1.9 Загальні відомості про втрати енергії. Технологічні витрати

Технологічна витрата електроенергії в електричних мережах (ТВМ), пов'язана з її передачею і розподілом, складається з двох основних складових: технічних втрат (втрати в ЛЕП, Г, ЕД і інш. елементах) і так званих «комерційних втрат», викликаних недосконалістю обліку і контролю енергії. Синонім ТВМ «загальні втрати».

У колишньому Радянському Союзі втрати в електричних мережах до початку 80-х років збільшилися з 7 до 9%, що пояснювалося збільшенням протяжності ЛЕП між ЕС і споживачами. У незалежній Україні ці відстані поменшали, а загальні втрати тільки в електричних мережах загального користування неухильно зростали і у 2001 р. досягли рекордної величини - 21,43%, після чого почали зменшуватися, і у 2005 р. становили 14,7%. Тоді як у розвинених країнах ТВМ становлять: Корея - 4,57% (2005 р.), Японія – 5,04% (1999), Німеччина 5,2% (2003).

Таким чином проблема зниження загальних втрат (ТВМ) зводиться:

1. до скорочення технічних втрат до необхідної величини, зумовленої рівнем розвитку науки і техніки;

2. до зменшення комерційних втрат. Простіше кажучи до боротьби з розкраданням електроенергії. Останнє набуло масового характеру. (Приклади: впровадження багатотарифного мікропроцесорного лічильника Альфа, винесення побутових лічильників на опору ЛЕП)

1.10 Формули розрахунку втрат електроенергії

Найпростіша формула розрахунку втрат добре відома. Вона заснована на параметрах максимального режиму: Т_м і τ Метод заснований ще в 20-х роках ХХ сторіччя і застосовується формально.

У загальному разі втрати в ЛЕП визначаються за формулою

(1.1)

де i або Р - відповідно значення струму або потужності в ЛЕП, що змінюється протягом року (визначається по добовому графіку навантаження).

Знаючи добовий графік (рис. 1.1) , можна визначити число годин використання максимума Т_м

(1.2)

і час максимальних втрат

(1.3)

Тоді річні втрати енергії визначаються

(1.4)

Звичайно, знаючи Т_м, знаходять τ за графіком [с. 80 Будзко] або за наближеними формулами

τ = (0,124 + Т_м*10^-4)²*8760 (1.5)

або для сільських мереж при Т_м= 2500…4400 год.

τ = 0,69 Т_м - 584 (1.6)

Для одного і того ж значення Т_м ці формули дають різне значення τ. Припустимо

Т_м = 0,5*8760 = 4380 год.

Знаходимо τ за формулою (1.5)

τ₁ = (0,124 + 0,4380)²*8760 = 2767 год.

Знаходимо τ за формулою (1.6)

τ₂ =0,69*4380-584 = 2438 год.

Отже формули (1.5) і (1.6) не враховують форму графіка навантаження, від якого істотно залежить величина втрат енергії. Тобто однозначного зв‘язку між Т_м і τ не існує.

Розглянемо два графіки навантаження.

Д ля обох графіків

Т_м = 0,5*8760 = 4380 год.

Знаходимо фактичну величину τ з графіків за формулою

(1.7)

Для першого графіка (Р_м = 1 в.о.)

τ =

Для другого графіка (Р_м = 0,5 в.о.)

τ =

Висновок: Втрати електроенергії істотно залежать від форми графіка навантаження. Цей висновок отримав підтвердження в дисертації Новікова І.М.

1.11 Електробаланс перетворювачів електроенергії

Для будь-якого перетворювача електричної енергії можна скласти баланс.

W₁= W₂ +∆W, (1.8)

де W₁- підведена енергія;

W₂ - корисна робота (енергія) на виході пристрою;

∆W - втрати енергії.

У загальному вигляді к.к.д. пристрою

η = W₂/W₁ (1.9)

Якщо η оцінюється за період часу, на якому потужність на вході і виході постійні, то

η = Р₂/Р₁

Звичайно η визначають в процентах

η % =(Р₂/Р₁)·100 %, (1.10)

де Р₁ - підведена потужність (на вході);

Р₂ - корисно отримана (на виході).

У загальному випадку потужність втрат енергії має постійну і змінну складові. Перша не залежить від навантаження, а друга пропорційна корисній потужності в степені k >1

∆Р = а +в·Р₂^k (1.11)

тоді

(1.12)

д е а, в, k - коефіцієнти, що визначає вигляд залежності ∆Р=f(Р₂) Залежність ∆Р=f(Р₂) можна представити графічно на рис 1.3.

Оскільки більшу частину часу установки працюють недовантаженими, то звичайно конструктори проектують пристрої так, щоб η_max наступав при навантаженні менше номінального.

Якщо ж пристрій постійно працює з незмінним навантаженням Р_н, то є сенс виготовляти його з η_max при цьому навантаженні. У цьому випадку додаткові витрати на матеріали окупаються меншими втратами енергії.

Крім η_max на енергетичні показники перетворювачів енергії впливає коефіцієнт потужності (cosφ). Іноді ці показники для електроприводу оцінюють непрямо, а як добуток η·cosφ, однак фізичної суті він не має.

Баланси потужностей різних перетворювачів можна записати у вигляді

Р₁ = Р₂ +ΣΔР (1.13)

Для трансформатора

Р₁ = Р₂ +ΔР_м +ΔР_ст; (1.14)

де ΔР_м - електричні втрати в обмотках;

ΔР_ст - втрати в сталі на вихрові струми і гістерезис.

Для електродвигуна

Р₁ = Р₂ +ΣΔР, (1.15)

ΣΔР =ΔР_ел +Δ Р_м +ΔР_мех+ΔР_е.щ+ΔР_доп , (1.16)

де ΔР_ел - електричні втрати в обмотках;

Δ Р_м - магнітні втрати (гістерезис і вихрові струми);

ΔР_мех - механічні втрати (тертя в щітках або кільцях, тертя в підшипниках, вентиляційні втрати);

ΔР_е.щ - електричні втрати в щітковому контакті;

ΔР_доп - додаткові втрати (це втрати від вихрових струмів в провідниках, від перемагнічування полями розсіювання тощо), становлять 1% від Р_н

Для зменшення електричних втрат в обмотках статора ЕД, викликаних струмами нульової послідовності, нульову точку обмоток ізолюють (тобто нульову точку не «саджають на корпус»).

Для ламп розжарювання.

Р₁ = Р₂ + ΔР (1.17)

На світловий потік використовується Р₂, що становить декілька процентів. Інше ΔР - втрати на нагрів .

Світловіддача люмінесцентних ламп приблизно в 5 раз, а термін служби в 5…6 раз більше ніж у ламп розжарювання.

Для нагрівальних установок. Якщо говорити про сам нагрівальний елемент (ТЕН) або про електродний нагрівник, то їх cosφ=1, а ККД близький до 100%, тобто

Р ₁= Р₂. (1.18)

Якщо ж говорити про нагрівальну установку загалом, то значна частина отриманої теплоти витрачається не за призначенням

Р₁ = Р₂ + ΔР (1.19)

Задача проектувальника звести втрати ΔР за рахунок теплоізоляції до мінімуму.

Для індукційних нагрівників cosφ <1, що значно знижує узагальнений енергетичний показник таких установок загалом. Тому індукційні нагрівники бажано експлуатувати спільно з пристроями підвищення cosφ.