Опубликовано

Потери электроэнергии

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними

В статье представлены основные проблемы электроэнергетики, такие как потери электрической энергии. Проведён анализ источников потерь в электрических сетях.

Ключевые слова: электроэнергия, электрическая сеть, источники энергии, нагрузки сети, мощность энергии.

Электрическая энергия является единственным видом продукции, для перемещения которого от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы. Для этого расходуется часть самой передаваемой электроэнергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях до этого уровня одно из важных направлений энергосбережения . Рост потерь энергии в электрических сетях определен действием вполне объективных закономерностей в развитии всей энергетики в целом. Основными из них являются: тенденция к концентрации производства электроэнергии на крупных электростанциях; непрерывный рост нагрузок электрических сетей, связанный с естественным ростом нагрузок потребителей и отставанием темпов прироста пропускной способности сети от темпов прироста потребления электроэнергии и генерирующих мощностей. Потери электроэнергии в электрических сетях являются экономическим показателем состояния сетей. По мнению международных экспертов, в области энергетики относительные потери электроэнергии при ее передаче в электрических сетях не должны превышать 4 %. Потери электроэнергии на уровне 10 % можно считать максимально допустимыми . На основании уровня потерь электроэнергии можно сделать выводы о необходимости и объеме внедрения энергосберегающих мероприятий. Фактические потери определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть отпущенной из сети потребителям, их можно разделить на три составляющие: 1) технические потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами в проводах и электрооборудовании, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям, включают в себя расход электроэнергии на собственные нужды подстанций; 2) потери электроэнергии, обусловленные погрешностью системы учета, как правило, представляют недоучет электроэнергии, обусловленный техническими характеристиками и режимами работы приборов учета электроэнергии на объекте; 3) коммерческие потери, обусловленные несанкционированным отбором мощности электроэнергии, несоответствием оплаты за электроэнергию бытовыми потребителями показаниям счетчиков и другими причинами в сфере организации контроля за потреблением энергии. Коммерческие потери не имеют самостоятельного математического описания и, как следствие, не могут быть рассчитаны автономно. Их значение определяют как разницу между фактическими потерями и суммой первых двух составляющих, представляющих собой технологические потери. Потери электроэнергии в сетях определяются тремя основными факторами : 1. За счёт погрешности измерений фактически отпущенной в сеть энергии и полезно отпущенной электроэнергии для потребителей. 2. За счёт занижения полезного отпуска в результате технических потерь. 3. За счёт неучтённых подключений потребителей (в частности, хищений электроэнергии). Высокие потери электроэнергии в сетях, как правило, говорят либо о каких-либо накапливающихся проблемах сетей электропередачи, либо о неэффективной работе оборудования. По сути, любые потери электроэнергии в сетях, выходящие за рамки некой минимальной планки — это сигнал для специалиста, означающий, что требуется реконструировать или же технически переоснащать имеющийся комплекс. Если уровень потерь электроэнергии слишком высок, это говорит об очевидных проблемах, связанных со следующими вопросами: 1. Медленное развитие электросети; 2. Устаревшее техническое оборудование; 3. Несовершенство методов управления сетью; 4. Несовершенство методов учета электроэнергии; 5. Неэффективность процесса сбора платы за поставляемую электроэнергию. Разумеется, в идеальном состоянии потери электроэнергии в сетях должны полностью отсутствовать, однако всегда существуют невосполнимые технические потери (из-за физических процессов передачи электроэнергии, её трансформации и распределения), определяемые расчётом с некоторой погрешностью . В случае, если погрешность высока, как правило, такая сеть малоэффективна, так как вызывает высокие коммерческие потери.

Способы борьбы с потерями: Первый способ основан на снижении сопротивления нулевого провода. Как известно ток течет по двум проводам: нулевому и фазному. Если увеличение сечения фазного провода достаточно затратное (стоимость меди или алюминия плюс работы по демонтажу и монтажу), то сопротивление нулевого провода можно уменьшить достаточно просто и очень дешево. Этот способ использовался с момента прокладки первых линий электропередач, но в настоящее время часто не используется. Заключается он в повторном заземлении нулевого провода на каждом столбе электролинии или (и) на каждой нагрузке. В этом случае параллельно сопротивлению нулевого провода подключается сопротивление земли между нулем трансформатора подстанции и нулем потребителя. Второй простейший способ тоже основан на снижении сопротивления. Только в этом случае необходимо проверять оба провода ноль и фазу. В процессе эксплуатации воздушных линий из-за обрыва проводов образуется места локального повышения сопротивления — скрутки, сростки и т. д. В процессе работы в этих местах происходит локальный разогрев и дальнейшая деградация провода, грозящая разрывом. Такие места видны ночью из-за искрения и свечения. Необходимо периодически визуально проверять электролинию и заменять особо плохие ее отрезки или линию целиком. Для ремонта лучше всего применить самонесущие алюминиевые изолированные кабели СИП. Они называются самонесущими, т. к. не требуют стального троса для подвески и не рвутся под тяжестью снега и льда. Такие кабели долговечны, есть специальные аксессуары для легкого и удобного крепления их к столбам и зданиям. Третьим способом является замена отслужившей воздушной линии на новую. 4. Способ основан на применении специальных стабилизаторов напряжения на входе в дом или другой объект. Такие стабилизаторы бывают как однофазного, так и трехфазного типа. Они увеличивают cos φ и обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе в пределах ±5 %, при изменении напряжения на входе ±30 %. Их мощностной ряд может быть от сотен Вт до сотен кВт . 5. Способ компенсации потерь электроэнергии. Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например, различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная, то это специальные индуктивности Самым эффективным решением является вынос электросчетчика из здания и установка его на опоре линии электропередачи в специальном герметичном боксе. В этом же боксе устанавливаются вводный автомат с пожарным УЗО и разрядники защиты от перенапряжений. Этот способ снижения потерь за счет использования трехфазного подключения. При таком подключении снижаются токи по каждой фазе, а, следовательно, потери в линии и можно равномерно распределить нагрузку.

Литература:

  1. Артемьев А. В., Савченко О. В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. — С. 280.: ил.
  2. Железко Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов. — М.: ЭНАС, 2009. — С. 456.

Фактические (отчетные) потери электроэнергии — разность между электроэнергией, поступившей в сеть, и электроэнергией, отпущенной потребителям, определяемая по данным системы учета поступления и полезного отпуска электроэнергии.

Технические потери электроэнергии — потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами в проводах и электрооборудовании, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям.

Расход электроэнергии на СН подстанций — расход электроэнергии, необходимый для обеспечения работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала, определяемый по показаниям счетчиков, установленных на трансформаторах СН подстанций.

Система учета электроэнергии на объекте — совокупность измерительных комплексов, обеспечивающих измерение поступления отпуска электроэнергии на объекте и включающих в себя измерительные ТТ, ТН, электросчетчики, автоматизированные системы учета, соединительные провода и кабели.

Потери электроэнергии, обусловленные погрешностями приборов ее учета — недоучет электроэнергии, обусловленный техническими характеристиками и режимами работы приборов учета электроэнергии на объекте (отрицательная систематическая составляющая погрешности системы учета).

Технологические потери — сумма технических потерь, расхода электроэнергии на СН подстанций и потерь, обусловленных погрешностями системы учета электроэнергии.

Коммерческие потери — потери, обусловленные хищениями электроэнергии, несоответствием показаний счетчиков оплате электроэнергии и другими причинами в сфере организации контроля потребления энергии.

Укрупненная структура фактических потерь электроэнергии — представление фактических потерь в виде четырех составляющих: технических потерь, расхода электроэнергии на СН подстанций, потерь, обусловленных погрешностями системы учета электроэнергии на объекте, и коммерческих потерь.

Территориально-схемная структура фактических потерь электроэнергии — представление укрупненных составляющих отдельно по различным объектам сети (районам, питающим центрам, фидерам и т. п.).

Групповая структура технических потерь электроэнергии — представление технических потерь в виде составляющих, объединенных общим признаком: одинаковым номинальным напряжением, типом оборудования, характером изменения во времени (переменные, условно-постоянные), обусловленности (нагрузочные, холостого хода, зависящие от климатических условий), административным делением и т. п.

Поэлементная структура технических потерь электроэнергии — представление технических потерь в виде составляющих, относящихся к каждому элементу электрической сети.

Допустимая фактическая погрешность системы учета электроэнергии — диапазон возможных значений погрешности системы учета электроэнергии, соответствующий фактическим характеристикам и режимам работы измерительных устройств, входящих в систему учета.

Нормативная погрешность системы учета электроэнергии — диапазон возможных значений погрешности системы учета электроэнергии, соответствующий нормативным (установленным ПУЭ и другими документами) характеристикам и режимам работы измерительных устройств, входящих в систему учета.

Фактический небаланс электроэнергии на объекте (ФНЭ) — разность между электроэнергией, поступившей на объект, и суммой трех составляющих: электроэнергии, отпущенной с объекта, расхода электроэнергии на СН подстанций и технических потерь в оборудовании объекта.
Примечание. Под объектом понимается любой комплекс электротехнических устройств, поступление электроэнергии на который и отпуск электроэнергии с которого фиксируются с помощью приборов учета (подстанция, сетевая организация и т. п.).

Технически допустимый небаланс электроэнергии (ТДН) — диапазон возможной разности между электроэнергией, поступившей на объект, и суммой указанных выше трех составляющих, определяемый допустимой погрешностью установленной на объекте системы учета электроэнергии.

Нормативный допустимый небаланс электроэнергии (НДН) — диапазон возможной разности между электроэнергией, поступившей на объект, и суммой указанных выше трех составляющих, определяемый нормативной погрешностью системы учета электроэнергии, соответствующей фактическим потокам электроэнергии через точки учета, и допустимым уровнем коммерческих потерь.

Анализ потерь электроэнергии — оценка приемлемости уровня потерь с экономической точки зрения, выявление причин превышения допустимых небалансов электроэнергии на объекте в целом и его частях, выявление территориальных зон, групп элементов и отдельных элементов с повышенными потерями (очагов потерь), определение количественного влияния на отчетные потери и их структурные составляющие параметров, характеризующих режимы передачи электроэнергии.

Мероприятие по снижению потерь электроэнергии (МСП) — мероприятие, проведение которого экономически оправдано за счет получаемого снижения потерь электроэнергии (в обосновании МСП приведены требуемые затраты, получаемая экономия электроэнергии, срок окупаемости затрат или другие показатели экономической эффективности).

Мероприятие с сопутствующим снижением потерь электроэнергии — мероприятие, проводимое для улучшения других показателей работы объекта (например, надежности) и приводящее к одновременному снижению потерь электроэнергии, затраты на которое не окупаются только за счет снижения потерь. Некоторые мероприятия могут приводить к сопутствующему увеличению потерь.

Резервы снижения потерь электроэнергии — снижение потерь, которое может быть получено при внедрении экономически обоснованных МСП.

Нормирование потерь электроэнергии — установление приемлемого (нормального) по техническим и экономическим критериям уровня потерь электроэнергии (норматива потерь), включаемого в тарифы на электроэнергию.

Нормативная характеристика технологических потерь электроэнергии (НХТП) — зависимость нормального уровня потерь электроэнергии от объемов ее поступления в сеть и отпуска из сети по точкам учета, отражаемым в балансе электроэнергии.

Источник: Ю. С. Железко. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии.

Помощь студентам
    Формулы, правила, законы, теоремы, уравнения, решение примеров

  • ТОЭ
  • Электрические машины
  • Теоретическая механика
  • Высшая математика

Обновлено: Июнь 18, 2016 автором: admin Поделитесь с друзьями:

    • Воздушные линии электропередачи

      Линия электропередачи на напряжение 500 кВ Самая высоковольтная (проектное напряжение 1150 кВ) ЛЭП в мире: Итат — Экибастуз — Кокшетау — Челябинск

      Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или другим сооружениям (мостам, путепроводам).

      Состав ВЛ

      • Провода
      • Траверсы
      • Изоляторы
      • Арматура
      • Опоры
      • Грозозащитные тросы
      • Разрядники
      • Заземление
      • Секционирующие устройства
      • Волоконно-оптические линии связи (в виде отдельных самонесущих кабелей, либо встроенные в грозозащитный трос, силовой провод)
      • Вспомогательное оборудование для нужд эксплуатации (аппаратура высокочастотной связи, ёмкостного отбора мощности и др.)
      • Элементы маркировки высоковольтных проводов и опор ЛЭП для обеспечения безопасности полётов воздушных судов. Опоры маркируются сочетанием красок определённых цветов, провода — авиационными шарами для обозначения в дневное время. Для обозначения в дневное и ночное время суток применяются огни светового ограждения.

      Документы, регулирующие ВЛ

      Внешние видеофайлы

      Как это сделано

      Обслуживание ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ линии под НАПРЯЖЕНИЕМ

      Конструкция ВЛ, её проектирование и строительство регулируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Строительными нормами и правилами (СНиП).

      Классификация ВЛ

      По роду тока

      • ВЛ переменного тока
      • ВЛ постоянного тока

      Линия электропередачи постоянного тока Волгоград-Донбасс (Ростовская и Волгоградская область)

      В основном, ВЛ служат для передачи переменного тока, и лишь в отдельных случаях (например, для связи энергосистем, питания контактной сети и другие) используются линии постоянного тока. Линии постоянного тока имеют меньшие потери на ёмкостную и индуктивную составляющие. В СССР было построено несколько линий электропередачи постоянного тока, среди которых:

      • Москва — Кашира (Проект «Эльба», 1951 год);
      • Волгоград — Донбасс (1965 год);
      • Экибастуз — Центр (незавершённая).

      Широкого распространения такие линии не получили, главным образом, в связи с необходимостью возведения сложных концевых подстанций с большим количеством вспомогательной аппаратуры.

      По назначению

      • Дальние межсистемные ВЛ напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем).
      • Магистральные ВЛ напряжением 220,330,500 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем — к примеру, соединяют электростанции с крупными узловыми подстанциями).
      • Распределительные ВЛ напряжением 110,150 и 220 кВ (предназначены для электроснабжения предприятий и крупных населённых пунктов — соединяют узловые подстанции с подстанциями глубокого ввода городов).
      • ВЛ напряжением 35 кВ применяются преимущественно для электроснабжения сельскохозяйственных (загородных) потребителей.
      • ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям. Современная городская распределительная сеть выполняется, как правило, на напряжение 10 кВ.

      По напряжению

      Железобетонная опора ЛЭП 220/380 В с фарфоровыми линейными изоляторами ЛЭП на 10 кВ, получившая широкое распространение в странах СНГ

      • ВЛ до 1000 В (ВЛ низкого класса напряжений)
      • ВЛ выше 1000 В
        • ВЛ 1-35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
        • ВЛ 110—330 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
        • ВЛ 500—750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
        • ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

      Эти группы существенно различаются, в основном — требованиями в части расчётных условий и конструкций.

      В сетях СНГ общего назначения переменного тока 50 Гц, согласно ГОСТ 721-77, должны использоваться следующие номинальные межфазные напряжения: 380 В; (6), 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Могут также существовать сети, построенные по устаревшим стандартам с номинальными межфазными напряжениями: 220 вольт, 3 и 150 киловольт.

      Самой высоковольтной ЛЭП в мире является линия Экибастуз — Кокшетау, номинальное напряжение — 1150 кВ. Однако, в настоящее время линия эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением — 500 кВ. В 1970-х годах в Советском Союзе разрабатывался проект ВЛ напряжением 2200 кВ для транспорта энергии с электростанций КАТЭКа в европейскую часть страны, но по ряду причин (в основном, технико-технологических) реализован он не был.

      Номинальное напряжение для линий постоянного тока не регламентировано, чаще всего используются напряжения: 150, 400 (Выборгская ПС — Финляндия) и 800 кВ.

      В специальных сетях могут использоваться и другие классы напряжений, в основном это касается тяговых сетей железных дорог (27,5 кВ, 50 Гц переменного тока и 3,3 кВ постоянного тока), метрополитена (825 В постоянного тока), трамваев и троллейбусов (600 В постоянного тока).

      По режиму работы нейтралей в электроустановках

      • Трёхфазные сети с незаземлёнными (изолированными) нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с больши́м сопротивлением). В СНГ такой режим нейтрали используется в сетях напряжением 3—35 кВ с малыми токами однофазных замыканий на землю.
      • Трёхфазные сети с резонансно-заземлёнными (компенсированными) нейтралями (нейтральная шина присоединена к заземлению через индуктивность). В СНГ используется в сетях напряжением 3-35 кВ с большими токами однофазных замыканий на землю.
      • Трёхфазные сети с эффективно-заземлёнными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление). В России это сети напряжением 110, 150 и частично 220 кВ, в которых применяются трансформаторы (автотрансформаторы требуют обязательного глухого заземления нейтрали).
      • Сети с глухозаземлённой нейтралью (нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление). К ним относятся сети напряжением менее 1 кВ, а также сети напряжением 220 кВ и выше.

      По режиму работы в зависимости от механического состояния

      • ВЛ нормального режима работы (провода и тросы не оборваны).
      • ВЛ аварийного режима работы (при полном или частичном обрыве проводов и тросов).
      • ВЛ монтажного режима работы (во время монтажа опор, проводов и тросов).

      Основные элементы ВЛ

      • Трасса — положение оси ВЛ на земной поверхности.
      • Пикеты (ПК) — отрезки, на которые разбита трасса, длина ПК зависит от номинального напряжения ВЛ и типа местности.
      • Нулевой пикетный знак обозначает начало трассы.
      • Центровой знак на трассе строящейся ВЛ обозначает центр расположения опоры.
      • Производственный пикетаж — установка пикетных и центровых знаков на трассе в соответствии с ведомостью расстановки опор.
      • Фундамент опоры — конструкция, заделанная в грунт или опирающаяся на него и передающая ему нагрузку от опоры, изоляторов, проводов (тросов) и от внешних воздействий (гололёда, ветра).
      • Основание фундамента — грунт нижней части котлована, воспринимающий нагрузку.
      • Пролёт (длина пролёта) — расстояние между центрами двух опор, на которых подвешены провода. Различают промежуточный пролёт (между двумя соседними промежуточными опорами) и анкерный пролёт (между анкерными опорами). Переходный пролёт — пролёт, пересекающий какое-либо сооружение или естественное препятствие (реку, овраг).
      • Угол поворота линии — угол α между направлениями трассы ВЛ в смежных пролётах (до и после поворота).
      • Стрела провеса — вертикальное расстояние между низшей точкой провода в пролёте и прямой, соединяющей точки его крепления на опорах.
      • Габарит провода — вертикальное расстояние от провода в пролёте до пересекаемых трассой инженерных сооружений, поверхности земли или воды.
      • Шлейф (петля) — отрезок провода, соединяющий на анкерной опоре натянутые провода соседних анкерных пролётов.

      Монтаж воздушных линий электропередачи

      Монтаж линий электропередачи осуществляется методом «под тяжением». Это особенно актуально в случае сложного рельефа местности. При подборе оборудования для монтажа ЛЭП необходимо учитывать количество проводов в фазе, их диаметр и максимальное расстояние между опорами ЛЭП.

      Кабельные линии электропередачи

      Основная статья: Кабельная линия

      Кабельная линия электропередачи (КЛ) — линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепёжными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того — с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

      Классификация

      Кабельные линии классифицируют аналогично воздушным линиям. Кроме того, кабельные линии делят:

      • по условиям прохождения:
        • подземные;
        • по сооружениям;
        • подводные.
      • по типу изоляции:
        • жидкостная (пропитанная кабельным нефтяным маслом);
        • твёрдая:
          • бумажно-масляная;
          • поливинилхлоридная (ПВХ);
          • резино-бумажная (RIP);
          • сшитый полиэтилен (XLPE);
          • этилен-пропиленовая резина (EPR).

      Здесь не указаны изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения в момент написания статьи.

      Кабельные сооружения

      К кабельным сооружениям относятся:

      • Кабельный тоннель — закрытое сооружение (коридор) с расположенными в нём опорными конструкциями для размещения на них кабелей и кабельных муфт, со свободным проходом по всей длине, позволяющим производить прокладку кабелей, ремонт и осмотр кабельных линий.
      • Кабельный канал — непроходное сооружение, закрытое и частично или полностью заглублённое в грунт, пол, перекрытие и т. п. и предназначенное для размещения в нём кабелей, укладку, осмотр и ремонт которых возможно производить лишь при снятом перекрытии.
      • Кабельная шахта — вертикальное кабельное сооружение (как правило, прямоугольного сечения), у которого высота в несколько раз больше стороны сечения, снабжённое скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съёмной полностью или частично стенкой (непроходные шахты).
      • Кабельный этаж — часть здания, ограниченная полом и перекрытием или покрытием, с расстоянием между полом и выступающими частями перекрытия или покрытия не менее 1,8 м.
      • Двойной пол — полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съёмными плитами (на всей или части площади).
      • Кабельный блок — кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.
      • Кабельная камера — подземное кабельное сооружение, закрываемое глухой съёмной бетонной плитой, предназначенное для укладки кабельных муфт или для протяжки кабелей в блоки. Камера, имеющая люк для входа в неё, называется кабельным колодцем.
      • Кабельная эстакада — надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяжённое кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.
      • Кабельная галерея — надземное или наземное закрытое (полностью или частично, например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяжённое проходное кабельное сооружение.

      Пожарная безопасность

      Температура внутри кабельных каналов (тоннелей) в летнее время должна быть не более чем на 10 °C выше температуры наружного воздуха.

      При пожарах в кабельных помещениях в начальный период происходит медленное развитие горения и только спустя некоторое время скорость распространения горения существенно увеличивается. Практика свидетельствует, что при реальных пожарах в кабельных туннелях наблюдаются температуры до 600 °C и выше. Это объясняется тем, что в реальных условиях горят кабели, которые длительное время находятся под токовой нагрузкой и изоляция которых прогревается изнутри до температуры 80 °C и выше. Может возникнуть одновременное воспламенение кабелей в нескольких местах и на значительной длине. Связано это с тем, что кабель находится под нагрузкой и eгo изоляция нагревается до температуры, близкой к температуре самовоспламенения.

      Кабель состоит из множества конструктивных элементов, для изготовления которых используют, например, материалы, имеющие низкую температуру воспламенения, материалы, склонные к тлению. В конструкцию кабеля и кабельных конструкций, как правило, входят металлические элементы. В случае пожара или токовой перегрузки происходит прогрев этих элементов до температуры порядка 500—600 ˚C, которая превышает температуру воспламенения (250—350 ˚C) многих полимерных материалов, входящих в конструкцию кабеля, в связи с чем возможно их повторное воспламенение от прогретых металлических элементов после прекращения подачи огнетушащего вещества. В связи с этим необходимо выбирать нормативные показатели подачи огнетушащих веществ, чтобы обеспечивать ликвидацию пламенного горения, а также исключить возможность повторного воспламенения.

      Длительное время в кабельных помещениях применялись установки пенного тушения. Однако опыт эксплуатации выявил ряд недостатков:

      • ограниченный сpoк хранения пенообразователя и недопустимость хранения их водных растворов;
      • неустойчивость в работе;
      • сложность наладки;
      • необходимость специального ухода за устройством дозировки пенообразователя;
      • быстрое разрушение пены при высокой (около 800 °C) температуре среды при пожаре.

      Исследования показали, что распылённая вода обладает большей огнетушащей способностью по сравнению с воздушно-механической пеной, так как она хорошо смачивает и охлаждает горящие кабели и строительные конструкции.

      Линейная скорость распространения пламени для кабельных сооружений (горение кабелей) составляет 1,1 м/мин.

      Высокотемпературные сверхпроводники

      ВТСП-провод

      В проводах на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) использование сверхпроводимости позволяет передавать электрический ток без потерь, а также достичь высокой плотности токов. Большим недостатком ВТСП-проводов является необходимость в постоянном охлаждении, что ограничивает их применение на практике. Несмотря на сложности в производстве и эксплуатации ВТСП-проводов, делаются постоянные попытки применения их на практике. Например, в демонстрационной системе силовой сети, запущенной в эксплуатацию в июле 2006 года в США, при напряжении 138 кВ передаётся мощность в 574 МВА на длину 600 метров.

      Первая коммерческая сверхпроводящая линия электропередачи была запущена в эксплуатацию фирмой American Superconductor на Лонг-Айленде в Нью-Йорке в конце июня 2008 года. Энергосистемы Южной Кореи собираются создать к 2015 году сверхпроводящие линии электропередачи общей длиной в 20 км.

      Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
      Вы можете помочь проекту, написав этот раздел. Эта отметка установлена 31 декабря 2016 года.

      Потери в ЛЭП

      Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

      В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону. Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля E {\displaystyle E} у поверхности провода превысит пороговую величину E k {\displaystyle E_{k}} , которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика:
      E k = 30 , 3 β ( 1 + 0,298 r β ) {\displaystyle E_{k}=30{,}3\beta \left({1+{\frac {0{,}298}{\sqrt {r\beta }}}}\right)} кВ/см,
      где r {\displaystyle r} — радиус провода в метрах, β {\displaystyle \beta } — отношение плотности воздуха к нормальной.

      Напряжённость электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U ( U − U кр ) {\displaystyle U(U-U_{\text{кр}})} .

      Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км.

      Потери в ЛЭП переменного тока

      Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ. Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой (индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности, тем больше потери активной.

      При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц ( λ = c / ν = {\displaystyle \lambda =c/\nu =} 6000 км, длина четвертьволнового вибратора λ / 4 = {\displaystyle \lambda /4=} 1500 км), провод работает как излучающая антенна.

      Натуральная мощность и пропускная способность ЛЭП

      Натуральная мощность

      ЛЭП обладает индуктивностью и ёмкостью. Ёмкостная мощность пропорциональна квадрату напряжения и не зависит от мощности, передаваемой по линии. Индуктивная же мощность линии пропорциональна квадрату тока, а значит и мощности линии. При определённой нагрузке индуктивная и ёмкостная мощности линии становятся равными, и они компенсируют друг друга. Линия становится «идеальной», потребляющей столько реактивной мощности, сколько её вырабатывает. Такая мощность называется натуральной мощностью. Она определяется только погонными индуктивностью и ёмкостью и не зависит от длины линии. По величине натуральной мощности можно ориентировочно судить о пропускной способности линии электропередачи. При передаче такой мощности на линии имеет место минимальные потери мощности, режим её работы является оптимальным. При расщеплении фаз, за счёт уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения емкостной проводимости линии, натуральная мощность увеличивается. При увеличении расстояния между проводами натуральная мощность уменьшается, и наоборот, для повышения натуральной мощности необходимо уменьшать расстояние между проводами. Наибольшей натуральной мощностью обладают кабельные линии, имеющие большую емкостную проводимость и малую индуктивность.

      Пропускная способность

      Под пропускной способностью электропередачи понимается наибольшая активная мощность трёх фаз электропередачи, которую можно передать в длительном установившемся режиме с учётом режимно-технических ограничений. Наибольшая передаваемая активная мощность электропередачи ограничена условиями статической устойчивости генераторов электрических станций, передающей и приёмной части электроэнергетической системы, и допустимой мощностью по нагреву проводов линии с допустимым током. Из практики эксплуатации электроэнергетических систем следует, что пропускная способность ЛЭП 500 кВ и выше обычно определяется фактором статической устойчивости, для ЛЭП 220—330 кВ ограничения могут наступать как по условию устойчивости, так и по допустимому нагреву, 110 кВ и ниже — только по нагреву.

      Характеристика пропускной способности воздушных линий электропередачи

      Uном,

      кВ

      Длина

      линии, км

      Предельная

      длина при

      кпд = 0.9

      Число и площадь

      сечения проводов,

      мм2

      Натуральная

      мощность

      Р нат МВт

      Пропускная способность
      По устойчивости По нагреву
      МВт в долях

      Рнат

      МВт в долях

      Рнат

      10(6) 5 1 2,1
      20 8 1 7,5
      35 20 1 15
      110 80 1 30 50 1,67
      220 150-250 400 1х300 120-135 350 2,9 280 2,3
      330 200-300 700 2х300 350-360 800 2,3 760 2,2
      500 300-400 1200 3х300 900 1350 1,5 1740 1,9
      750 400-500 2200 5х300 2100 2500 1,2 4600 2,1
      1150 400-500 3000 8х300 5300 4500 0,85 11000 2,1

      Примечания

      1. ПТЭзП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей)
      2. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются. Для существующих и расширяющихся электрических сетей на номинальные напряжения 3 и 150 кВ электрооборудование должно изготовляться (см. ГОСТ 721-77).
      3. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — С. 20
      4. Технические условия по проектированию автоматических установок комбинированного пожаротушения в кабельных сооружениях «НТО Пламя» — М., 2006. — С. 2
      5. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.:Энергоатомиздат, 1985. — С. 58.
      6. Рекомендации по расчету параметров эвакуации людей на основании положений ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования», Таблица 3.5
      7. Monica Heger. Superconductors Enter Commercial Utility Service. IEEE Spectrum. Дата обращения 19 января 2012. Архивировано 14 февраля 2010 года.
      8. Энергетики переходят на сверхпроводники. Радио Свобода (2010). — «Говорится о трех миллионах метров не кабеля, а исходной ленты… Из этих лент делаются кабели, содержащие порядка 50 лент. Поэтому надо 3 миллиона метров разделить на 50 и получится около 50 километров.». Дата обращения 27 ноября 2014.
      9. Joseph Milton. Superconductors come of age. Nature — News. — «Jason Fredette, managing director of corporate communications at the company, says that LS Cable will use the wire to make about 20 circuit kilometres of cable as part of a programme to modernize the South Korean electricity network starting in the capital, Seoul.». Дата обращения 19 января 2012. Архивировано 9 октября 2010 года.
      10. Процессы и аппараты химических технологий
      11. Потери на корону — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
      12. 4.1. Реактивные мощности и натуральная мощность линии электропередачи (недоступная ссылка). Дата обращения 8 января 2016. Архивировано 5 декабря 2016 года.
      13. Характеристика системы передачи электрической энергии
      14. Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации. Приказ № 216 Об утверждении Методических рекомендаций по определению предварительных параметров выдачи мощности строящихся (реконструируемых) генерирующих объектов в условиях нормальных режимов функционирования энергосистемы, учитываемых при определении платы за технологическое присоединение таких генерирующих объектов к объектам электросетевого хозяйства (от 30 апреля 2008 г.).

      Определение потерь мощности и электроэнергии в линии и в трансформаторе

      При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя около 12-18% всей вырабатываемой электроэнергии теряется в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках силовых трансформаторов.

      При проектировании нужно стремиться к уменьшению потерь электроэнергии на всех участках энергосистемы, поскольку потери электроэнергии ведут к увеличению мощности электростанций, что в свою очередь влияет на стоимость электроэнергии.

      В сетях до 10кВ потери мощности в основном обусловлены нагревом проводов от действия тока.

      Потери мощности в линии.

      Потери активной мощности (кВт) и потери реактивной мощности (кВАр) можно найти по следующим формулам:

      Формулы для расчета потери мощности в линии

      где Iрасч – расчетный ток данного участка линии, А;

      Rл – активное сопротивление линии, Ом.

      Потери мощности в трансформаторах.

      Потери мощности в силовых трансформаторах состоят из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери активной мощности (кВт) в трансформаторе можно определить по следующей формуле:

      Потери активной мощности в трансформаторе

      где ?Рст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении. Зависят только от мощности трансформатора и приложенного к первичной обмотке трансформатора напряжения. ?Рст приравнивают ?Рх;

      ?Рх— потери холостого хода трансформатора;

      ?Роб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт; ?Роб приравнивают ?Рк.

      ?Рк– потери короткого замыкания;

      ?=S/Sном – коэффициент загрузки трансформатора равен отношению фактической нагрузки трансформатора к его номинальной мощности;

      Потери реактивной мощности трансформатора (кВАр) можно определить по следующей формуле:

      Потери реактивной мощности в трансформаторе

      где ?Qст – потери реактивной мощности на намагничивание, кВАр. ?Qст приравнивают ?Qх.

      ?Qх – намагничивающая мощность холостого хода трансформатора;

      ?Qрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке.

      Значения ?Рст(?Рх) и ?Роб(?Рк) приведения в каталогах производителей силовых трансформаторов. Значения ?Qст(?Qх) и ?Qрас определяют по данным каталогов из следующих выражений:

      Формулы для расчета потери реактивной мощности

      где Iх – ток холостого хода трансформатора, %;

      Uк – напряжение короткого замыкания, %;

      Iном – номинальный ток трансформатора, А;

      Xтр – реактивное сопротивление трансформатора;

      Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

      Потери электроэнергии.

      На основании потерь мощности можно посчитать потери электроэнергии. Здесь следует быть внимательными. Нельзя посчитать потери электроэнергии умножив потери мощности при какой либо определенной нагрузке на число часов работы линии. Этого делать не стоит, т.к в течение суток или сезона потребляемая нагрузка изменяется и таким образом мы получим необоснованно завышенное значение.

      Чтобы правильно посчитать потери электроэнергии используют метод, основанный на понятиях времени использования потерь и времени использовании максимума нагрузки.

      Время максимальных потерь ? – условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий в линии, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии в год.

      Временем использования максимальной нагрузки или временем использования максимума Тмах называют условное число часов, в течение которых линия, работая с максимальной нагрузкой, могла бы передать потребителю за год столько энергии, сколько при работе по действительному переменному графику. Пусть W(кВт*ч) – энергия переданная по линии за некоторый промежуток времени, Рмах(кВт) -максимальная нагрузка, тогда время использования максимальной нагрузки:

      Тмах=W/Рмах

      На основании статистических данных для отдельных групп электроприемников были получены следующие значения Тмах:

      • Для внутреннего освещения – 1500—2000 ч;
      • Наружного освещения – 2000—3000 ч;
      • Промышленного предприятия односменного – 2000—2500 ч;
      • Двухсменного – 3000—4500 ч;
      • Трехсменного – 3000—7000 ч;

      Время потерь ? можно найти по графику, зная Тмах и коэффициент мощности.

      Зависимость времени максимальных потерь от продолжительности использования максимума нагрузки

      Теперь зная ? можно посчитать потери электроэнергии в линии и в трансформаторе.

      Потери энергии в линии:

      Потери энергии в линии

      Потери энергии в трансформаторе:

      Потери энергии в трансформаторе

      где ?Wатр –общая потеря активной энергии (кВт*ч) в трансформаторе;

      ?Wртр –общая потеря реактивной энергии (кВАр*ч) в трансформаторе.

      Расчет потерь мощности в линиях электропередач

      Потери активной мощности на участке ЛЕП (см. рис. 7.1) обусловлены активным сопротивлением проводов и кабелей, а также несовершенством их изоляции. Мощность, теряемая в активных сопротивлениях трехфазной ЛЕП и расходуемая на ее нагрев, определяется по формуле:

      ,

      где полный, активный и реактивный токи в ЛЕП;

      P, Q, S – активная, реактивная и полная мощности в начале или конце ЛЕП;

      U– линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

      R – активное сопротивление одной фазы ЛЕП.

      Потери активной мощности в проводимостях ЛЕП обусловлены несовершенством изоляции. В воздушных ЛЕП – появлением короны и, в очень незначительной степени, утечкой тока по изоляторам. В кабельных ЛЕП – появлением тока проводимости а его абсорбции. Рассчитываются потери по формуле:

      ,

      где U– линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

      G – активная проводимость ЛЕП.

      При проектировании воздушных ЛЕП потери мощности на корону стремятся свести к нулю, выбирая такой диаметр провода, когда возможность возникновения короны практически отсутствует.

      Потери реактивной мощности на участке ЛЕП обусловлены индуктивными сопротивлениями проводов и кабелей. Реактивная мощность, теряемая в трехфазной ЛЕП, рассчитывается аналогично мощности, теряемой в активных сопротивлениях:

      Генерируемая емкостной проводимостью зарядная мощность ЛЕП рассчитывается по формуле:

      ,

      где U– линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

      B – реактивная проводимость ЛЕП.

      Зарядная мощность уменьшает реактивную нагрузку сети и тем самым снижает потери мощности в ней.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *