Потери электроэнергии в воздушных и кабельных линиях

Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер, поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях зависят от изменения нагрузки. В зависимости от наличия данных по проектируемому объекту потери мощности и электроэнергии можно рассчитывать двумя методами: по среднеквадратичному току I_СК с учётом времени включения линии Т_В или по максимальному току I_МАКС при времени потерь .

Среднеквадратичный ток представляет собой эквивалентный ток, который, проходя по линии за время Т_ДЕЙСТВ, вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный изменяющийся ток за то же время.

Время потерь - это расчётное время, в течение которого линия, работая с неизменной максимальной нагрузкой I_МАКС, имела бы те же потери мощности и электроэнергии, что и при работе по действительному переменному графику нагрузки.

Среднеквадратичный ток определяется по среднему току I_СР и коэффициенту формы графика нагрузки k_Ф

(10.22)

где

(10.23)

Здесь W – расход активной электроэнергии (кВ·ч) за время Т_В (сутки, год);

cosj_СРВ – средневзвешенный коэффициент мощности.

(10.24)

W_ГОД – годовой расход активной энергии;

V_ГОД – годовой расход реактивной энергии.

(10.25)

W_С – расход электроэнергии силовых потребителей;

W₀ – расход электроэнергии осветительных потребителей;

W_Т – активные потери электроэнергии в трансформаторах;

W_Л – активные потери электроэнергии в высоковольтных линиях.

(10.26)

V_C – годовой расход реактивной энергии силовых потребителей;

V_T – реактивные потери электроэнергии в трансформаторах;

V_Л – реактивные потери электроэнергии в высоковольтных линиях.

С достаточной для практических расчётов точностью по данным проектных организаций принимают:

1) при любом числе (более двух) электроприёмников с длительным режимом работы и числом токоприёмников с повторно-кратковременным режимом более 20 коэффициент формы k_Ф=1,05-1,1;

2) при числе токоприёмников с повторно-кратковременным режимом меньше 20

(10.27)

где n_ЭФ – эффективное (расчётное) число токоприёмников с номинальной мощностью Р_НОМ и максимальной мощностью одного двигателя Р_МАКС;

ПВ – относительная продолжительность включения токоприёмников.

Потери активной мощности (кВт) и электроэнергии в линиях по среднеквадратичному току определяют по формулам

(10.28)

Потери реактивной мощности (квар) и реактивной энергии (квар·ч)

(10.29)

где R- активное сопротивление;

Х – индуктивное или емкостное сопротивление воздушной или кабельной линии.

Если известны расход электроэнергии W, учтённый за определённое время (сутки, год), а также максимальная мощность нагрузки Р_МАКС, то можно найти время Т_МАКС, в течении которого данная линия, работая с максимальной нагрузкой, могла бы передать эту энергию

(10.30)

время использования максимума нагрузки Т_МАКС определяется характером производства и сменностью работы потребителя и составляет среднем в год (ч):

- для осветительных нагрузок – 1500-2000;

- для односменных предприятий – 1800-2500;

- для двухсменных – 3500-4500;

- для трёхсменных – 5000-7000.

Зная величины W и Т_МАКС, можно определить максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год):

(10.31)

При расчёте потерь мощности и электроэнергии по максимальному току следует учитывать время потерь , которое зависит от времени использования максимума Т_МАКС и коэффициента мощности cosj. Зная эти величины, время потерь находят по кривым зависимости =f(Т_МАКС, cosj), а затем определяют активные и реактивные потери электроэнергии:

(10.32)

Зная потери электроэнергии, можно найти соответствующие потери мощности:

(10.33)

Следует отметить, что использование графиков зависимости =f(Т_МАКС, cosj) при определении потерь мощности в элементах систем электроснабжения приводит к погрешностям до 10%. Поэтому, если требуется определить более точные значения потерь, то рекомендуется представить систему передачи мощности Р и Q в виде Г-образного четырёхполюсника с напряжениями U₁, U₂ и тогда, если сопротивление линии передачи электроэнергии составляет R, за время Т потери электроэнергии составят

(10.34)

где k_Ф.А., k_Ф.Р. – коэффициенты формы графиков активной и реактивной нагрузки.

Потери электрической энергии в линии зависят от сопротивления линии, квадрата тока и времени потерь; поэтому для уменьшения потерь следует снижать не только величину тока, но и величину сопротивления линии.

Для снижения сопротивления линии при наличии парных линий необходимо включать их параллельно.

Применение повышенных напряжений для электрических сетей промышленных предприятий 20 кВ и 660 В (вместо 6-10 кВ и 380 В), а также глубокого ввода напряжения 35 кВ и выше значительно сокращает потери мощности и электроэнергии в питающих и распределительных сетях промышленных предприятий.

При выборе схемы внешнего и внутреннего электроснабжения следует принимать вариант, при котором отсутствуют на линиях реакторы, или вариант, при котором потери в установленных реакторах минимальны. Например, вариант электроснабжения предприятий на напряжении 6 кВ с реакторами сравнивается по технико-экономическим показателям с вариантом электроснабжения на напряжении 20 кВ без реакторов.