Втрати енергії в елементах електричних мереж (в лініях і в трансформаторах)

Електричний струм, проходячи по проводах повітряних та кабельних ліній електропередачі, внутрішніх проводок та обмоток силових трансформаторів, супроводжується втратами потужності і, відповідно, енергії на їх нагрівання. Втрати потужності та енергії в елементах мережі повинні компенсуватися генераторами електростанції, що збільшує їх навантаження.

При проектуванні мереж електропостачання завжди намагаються зменшити втрати енергії в мережах. Але при незмінному коефіцієнті потужності (cos j) цього можна досягти лише шляхом підвищення перерізу проводів, і як наслідок, підвищенням витрат кольорового металу на спорудження ліній електропередачі. Тому при проектуванні мереж необхідно враховувати: втрати енергії в елементах електричних мереж, ціни на електроенергію, ціни на кольоровий метал та інші фактори.

На основі закону Джоуля-Ленца втрати потужності у провіднику по якому протікає струм визначають за виразом

, (4.1)

де І – струм, що протікає по провіднику, А;

r – активний опір провідника, Ом.

Якщо вважати, що струм, який протікає в провіднику незмінний
(I = const) на протязі деякого часу t, то втрати енергії в провіднику, кВт ∙ год, при незмінному коефіцієнті потужності, визначаються із виразу:

. (4.2)

Тоді річні втрати енергії в провіднику:

. (4.3)

Проте, цей метод не можна застосовувати на практиці оскільки струм в провіднику (в мережі) постійно змінюється, як протягом доби, так і протягом року, залежно від зміни режиму роботи споживачів.

Для розрахунку втрат енергії в реальній лінії електропередачі із змінним навантаженням будують графік зміни цього навантаження (дивись лекцію 2), краще за все для цього підходить річний графік навантаження за тривалістю (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Річний графік навантаження за тривалістю

Площа, що обмежена графіком та осями координат визначається за виразом:

(4.4)

Ця площа пропорційна енергії, яка передається по лінії за рік:

, (4.5)

де – напруга мережі, В;

– коефіцієнт потужності мережі.

Побудуємо прямокутник із висотою, яка дорівнює максимальному навантаженню І _max і з площею, яка дорівнює площі, що обмежена графіком та осями координат (рисунок 4.1). Тоді

. (4.6)

Як уже відмічалося раніше Т – час використання максимального навантаження, звідси

(4.7)

Втрати потужності і енергії в лінії електропередачі пропорційні квадрату струму, що протікає в ній (4.1; 4.2). Тому далі будуємо річний графік за тривалістю квадрата струму в лінії (рисунок 4.2).

Площа, яка обмежена графіком і осями координат пропорційна річним втратам енергії в трифазній лінії електропередачі:

(4.8)

Як і в попередньому випадку будуємо прямокутник із висотою, яка дорівнює квадрату максимального струму та площею, яка дорівнює площі, що обмежена графіком і осями координат. Основа такого прямокутника називається часом максимальних втрат, або часом втрат t.

Рисунок 4.2 – Визначення часу втрат енергії в лінії.

Час максимальних втрат t – це умовний час, за який максимальний струм навантаження , протікаючи по лінії створив би втрати енергії, які дорівнюють дійсним втратам енергії за рік. Втрати енергії в мережі:

(4.9)

звідки

. (4.10)

Для виконання ряду технічних розрахунків рекомендовано використовувати залежності t = f(Т), t = f(I, cos j ), які наводяться в довідковій та нормативній літературі.

Для визначення втрат енергії також можна користуватися аналогічними графіками, в яких за основу прямокутника беруть час який дорівнює 8760 годин (один рік). Висота такого прямокутника дорівнює середньому квадратичному струму , А (рисунок 4.2).

Середній квадратичний струм – це такий незмінний струм, що протікає в лінії на протязі року і створює втрати енергії, які рівні дійсним, тобто

(4.11)

. (4.12)

Тоді

. (4.13)

Дата добавления: 2013-12-13