Расчет потерь электроэнергии в сетях

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Обзор литературы 9
2. Потери мощности и энергии в линиях 12
3. Реактивная составляющая энергии 22
4. Баланс и принципы компенсации реактивной мощности 29
5. Влияние преобразовательных установок на сети 36
5.1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В РОССИИ. 37
6. Расчет потерь в электрической сети 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 72

1.1 Приложение 1. [10]; - удельное индуктивное сопротивление провода, Ом/км, из табл. 1 Приложение 15 [10]; - коэффициент мощности участка.Потери в процентах от междуфазного напряжения найдем по формуле:Расчеты сведем в таб. 8 для ВЛ 0,38 кВ и в таб. 7 для ВЛ 10 кВ.Рис 1.Схема сети 10 кВДля вечернего максимумаР7-4 = 154.1 кВтР4-6 = 100 кВт;Р4-5 = 100 кВтР3-4 = (100+100+154+150)*0.825=415.8 кВтР10-8 = 75 кВтР9-8 =200 кВтР8-3 = (75+200+100)*0.85=318.75 кВтР3-1 = (100+100+154+150+75+200+100+90)*0,77=746.13 кВтР2-1 = 80 кВтРип-1 = (100+100+154+150+75+200+100+90+80+85)*0,75=850.5 кВтПо отношению мощностей изрис 2,3[10] определяем коэффициент мощности cos потребителей. Результаты сводим в таблицу 6.Таблица6Номер Н.П.12345678910Рп/Ро0,50,40,30,50,40,3--0,40,30,5cos0,840,860,880,840,860,880,920,860,880,84Определяем средневзвешенные коэффициенты мощности на участках сети 10кВ:cos4-6 =0,88cos4-7=0,92cos4-5=0,86cos4-3(154,1*0,92+100*0,88+100*0,86+150*0,84)/(154,1+100+100+150)==0,88cos8-9=0,88cos10-8=0,84cos8-3=(0,84*75+100*0,86+200*0,88)/(100+200+75)=0,87cos3-1=(154,1*0,92+100*0,88+100*0,86+150*0,84+0,84*75+100*0,86++200*0,88+90*0,88)/( 154,1+100+100+150+100+200+75+90)=0,87cos2-1=0,86cosип-1=(154,1*0,92+100*0,88+100*0,86+150*0,84+0,84*75+100*0,86++200*0,88+90*0,88+85*0,84+80*0,86)/(154,1+100+100+150+100+200++75+90+85+80)=0,84Определим полные мощности протекающие по участкам сети 10кВ:;S7-4 =154,1/0,92= 167,5кВА;S6-4 =100/0,88= 113,64 кВА;S5-4 =100/0,86= 116,28 кВА;S3-4 =415,8/0,88= 472,5 кВА;S10-8 =75/0,84= 89,29 кВА;S8-9 =200/0,88= 227,27 кВА;S8-3 =318,8/0,87= 366,44 кВА;S3-1 =746,1/0,87= 857,59 кВА;S2-1=80/0,86= 93,02 кВА;Sип-1 =850,5/0,84= 1012,5 кВА;Результаты сводим в таблицу 7.Таблица7Расчет сети 0,38 кВ.Рис.2 Схема сети 0,38 кВ. Рассчитаем линию Л1:Р12-13= 6.6 кВтР12-А =8.4+4=12.4 кВт;Р11-А=6,6кВт;Р9-10 = 8.4 кВт;Р10-А =8,4+4=12,4 кВт;Р14-А=12,4+7,6+3,9=23,9 кВт;Р5-14=23,9+5,1=29 кВт;Р4-5=29+8,5=37,5 кВт;Р4-0=37,5+4,8=42,3 кВт;.соs12-13=0.93соs12-А=(0.93*6,6+0.93*8,4)/(6,6+8,4)=0.93соs11-А=0.93соs10-9=0.93соs10-А=(8,4*0,93+6,6*0,93)/(8,4+6,6)=0,93соsА-14=(0.93*6,6+0.93*8,4+8,4*0,93+6,6*0,93+6,6*0,93)//(8,4+6,6+8,4+6,6+6,6)=0,93соs14-5=(0.93*6,6+0.93*8,4+8,4*0,93+6,6*0,93+6,6*0,93+8,4*0,93)//(8,4+6,6+8,4+6,6+6,6+8,4)=0,93соs4-5=(0.93*6,6+0.93*8,4+8,4*0,93+6,6*0,93+6,6*0,93+8,4*0,93++0,86*14)/(8,4+6,6+8,4+6,6+6,6+8,4+14)=0,93соs4-0=(0.93*6,6+0.93*8,4+8,4*0,93+6,6*0,93+6,6*0,93+8,4*0,93++0,86*14+1*8)/(8,4+6,6+8,4+6,6+6,6+8,4+14+8)=0,94;S12-13= 6,6/0.93=7,1 кВA;S12-А =12,4/0.93=13,33 кВA;S11-А =6,6/0.93=7,1 кВA;S9-10 = 8,4 /0.93=9,03 кВA;S10-А =12,4/0.93=13,33 кВA;S14-А=23,9/0.93=25,7 кВA;S5-14=29/0.93=31,18кВA;S4-5 =37,5/0.93=40,76 кВA;S4-0 =42,3/0.94=45,98 кВA;Результаты остальных расчетов сведем в таблицу.8Таблица 8.Расчет сети 0,38кВУсловия выполняются и принимаем данные сечения проводов.6. Определение потерь энергии в линиях и трансформаторахОпределяем годовые потери энергии в ВЛ 0,38 и 10 кВ, а также в трансформаторе.Потери в ВЛ 10кВ и 0,38 кВ найдем по формуле:,где — полная мощность на участке, кВА; — удельное сопротивление участка, Ом/км; — длина участка, км; — время максимальных потерь, ч, из табл. 14.3. [10].Результаты расчетов сведем в таблицы 10 и 11Таблица 10. Потери энергии в сети 0,38кВТаблица 11. Потери энергии в сети 10кВ3) Потери в трансформаторе рассчитаем по формуле:,где - потери к. з. в трансформаторе, кВт; - потери холостого хода в трансформаторе, кВт;=2.65 кВт, =0,51 кВт, из табл. 16.1. [10] - максимальная полная нагрузка трансформатора, кВА; - номинальная мощность трансформатора, кВА; - время максимальных потерь, ч.4) Найдем суммарные потери в ВЛ 10 кВ, ВЛ 0,38 кВ и в трансформаторе:7. Автоматический расчет (Отчет)Выполним расчет средствами созданных пакетов программ.В качестве исходных данных заполняем таблицу:ПараметрРазмерностьЗначениеДлина линии (L)км2,5Удельное активное сопротивление линии (Rо)Ом/км0,2Удельное реактивное сопротивление линии (X0)Ом/км0,45Активные потери холостого хода линии (Pхх)кВт0Реактивные потери холостого хода линии (Qхх)квар0Расчетный ток в линии (Iр)А150Временя максимума нагрузки (Тм)час4500Число часов работы линии в году (Tг)час8760Средний тариф на активную электроэнергию (Co)руб/кВт·час1,96*. Расчет потерь мощности и электроэнергии в линии электропередачиОтчет сформирован автоматически на сайте www.online-electric.ruОбщую величину потерь активной мощности в линии определяют по формуле,(*.1)где –потери холостого хода линии, кВт;L – длина линии электропередачи, км; – удельное активное сопротивление линии, Ом./км; – расчетный ток в линии, А.По формуле (*.1) кВт.Общую величину потерь реактивной мощности в линии определяют по формуле,(*.2)где – реактивные потери холостого хода линии, кВар; – удельное реактивное сопротивление линии, Ом./км.По формуле (*.2)=кВар.Полные потери мощности в линии определяются по формуле: (*.3)кВ∙А.Потери активной энергии в линии определяются по формуле:, (*.4)где – число часов работы линии в году, час; – время максимальных потерь, условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий непрерывно, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии за год:, (*.5)где ТМ – время использования максимума нагрузки, условное число часов, в течение которых работа с максимальной нагрузкой передает за год столько энергии, сколько при работе по действительному графику, час.С учетом известного ТМ: час.По формуле (*.4):кВт·час.Потери реактивной энергии в линии определяются по формуле:. (*.6)квар·час.Полные потери электроэнергии в линии определяются по формуле: (*.7)кВ∙А∙час.Стоимость потерьС активной электроэнергии в линии определяется по формуле:, (*.8)где C0 – средняя стоимость 1 кВт∙часа электроэнергии, руб/кВт∙час.руб/кВт∙час.Результаты расчета сведены в табл. *.1.Таблица *.1Результаты расчета потерь мощности и электроэнергии в линии электропередачиПараметрРазмерностьЗначениеДлина линии (L)км2,5Удельное активное сопротивление линии (Rо)Ом/км0,2Удельное реактивное сопротивление линии (X0)Ом/км0,45Активные потери холостого хода линии (Pхх)кВт0Реактивные потери холостого хода линии (Qхх)квар0Расчетный ток в линии (Iр)А150Временя максимума нагрузки (Тм)час4500Число часов работы линии в году (Tг)час8760Средний тариф на активную электроэнергию (Co)руб/кВт·час1,96Значение потерь активной мощности в линии (Pл)кВт11,25Значение потерь реактивной мощности в линии (Qл)кВар25,31Значение полных потерь мощности линии (Sл)кВА27,70Значение времени максимальных потерь () - условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий непрерывно, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии за год. час2886,21Годовое значение потерь активной энергии в линии (Waл)кВт·час32469,86Годовое значение потерь реактивной энергии в линии (Wрл)кВар·час73057,18Годовое значение полных потерь энергии в линии (Wл)кВ∙А·час79947,76Годовая стоимость потерь активной энергии в линии (С)руб/год143192,08Отчет сформирован автоматически на сайте www.online-electric.ruПри передаче электроэнергии часть ее расходуется на нагрев, создание электромагнитных полей и другие эффекты. Этот расход принято называть потерями. В электроэнергетике термин “потери” имеет специфическое значение. Если на других производствах потери связаны с браком продукции, то потери электроэнергии – это технологический расход на ее передачу. Величина потерь электроэнергии зависит от характера изменения нагрузки в рассматриваемый период времени.ЗАКЛЮЧЕНИЕЕсли учесть, что до 80% вырабатываемой электроэнергии расходуется на промышленных предприятиях, становится понятным, почему вопросы экономии и снижения потерь электроэнергии в системах электроснабжения установок занимают ведущее место в экономике народного хозяйства нашей страны. Для индустриально развитой страны, такой как Россия, характернаэлектрификация - широкое применение электрической энергии вовсех областях производства и в быту. Электрификацию обеспечиваетсистема электроснабжения. Основными энергетическими ресурсами страны в настоящее время служат природные запасы горючихископаемых и гидравлические ресурсы. Вблизи этих источников энергиив большинстве случаев размещаются электрические станции. На нихпервичные виды энергии преобразуются в электрическую энергию,вырабатываемую генераторами переменного тока при напряжениях 6-35 кВ.Изготовление генераторов на более высокое напряжение затруднительнои практически нецелесообразно. Но при таких напряжениях экономичнаяпередача энергии возможна лишь близко расположенным потребителям.Для передачи электроэнергии на более значительные расстояния - порядкасотен километров-нужны более высокие напряжения-несколько сотен тысяч вольт. При данной мощности чем выше напряжение линии электропередачи (ЛЭП),тем меньше должна быть сила тока, а вместе с ней уменьшается падение напряжения в линии и потери энергии на нагревание проводов, если считать постоянной величиной сопротивление линии. Таким образом, повышение напряжения линии передачи дает возможность при тех же относительных потерях передавать энергию на более дальние расстояния. По этой причине стремятся применять для линий передач все более высокие напряжения. Следует отметить,что с повышением напряжения непропорционально быстро возрастают затраты на изолирующие устройства,в частности,натяжелые гирлянды изоляторов,нести которые должны высокие опоры,увеличиваются размеры и стоимость трансформаторных подстанций,наконец,значительно возрастают ежегодные расходы на обслуживание иподдержание установок более высокого напряжения.Если увеличение напряжения экономически необоснованно,то вызванные этим повышениемзатраты могут оказаться существенно больше экономики,которую создаетуменьшение потерь энергии на нагревание проводов. При проектировании электроснабжения рабочее напряжение выбирается, с одной стороны,в зависимости от стоимости соответствующегоэлектротехнического оборудования,а с другой стороны,в зависимости отстоимости в данном районе электрической энергии.Весьма приближеннодля линий передач средней длины можно считать экономически целесообразным напряжение 1 кВ на 1 км длинны линии,например для линии передачи длинной 200 км целесообразно применить рабочее напряжение 200 кВ.При выборе напряжения необходимо учесть и то,что оно должно соответствовать шкале стандартных напряжений.Генераторы,работающие на электрических станциях, соединяются с линиями передачи через повышающие трансформаторы,установленные на повышающей трансформаторной подстанции ТП. Длинными линиями электроэнергия передается в промышленные центры.Но линии передачи являются в системе питательными линиями ПЛ:потребители энергии непосредственно к ним не подключаются,так как напряжение этих линий для потребителей слишком высоко.Затем затруднительно среди городаустанавливать опоры линии передачи высокого напряжения. Напряжение желательно понизить настолько,чтобы иметь возможность применить относительно недорогие кабели,проложенные в земле (6-35 кВ). Поэтому напряжение передачи электроэнергии на районных трансформаторных подстанциях (ТП) понижается до 6-35 кВ.Эти подстанции построены на окраине больших городов или на территории больших заводов. От подстанции начинаются распределительные сети.Их напряжение (3-35 кВ) выбирают в зависимости от расстояния от районной ТП до потребителя.Для снабжения групп потребителей относительно небольшой мощности часто служат распределительные пункты (РП),где энергия распределяется между отдельными потребителями,но не трансформируется.Потребительские трансформаторные подстанции находятся в непосредственной близости к потребителям.Их вторичное напряжение 220/127; 380/220 и 660/380 В (при схеме распределения -звезда с нулевым проводом). Наибольшее распространение имеет система 380/220 В.Во вторичную цепь потребительских ТП подключаются лампы электрического освещения(220 В),электродвигатели и т.п.На пути от генератора к приемника электрическая энергия преобразуется 3-4 раза.Последний вариант (4 раза) применяют в техслучаях, когда напряжение 6-10 кВ недостаточны для распределения энергии по относительно большой площади,а строить для небольших мощностей дорогие понизительные подстанции на 110-500 кВ экономическинецелесообразно.По этим соображениям приходится вводить промежуточное напряжение распределительной сети 35 кВ.Вопросы экономного использования всех видов энергии, в том числе электрической, и повышения экономичности работы электроустановок являются важной государственной проблемой.Электроэнергия, как особый вид продукции, обладает определенными характеристиками, позволяющими судить о ее пригодности в различных производственных процессах. Совокупность таких характеристик, при которых приемники электроэнергии способны выполнять заложенные в них функции, объединены под общим понятием качества электроэнергии.В последние годы повышению качества электроэнергии уделяют большое внимание, т.к. качество электроэнергии может существенно влиять на расход электроэнергии, надежность систем электроснабжения, технологический процесс производства.При решении задачи повышения качества электроэнергии выделяют экономические, математические и технические аспекты.Экономические аспекты включают в себя методы расчета убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. Математические аспекты представляют собой обоснование тех или иных методов расчета показателей качества электроэнергии. Технические аспекты включают в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления ее качеством.Качество электроэнергии можно улучшить средствами питающей сети или применением соответствующего дополнительного оборудования на основе имеющегося опыта проектных и эксплуатационных организаций.Часть решений, в основном обусловленных техническими требованиями, является общей и должна приниматься на основе имеющихся указаний. В других случаях учитывают специфику конкретных условий.Стремление повысить производительность труда на современных промышленных предприятиях, а также интенсификация и усложнение технологических процессов обусловили то, что все большую долю в общем объеме суммарных нагрузок занимают резкопеременные и нелинейные нагрузки с повышенным потреблением реактивной мощности. Это, прежде всего, вентильные преобразователи, нашедшие широкое применение на заводах черной и цветной металлургии и предприятиях химической промышленности, а также мощные дуговые печи, сварочные установки и т.п.Характерной особенностью работы этих потребителей является влияние их на качество электроэнергии питающих сетей. В свою очередь нормальная работа электрооборудования зависит от качества электроэнергии питающей системы. Такое взаимное влияние электрооборудования и питающей системы определяют термином "электромагнитная совместимость".Решение проблемы электромагнитной совместимости связано с определением и поддержанием оптимальных показателей качества электроэнергии, при которых выполняются технические требования с минимальными затратами.Проблема электромагнитной совместимости электроприемников с питающей сетью остро возникла в последнее время в связи с широким внедрением мощных вентильных преобразователей, дуговых сталеплавильных печей, сварочных установок и других устройств, которые при всей своей экономичности и технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на качество электрической энергии в питающих электрических сетях.При разработке новых приемников электроэнергии необходимо учитывать то отрицательное влияние, которое они могут оказывать на питающую электрическую сеть. При оценке должны приниматься во внимание дополнительные устройства, предотвращающие ухудшение качества электрической энергии. Необходимые нормы качества электрической энергии могут быть достигнуты уже на стадии проектирования электроснабжения промышленных предприятий путем соответствующих расчетов и применения технических средств.Одним из основных вопросов, связанных с повышением качества электроэнергии в сетях, решаемых как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации систем промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающий выбор целесообразных источников, расчет и регулирование их мощности, размещение источников в системе электроснабжения.Рациональная (оптимальная) компенсация реактивной мощности в промышленных электросетях включает в себя широкий комплекс вопросов, направленных на повышение экономичности работы электроустановок, улучшение качества потребляемой электроэнергии и включающих в себя методывыбора и расчета компенсирующих устройств, исходя из условий выполнения заданий энергосистемы; вопросы места установки компенсирующих устройств и их наилучшего размещения, рациональной и безопасной эксплуатации и защиты; ключевые вопросы автоматического регулирования реактивной мощности в промышленных электросетях, а также создания целенаправленного научного подхода к разработкеи решению с минимумом погрешности адекватной математической модели задачи рациональной компенсации реактивной мощности.Рациональная компенсация реактивной мощности приводит к снижению потерь мощности из-за перетоков реактивной мощности, обеспечению надлежащего качества потребляемой электроэнергии за счет регулирования и стабилизации уровня напряжений в электросетях, достижению высоких технико-экономических показателей работы электроустановок.Проблема компенсации реактивной мощности в электрических системах страны имеет большое значение по следующим причинам:1)в городских электрических сетях возросло потребление реактивной мощности, обусловленное ростом бытовых нагрузок;2) в промышленном производстве наблюдается опережающий рост потребления реактивной мощности по сравнению с активной;3) увеличивается потребление реактивной мощности в сельских электрических сетях.Качественные и количественные изменения, происходящие в промышленном электроснабжении за последние годы, придают этому вопросу актуальность и особую значимость. Сегодня прирост потребления реактивной мощности существенно превосходит прирост потребления активной мощности. Но при этом передача реактивной мощности на значительные расстояния от мест генерации до мест потребления существенно ухудшает технико-экономические показатели систем электроснабжения.Интенсификация производственных процессов, повышение производительности труда связаны с совершенствованием существующей и внедрением новой, передовой технологии. Этому процессу сопутствует широкое внедрение мощных вентильных преобразователей, электродуговых печей, сварочных установок и других устройств, которые при всей технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на качество электроэнергии в электрических сетях.Практически все показатели качества электроэнергии по напряжению зависят от потребляемой промышленными электроприёмниками реактивной мощности. Поэтому вопросы качества электроэнергии следует рассматривать в непосредственной связи с вопросами компенсации реактивной мощности.Проблема электромагнитной совместимости электроприемников с питающей сетью, которую в последнее время сравнивают с проблемой загрязнения окружающей среды, порождает новые научные и технические проблемы при проектировании и эксплуатации промышленных электрических сетей. В настоящее время принимаются меры для того, чтобы уменьшить влияние потребителей на качество электроэнергии в промышленных сетях.Проблема может быть решена путем создания и промышленного освоения быстродействующих многофункциональных средств компенсации реактивной мощности, улучшающих качество электроэнергии сразу по нескольким параметрам. Внедрение этих устройств приведет также к уменьшению потерь электроэнергии.Экономное использование электроэнергии приобретает все большее значение, что необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации промышленных сетей высокого и низкого напряжения. Анализ потребления электрической энергии промышленными предприятиями показывает, что основными направлениями сокращения потерь электроэнергии в сетях являются компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества потребляемой электрической энергии непосредственно в сетях промышленных предприятий, увеличение загрузки трансформаторов с целью достижения максимальной эффективности их использования, приближение трансформаторов к приемникам электроэнергии (глубокие вводы), сокращение ступеней трансформации и исключение дополнительного реакторного оборудования, сокращение потерь непосредственно втрансформаторах, внедрение более экономичного силового электрооборудования и источников света, оптимизация режимов работы электрооборудования, реконструкция и перевод сетей на повышенное напряжение, внедрение диспетчерского управления и автоматизированных систем управления электроснабжением и учетом электроэнергии.Вопросы качества электроэнергии требуют тщательной разработки и изучения происходящих при этом явлений. Особые трудности связаны с отсутствием требуемых измерительных приборов в электрических сетях, а также сложностью и необходимостью изменения методов измерений. Это связано, в частности, с влиянием случайного характера изменений нагрузок, что, в свою очередь, требует применения статистических приборов и соответствующей обработки получаемой информации – использования вероятностно-статистических методов расчета.Следовательно, экономия электроэнергии на промышленных предприятиях может быть получена за счет уменьшения потерь электроэнергии в системе электроснабжения (трансформаторах, реакторах, линиях и др.), а также за счет рационализации и усовершенствования технологического процесса потребления электроэнергии электродвигателями, электропечами, электрическими светильниками (например, люминесцентных ламп).СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫИсточники на русском языке1.Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 176с.2.Будзко И.А., Левин М.С. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 320с.3.Воротницкий В.Э., Железко Ю.С., Казанцев В.Н. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 368с.4.Воротницкий В.Э., Заслонов С.В., Калинкина М.А. Программа расчета технических потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 6 - 10 кВ. - Электрические станции, 1999, №8, с.38-42.5.Железко Ю.С. Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях и программное обеспечение расчетов. - Электрические станции, 2001, №9, с.33-38.6.Железко Ю.С. Оценка потерь электроэнергии, обусловленных инструментальными погрешностями измерения. - Электрические станции, 2001, №8, с. 19-24.7.Галанов В.П., Галанов В.В. Влияние качества электроэнергии на уровень ее потерь в сетях. - Электрические станции, 2001, №5, с.54-63.8.Воротницкий В.Э., Загорский Я.Т., Апряткин В.Н. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях. - Электрические станции, 2000, №5, с.9-13.9.Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 (10) кВ. - Новости ЭлектроТехники, 2003, №1, с.15-17.10. И.А. Будзко, Н.М. Зуль "Электроснабжение сельского хозяйства" М.:Агропромиздат, 1990г.Электронные ресурсыОтчет сформирован автоматически на сайте www.online-electric.ru