снизить пиковые и общие падения энергии. Процент потерь напряжения также снижается за счет повышения коэффициента нагрузки.
Энергоснабжающие компании также используют стоимостные параметры, чтобы повлиять на потребителей. Так в нерабочее время стоимость электроэнергии ниже.

Технологические потери

Нетехнические потери напряжения связаны с показаниями счетчиков, ошибками в показаниях приборов учета, выставлением счетов за потребление энергии клиентами, отсутствием администрирования, финансовыми ограничениями, а также кражами энергии.
Основные причины нетехнических потерь устраняются административным порядком.

Тема 3.1. Потери мощности и энергии в линиях и трансформаторах — Студопедия.Нет

3.1.1. Общие сведения о потерях мощности и энергии в элементах      электрических сетей

 

При передаче электроэнергии от электростанций до потребителей часть электроэнергии неизбежно расходуется на нагрев проводников, создание электромагнитных полей и другие эффекты. Этот расход называют потерями электроэнергии [5].

Слово «потери» обычно ассоциируется с неправильной организацией технологического процесса, однако потери электроэнергии обусловлены физическими процессами, протекающими в проводниках, и полностью избавиться от них на сегодняшнем этапе развития науки и техники невозможно. Поэтому часто потери электроэнергии называют расходами на транспортировку электроэнергии.

В электрических сетях потери мощности и электроэнергии определяются потерями в линиях электропередачи и в трансформаторах подстанций. В ЛЭП мощность теряется на нагрев проводников, на создание электромагнитных полей, на корону, на зарядную мощность. В трансформаторах потери мощности разделяют на нагрузочные потери и потери холостого хода. Здесь речь идёт исключительно о так называемых технических потерях. Более подробно структура потерь электроэнергии и методы их снижения рассматриваются в курсе «Электроэнергосбережение».

3.1.2. Потери мощности в линиях

 

При работе системы электроснабжения (СЭС) в ее элементах (кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторах, электродвигателях и т.п.) неизбежно возникают потери мощности и электроэнергии [5]. Величина этих потерь зависит от множества различных факторов: тока проходящего по элементу, климатических условий, сопротивлений (активного, реактивного) элемента и т.п., и может достигать значительных размеров. Поэтому проблема снижения потерь мощности и электрической энергии является одной из важнейших при эксплуатации СЭС практически любого объекта.


К настоящему времени известно несколько различных способов снижения потерь мощности и электроэнергии в элементах СЭС, которые объединены в две большие самостоятельные группы. Первая группа – организационные мероприятия, вторая – технические мероприятия.

Потери активной мощности в линиях электропередачи равны:

 

=3I2Rл=  ,                                    (3.1)

 

Потери реактивной мощности и реактивной энергии равны:

 

DQ=3I2Xл = ,                                (3.2)

 

где Rл, Xл – соответственно активное и реактивное сопротивления линии электропередачи; I, P и Q – токи и мощности, протекающие по линии.

Из анализа этих формул можно сделать следующие выводы:

— потери активной мощности зависят как от активной так и от реактивной мощностей, передаваемых по линии;

— даже незначительное увеличение напряжения приводит к значительному снижению потерь мощности;

— уменьшение сопротивления линии приводит к снижению потерь мощности.

Кроме того из формул (3.1) и (3.2) вытекает следующее:

— потери мощности всей сети складываются из потерь мощности на всех её участках;

— при равномерно распределенной нагрузке потери мощности меньше, чем при той же нагрузке, сосредоточенной в конце линии.



3.1.3. Потери энергии в линиях

 

Одним из основных показателей, определяющих качество проектирования и эксплуатации электрических сетей, является величина потерь электрической энергии [5]. Их стоимость представляет значительную часть годовых эксплуатационных расходов в приведенных затратах, которые служат экономическим критерием оценки как проектируемой, так и существующей электрической сети. Определение и учет потерь электрической энергии производится с помощью различных методов. Наибольшее распространение получили метод расчета по времени максимальных потерь, а также метод расчета по графикам нагрузок. Кроме того, в некоторых случаях при достаточном количестве измерительных приборов возможна прямая оценка потерь по показаниям счетчиков электрической энергии. В настоящее время широко распространен статистический метод расчета потерь электроэнергии по количеству пропущенной энергии. Так как мощность – это есть энергия в единицу времени, то потери энергии DЭ – это потери мощности, умноженные на время

 

DЭ=DРt=3I2 R t.                                     (3.3)

 

Однако потери мощности в линии остаются постоянными только в том случае, если ток, протекающий по линии не меняется. В действительности ток меняется постоянно, поскольку меняется режим работы потребителей.

Если изобразить годовой график нагрузок отвлеченного потребителя, как показано, то годовые потери энергии будут пропорциональными площади графика квадратичных нагрузок и могут быть выражены как

DЭ = I2 ( (t)R dt.

где Т- время включения потребителя.

В данном случае потребитель включен в течение всего года, т.е. Т=8760 ч. Однако в аналитической форме получить зависимость I(t) невозможно. Поэтому используют различные методы с введением «фиктивных» величин.

Каждая группа потребителей (машиностроительные потребители, текстильные фабрики и т.д.) имеет характерные графики нагрузок. Нагрузки подстанций и линий складываются из нагрузок потребителей и также имеют характерные графики.

Одним из часто применяемых методов определения потерь энергии является метод среднеквадратичного тока Iср кв, т.е. такого тока, который, все время протекая по линии, даст те же потери, что и действительные токи. Тогда 

I 2ср кв  = ,                                   (3.4)

где I1, I2,… — значения токов на интервалах t1, t2,… ступенчатого графика нагрузки.

Найдя величину I2ср кв , потери энергии можно определить по выражению

 

DЭ=3I2 R T.                                            (3.5)

 

Наиболее распространенным методом определения потерь энергии является метод с использованием времени максимальных потерь .

Известно, что потребитель какую-то часть времени работает с максимальной нагрузкой Рмакс. Время, в течение которого, работая с максимальной нагрузкой Рмакс, потребитель взял бы из сети энергию, равную энергии действительно полученной им за год называется числом часов использования максимума Тмакс, Тогда энергия, полученная потребителем, будет определяться по формуле

 

Э=Рмакс Тмакс.                                          (3.6)

 

Аналогично, время в течение которого потребитель, работая с максимальными потерями  вызовет те же потери что имеют место в действительности называется временем максимальных потерь τ. Тогда потери энергии в линии

DЭ=DРмакс τ= 3I2максRлτ,                               (3.7)

 

где Iмакс– максимальный ток протекающий по линии,Rл – активное сопротивление линии. Число часов использования максимума можно определить по справочным таблицам для соответствующих групп потребителей или определить из графика нагрузки

Tмакс  = ,                                 (3.8)

где P1, P2,… — значения мощностей на интервалах t1, t2,… ступенчатого графика нагрузки. Величина τ однозначно связана с Tмакс. Её можно получить по специальным кривым t =¦(Tмакс, cosφОшибка! Закладка не определена.) или по аналитической зависимости:

 

.                                (3.9)

3.1.4. Потери мощности и энергии в трансформаторах.

 

Значительную часть общих потерь мощности и электроэнергии СЭС составляют потери в трансформаторах [5]. Потери мощности в них слагаются из потерь активной ти реактивной DQтмощностей. Потери активной мощности состоят в свою очередь из потерь на нагревание обмоток трансформатора , зависящих от тока нагрузки и потерь на нагревание сталист,не зависящихот тока нагрузки:

DР=3I2 Rт= .                   (3.10)

 

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

 

Rт=DРкU2ном/S2ном,                             (3.11)

 где к – потери короткого замыкания (потери в меди), Sном – номинальная мощность трансформатора.

Потери реактивной мощности также слагаются из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе и зависящих от квадрата тока нагрузки DQ ипотерь на намагничивание, независящих от тока нагрузки DQm=DQхх и определяемых током холостого хода Ixx(потери холостого хода),

 

DQ =3I2Xт.                                        (3.12)

 

Активные потери могут быть определены также и по иной формуле:

т=DРк ном(S/Sном)2+DРст,                        (3.13)

 

где S – фактическая нагрузка трансформатора; кном– потери к.з., соответствующие потерям в меди при номинальной нагрузке трансформатора Sном.

Реактивные потери могут быть определены также по другой формуле:

 

DQт= (Sном/100)∙(UкK2з+ Ixx),                     (3.14)

 

где Uкнапряжение короткого замыкания, Kз= S/Sном– коэффициент загрузки.

 

 

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 Рср.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 PСК = PСР∙kф ; для реальных графиков нагрузки в сельских сетях kФ = 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 Tmax. Для сельских сетей Tmax 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 RT, а потери в сердечнике (потери в стали) – активной проводимостью GT. 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 RТ и GT 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 RЛ и XЛто 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 φ2от него отстает ток нагрузки. Вектор IRЛпредставляет собой напряжение собой на RЛ ,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 θпренебрежительно 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.



Рекомендуемые страницы:

Насколько велики потери в ЛЭП?

Электроэнергия должна передаваться от крупных электростанций потребителям по разветвленным сетям. Передача на большие расстояния создает потери мощности. Большая часть потерь энергии происходит из-за эффекта Джоуля в трансформаторах и линиях электропередач. В проводниках энергия теряется в виде тепла.

Рассматривая основные части типичной сети передачи и распределения, вот средние значения потерь мощности на разных этапах *:

  • 1-2% — Повышающий трансформатор от генератора к ЛЭП
  • 2-4% — Линия электропередачи
  • 1-2% — Понижающий трансформатор от ЛЭП к РС
  • 4-6% — Трансформаторы и кабели распределительных сетей

Общие потери между электростанцией и потребителями находятся в диапазоне от 8 до 15%.

Это самая большая проблема?

Не следует путать с КПД электростанций , таких как атомные, угольные или газовые турбины. Эти технологии основаны на термодинамическом цикле, эффективность которого составляет порядка 35% . Это означает, что при сжигании угля, например, будет выделяться тепло, которое будет преобразовано в механическую энергию, а затем в электричество.

Глобальное преобразование показано на рисунке ниже, где «единицы» представляют собой единицы энергии.

Из оценки энергопотребления можно сделать вывод, что 100 единиц, сэкономленных дома, могут сэкономить 300 единиц, сэкономленных на электростанции. Это должно стать реальным стимулом к ​​экономии энергии для более зеленой окружающей среды.

Не путайте тепло и электричество!

Однако важно отметить, что энергоблоки, сэкономленные на электростанции, представляют собой единицы тепла, а не единицы электроэнергии. Каждая единица, сэкономленная дома, представляет собой одну единицу электроэнергии, сэкономленной на электростанции, в дополнение к энергии, сэкономленной на линии.Как упоминалось ранее, это составляет от 8 до 15% производимой электроэнергии.

В остальном, эта энергетическая оценка относится к электростанциям, сжигающим топливо, а не к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэлектроэнергия или ветряные турбины. Эти технологии имеют гораздо лучшую эффективность и не выделяют тепло для преобразования энергии. 100 единиц, сохраненных дома, представляют собой намного меньше, чем 300 единиц, сэкономленных на электростанции.

Но это не повод тратить электроэнергию зря!

* Ссылка: документ МЭК «Эффективная передача и распределение электроэнергии» (2007)

.

потеряно в передаче: сколько электроэнергии пропадает между электростанцией и вашей вилкой?

Сколько энергии теряется в пути, когда электричество передается от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос исходит от Джима Барлоу, архитектора из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.

Чтобы найти ответ, нам нужно разбить его шаг за шагом: сначала превратить сырье в электричество, затем переместить это электричество в ваш район и, наконец, направить это электричество через стены вашего дома в вашу розетку.

Шаг 1. Производство электроэнергии

Электростанции — угольные, газовые, нефтяные или атомные — работают по тому же общему принципу. Плотный материал сжигается для выделения тепла, которое превращает воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество. Термодинамические пределы этого процесса («Черт возьми, эта возрастающая энтропия!») Означают, что только две трети энергии сырья действительно попадает в сеть в виде электричества.

Потери энергии на электростанциях: около 65%, или 22 квадриллиона БТЕ в США в 2013 г.

На этом графике показана тепловая эффективность различных типов электростанций. Все типы станций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, эффективность которого в последние годы улучшилась за счет добавления станций с комбинированным циклом. (Линия эффективности использования угля почти идентична ядерной энергии и выделена фиолетовым цветом).

Шаг 2: Передача электроэнергии — передача и распределение

Большинство из нас живет не рядом с электростанцией. Так что нам нужно как-то подвести электричество в наши дома. Это похоже на работу для линий электропередач.

Трансмиссия

Во-первых, электричество передается по высоковольтным линиям на большие расстояния, часто на многие мили по стране. Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт. Не стоит связываться с этими строками.

Почему такое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно обратиться к физике средней школы, а именно к закону Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество мощности в электричестве и его характеристики — напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: потери масштабируются с помощью квадратов тока провода. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь. Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери. (Для ботаников-историков: вот почему AC выиграл битву течений.Спасибо, Джордж Вестингауз.)

Jordan Wirfs-Brock / Inside Energy

Провисание линий электропередач фактически является ограничивающим фактором в их конструкции. Инженеры должны следить за тем, чтобы они не подходили слишком близко к деревьям и зданиям.

Когда это электричество пропадает, куда оно девается? Высокая температура. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.

Вы действительно можете услышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой передачи, теряется электричество.Вы также можете увидеть потери: обратите внимание, как линии электропередач провисают посередине? Отчасти это серьезность. Но остальное — электрические потери. Тепло, как и тепло от потери электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. Линии электропередач в жаркие дни становятся слабее и негерметичнее.

Распределение

Высоковольтные линии электропередачи большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество необходимо для транспортировки на большие расстояния. На подстанциях, расположенных поблизости от вашего района, электричество подается на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением, например, на деревянных столбах.Сейчас мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (вещи в форме банок, сидящие на этих столбах) еще больше понижают напряжение до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.

Как правило, меньшие линии электропередач означают большие относительные потери. Таким образом, даже несмотря на то, что по высоковольтным линиям электропередачи электричество может перемещаться намного дальше — на десятки или сотни миль, — потери низкие, около двух процентов. И хотя ваша электроэнергия может проходить несколько миль или меньше по низковольтным распределительным линиям, потери высоки, около четырех процентов.

Потери энергии при передаче и распределении: Около 6% — 2% при передаче и 4% при распределении — или 69 триллионов БТЕ в США в 2013 г.

Jordan Wirfs-Brock

На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии во время передачи и распределения по штатам с 1990 по 2013 год. За исключением Айдахо, штаты с самыми низкими потерями — все сельские, а штаты с самые высокие потери все густо заселены.

Интересный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота.Почему? В менее густонаселенных штатах больше линий передачи высокого напряжения с низкими потерями и меньше линий распределения с низким напряжением и большими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашей интерактивной графике.

Потери при передаче и распределении также различаются от страны к стране. В некоторых странах, например в Индии, потери достигают 30 процентов. Часто это происходит из-за похитителей электроэнергии.

Шаг 3. Использование электричества в доме

Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика.Они должны это сделать, потому что каждый потерянный кусок съедает их прибыль. Но как только вы купили электричество и оно поступает в ваш дом, мы теряем информацию о потерях.

Ваш дом и провода внутри ваших стен похожи на черный ящик, и подсчитать, сколько электричества теряется — электричества, за которое вы уже заплатили, — сложно. Если вы хотите узнать, сколько электричества теряется в вашем доме, вам нужно либо оценить его, используя электрическую схему вашего дома, либо измерить его, поставив счетчики на все свои приборы.Вы помешаны на энергии, пытаясь это сделать? Дайте нам знать, мы будем рады услышать от вас!

Потеря энергии в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это могло быть незначительно, а могло быть еще несколько процентов.

Будущее потерь при передаче и распределении

Сетевые инженеры работают над такими технологиями, как сверхпроводящие материалы, которые могут существенно снизить потери при передаче и распределении электроэнергии до нуля. Но на данный момент стоимость этих технологий намного выше, чем деньги, потерянные коммунальными предприятиями из-за их существующих горячих, негерметичных линий электропередач.

Более экономичное решение для снижения потерь при передаче и распределении — это изменить способ и время использования энергии. Убытки не являются постоянной величиной. Они меняются каждое мгновение в зависимости от погоды и энергопотребления. Когда спрос высок, например, когда мы все запускаем наши кондиционеры в жаркие летние дни, потери выше. Когда спрос невелик, например, посреди ночи, потери меньше. Коммунальные предприятия экспериментируют с способами более равномерного распределения электроэнергии для минимизации потерь.

Тот же принцип применим к вашему дому, который по сути является вашей личной сеткой. Вы можете уменьшить потери в своем доме, равномерно распределяя потребление электроэнергии в течение дня, вместо того, чтобы запускать все свои приборы сразу.

Суммирование убытков

  • При производстве электроэнергии мы потеряли 22 квадриллиона британских тепловых единиц на угольных, газовых, атомных и нефтяных электростанциях в США в 2013 году — это больше, чем энергия, содержащаяся во всем бензине, который мы используем в данном году.
  • Перенося электричество с заводов в дома и на предприятия по сети передачи и распределения, мы потеряли 69 триллионов британских тепловых единиц в 2013 году — это примерно то, сколько энергии американцы тратят на сушку нашей одежды каждый год.

Есть идея по теме энергетики, которая могла бы быть интересной в классе? Отправьте его ниже.

.

Передача электроэнергии — Energy Education

Рисунок 1. Линии электропередачи высокого напряжения используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. [1]

Передача электроэнергии — это процесс доставки произведенной электроэнергии — обычно на большие расстояния — в распределительную сеть, расположенную в населенных пунктах. [2] Важной частью этого процесса являются трансформаторы, которые используются для повышения уровней напряжения, чтобы сделать возможной передачу на большие расстояния. [2]

Система передачи электроэнергии, объединенная с электростанциями, системами распределения и подстанциями, образует так называемую электрическую сеть . Сеть удовлетворяет потребности общества в электроэнергии и является тем, что передает электроэнергию от ее генерации до конечного использования. Поскольку электростанции чаще всего расположены за пределами густонаселенных районов, система передачи должна быть достаточно большой.

Линии электропередачи

Линии электропередач или линии передачи, такие как показанные на Рисунке 1, транспортируют электричество с места на место.Обычно это электричество переменного тока, поэтому повышающие трансформаторы могут повышать напряжение. Это повышенное напряжение обеспечивает эффективную передачу на расстояние 500 и менее километров. Есть 3 типа линий: [3]

  • Воздушные линии имеют очень высокое напряжение, от 100 кВ до 800 кВ, и обеспечивают большую часть передачи на большие расстояния. Они должны быть высокого напряжения, чтобы минимизировать потери мощности на сопротивление.
  • Подземные линии используются для транспортировки электроэнергии через населенные пункты, под водой или практически везде, где нельзя использовать воздушные линии.Они менее распространены, чем воздушные линии из-за тепловых потерь и более высокой стоимости.
  • Линии субпередачи несут более низкие напряжения (26 кВ — 69 кВ) на распределительные станции и могут быть воздушными или подземными.

Рис. 2. Карта линий электропередачи США и Канады. [4]

Снижение потерь в ЛЭП

Линии электропередач теряют мощность на сопротивление, которое представляет собой тепло, выделяемое при пропускании электрического тока через резистор. Потеря мощности ([math] P_ {lost} [/ math]) определяется уравнением: [3]

[math] P_ {lost} = I ^ 2 \ times R [/ math]

где

  • [math] I [/ math] — ток в амперах
  • [math] R [/ math] — сопротивление в Ом.

Выше упоминалось, что линии высокого напряжения уменьшают эту потерянную мощность.Этот факт можно объяснить, посмотрев на передаваемую мощность, [математика] P_ {транс} = 1 \ умноженная на V [/ математика]. По мере увеличения напряжения ток должен пропорционально уменьшаться, поскольку мощность остается постоянной. Например, если напряжение увеличивается в 100 раз, ток должен уменьшиться в 100 раз, и результирующая потеря мощности будет уменьшена на 100 2 = 10000. Однако есть предел, так как он очень высок. напряжения (2000 кВ) электричество начинает разряжаться, что приводит к большим потерям. [3] При передаче электроэнергии и в США, по оценке EIA, теряется около 6% электроэнергии. [5]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg
  2. 2,0 2,1 Р. Пейнтер и Б.Дж. Бойделл, «Передача и распределение электроэнергии: обзор» в журнале Introduction to Electricity , 1-е изд., Верхний Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011 г., глава 25, раздел 1, стр. 1095-1097
  3. 3,0 3,1 3,2 Р. Пейнтер и Б. Дж. Бойделл, «Линии передачи и подстанции» в книге Введение в электричество , 1-е изд., Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011, глава 25, сек. .3, стр.1102-1104
  4. ↑ EIA, Canada Week: Интегрированная электрическая сеть повышает надежность в США, Канаде. [Online], Доступно: http: // www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=8930
  5. ↑ EIA. (27 мая 2015 г.). Потери электроэнергии [Онлайн]. Доступно: http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=105&t=3

.

Потери в линиях передачи переменного тока

Потери в линиях передачи переменного тока

Курт Хартинг
24 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240,
Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Рис.1: Потери сопротивления на трансмиссии из алюминия
линия как функция радиуса в процентах от потери
1000 км.

Введение

По данным Министерства энергетики Калифорнии
потерял около 19.7 x 10 9 кВтч электроэнергии через
передача / распределение в 2008 году. [1] Эта сумма
потеря энергии составила 6,8% от общего количества электроэнергии, использованной в
состояние в течение того года. По средней розничной цене 2008 г.
0,1248 доллара США / кВт · ч, это составляет около 2,4 миллиарда долларов потерь электроэнергии.
в Калифорнии и $ 24 млрд убытков на национальном уровне. [1] Этот отчет
пытается объяснить и количественно оценить два основных источника потерь в
напряжение в линиях передачи переменного тока: резистивные потери и потери на коронный разряд.В
Первое происходит из-за ненулевого сопротивления обнаруженного металла провода.
Потеря короны — это ионизация воздуха, которая происходит, когда электрическая
поля вокруг проводника превышают определенное значение.

Резистивная потеря (скин)

Хотя проводники в линии передачи
чрезвычайно низкое удельное сопротивление, они не идеальны. Этот раздел направлен на
количественно оценить эту потерю путем вычисления глубины скин-слоя и мощности
коэффициенты затухания.

Теория

Величина резистивных потерь в системе может быть
вычислено с использованием уравнений линии передачи без короны, чтобы найти
количество энергии, подаваемой в любую точку провода и
вычитая начальное количество мощности.Уравнения для этого:
ниже: [2]

В приведенном выше уравнении c — скорость света, а L,
индуктивность на единицу длины линии передачи определяется как:

Рис. 2: Потери короны в киловаттах на
километр провода как функция радиуса. Al 3 фазы 765кВ
линия передачи и формула Пика использовались для генерации
этот график.

Уравнения для расчета R l ,
сопротивление на единицу длины, может быть показано ниже. Он включает формулу
для определения глубины скин-слоя провода (δ), которая показывает, насколько далеко в
проводник 90% мощности переносится током. [3]

I B в этом уравнении является поправкой
коэффициент, найденный с использованием первых двух функций Бесселя I.

Используя приведенные выше уравнения, общее количество
мощность, потерянная из-за сопротивления, равна мощности на заданном расстоянии
минус изначальная сила.Поскольку сумма убытка в процентах равна
фиксированная сумма независимо от начальной мощности, результаты записываются
в процентах от общей мощности. Перечисленные выше параметры и
краткое изложение результатов этих уравнений можно найти в таблице 1. В
Это примерные потери типичной линии электропередачи США, сделанной из
алюминий (Случай 1), европейская линия электропередачи на 50 Гц (Случай 2) и линия
из серебра (Корпус 3). Сравнение случаев 1 и 3 показывает, что
строительство длинного кабеля передачи может сэкономить потери сопротивления (около
19 миллионов долларов в год), но строительство будет стоить значительно дороже (18 долларов.5B) в 2010 г.
рыночные цены.

Параметр Корпус 1 Корпус 2 Корпус 3
г Разделение строк 10 мес.
а Радиус проводника 0,015 м
л Индуктивность на метр 2.6 мкГн / м
f Частота 60 Гц 50 Гц 60 Гц
σ Электропроводность металла 3,82 × 10 7 См / м (Al) 3,82 × 10 7 См / м 6,17 × 10 7 См / м (Ag)
I B Поправочный коэффициент Бесселя 1.1 1,1 1,1
δ Глубина кожи 10,5 мм 11,5 мм 8,3 мм
R л Сопротивление на метр 29,1 мкОм / м 26,5 мкОм / м 22,9 мкОм / м
α коэффициент затухания 18.6 x 10 -9 / м 17,0 x 10 -9 / м 14,7 x 10 -9 / м
мк 0 Проницаемость свободного пространства 4π x 10 -7 Г / м
в Скорость света 3 x 10 8 м / сек
% P Rloss (1 км) 37.2 страницы на миллион 34,0 частей на миллион 29,3 частей на миллион
% P Rloss (1000 км) 3,66% 3,34% 2,89%
Таблица 1: Значения резистивных потерь с использованием параметров выборки
и формулы, перечисленные выше.

Измеренные значения

В статье, опубликованной компанией American Electric Power (AEP),
в 1969 г. авторы сделали оценку, что величина потерь мощности от
эффекты, не связанные с коронным разрядом, составляют около 4 МВт на 100 миль в 1 ГВт
система передачи.[7] При переводе в метрические единицы это дает убыток.
около 25 МВт или 2,5% на линии электропередачи протяженностью 1000 км. Это число
в соответствии с резистивной потерей, данной в современном,
Самостоятельно опубликованный отчет AEP. [11] В этом отчете резистивный
потери составили от 3,1 МВт / 100 миль до 4,4 МВт / 100 миль,
в зависимости от конфигурации проводки. Это соответствует между
Потеря мощности 1,9% и 2,8% на 1000 км.

Корона потери

Потери из-за короны — еще один важный тип потерь мощности в
линии передачи.По сути, потеря короны вызвана ионизацией.
молекул воздуха вблизи проводов ЛЭП. Эти короны делают
не искры на линиях, а переносят ток (отсюда потери) в
воздух по проволоке. Коронный разряд в линиях передачи может привести к
шипение / кудахтанье, свечение и запах озона (генерируется из
пробой и рекомбинация молекул O 2 ). Цвет
и распространение этого свечения зависит от фразы сигнала переменного тока на
в любой момент времени.Положительные коронки гладкие и синего цвета,
в то время как отрицательные коронки красные и пятнистые. [5] Происходит только потеря короны.
когда линейное напряжение превышает порог короны. В отличие от
резистивные потери, при которых потеря мощности составляла фиксированный процент от
входной сигнал, процент потери мощности из-за короны является функцией
напряжение сигнала. Потери мощности коронного разряда также сильно зависят
от погоды и температуры.

Теория

Уравнение коэффициента короны было получено эмпирическим путем Ф.В. Пик и
опубликовано в 1911 г. [4] В более поздней публикации он модифицировал оригинал
уравнение, и он показал, что общая сумма потерь мощности в проводе из-за
эффект короны был равен приведенному ниже уравнению: [5]

Примеры этих значений и их значения см.
Таблица 2.

Параметр Пример значения
к 0 Постоянная постоянная 241
г 0 Разрывной градиент в воздухе 21.1 кв / см
к d Коэффициент нормализованной плотности воздуха
1 (25 ° C, давление 76 см)
1
а Радиус проводника 3,5 см (см. Рис.2)
г Расстояние между проводниками 1000 см
f Частота 60 Гц
к i Коэффициент неровности провода 0.95 (обветренные провода)
В 0 Линейное напряжение к нейтрали
(1 / 1,73 x напряжение между проводниками)
442 кВ
(765 кВ / 1,73)
Критическое напряжение прерывания
(g 0 k i a k d ln (d / a))
397 кв
Корона потери кВт / км / линия 25кВт / км
Corona Loss%
(линия 1000 км, 2.25 ГВт)
3,3%
Таблица 2: Пример расчета потерь на коронный разряд на основе
Формула Пика.

Как видно на рис. 2, радиус проводника
имеет большое влияние на общую величину потерь на коронный разряд. Один способ
получение линий с большим эффективным радиусом за счет использования
связки, где 2-6 отдельных, но близких строк сохраняются на одном уровне
напряжение через прерывистые разъемы.Это уменьшает количество металла
необходимо для достижения заданного радиуса и потерь короны. Переходные расчеты
потерь на корону можно найти в [10].

Рис.3: Полная потеря 2,25 ГВтм 3 фазы
ЛЭП 765 кВ в зависимости от радиуса.

Измеренные значения

В ссылке [6] авторы измерили потери короны на 765 кВ, 3
фаза, а связанная линия передачи должна быть около 1.87кВт / км на ярмарке
Погода. Это составляет лишь около 0,083% потерь на линии длиной 1000 км.
Однако в плохую погоду авторы измерили потери в 84,3 кВт / км.
или около 3,7% убытков. Используя эти цифры и среднюю цену
электричество, дневной ливень на 100-километровом участке проводов 765 кВ
стоит электроэнергетической компании около 25000 долларов.

При напряжении более 765 кВ
Институт исследований Hydro-Quebec измерил количество потерь на корону на
напряжения до 1200 кВ. [8] Они обнаружили, что потеря короны 6 и 8
жгутов проводов было 22.7 кВт / км и 6,2 кВт / км соответственно. Эти
числа были измерены в условиях «сильного искусственного дождя». Расхождения
между [6] и [8], вероятно, происходит из-за разных радиусов и проводников
интервал.

Наконец, финские исследователи измерили количество
потерь на коронный разряд в ЛЭП в условиях мороза. [9] Это
документ также показывает значительное снижение потерь на коронный разряд из-за связывания проводов:
примерно 2,5-5x для каждого проводника, добавляемого между 1-3. Под морозом
условиях, они показывают, что потери в линиях составляют около 21 кВт для 2
пучок проводов трехфазной ЛЭП 400кВ.

Рис. 4: Стоимость 2,25 ГВтм 3 фазы 765 кВ
линия передачи как функция радиуса. Стоимость
линия передачи была найдена путем взятия общего объема провода
и умножив на рыночную цену алюминия 2010 г. (1,14 долл.
за фунт).

Сводка

В этом отчете показано, как оценить коронный разряд и
резистивные потери в проводе, а также дает экспериментальные результаты.Рис. 3
дает оценку общей суммы потерь в системе как
функция радиуса проводника. Глядя на эту цифру, количество
потери резко снижаются по мере увеличения радиуса провода примерно до 4 см. Если
из твердого металла (как предполагают приведенные выше формулы), это будет
довольно громоздкий размер. Из-за этого ЛЭП объединяют
меньшие линии, чтобы снизить затраты на строительство и потери на уровне
возможное.

На рис.4 показано общее количество теоретической мощности.
потеря и стоимость высоковольтной линии электропередачи протяженностью 1000 км.Как провод
становится больше, величина потерь уменьшается примерно как 1 / r (резистивная) и
квадратично до 0 (корона). Провода большего размера также вызывают квадратичное
более высокую стоимость и в конечном итоге достичь точки безубыточности, когда больше
радиусы проводников не имеют финансового смысла. Следует отметить, что
эта цифра (ошибочно) предполагает сплошную однородную проволоку. Линии электропередач,
в дополнение к комплектации, также содержат более дешевый стальной сердечник на
внутренняя часть из проволоки. Это потому, что, пройдя глубину кожи в
провод, по которому передается 90% мощности, удельное сопротивление провода
становится менее важным.

© 2010 К. Хартинг. Автор дает разрешение
копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде, с
ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные
права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] М. Боулз »
State Electricity Profiles 2008, «Энергетическая информация США»
Администрация, DOE / EIA 0348 (01) / 2, март 2010 г.

[2] W. Hayt, J. Buck, Engineering.
Electromagnetics
(Mcgraw-Hill, 2006), стр. 346, 486.

[3] Ф. Рашиди, С. Ткаченко, Электромагнитный.
Взаимодействие поля с линиями передачи от классической теории к ВЧ
Радиационные эффекты
(WIT Press, 2008).

[4] Ф. В. Пик, «Закон короны и
Диэлектрическая прочность воздуха », Сделки A.I.E.E. 30 ,
1889 (1911).

[5] F. W. Peek, Диэлектрические явления в высоком напряжении.
Engineering
(McGraw-Hill, 1929), стр. 169-214.

[6] N, Kolcio et al., «Радиовлияние и
Аспекты потери короны на линиях AEP 765 кВ « Транзакции IEEE по питанию
Аппараты и системы
ПАС-88 , №9, 1343 (1969).

[7] Г. С. Васселл, Р. М. Малишевский, «АЭП 765-кВ
Система: рекомендации по планированию системы « IEEE Transactions on Power
Аппараты и системы
ПАС-88 , 1320 (1969).

[8] Н. Г. Трин, П. С. Марувада и Б. Пуарье, «A
Сравнительное исследование характеристик короны проводниковых пучков для
Линии передачи 1200 кВ, «Сделки IEEE на силовых аппаратах и
Системы ПАС-93 , 940 (1974).

[9] К. Лахти, М. Лахтинен и К. Ноусиайнен,
«Передача инфекции
Потери на короне линии в условиях изморози », транзакции IEEE
по Power Delivery 12 , 928 (1997).

[10] X. Ли, О. Малик и З. Чжао, «Вычисление
Переходные процессы в линии передачи, включая эффекты короны », IEEE
Сделки по передаче электроэнергии
4 , 1816 (1989).

[11] »
Факты о передаче, «American Electric Power».

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *