ЛЕКЦИЯ №14.

Анализ потерь электроэнергии и методы их расчета.

Электрическая сеть, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии, требует для своего функционирования определенных затрат энергии, которые выражаются в виде технологического расхода на ее передачу [1,3,4]. Он состоит из затрат энергии на производственные нужды подстанций и технических потерь электроэнергии, связанных с физической сущностью процесса передачи электроэнергии. Качественный уровень построения и эксплуатации электрической сети характеризуется коэффициентом полезного действия:

где W_п - энергия, поступившая в сеть; W_т.р. - технологический расход ЭЭ на ее передачу; W_с.н. - расход электроэнергии на собственные нужды; DW - потери электроэнергии.

При финансовых расчетах между энергосистемой и потребителями важен анализ баланса энергии

где – оплаченная потребителем электроэнергии; DW_k - так называемые коммерческие потери.

Коммерческие потери связаны с погрешностями многочисленных приборов учета электроэнергии на электростанциях, в сетях и у потребителей, возможной несвоевременной оплатой потребленной электроэнергии, а также возможными хищениями электроэнергии.

Заметим, что при анализе режима сети представляют интерес потери как активной, так и реактивной мощности. При переходе же к анализу потерь энергии важны только потери активной энергии. Расчет реактивной энергии практического значения не имеет.

Стоимость потерянной электроэнергии учитывается как составная часть сопоставительных затрат при оценке вариантов решений, а потери мощности учитываются при проектировании развития электрических сетей для оценки максимума нагрузки.

Ориентировочные значения потерь электроэнергии в сетях различных напряжений в процентах от суммарного поступления электроэнергии приведены в таблице 14.1.

Рис.14.1. Структура расхода электроэнергии на ее передачу

Таблица 14.1

U, кВ	500-750	330-220	150-110	35	6-10	0,4
DW, %	0,5-1,0	2,5-3,5	3,5-4,5	0,5-1,0	2,5-3,5	0,5-1,5

Указанными значениями можно пользоваться при составлении предварительного баланса электроэнергии по системе.

Часть электроэнергии по Закону Джоуля – Ленца выделяется в виде тепла в активных сопротивлениях проводников воздушных и кабельных линий электропередачи и в активных сопротивлениях обмоток трансформаторов и автотрансформаторов. Это так называемые переменные потери DW’, зависящие от протекающего по элементу сети тока (мощности) нагрузки.

Другая часть электроэнергии расходуется в активных проводимостях элементов электрической сети: потери на корону в воздушных линиях электропередачи, потери от токов утечки чрез изоляцию воздушных и кабельных линий, потери холостого хода в сердечниках трансформаторов и автотрансформаторов. Это так называемые постоянные потери DW^”, не зависящие от протекающего по элементу тока (мощности) нагрузки.

Понятие постоянные потери является условным, поскольку эти потери зависят от уровня напряжения в сети. Как правило, постоянные потери рассчитываются по номинальному напряжению сети.

Ориентировочная структура потерь электроэнергии по элементам электрической сети показана в таблице 14.2. Под другими элементами электрической сети подразумеваются конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, реакторы.

Потери мощности на корону в сильной степени зависят от погодных условий. Потери на корону DP_k в зависимости от напряжения U_ном, сечения F, типа опор (стальные, железобетонные) и погодных условий указаны в таблице 14.3

Таблица 14.2

Элементы сети	Потери электроэнергии, %
	Переменные	Постоянные	Всего
Линии	55	10	65
Подстанции, в том числе: Трансформаторы другие элементы	15 15 -	20 12 8	35 27 8
Итого	70	30	100

Таблица 14.3.

, кВ	Опора		, кВт/км, при погоде
			Хорошая	Сухой снег	Влажная	Изморось
750	Ст.	5´240	3,9	15,5	55	115
500	Ст.	3´400	2,4	9,1	30	79
330	Ст.	2´400	0,8	3,3	11	33,5
220	Ст.	300	0,3	1,5	5,4	16,5
220	Ж.б.	300	0,4	2,0	8,1	24,5
110	Ст.	120	0,013	0,04	0,17	0,69
110	Ж.б.	120	0,018	0,06	0,3	1,1

Если сечение провода отличается от данных, приведенных в таблице 14.3, то потери мощности на корону можно пересчитать по формуле

где DP_k.таб - табличное значение потерь на корону;

F_таб. и F_факт - табличное и фактическое сечение провода.

Потери мощности DP_у от токов утечки по изоляции ВЛ в зависимости от погодных условий и напряжения ВЛ указаны в табл. 14.4.

Таблица 14.4.

Погода	, кВт/км для ВЛ напряжением
	6	10	35	110	220	330	500	750
Хорошая, Влажность менее 90%	0,01	0,017	0,035	0,055	0,07	0,1	0,16	0,24
Дождь, Мокрый снег, роса	0,09	0,15	0,3	0,5	0,65	0,95	1,4	2,15
Туман	0,15	0,25	0,55	0,85	1,05	1,6	2,4	3,6

Потери холостого хода трансформаторов DP_хх приводятся в справочных материалах

Величина постоянных потерь электроэнергии в элементах электрической сети составляет:

где Т_вкл - время включения или время работы элементов электрической сети в течение года. Для воздушных и кабельных линий и трансформаторов при выполнении проектных расчетов принимается.

.

Суммарная величина потерь электроэнергии в сети составляет

Существует несколько методов расчета нагрузочных потерь. 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: Т_вкл = 8760ч . Потери энергии в i-м элементе электрической сети при неучете изменения напряжения во времени составят:

Интегралы от квадратичных графиков мощностей, равных площадям соответствующих криволинейных трапеций, можно заменить на выражения определения площадей равновеликих прямоугольников, которые получаются как произведения квадрата максимальной активной (Р²_maxi) или реактивной (Q²_maxi) на некоторые отрезки времени - t_p и t_q соответственно:

Вместо величин t_p и t_q, как правило, используют их средневзвешенное значение, которое можно получить по формуле

В этом случае нагрузочные потери можно определить по формуле

Выражение (R_i/U²_ном)S²_maxi есть максимальные потери мощности в i – м элементе сети DР²_maxi. Тогда имеем

Время t называется временем максимальным потерь

Рис.14.2. Годовой график потерь по продолжительности и время потерь

Если построить годовой график потерь мощности по продолжительности, то по нему можно понять смысл времени потерь: площадь под кривой графика потерь и площадь прямоугольника со сторонами DР²_maxi. и t равны между собой.

Время потерь – это время, в течение которого элемент сети, работая с наибольшей нагрузкой, будет иметь такие же потери энергии, как при работе по действительному графику нагрузки в течение года. Время потерь – величина фиктивная:

Она 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 используют, поэтому для отражения связи t

с реактивной нагрузкой указывают величину коэффициента мощности cosj. Так как cosj также может меняться во времени, то говорят о средневзвешенном коэффициенте мощности cosj_ср.

Таким образом, t = f(T_max,cosj_ср). Эти кривые для разных коэффициентов мощности приведены на рис.14.3.

Рис. 14.3. Зависимость времени потерь от T_max и cosj .

При типовой форме графика нагрузок величину можно определить по эмпирической формуле

В технико–экономических расчетах принимают одинаковым для всех ее элементов и определяют исходя из T_max, характерного для суммарной нагрузки рассматриваемой сети, и нагрузочные потери в целом по сети определяют через сумму потерь мощности во всех элементах сети:

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

Контрольные вопросы по теме:

1. Структура расхода электроэнергии на ее передачу.

2. Поясните термины «постоянные потери» и «переменные потери» электроэнергии.

3. Назовите составляющие постоянных потерь.

4. Назовите составляющие переменных потерь.

5. Что собой представляет время потерь?

6. Что такое число часов использования наибольшей нагрузки?

7. Что такое число часов наибольших потерь мощности?

8. Как рассчитываются переменные потери энергии при проектировании электрических сетей?