Лекция 15 повышение экономичности работы электрических сетей

15.1. Расчет потерь энергии в электрических сетях

Общие потери в электрических сетях складываются из технических и коммерческих потерь

.

(15.1)

Технические потери, которые называют технологическим расходом электрической энергии на передачу, вызваны физическими процессами диссипации (рассеивания) энергии. Коммерческие потери обусловлены несовершенством системы учета потребления электрической энергии, неодновременностью оплаты за электроэнергию и ее хищениями.

В последние годы в России в среднем технические потери составили величину около 10,8 %. Для сравнения: в Турции – 10,9 %; США – 8,1 %; Великобритании – 8 %; Германия – 4,5 %; Нидерланды − 4,3 %.

Коммерческие потери в России сегодня примерно такие же, как и технические потери.

Экономически обоснованные технические потери W_то (оптимальные потери) есть разница между их фактическим значением W_т и снижением потерь W, которое может быть достигнуто за счет всех мероприятий по снижению технических потерь.

Фактическое значение технических потерь может быть установлено только расчетным путем. Оптимальная величина потерь W_то может быть получена на стадии проектирования по прогнозным нагрузкам или определена для текущего расчетного периода времени по реальным (измеренным) нагрузкам.

Технические потери разделяют на нагрузочные потери W_н, потери холостого хода W_х и потери на корону W_кор.

Нагрузочные потери

,

(15.2)

где T – период времени, за который вычисляются потери (обычно год); P(t) – график потерь активной мощности за период T; I(t) – график токовой нагрузки и R – сопротивление элемента сети, в котором вычисляются потери.

Если используется ступенчатый график мощности или тока, то

,

(15.3)

где t – продолжительность одной ступени графика нагрузки.

Потери холостого хода

,

(15.4)

где P_х – мощность потерь холостого хода; U_ном – номинальное напряжение; U(t) – график напряжения за период T.

Как правило, потери холостого хода рассчитывают без учета изменения напряжения во времени и в этом случае:

.

(15.5)

Потери на корону обычно рассчитывают по среднестатистическим данным, полученным из справочной литературы, по аналогичной формуле

.

(15.6)

Расчет потерь холостого хода и потерь на корону не вызывает затруднений, но расчет нагрузочных потерь, связанный с учетом изменения нагрузки во времени, требует специального рассмотрения.

Существует несколько разных методов расчета нагрузочных потерь, различающихся, в основном информацией, которая используется для расчета. Рассмотрим наиболее простой и широко используемый метод расчета потерь, который называется методом времени потерь или времени максимальных потерь.

Период времени, за который рассчитываются потери, примем равным одному году: T = 8760 ч.

Потери энергии в i-м элементе электрической сети, при неучете изменения напряжения во времени

(15.7)

Интегралы от квадратичных графиков мощностей, которые равны площадям соответствующих криволинейных трапеций, можно заменит на выражения определения площадей равновеликих прямоугольников, которые получаются как произведения квадрата максимальной активной или реактивной мощности: на некоторые отрезки времени, _p и _q, соответственно

.

(15.8)

Вместо величин _p и _q используют их средневзвешенное значение, которое можно получить по формуле

(15.9)

Нагрузочные потери в этом случае определяются по выражению

.

(15.10)

Выражение есть максимальные потери мощности в i-м элементе сети P_{max i}. В результате получим формулу:

.

(15.11)

Время  называется временем максимальных потерь или короче – время потерь.

Рис. 15.1. Годовой график потерь по продолжительности и время потерь

Если построить годовой график потерь мощности по продолжительности, рис. 6.1, то по нему можно понять смысл времени потерь - площадь под кривой графика потерь и площадь прямоугольника со сторонами P_{max i} и  равны между собой. Дадим определение времени потерь.

Время потерь – это время, в течение которого элемент сети, работая с наибольшей нагрузкой, будет иметь такие же потери энергии, что и работая по действительному графику нагрузки в течение года.

Время потерь – фиктивная величина.

Таким образом,

.

(15.12)

Время потерь зависит от характера изменения как активной, так и реактивной нагрузки элемента. Характеристикой заполненности графика активной мощности является время использования максимума нагрузки T_max. Для реактивной нагрузки такое понятие не используется, поэтому для отражения связи  с реактивной нагрузкой указывают величину коэффициента мощности cos. Так как cos в течение времени так же может меняться во времени, то говорят о средневзвешенном коэффициенте мощности cos_ср.

Таким образом, . Эти кривые для разных коэффициентов мощности приведены на рис. 15.2.

Для нагрузок с типовой формой графика нагрузок  можно определить по эмпирической формуле:

.

(15.13)

Рис.15.2. Зависимость времени потерь от T_max и cos

В технико-экономи­ческих расчетах  прини­мается одинаковым для всех ее элементов и определяется исходя из T_max, характерного для суммарной нагрузки рассматриваемой сети и нагрузочные потери в целом по сети определяются через сумму потерь мощности во всех элементах сети

(15.14)

С учетом потерь холостого хода и потерь на корону общие технические потери в сети вычисляются по формуле

.

(15.15)