Методы снижения потерь

Каждый потребитель сталкивался с проблемой нестабильного состояния электрической сети. Ее проявлениями являются резкие скачки напряжения, периоды очень высоких или низких показателей напряжения, необходимость усиленной защиты бытовой техники при неблагоприятных погодных условиях.

Возникновение потерь в электрических сетях.

На потери в электросетях существенно влияют особенности воздушных электролиний, их неправильный монтаж, и качество обслуживания. Напряжение на выходе (розетки) зависит от потерь в электрических линиях: оно уменьшается при увеличении потерь. Для стабилизации необходимо снижать сопротивление ЛЭП.

Вторым фактором потерь в электросетях есть реактивная мощность (нагрузка). В этом случае происходит неполное поглощение энергии, что ведет к дополнительным потерям, скачкам напряжения и тока, возникновению поломок электроприборов. Согласно статистическим данным, из-за некомпенсированной реактивной нагрузки, потребитель расходует на 30% больше электроэнергии. Чтобы этого избежать, необходимо использовать компенсаторы.

Методы снижения потерь

Для минимизации потерь в электрических сетях, существует несколько методов:

— Уменьшение сопротивления нулевого провода – его заземление на каждом столбе ЛЭП и при каждой нагрузке, потери снижаются до 50%;

— Вовремя заменять участки с обрывами проводов. Лучше всего использовать СИП – изолированные алюминиевые провода, которые являются самонесущими, не обрываются под тяжестью снега и при сильном ветре. Сечение кабеля должно быть более 16 мм2 ; он имеет двухслойную изоляцию и пластиковое покрытие, защищающее от солнечного перегревания;

— Использование стабилизаторов напряжения на входе в здание. Могут быть однофазные и трехфазные, стабилизируют напряжение на входе до 30%;

— Эффективный и простой способ снижения потерь – трехфазное подключение. В таком случае снижается сила тока в каждой фазе, что ведет к снижению потерь во всей линии. Появляется возможность равномерного распределения общей нагрузки.

Экономико-статистический анализ потерь при передаче электроэнергии по высоковольтным проводам в России Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311 DOI: 10.14529/ет170416

ЭКОНОМИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОТЕРЬ

ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ

ПРОВОДАМ В РОССИИ

Е.О. Бакай

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Россия

Линия электропередачи — это система проводов вместе с трассами для прокладки проводов, поддерживающими и монтажными конструкциями, предназначенными для передачи электрической энергии. Линии электропередачи являются связующим элементом в энергосистемах, например, станция -подстанция, подстанция — потребитель и т. д. Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, чтобы уменьшить потери при передаче на значительные расстояния, напряжение многократно повышают, но с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

Ионизация воздуха вблизи высоковольтных проводов (воздушной линии электропередачи) является причиной возникновения некоторого природного явления — разряда, которое получило название «корона». Коронный разряд, возникающий около высоковольтных проводов, сопровождается необычным звуком, шипением, световым явлением синего цвета, а также образованием озона. Корона часто приводит к образованию коррозии проводов.

Снижение потерь электроэнергии входит в число основных целей, указанных в стратегии развития электросетевого комплекса России. В 2017 году их объем в среднем по стране должен снизиться на 11 % относительно уровня 2012 года.

Цель работы — анализ потерь электроэнергии по стране вследствие возникновения коронного разряда, а также разработка современных, универсальных предложений по уменьшению потерь электроэнергии на корону.

Задачи работы: изучить и обобщить статистические данные по потерям электроэнергии; выявить и охарактеризовать позитивные и негативные тенденции; сформулировать предложения по уменьшению потерь на коронный разряд в воздушной линии электропередачи.

Экономико-статистический анализ потерь электроэнергии по стране будет проведен на основании данных, представленных на сайте Министерства энергетики Российской Федерации, а также другой литературы.

Ключевые слова: развитие, динамика, электроэнергетика, потери электроэнергии, коронный разряд, ЛЭП, экономика, статистика, анализ, электроэнергия.

Введение

Снижение потерь электроэнергии входит в число основных целей, указанных в стратегии развития электросетевого комплекса России [1]. В среднем по стране к 2017 году объем потерь должен снизиться на 11 % относительно уровня 2012 года [2]. Годовые потери электроэнергии на корону в электрических сетях РФ составляют более 4 млрд кВт*ч и если эту величину умножить на стоимость одного кВт*ч, то получится весьма внушительная сумма [3]. Развитие экономики страны сопровождается ростом потребляемой электроэнергии, даже на фоне масштабных мер по энергосбережению и энергоэффективности [4, 5], поэтому просто необходимо бороться со столь значительными потерями на корону.

Динамика потерь электроэнергии в электрических сетях страны за 1994-2013 гг. представлена в табл. 1. В таблице приведены показатели электробаланса энергии, отпуск электроэнергии в сеть, потери электроэнергии и относительные потери электроэнергии.

Для наглядности покажем относительные потери электроэнергии в виде графика (рис. 1).

Из рис.Х1*Х2*Х„, где Х1 * Х2 * Хм — коэффициенты роста с переменной базой [8-10].

.,_ ¡11,43 11,79 11,81 11,53 11,46 11,77 11,18 11,43 11,79 11,81 11,53 11,46 1,026 %.

Основная часть

В основном, потери на корону зависят от уровня рабочего напряжения сети, сечения проводов и конструкции фазы, но главным образом от вида погоды [11].

Потери на корону при тумане и изморози возрастают в десятки раз по сравнению с потерями при хорошей погоде. Именно поэтому одной из самых главных задач электроснабжения является создание таких условий, при которых передача электрической энергии по линиям электропередач будет экономичной, эффективной и надёжной [12].

Таблица 1

Динамика потерь электроэнергии в электрических сетях Российской Федерации за 1994-2013 гг. [6, 7]

Потери электроэнергии

Показатели электробаланса энергии Производство электроэнергии Отпуск элек- Потери электро- относительные

троэнергии в сеть энергии абсолютные от отпуска в сеть от производства

ед. измерения млрд кВт*ч млрд кВт*ч млрд кВт*ч % %

1994 875,9 794,7 79 9,94 9,02

1995 860 781,8 83,5 10,68 9,71

1996 847,2 766,8 84,2 10,98 9,94

1997 833,9 753,6 84,4 11,2 10,12

1998 826,1 750,3 93,3 12,44 11,28

1999 845,5 772,9 96,8 12,52 11,44

2000 876 803,5 101,6 12,64 11,59

2001 891,3 816,9 105,51 12,91 11,84

Численные 2002 891,3 819,9 107,5 13,11 12,06

значения по- 2003 916,3 812,7 110,5 13,11 12,06

казателей по 2004 931,9 864,9 112,6 13,02 12,08

годам 2005 953,1 875,7 112,6 12,86 11,81

2006 995,8 911,5 107,6 11,8 10,81

2007 1015,33 937,46 104,86 11,18 10,33

2008 1018,0 955,35 109,24 11,43 10,50

2009 1040 965 113,9 11,79 10,95

2010 1037 963 113,76 11,81 10,96

2011 1053 980 113,01 11,53 10,73

2012 1064 990 113,48 11,46 10,66

2013 1045 975 114,8 11,77 10,98

14

13

12

10

ф ojo ЧЛ A J) & ¿ч Л Л > A А ^ Ä Л Л Л

-Потери электроэнергии от отпуска в сеть, % -Потерн электроэнергии от производства, %

Рис. 1. Относительные потери электроэнергии в России, % [6]

Наиболее остро проблема потерь стоит в сетях 220 кВ и выше, что при их малой загруженности в настоящее время связано не столько с потерями в проводах от токов нагрузки, сколько с потерями на корону [14].

В среднем в год потери мощности и энергии на коронный разряд ВЛ напряжением 330 кВ и напряжением 500 кВ составляют 12 %, а ВЛ напряжением 750 кВ — около 14 % от суммарных потерь [5, 15].

Так как в действительности средние нагрузки ВЛ раза в два меньше натуральной мощности, то потери на корону ВЛ напряжением 330 кВ и напряжением 500 кВ составят 35 %, а ВЛ напряжением 750 кВ около 39 % от суммарных потерь (рис. 2, 3).

Для ЛЭП характерна потеря активной мощности на нагрев проводов при протекании тока по ним в связи с наличием сопротивления проводов

ЛЭП. Чем больше ток или сопротивление ЛЭП, тем больше потери мощности и напряжения [17, 18].

При передаче электроэнергии на дальние расстояния напряжение многократно повышают с помощью трансформаторов, для того чтобы уменьшить силу тока, из-за того, что потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока. Эти мероприятия позволяют значительно снизить потери, однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

В ВЛЭП сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд).

Одной из составляющих потерь в линиях электропередачи сверхвысокого напряжения 750, 500, 330 и 220 кВ являются потери на коронный разряд.

Рис. 2. Потери электроэнергии в сетях с различными уровнями напряжения в стране [13]

■ ЛЭП ■ Трансформаторы

■ Корона ВЛ ■ Холостой ход трасформаторов Собственные нужды ПС ■ Потери в КУ

■ Потери в ШР

Рис. 3. Среднестатистические составляющие структуры технических потерь электроэнергии

в электрических сетях страны [16]

Коронный разряд на проводах ВЛ приводит к потерям электроэнергии, вызывает значительный слышимый шум, радиопомехи, свечение, продуцирование озона и повреждения изоляции линий электропередачи.

К типовым мероприятиям по снижению потерь на корону относятся:

1) увеличение диаметра провода, расщепление провода;

2) регулирование напряжения и др.

К инновационным способам снижения потерь на корону можно отнести:

1) изменение поверхности провода;

2) изменение сплава провода и его структуры;

3) нанесение специальных покрытий на внешнюю поверхность провода и пр.

Учитывая, что замена проводов на большее сечение или изменение конструкции фазы связаны фактически с полной реконструкцией ВЛЭП, в настоящий момент могут быть выделены два основных направления работы с обоснованными затратами:

1) совершенствование систем регулирования напряжения на подстанциях и электростанциях;

2) замена проводов на провода аналогичного сечения со сниженными потерями или доработка проводов для снижения потерь.

Максимальные потери на корону характеры для повышенных напряжений на ВЛЭП при слабой их загрузке, а также при плохой погоде. В условиях слабой загрузки ВЛ, когда напряжение в линии превосходит номинальное на 5 % и выше, регулированием напряжения можно понизить потери электроэнергии в сети более чем на 30 %. Потери мощности на корону в хорошую погоду невелики. Поэтому напряжение, с целью снижения потерь на корону, целесообразно регулировать в плохую погоду, когда потери на корону возрастают на 1-2 порядка, а продолжительность этих потерь составляет 1-2 тысячи часов и более.

Покажем графически как меняются потери на коронный разряд при напряжении 750 кВ в различную погоду (рис. 4).

Рассмотрим диаграмму, выражающую зависимость потерь энергии на корону от видов погоды (рис. 5).

Из диаграммы видно, что максимальные потери наблюдаются при изморози при напряжении в 750 кВ.

Планирование режимов с учетом потерь на корону сталкивается со значительными трудностями ввиду того, что погода носит вероятностный характер, а также сильно сказываются условия прохождения каждой линии. Чтобы осуществлять оперативное управление напряжением в сети, необходимо иметь текущие и прогнозное значения потерь в проводах и на корону, кроме того, необходимо учитывать условия нагрева и охлаждения проводов ВЛ. Так, при безветренной погоде на

солнце температура провода может увеличиться более чем на 20 °С по отношению к температуре воздуха. Поэтому планирование режимов с учетом потерь на корону в настоящее время только прорабатывается.

Регулирование напряжения на ВЛ 500 кВ при плохой погоде со среднеэксплуатационным напряжением 515 кВ, при его снижении до 500 кВ, позволяет снизить потери на корону на 10-15 % или ещё более. Также экспериментальным путём установлено, что на разных ВЛ 500 кВ длиной более 100 км экономия электроэнергии от регулирования напряжения может составить более 5 млн кВтч в год, что весьма существенно с экономической точки зрения и перспективно.

Для снижения напряжения могут быть использованы средства реактивной мощности, к которым относятся шунтирующие реакторы, синхронные компенсаторы и статические тиристоры компенсаторы [11, 12].

Регулирование напряжения на электростанциях, с целью снижения потерь, в том числе на корону, является крайне перспективным и востребованным мероприятием для снижения потерь.

В моменты плохой погоды (высокая влажность, изморозь, гололёд, осадки), которая составляет от 10 до 20 % от всего времени в году, расходуется более 80 % всех потерь на корону (табл. 2). Одним из перспективных решений для борьбы с коронным разрядом является получение и нанесение защитных покрытий, на поверхности которых не образуются капли при дожде и изморозь. В таком случае потери на корону могут быть снижены на величину порядка 50 % или 15-20 % от всех потерь в ЛЭП.

Эффект короны существенно различно проявляется при различных осадках. При этом потери мощности на корону в зависимости от вида погоды также связаны как с изменением радиуса кривизны провода, так и с напряженностью поля и условий её образования (влажность, давление, температура). Наиболее низкие потери наблюдаются при сухой погоде на чистом проводе, тогда как при наличии отложений на проводе интенсивность коронного разряда резко увеличивается. Так, при дожде и изморози потери на корону могут увеличиться в 10-20 раз.

Очевидной становится идея уменьшить потери мощности при передаче электроэнергии за счет механизма уменьшения потерь на корону до уровня потерь при хорошей погоде, а именно исключение возможности образования на поверхности провода капель воды и изморози.

В результате проводимых исследований было установлено, что задачу по устранению или заметному снижению капель с поверхности можно решить двумя путями: придание поверхности супергидрофобных (невозможность образования капель ввиду эффекта поверхностного натяжения) или

кВт/км 1200

•Средние потери —^Максимальные потери

Рис. 4. График потерь мощности на корону в линии электропередачи напряжением 750 кВ

при различной погоде [19].

Таблица 2

Средние по России удельные потери мощности и энергии на корону ВЛ [15, 19, 20]

Вид погоды Продолжительность, ч Потери мощности ВЛ, Вт/м Потери энергии ВЛ, Вт*ч/м

220 330 500 750 220 330 500 750

Хорошая 5159 0,3 1,5 2,4 5,7 1548 7738 12382 29406

Повышенная влажность 746 1,7 5,4 8,4 19 1268 4028 6266 14174

Снег 807 2,3 6,6 12,4 25 1856 5326 10007 20175

Туман 190 3,2 10 16,4 34 608 1900 3116 6460

Дождь 395 6 16 30 67 2370 7616 14280 31892

Изморозь 1381 13 36 59,2 116 17953 49716 81755 160196

Среднегодовые потери, Вт*ч/м 25603 76324 127806 262303

Рис. 5. График зависимости потерь энергии на корону от видов погоды при различном высоком напряжении [15]

супер-гидрофильных свойств (равномерное смачивание вдоль всего провода тонкой пленкой).

В заключение можно отметить, что внедрение технических, технологических и организационных решений, связанных со снижением потерь электроэнергии в электрических сетях, способно решить множество проблем, как экономического, так и государственного масштаба, обеспечить энергоэффективность всей системы энергоснабжения Российской Федерации.

Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. Официальный сайт Министерства энергетики РФ. — http:// www.minenergo. gov.ru/node/1920 (дата обращения 09.06.2017).

2. «Потерять нельзя сэкономить», приложение к газете «Коммерсантъ», № 83 от 20.05.2013 г. — https://www.kommersant.ru/doc/2189201 (дата обращения 03.07.2017).

3. Беляева, Л.А. Оценка потерь электроэнергии на корону по данным телеметрии / Л.А. Беляева, Б.Г. Булатов. — https://cyberleninka.ru/article/ n/otsenka-poter-elektroenergii-na-koronu-po-dannym-telemetrii (дата обращения 10.06.2017).

4. Баркин, О.Г. Электроэнергетика Российской Федерации: текущий статус, возможные сценарии, развилки выбора, целевое видение / О. Г. Баркин // Эффективное антикризисное управление. — 2011. — № 3 (66). — С. 34-41.

5. Краткие месячные отчеты Министерства энергетики РФ о функционировании электроэнергетики. — https://minenergo.gov.ru/node/4858 (дата обращения 26.06.2017).

6. Снижение потерь электроэнергии. Стратегический путь повышения энергоэффективно-

сти сетей.р (дата обращения 20.06.2017)

7. Отчет о функционировании электроэнергетики в 2016 году. — https://minenergo.gov.ru/ system/download-pdf/4858/71298 (дата обращения 27.06.2017)

8. Ефимова, М.Р. Общая теория статистики / М.Р. Ефимова, Е.В. Петрова, В.Н. Румянцев. -М.: ИНФРА-М, 2006. — 416 с.

9. Ефимова, М.Р. Практикум по общей теории статистики: учеб. пособие / М.Р. Ефимова, О.И. Ганченко, Е.В. Петрова. — М.: Финансы и статистика, 2005. — 336 с.

10. Кобозев, А.В. Статистика: методические указания / А.В. Кобозев, А.В. Кобозева. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. — Ч. 1. — 34 с.

11. Капцов, Н.А. Коронный разряд/Н. А. Кап-цов. — М.: ОГИЗ Гостехиздат, 1947. — 256 с.

12. Левитов, В.И. Корона переменного тока / В.И. Левитов. — М.: Энергия, 1975. — 280 с.

13. Электроэнергетика России: основные показатели функционирования и тенденции развития. Стратегический путь повышения энергоэффективности сетей. — https://www.hse.ru/data/ 2015/05/24/1097192707/ %Б0 %94 %Б0 %ВЕ %Б0 %ВА %Б0 %ВВ %Б0 %В0 %Б0 %В4 %Ш %о8Б % Б0 %ВВ %Б0 %В5 %Б0 %ВА %Ш %82 %01 %80 %Б0 %ВЕ %й1 %8Б %Б0 %ВБ %Б0 %В5 %й1 % 80 %Б0 %В3 %Б0 %В5 %Ш %82 %Б0 %В8 %Б0 %ВА %Б0 %В0 %20 %Б0 %А0 %Б0 %ВЕ %Ш %8 1 %Ш %81 %Б0 %В8 %Б0 %B8.pdf (дата обращения 22.06.2017).

14. Попков, В.И. Коронный разряд и линии сверхвысокого напряжения / В.И. Попков. — М.: Наука, 1990. — 253 с.

15. Потери на корону и их снижение в сетях 220 КВ и выше. Путеводитель по Энергетике. -http://pue8.ru/elektricheskie-seti/628-poteri-na-koronu-i-ikh-snizhenie-v-setyakh-220-kv-i-vyshe.html (дата обращения 19.06.2017).

16. Снижение потерь электроэнергии при внедрении Smart Grid. Портал RusCable.Ru. -http://eepr.ru/article/Snizhenie_poter_elektroenergii_ pri_vnedrenii/ (дата обращения 18.06.2017).

17. Баланчевадзе, В.И. Энергетика сегодня и завтра /В.И. Баланчевадзе, А.И. Барановский; под ред. А.Ф. Дьякова. — М.: Энергоатомиздат, 1990.

18. Кириллин, В.А. Энергетика. Главные про-

блемы: в вопросах и ответах / В.А. Кириллин. -М.: Знание, 1990.

19. Тамазов, А.И. О проблемах расчёта потерь на корону воздушных линий электропередачи / А.И. Тамазов. — https://portalenergetika.com/

articles/o _problemah_rascheta_poter_na_koronu_уо

2ёшЫуШ_1Шу_е1ек^орегеёасЫ_35 (дата обращения 25.06.2017).

20. Железко, Ю. С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. — 280 с.

Бакай Егор Олегович, студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (г. Пермь), [email protected]

Поступила в редакцию 12 октября 2017 г.

DOI: 10.14529/em170416

ECONOMIC AND STATISTICAL ANALYSIS OF LOSSES IN ELECTRICITY TRANSMISSION ON HIGH-VOLTAGE WIRES IN RUSSIA

E.O. Bakai

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

Power transmission line is a system of wires along with routes for laying wires, supporting and mounting structures intended for the transmission of electrical energy. Power lines are a connecting element in power systems, for example, station-substation, substation-consumer, etc.

The loss of electric power in the wires depends on the current intensity; in order to reduce transmission losses over considerable distances, the voltage is repeatedly increased, but with different voltage, various discharge phenomena begin to occur.

Ionization of air near high-voltage wires (overhead transmission line) is the reason for the occurrence of some natural phenomenon — a discharge, which was called the «corona» (crown). The corona discharge, which occurs near high-voltage wires, is accompanied by an unusual sound, a hiss, a light phenomenon of blue color, and the formation of ozone. The corona often leads to corrosion of wires.

Decrease in losses of electric power is one of the main goals indicated in the strategy of development of the power grid complex in Russia. In 2017, their volume in the national average should decrease by 11% compared to the level of 2012.

The goal of the work is to analyze the losses of electric power throughout the country due to the appearance of corona discharge, as well as the development of modern, universal proposals to reduce the loss of electric power to the corona.

Objectives of the work: to study and summarize statistical data on energy losses; identify and characterize positive and negative trends; formulate proposals to reduce losses to the corona discharge in the overhead power transmission line.

The economic and statistical analysis of electricity losses in the country will be carried out on the basis of the data presented on the website of the Ministry of Energy of the Russian Federation, as well as other literature.

Keywords: development, dynamics, electric power industry, power losses, corona discharge, power lines, economy, statistics, analysis, electric power.

References

1. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2035 goda. Ofitsial’nyy sayt Ministerstva energetiki RF [Energy strategy of Russia for the period up to 2035. Official site of the Ministry of Energy of the Russian Federation]. Available at: http:// www.minenergo.gov.ru/node/1920 (accessed 09.06.2017).

2. «Poteryat’ nel’zya sekonomit'», prilozhenie k gazete «Kommersant» [«You cannot lose money», the supplement to the newspaper Kommersant], no. 83 ot 20.05.2013 g. Available at: https://www.kommersant.ru/doc/2189201 (accessed 03.07.2017).

3. Belyaeva L.A., Bulatov B.G. Otsenkapoter’ elektroenergii na koronupo dannym telemetrii [Estimation of electric power losses on the corona according to telemetry data]. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n7otsenka-poter-elektroenergii-na-koronu-po-dannym-telemetrii (accessed 10.06.2017).

4. Barkin O.G. [Electric power industry of the Russian Federation: current status, possible scenarios, options of choice, target vision]. Effektivnoe antikrizisnoe upravlenie [Effective anti-crisis management], 2011, no. 3 (66), pp. 34-41. (in Russ.)

5. Kratkie mesyachnye otchety Ministerstva energetiki RF o funktsionirovanii elektroenergetiki [Brief monthly reports of the Ministry of Energy of the Russian Federation on the functioning of the electric power industry]. Available at: https://minenergo.gov.ru/node/4858 (accessed 26.06.2017).

6. Snizhenie poter’ elektroenergii. Strategicheskiy put’ povysheniya energoeffektivnosti setey. Novosti elektroniki. Informatsionno-spravochnoe izdanie [Reduction of power losses. A strategic way to increase the energy efficiency of networks. Electronics news. Information andreference edition]. Available at: http://www.news.elteh.ru/arh/2015/93/05.php (accessed 20.06.2017)

7. Otchet o funktsionirovanii elektroenergetiki v 2016 godu [Report on the functioning of the electric power industry in 2016]. Available at: https://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/4858/71298 (accessed 27.06.2017)

8. Efimova M.R., Petrova E.V., Rumyantsev V.N. Obshchaya teoriya statistiki [General Theory of Statistics]. Moscow, 2006. 416 p.

9. Efimova M.R., Ganchenko O.I., Petrova E.V. Praktikum po obshchey teorii statistiki [Workshop on the General Theory of Statistics]. Moscow, 2005. 336 p.

10. Kobozev A.V., Kobozeva A.V. Statistika: metodicheskie ukazaniya [Statistics: guidelines]. Khabarovsk, 2011. Ch. 1. 34 p.

11. Kaptsov N.A. Koronnyy razryad [Corona discharge]. Moscow, 1947. 256 p.

12. Levitov V.I. Koronaperemennogo toka [Alternating current corona]. Moscow, 1975. 280 p.

13. Elektroenergetika Rossii: osnovnye pokazateli funktsionirovaniya i tendentsii razvitiya. Strategicheskiy put’ povysheniya energoeffektivnosti setey [Power engineering in Russia: basic performance indicators and development trends. A strategic way to increase the energy efficiency of networks]. Available at: https://www.hse.ru/data/2015/05/24/1097192707/ %D0 %94 %D0 %BE %D0 %BA %D0 %BB %D0 %B0 %D0 %B4_ %D1 %8D %D0 %BB %D0 %B5 %D0 %BA %D1 %82 %D1 %80 %D0 %BE %D1 %8D %D0 %BD % D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B3 %D0 %B5 %D1 %82 %D0 %B8 %D0 %BA %D0 %B0 %20 %D0 %A0 %D0 % BE %D1 %81 %D1 %81 %D0 %B8 %D0 %B8.pdf (accessed 22.06.2017).

14. Popkov V.I. Koronnyy razryad i linii sverkhvysokogo napryazheniya [Corona discharge and ultrahigh voltage lines]. Moscow, 1990. 253 p.

15. Poteri na koronu i ikh snizhenie v setyakh 220 KVi vyshe. Putevoditel’po Energetike [Losses on the corona and their decrease in 220 kV and above. Guide to Power Engineering]. Available at: http://pue8.ru/elektricheskie-seti7628-poteri-na-koronu-i-ikh-snizhenie-v-setyakh-220-kv-i-vyshe.html (accessed 19.06.2017).

16. Snizhenie poter’ elektroenergii pri vnedrenii Smart Grid. Portal RusCable.Ru [Reduction of power losses during the implementation of Smart Grid. Portal RusCable.Ru]. Available at: http://eepr.ru/article/Snizhenie_poter_elektroenergii_pri_vnedrenii/ (accessed 18.06.2017).

17. Balanchevadze V.I., Baranovskiy A.I. Energetika segodnya i zavtra [Power engineering: today and tomorrow]. Moscow, 1990.

18. Kirillin V.A. Energetika. Glavnye problemy: v voprosakh i otvetakh [Power engineering. The main problems in questions and answers]. Moscow, 1990.

19. Tamazov A.I. O problemakh raschetapoter’ na koronu vozdushnykh liniy elektroperedachi [On the problems of calculation of losses on the corona of overhead transmission lines]. Available at:

https://portalenergetika.com/articles/o_problemah_rascheta_poter_na_koronu_vozdushnyih_liniy_elektropered

achi_35 (accessed 25.06.2017).

20. Zhelezko Yu.S., Artem’ev A.V., Savchenko O.V. Raschet, analiz i normirovanie poter’ elektroenergii v elektricheskikh setyakh: Rukovodstvo dlya prakticheskikh raschetov [Calculation, analysis and normalization of electricity losses in electrical networks: A guide for practical calculations]. Moscow, 2003. 280 p.

Egor O. Bakai, student of Perm National Research Polytechnic University, Perm, [email protected]

Received 12 October 2017

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

Бакай, Е.О. Экономико-статистический анализ потерь при передаче электроэнергии по высоковольтным проводам в России / Е.О. Бакай // Вестник ЮУр-ГУ. Серия «Экономика и менеджмент». — 2017. — Т. 11, № 4. — С. 117-125. БО!: 10.14529/ет170416

FOR CITATION

Bakai E.O. Economic and Statistical Analysis of Losses in Electricity Transmission on High-Voltage Wires in Russia. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Economics and Management, 2017, vol. 11, no. 4, pp. 117125. (in Russ.). DOI: 10.14529/em170416

Семь способов борьбы с потерями в воздушных электрических сетях

Потери электроэнергии в электрических сетях неминуемы, поэтому важно чтобы они не превышали экономически обоснованного уровня.

Превышение норм технологического расхода говорит о возникших проблемах. Чтобы исправить ситуацию необходимо установить причины возникновения нецелевых затрат и выбрать способы их снижения.

Собранная в статье информация описывает многие аспекты этой непростой задачи.

Виды и структура потерь

Под потерями подразумевается разница между отпущенной потребителям электроэнергией и фактически поступившей к ним. Для нормирования потерь и расчетов их фактической величины, была принята следующая классификация:

• Технологический фактор. Он напрямую зависит от характерных физических процессов, и может меняться под воздействием нагрузочной составляющей, условно-постоянных затрат, а также климатических условий.
• Расходы, затрачиваемые на эксплуатацию вспомогательного оборудования и обеспечение необходимых условий для работы техперсонала.
• Коммерческая составляющая. К данной категории относятся погрешности приборов учета, а также другие факторы, вызывающие недоучет электроэнергии.

Ниже представлен среднестатистический график потерь типовой электрокомпании.

Примерная структура потерь

Как видно из графика наибольшие расходы связаны с передачей по воздушным линиям (ЛЭП), это составляет около 64% от общего числа потерь. На втором месте эффект коронированния (ионизация воздуха рядом с проводами ВЛ и, как следствие, возникновение разрядных токов между ними) – 17%.

Коронный разряд на изоляторе ЛЭП

Исходя из представленного графика, можно констатировать, что наибольший процент нецелевых расходов приходится на технологический фактор.

Основные причины потерь электроэнергии

Разобравшись со структурой, перейдем к причинам, вызывающим нецелевой расход в каждой из перечисленных выше категорий. Начнем с составляющих технологического фактора:

1. Нагрузочные потери, они возникают в ЛЭП, оборудовании и различных элементах электросетей. Такие расходы напрямую зависят от суммарной нагрузки. В данную составляющую входят:

• Потери в ЛЭП, они напрямую связаны с силой тока. Именно поэтому при передаче электроэнергии на большие расстояния используется принцип повышения в несколько раз, что способствует пропорциональному уменьшению тока, соответственно, и затрат.
• Расход в трансформаторах, имеющий магнитную и электрическую природу ( 1 ). В качестве примера ниже представлена таблица, в которой приводятся данные затрат на трансформаторах напряжения подстанций в сетях 10 кВ.

Потери в силовых трансформаторах подстанций

Нецелевой расход в других элементах не входит в данную категорию, ввиду сложностей таких расчетов и незначительного объема затрат. Для этого предусмотрена следующая составляющая.

1. Категория условно-постоянных расходов. В нее входят затраты, связанные со штатной эксплуатацией электрооборудования, к таковым относятся:

• Холостая работа силовых установок.
• Затраты в оборудовании, обеспечивающем компенсацию реактивной нагрузки.
• Другие виды затрат в различных устройствах, характеристики которых не зависят от нагрузки. В качестве примера можно привестисиловую изоляцию, приборы учета в сетях 0,38 кВ, змерительные трансформаторы тока, ограничители перенапряжения и т.д.

1. Климатическая составляющая. Нецелевой расход электроэнергии может быть связан с климатическими условиями характерными для той местности, где проходят ЛЭП. В сетях 6 кВ и выше от этого зависит величина тока утечки в изоляторах. В магистралях от 110 кВ большая доля затрат приходится на коронные разряды, возникновению которых способствует влажность воздуха. Помимо этого в холодное время года для нашего климата характерно такое явление, как обледенение на проводах высоковольтных линий, а также обычных ЛЭП.
   Гололед на ЛЭП

Учитывая последний фактор, следует учитывать затраты электроэнергии на расплавление льда.

Расходы на поддержку работы подстанций

К данной категории отнесены затраты электрической энергии на функционирование вспомогательных устройств. Такое оборудование необходимо для нормальной эксплуатации основных узлов, отвечающих за преобразование электроэнергии и ее распределение. Фиксация затрат осуществляется приборами учета. Приведем список основных потребителей, относящихся к данной категории:

• системы вентиляции и охлаждения трансформаторного оборудования;
• отопление и вентиляция технологического помещения, а также внутренние осветительные приборы;
• освещение прилегающих к подстанциям территорий;
• зарядное оборудование АКБ;
• оперативные цепи и системы контроля и управления;
• системы обогрева наружного оборудования, например, модули управления воздушными выключателями;
• различные виды компрессорного оборудования;
• вспомогательные механизмы;
• оборудование для ремонтных работ, аппаратура связи, а также другие приспособления.

Коммерческая составляющая

Под данными затратами подразумевается сальдо между абсолютными (фактическими) и техническими потерями. В идеале такая разница должна стремиться к нулю, но на практике это не реально.

В первую очередь это связано с особенностями приборов учета отпущенной электроэнергии и электросчетчиков, установленных у конечных потребителей. Речь идет о погрешности.

Существует ряд конкретных мероприятий для уменьшения потерь такого вида.

К данной составляющей также относятся ошибки в счетах, выставленных потребителю и хищения электроэнергии. В первом случае подобная ситуация может возникнуть по следующим причинам:

• в договоре на поставку электроэнергии указана неполная или некорректная информация о потребителе;
• неправильно указанный тариф;
• отсутствие контроля за данными приборов учета;
• ошибки, связанные с ранее откорректированными счетами и т.д.

Что касается хищений, то эта проблема имеет место во всех странах. Как правило, такими противозаконными действиями занимаются недобросовестные бытовые потребители.

Заметим, что иногда возникают инциденты и с предприятиями, но такие случаи довольно редки, поэтому не являются определяющими.

Характерно, что пик хищений приходится на холодное время года, причем в тех регионах, где имеются проблемы с теплоснабжением.

Различают три способа хищения (занижения показаний прибора учета):

1. Механический. Под ним подразумевается соответствующее вмешательство в работу прибора. Это может быть притормаживание вращения диска путем прямого механического воздействия, изменение положения электросчетчика, путем его наклона на 45° (для той же цели). Иногда применяется более варварский способ, а именно, срываются пломбы, и производится разбалансирование механизма. Опытный специалист моментально обнаружит механическое вмешательство.
2. Электрический. Это может быть как незаконное подключение к воздушной линии путем «наброса», метод инвестирования фазы тока нагрузки, а также использование специальных приборов для его полной или частичной компенсации. Помимо этого есть варианты с шунтированием токовой цепи прибора учета или переключение фазы и нуля.
3. Магнитный. При данном способе к корпусу индукционного прибора учета подносится неодимовый магнит.

Магнит может воздействовать только некоторые старые модели электросчетчиков

Практически все современные приборы учета «обмануть» вышеописанными способами не удастся. Мало того, подобные попытки вмешательства могут быть зафиксированы устройством и занесены в память, что приведет к печальным последствиям.

Понятие норматива потерь

Под данным термином подразумевается установка экономически обоснованных критериев нецелевого расхода за определенный период. При нормировании учитываются все составляющие. Каждая из них тщательно анализируется отдельно.

По итогу производятся вычисления с учетом фактического (абсолютного) уровня затрат за прошедший период и анализа различных возможностей, позволяющих реализовать выявленные резервы для снижения потерь.

То есть, нормативы не статичны, а регулярно пересматриваются.

Под абсолютным уровнем затрат в данном случае подразумевается сальдо между переданной электроэнергией и техническими (относительными) потерями. Нормативы технологических потерь определяются путем соответствующих вычислений.

Кто платит за потери электричества?

Все зависит от определяющих критериев. Если речь идет о технологических факторах и расходах на поддержку работы сопутствующего оборудования, то оплата потерь закладывается в тарифы для потребителей.

Совсем по иному обстоит дело с коммерческой составляющей, при превышении заложенной нормы потерь, вся экономическая нагрузка считается расходами компании, осуществляющей отпуск электроэнергии потребителям.

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Снизить затраты можно путем оптимизации технической и коммерческой составляющей. В первом случае следует принять следующие меры:

• Оптимизация схемы и режима работы электросети.
• Исследование статической устойчивости и выделение мощных узлов нагрузки.
• Снижение суммарной мощности за счет реактивной составляющей. В результате доля активной мощности увеличится, что позитивно отразится на борьбе с потерями.
• Оптимизация нагрузки трансформаторов.
• Модернизация оборудования.
• Различные методы выравнивания нагрузки. Например, это можно сделать, введя многотарифную систему оплаты, в которой в часы максимальной нагрузки повышенная стоимость кВт/ч. Это позволит существенно потребление электроэнергии в определенные периоды суток, в результате фактическое напряжение не будет «проседать» ниже допустимых норм.

Уменьшить коммерческие затраты можно следующим образом:

• регулярный поиск несанкционированных подключений;
• создание или расширение подразделений, осуществляющих контроль;
• проверка показаний;
• автоматизация сбора и обработки данных.

Методика и пример расчета потерь электроэнергии

На практике применяют следующие методики для определения потерь:

• проведение оперативных вычислений;
• суточный критерий;
• вычисление средних нагрузок;
• анализ наибольших потерь передаваемой мощности в разрезе суток-часов;
• обращение к обобщенным данным.

Полную информацию по каждой из представленных выше методик, можно найти в нормативных документах.

В завершении приведем пример вычисления затрат в силовом трансформаторе TM 630-6-0,4. Формула для расчета и ее описание приведены ниже, она подходит для большинства видов подобных устройств.

Расчет потерь в силовом трансформаторе

Для понимания процесса следует ознакомиться с основными характеристиками TM 630-6-0,4.

Параметры TM 630/6/0,4

Теперь переходим к расчету.

Итоги расчета

Как бороться с потерями электроэнергии в воздушных линиях

Воздушные линии электропередач – самые простые в эксплуатации и обслуживании, однако их использование часто приводит к снижению качества электроэнергии, поступающей к пользователю. Это может проявляться в резких скачках напряжения, длительных периодах заниженного или завышенного напряжения и т. д.

Причин потерь электроэнергии в воздушных линиях достаточно много. Наиболее распространенными из них являются следующие:

• потери на сопротивление в воздушных линиях;
• реактивная нагрузка, вызывающая неполное поглощение электроэнергии, отражение от нагрузки и циркуляцию в проводах паразитных токов;
• воровство электроэнергии.

Как же бороться с потерями электроэнергии? Для этого существует ряд способов, некоторые из которых мы и рассмотрим далее.

Первый способ борьбы с потерями энергии заключается в снижении сопротивления нулевого провода. Для этого провод повторно заземляется на каждом столбе или на каждой нагрузке. Этот способ (безусловно, только при правильном выполнении) позволяет уменьшить энергопотери примерно на 50 %.

Второй эффективный способ снижения потерь электричества похож на первый.

При эксплуатации воздушных электролиний часто возникают обрывы проводов, образуются скрутки и сростки, на которых отмечается локальное повышенное сопротивление.

 Отыскание места повреждения кабеля и его устранение позволяют ощутимо увеличить напряжение в сети. Иногда для снижения потерь электроэнергии приходится заменять воздушную линию полностью.

Еще один вариант уменьшения энергопотерь – это установка на входе в здание стабилизаторов напряжения.

Если причиной падения или перепадов напряжения в воздушной сети является реактивная мощность, необходимо использование устройств для ее компенсации.

Также снизить энергопотери поможет переход на трехфазное подключение, что снизит токи по каждой фазе и позволит равномерно распределять нагрузку на линию.

Как же быть, если потери электроэнергии оказываются вызваны воровством электричества? В этом случае поможет вынос электрического счетчика из здания и его установка в специальном герметичном боксе на столбе воздушной электролинии.

Перед тем, как принимать меры по уменьшению энергопотерь, нужно выяснить их причину. Поможет в этом проведение энергоаудита, который можно заказать в нашей электролаборатории.

Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных предприятиях

Бейтуллаева, Р. Х. Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных предприятиях / Р. Х. Бейтуллаева, Х. А. Халикова, М. Ф. Коржовова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 11 (197). — С. 69-71. — URL: https://moluch.ru/archive/197/48538/ (дата обращения: 01.06.2020).



Вданной статье рассмотрены мероприятия по снижению потерь электроэнергии и проблемы сбережения электроэнергии на основе анализа режимов электрических сетях и режим работы электроустановок. Также рассмотрены эффективные мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии.

Ключевые слова: силовые трансформаторы, потери энергии, потери холостого хода, компенсация реактивной мощности, потребление энергии, маломощные двигатели.

Потери энергии характерны для всех систем распределения электроэнергии главным образом благодаря потерям активной мощности и потерям в трансформаторах.

Правильнoе проектирование и эксплуатация электрических систем позволяют не только свести к минимуму потери энергии, но и обеспечивают снижение затрат на электроэнергию.

Меры по снижению электрических потерь можно разделить на две группы: технические и организационные.

• Организационные меры дополнительных материальных средств, дополнительных материалов и труда не требует.
• Технические меры требуют дополнительные материальные средства такие как:
• a) применение установок для компенсации реактивной мощности,

b) замена загруженных трансформаторов. В качестве примера расмотрим промышленное предприятия “Шуртаннефтегаз” УШК.

Определение потерь электроэнергии на данном предприятии определяются двумя способами:

Первый способ установить электронные счётчики на на входе и выходе элекрических сетей и определение разницы показателей. На этом этапе обнаруженные потери мощности определяются из погрешностей электронных счётчиков, погрешностей измерительных трансформаторов и других факторов. [1]

Второй способ использовать показатели со счётчиков установленных на входе и выходе и с помощью различных методов рассчитать потери электрической энергии.

Потери мощности и энергии рассмотрим на примере «Шуртанефтегаз» УШК через подстанцию «Шуртан-16» электрическим потребителям предприятия трансформировано 6300 кВт активной и 4600 кВар реактивной энергии в среднем в год. Через подстанцию «Шуртан-8» было трансформировано 1036 кВт активной энергии и 4600 кВар реактивной энергии среднем в год. [1]

В результате потери мощности и энергии составили:

Таблица 1

Вход	Выход	ΔР кВт	ΔQ кВар	ΔWа кВт*с	ΔWр кВар*с
Сети 110 кВ	Ш-16 Т1,Т2	89,712305	489,9774	794905,25	4472649,1
Сети 6 кВ	Трансформаторные подстанции	105,481979	485,175996	972046,1956	4362949,501
Сумма	195,194284	975,153396	1766951,4456	8835598,601

Здесь ΔР и ΔQ— потери активной и реактивной мощности, ΔWактив ва ΔWреакт — потери активной и реактивной энергии.

Чтобы выявить потери мощности и энергии на основании показаний электронных счётчиков были использованы следующие методы.

1. Метод средних нагрузок.
2. Метод максимальных нагрузок.

На предприятии «Шуртанефтегаз» УШК для уменьшения потерь электрической энергии компенсируется реактивная мощность путём повышения коэффициента активной мощности. Компенсация реактивной мощности является одним из основных показателей. Для предприятий большой мощности существуют два способа уменьшения потребления реактивной мощности из энергосистемы. [1]

1. А) Организационный способ;
2. В первую очередь надо рассмотреть организационные способы так как для них не требуются дополнительных затрат. Потребители реактивной энергии в основном асинхронные двигатели, трансформаторы, вентильные преобразователи и должны быть произведены и решены следующие задачи:
3. а) Определение малозагруженных двигателей и замена их на маломощные, анализ и изменение схем соединений;
4. б) Понижение напряжения для маломощных двигателей;
5. в) Провести техический осмотр двигателей по заданному графику.
6. г) Сокращение режимов холостого хода при работе трансформаторов и двигателей.
7. д) Замена асинхронных двигателей на синхронные без отрицательного воздействия на технологический процесс.
8. е) Использование оптимальных схем для вентильных преобразователей.
9. Б) Использование компенсирующих установок.
10. Понижение потерь мощности можно добиться в результате анализа рабочих состояний и компенсации реактивной мощности в нужной степени, а также оптимально расположить компенсирующие устройства.
11. Вследствие оптимального расположения конденсаторных установок и компенсации реактивной мощности потери электрической энергии уменьшились и составили:
12. Таблица 2

Вход	Выход	σΔР кВт	σΔQ кВар	σΔWа кВт*с	σΔWр кВар*с
Сети 110 кВ	Ш-16 Т1,Т2	15,494	84,34	135727,44	797399,743
Сети 6 кВ	Трансформаторные подстанции	25,887	63,6718	226778,004	613541,509
Сумма	41,3819	148,0128	364505,444	1410941,252

σΔР и σΔQ —потери активной и реактивноймощности, σΔWа и σΔWр—потери активной и реактивнойэнергии.

Вследствие этих преобразований повысилось качество электрической энергии на 1,4 %, повышение эффективности рабочих режимов. На предприятии для внутреннего электро- снабжения мощность которая поступает из энергосистемы уменьшилась на 26000 тысяч кВар* часов. Коэффициент реактивной мощности понизился до tgφ =0.35–0.4 и коэффи-

циент активной мощности повысился до соsφ = 0.93–0.96.

Исследование по энергосбережению показали что применение частотных преобразо- вателей в некоторых отраслях промышленности дали положительные результаты. При применении частотных преобразователей удалось сэкономить 5000 кВт*с.

• – Уменьшается потери активной мощности.
• – Защита от различных повреждений.
• – Возможность изменения скорости вращения двигателей.
• – Увеличивает службу работы двигателей.

Правильнoе проектирование и эксплуатация электрических систем позволяют не только свести к минимуму потери энергии, но и обеспечивают снижение затрат на электроэнергию.

Потери энергии вызываются наличием включенных трансформаторов даже при отсутствии нагрузки. Неиспользуемое оборудование должно быть отключено. Применение трансформаторов приводит к потерям энергии.

Путем правильного выбора оборудования и рабочего напряжения можно сократить число необходимых трансформаторов и уменьшить потери энергии. [2]

Известны некоторые причины потери энергии — это низкие коэффициенты мощности в дополнение к значительным потерям напряжения в сети и увеличению размеров штрафов, налагаемых энергоснабжающими компаниями, могут привести к росту потерь энергии и стоимости электроснабжения.

Необходимо провести исследования электроэнергетической системы, а также изучить возможности использования конденсаторов для изменения значений коэффициента мощности.

Для предприятий, неэффективно расходующих энергию, это позволит в некоторых случаях достичь экономии в размере 10–15 %.

Коэффициент загрузки представляет собой еще один параметр, характеризующий способность предприятия эффективно использовать электроэнергию. Уменьшение нагрузки, позволяющее приблизить это отношение к единице без снижения уровня производства, приводит к повышению экономичности работы предприятия.

Литература:

1. Отчёт по проведению комплексных мероприятий по снижению потерь электроэнергии и энергосбережения в электрических сетях УДП «Шуртаннефтегаз» 2015 год.
2. Справочник по электрическим машинам под общей редакцией Копылова И. П.и Б. К. Клокова в двух томах. Москва. Издательство Энергоатомиздат, 1988 год.

Основные термины (генерируются автоматически): реактивная мощность, потеря энергии, активная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, трансформатор, потеря, правильное проектирование, холостой ход, минимум потери энергии.

Лабораторная работа №7

Лабораторная работа №7 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Определение потери напряжения и мощности в проводах линии электропередач (ЛЭП).

Цель работы: определить какие факторы и как они влияют на потери напряжения и мощности. Определить КПД  ЛЭП.

 

1.Пояснение к работе
Краткие теоретические сведения


От генератора до потребителя электроэнергия передается по проводам, т.е. по линии электропередачи. Так как ЛЭП характеризуется определенным сопротивлением, то на нее тратиться активная мощность на нагрев проводов. Чем больше сопротивление ЛЭП, тем больше и потери мощности. На ЛЭП имеет место и потери напряжения. Чем больше ток или сопротивление проводов, тем больше и потери мощности и напряжения.
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). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.
Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около ΔР=9–11 кВт/км).
Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери. 2.Техническое задание
2.1.Собрать электрическую цепь  (рисунок 1)

Рисунок 1 — Схема электрическая принципиальная

2.2.Снять показания приборов и записать их в таблицу
2.3.Произвести расчеты
2.4.Ответить на контрольные вопросы
2.5. Сделать вывод

 

3.Работа в лаборатории

3.1. Собрать схему (Рисунок 2).


Рисунок 2. Схема исследования. 3.2. Подать на начало ЛЭП (S=1 мм2, L=1000 м) напряжение 220В и подключить нагрузку Rн = 1 кОм, материал проводов выбрать согласно варианта (таблица 1).
3.3. Замерить напряжение на выходе ЛЭП и ток.
3.4. Записать измеренные величина в таблицу 2.
3.5. Произвести расчеты и сделать вывод.

Табичные значения удельного сопротивления

Таблица 1 — Варианты

№ варианта	1 опыт	2 опыт	3 опыт
1	Висмут	Латунь	Свинец
2	Вольфрам	Манганин	Серебро
3	Железо	Медь	Цинк
4	Золото	Молибден	Алюминий
5	Константан	Никель	Висмут
6	Латунь	Нихром	Вольфрам
7	Манганин	Олово	Железо
8	Медь	Платина	Золото
9	Молибден	Свинец	Константан
10	Никель	Серебро	Латунь
11	Нихром	Цинк	Манганин
12	Олово	Алюминий	Медь
13	Платина	Висмут	Молибден
14	Свинец	Вольфрам	Никель
15	Серебро	Железо	Нихром

Таблица 2 — Результаты измерений

№ опыта	Измерения			Расчет				Материал проводов
	U1	U2	I	∆U′	∆P′	η	Rпр
	В	В	А	В	Вт	%	Ом
1
2
3

4. Содержание отчета
4.1. Название и цель работы
4.2. Схемы
4.3. Таблицы
4.4. Ответы на контрольные вопросы
4.5. Вывод

 

5.Контрольные вопросы
5.1.  Какая допускается потеря напряжения по госту в силовой линии и линии освещения?
5.2. Какой металл лучше всего проводит электрический ток?
5.3. От чего зависит потеря напряжения в проводах?
5.4. Почему для нагревательных  приборов применяют материалы с большим значением удельного сопротивления?

Назад в оглавление
 

Сайт создан в системе uCoz

Потери электроэнергии в электрических сетях: причины и способы снижения

Потерями электроэнергии в электросетях считают разность между количеством переданной электроэнергией от производителя и количеством учтенной электроэнергией потребителя. Потери происходят на ЛЭП, в силовых трансформаторах, за счет вихревых токов в приборах с реактивной нагрузкой, а также из-за плохой изоляции проводников и хищения неучтенного электричества. В этой статье мы постараемся подробно рассказать о том, какие бывают потери электроэнергии в электрических сетях, а также рассмотрим мероприятия по их снижению.

Расстояние от электростанции к поставляющим организациям

Учет и оплата всех видов потерь регулируется законодательным актом: «Постановление Правительства РФ от 27.12.2004 N 861 (ред. от 22.02.2016) «Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг…» п. VI. Порядок определения потерь в электрических сетях и оплаты этих потерь. Если вы хотите разобраться с тем, кто должен оплачивать часть утраченной энергии, рекомендуем изучить данный акт.

При передаче электрической энергии от производителя к потребителю объем потерь электроэнергии зависит от конструктивных и технологических моментов. Так, количество потерь электроэнергии имеет обратную зависимость от диаметра проводника. Чем больший диаметр у проводника линии электроснабжения, тем меньше потери передаваемой по нему электроэнергии. Величина потерь зависит от величины тока в этой же линии. Чем больше ток, тем больше потери. Это объясняется тем, что ток, проходящий по линии, нагревает ее сопротивления.

Более подробно узнать о том, как передается электроэнергия от подстанции к потребителям, вы можете в нашей статье!

Для уменьшения этого фактора в распределительных сетях применяется трансформация низкого уровня напряжения в более высокий уровень. Простая формула расчета такова: P=I*U. Мощность равна произведению тока на напряжение.

Пример:

Мощность потребления, Вт	Напряжение, В	Ток, А
100 000	220	454,55
100 000	10 000	10

Повышая напряжение при передаче электроэнергии в электрических сетях можно существенно снизить ток, что позволит обойтись проводами с намного меньшим диаметром. Подводный камень данного преобразования заключается в том, что в трансформаторах также есть потери, которые кто-то должен оплатить. При передаче электроэнергии с таким высоким уровнем напряжения, она существенно теряется и от плохого контакта проводников, которые со временем увеличивают свое сопротивление. Возрастают потери при повышении влажности воздуха – увеличивается ток утечки на изоляторах и на корону. Также увеличиваются потери в кабельных линиях при снижении параметров изоляции проводов.

Передал производитель энергию в поставляющую организацию. Та в свою очередь должна привести параметры в нужные показатели: преобразовать полученную продукцию в напряжение 6-10 кВ, развести кабельными линиями по распределительным понижающим подстанциям, чтобы преобразовать в напряжение 0,4 кВ. В данной системе возникают потери на трансформацию при снижении понижающими трансформаторами напряжения до нужного уровня. Бытовому потребителю доставляется электроэнергия в напряжении – 380 В или 220В. Любой трансформатор имеет свой КПД и рассчитан на определенную нагрузку. Чем больше нагрузка потребителя, тем больше нагрузочные потери энергии в данной сети. Если коэффициент загрузки трансформатора ниже нормативного, то в трансформаторе возникают потери холостого хода, что является нежелательным.

Следующим нежелательным моментом является несоответствие мощности трансформатора, преобразующего 6-10 кВ в 0,4 кВ и подключенной нагрузки потребителей. Если нагрузка потребителей больше паспортной мощности трансформатора, он или выходит из строя, или не сможет обеспечить необходимые параметры на выходе. В результате снижения напряжения сети электроприборы работают с нарушением паспортного режима и, как следствие, увеличивают потребление.

Мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии в системах электроснабжения подробно рассмотрены на видео:

Домашние условия

Потребителю подана электроэнергия уровня напряжения 0,4 кВ. Все потери, которые возникают в сети после границы балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности между энергоснабжающей организацией и потребителем, оплачиваются потребителем.

Они складываются из:

1. Потерь на нагревание проводов при превышении расчетной нагрузки потребления.
2. Потерь из-за плохих контактов в приборах коммутации (рубильники, пускатели, выключатели, патроны для ламп, вилки, розетки).
3. Реактивных потерь в сети: индуктивных и емкостных.
4. Использование устаревших систем освещения, холодильников и другой старой техники.

Рассмотрим мероприятия по снижению потерь электроэнергии в домах и квартирах.

П.1 — борьба с таким видом потерь одна: применение проводников соответствующих нагрузке. В существующих сетях необходимо следить за соответствием параметров проводов и потребляемой мощностью. В случае невозможности откорректировать эти параметры и ввести в норму, следует мириться с тем, что энергия теряется на нагрев проводов, в результате чего изменяются параметры их изоляции и повышается вероятность возникновения пожара в помещении. О том, как правильно рассчитать сечение кабеля по мощности и току, мы рассказывали в соответствующей статье.

П.2 — плохой контакт: в рубильниках — это использование современных конструкций с хорошими неокисляющимися контактами. Любой окисел увеличивает сопротивление. В пускателях — тот же способ. Выключатели — система включения-выключения должна использовать металл, хорошо выдерживающий действие влаги, повышенных температур. Контакт должен быть обеспечен хорошим прижатием одного полюса к другому.

П.3, П.4 — реактивная нагрузка. Все электроприборы, которые не относятся к лампам накаливания, электроплитам старого образца имеют реактивную составляющую потребления электроэнергии. Любая индуктивность при подаче на нее напряжения сопротивляется прохождению по ней тока за счет возникающей магнитной индукции. Через время электромагнитная индукция, которая препятствовала прохождению тока, помогает его прохождению и добавляет в сеть часть энергии, которая является вредной для общих сетей. Возникают так называемые вихревые токи, которые искажают истинные показания электросчетчиков и вносят отрицательные изменения в параметры поставляемой электроэнергии. То же происходит и при емкостной нагрузке. Возникающие вихревые токи портят параметры поставленной потребителю электроэнергии. Борьба — использование специальных компенсаторов реактивной энергии, в зависимости от параметров нагрузки.

П.5. Использование устаревших систем освещения (лампочки накаливания). Их КПД имеет максимальное значение — 3-5%, а может быть и меньше. Остальные 95% идут на нагревание нити накала и как следствие на нагревание окружающей среды и на излучение не воспринимаемое человеческим глазом. Поэтому совершенствовать данный вид освещения стало нецелесообразным. Появились другие виды освещения — люминесцентные лампы, светодиодные лампы, которые стали широко применяться в последнее время. КПД люминесцентных ламп достигает 7%, а светодиодных до 20%. Использование последних даст экономию электроэнергии прямо сейчас и в процессе эксплуатации за счет большого срока службы — до 50 000 часов (лампа накаливания — 1 000 часов).

Отдельно хотелось бы отметить, что сократить потери электрической энергии в доме можно с помощью установки стабилизатора напряжения. Помимо этого, как мы уже сказали, электроэнергия теряется при ее хищении. Если вы заметили, что соседи воруют электричество, нужно сразу же предпринимать соответствующие меры. Куда звонить за помощью, мы рассказали в соответствующей статье, на которую сослались!

Рассмотренные выше способы уменьшения мощности потребления дают снижение нагрузки на электропроводку в доме и, как следствие, сокращение потерь в электросети. Как вы уже поняли, методы борьбы наиболее широко раскрыты для бытовых потребителей потому что не каждый хозяин квартиры или дома знает о возможных потерях электроэнергии, а поставляющие организации в своем штате держат специально обученных по этой теме работников, которые в состоянии бороться с такими проблемами.

Вот мы и рассмотрели, основные причины потерь электроэнергии в электрических сетях и мероприятия по их снижению. Теперь вы знаете, из-за чего энергия теряется на пути от подстанции к дому и как бороться с этой проблемой!

Будет интересно прочитать:

Потери на корону и их снижение в сетях 220 КВ и выше

Проблема экономичности работы сетей 220 кВ и выше при их малой загруженности в настоящее время связана не только и не столько с потерями в проводах

от

токов

нагрузки,

сколько

с

потерями

на

корону. Среднегодовые потери мощности и энергии на корону ВЛ 330 и 500 кВ составляют 12 %, а ВЛ 750 кВ — 14 % от суммарных потерь (на корону и от тока нагрузки), при этом потери в проводах рассчитываются для натуральной мощности Рнат. Так как в действительности средние нагрузки ВЛ раза в 2 меньше Р нат, то потери на корону ВЛ 330 и 500 кВ составят 35 %, а ВЛ 750 кВ — 39 % от суммарных потерь. Потери мощности на корону в зависимости от вида погоды изменяются на 1-2 порядка, поэтому наиболее эффективно снижать их максимальные значения, которые имеют место при изморози, дожде, снеге. В этих условиях снижение потерь мощности и

энергии

в

сети

будет

определяться,

главным

образом, уменьшением потерь на корону. Для оценки эффекта от регулирования уровня потерь

на

корону

рассмотрим

существующие

в

России линии

напряжением

220-750

кВ.

Чтобы

определить потери энергии на корону, следовало бы рассчитать их для каждой конкретной ВЛ, а затем просуммировать. Эта процедура довольно трудоемка, поэтому для решения

задачи

можно

пойти

по

приближенному

пути. Если рассчитать средние удельные потери при разных видах погоды для средних радиусов проводов, затем, зная средние продолжительности видов погоды в среднем по России, найти среднегодовые удельные потери,

то,

умножив

последние

на

суммарные

длины

ВЛ разных

номинальных

напряжений,

можно

получить полные потери. На рис. 1 даны гистограммы длин линий и радиусов проводов в фазах ВЛ России, а в табл.1 — средние длины линий и средние радиусы проводов (средние ВЛ 220 кВ даны для выборки в 30 %).

Метеорологические

данные

о

продолжительности разных видов погоды для более чем 1600 пунктов позволяют получить средние продолжительности разных видов погоды для всей территории России.

На рис. 2 представлены

гистограммы

средних

длительностей видов погоды: Т_и — изморози, Т_д — дождя, Т_мс — мокрого снега, Т_т — тумана, Т_с — сухого снега, Т_пв — повышенной

(более

90 %)

влажности

воздуха

по

данным метеостанций России за период с 1983 г. по 1992 г., с помощью

которых

определялись

средние

по

России продолжительности, а в табл. 2 — эти средние, а также средние

удельные

потери

мощности

и

энергии (продолжительность

и

потери

при

мокром

снеге учтены в строке «Дождь»), рассчитанные по [1*] для ВЛ 220, 330, 500 и 750 кВ при средних радиусах проводов, указанных в табл. 1.

Из гистограмм рис. 2 и табл. 2 следует, что максимальные продолжительности погодных явлений в отдельных пунктах России могут превосходить средние в 3-5 раз. Полученные результаты не являются

абсолютными,

так

как

ВЛ

распределены

по

территории

России

неравномерно.

Впрочем,

и

распределение метеостанций по территории России также не везде одинаково — в обжитых районах, где налажено электроснабжение, их больше. Средняя продолжительность видов погоды по районам

России

отличается

от

приведенной

в

табл.

2

по

России в целом. Для примера в табл. 3 представлены средние

продолжительности

изморози для

12

регионов, включающих несколько областей, на которые была разбита

Россия,

и

среднеквадратические

отклонения

этих продолжительностей по данным метеостанций. В

регион

включались

неразрывные

области

с

относительно

близкими

метеорологическими

характеристиками. Из табл. 3 следует, что средние продолжительности изморози по регионам отклоняются от средней по

России

примерно

на

± 50 %,

а

среднеквадратические

отклонения продолжительностей — на ± 30 %.

По

данным

табл.

2

можно

рассчитать

суммарные

потери

энергии

от

короны

в

ВЛ

разных

номинальных

напряжений на территории России. По [2] общая длина

ВЛ 220 кВ равна 100,3 тыс. км, ВЛ 330 кВ — 11 тыс. км,

ВЛ 500 кВ — 37,8 тыс. км, ВЛ 750 км — 3,2 тыс. км. Умножая эти числа на среднегодовые удельные потери энергии табл. 2, можно получить годовые потери

энергий ВЛ России равные: при 220 кВ — 2568 ГВт•ч,

при 330 кВ — 840 ГВт•ч, при 500 кВ — 4831 ГВт•ч, при

750 кВ — 839 ГВт•ч, что в сумме составляет 9078 ГВт•ч. При

годовом

производстве

900

млрд.

кВт•ч

последние

съедают

9078•100/900000 =1 %

произведенной

электроэнергии. Теперь

оценим,

насколько

снизятся

потери

энергии

на корону при уменьшении напряжения. Согласно табл. 2

потери

при

изморози

дают

61-70 %

общих

потерь

на

корону, дожде — 9-12 %, хорошей погоде — 6-11 %, сухом снеге — 7-8 %, повышенной влажности воздуха —

5-5,5 %, тумане — 2,5 %, причем при изморози и дожде

потери

составляют

73-79 %

среднегодовых

потерь

на корону. Если считать, что потери на корону зависят от напряжения в пятой степени [1], то снижение напряжения на 2 % приведет к уменьшению потерь на 10 %, а только при изморози и дожде — на 7,5 %. Для сети 500 кВ снижение

напряжения

на

2 %

даст

экономию

335

ГВт•ч электроэнергии в год.

Приведенные

цифры

экономии

электроэнергии можно реализовать при условии, что измерения потерь

мощности

на

корону

и

в

проводах

ведутся

непрерывно.

Мнение

о

том,

что

для

управления

режимом напряжений достаточно получать информацию о виде

погоды

от

метеостанций,

которые

находятся,

как

правило,

в

стороне

от

линий,

нельзя

считать обоснованным. Действительно, метеостанции могут фиксировать тот или иной вид погоды, которого на линии нет; измерения параметров погоды на метеостанциях осуществляются 1 раз через 3 часа, поэтому неизвестно, что имеет место в промежутке между измерениями; не известны интенсивность погодных явлений, а также длина линии, занятая погодой того или иного вида. Таким образом, судить о виде погоды, а по нему о потерях мощности на корону в линии по текущим данным метеостанций нельзя. Если учесть, что продолжительность, например, дождя или

снега

может

быть

меньше

1-2

часов,

то становится

понятным,

что

регулирование

напряжения

с

целью

уменьшения

потерь

мощности

и

энергии в сети можно реализовать только при измерениях текущих значений потерь на корону и в проводах.

В книге Тамазова А.И. «Корона на проводах воздушных линий переменного тока» (М.: Спутник+, 2002]

)

предложена система измерений потерь на корону и в проводах, дан анализ погрешностей измерения потерь в линии и показано, что точность таких измерений

может

обеспечить

уверенную

регистрацию текущих потерь мощности на корону при тумане, дожде, мокром снеге, изморози. Реализация таких систем в ВЛ 500 и 750 кВ подтвердила их работоспособность. Учитывая успешный опыт их применения, необходимо внедрить систему на всех линиях 330 кВ и выше, тем более, что она не требует дополнительной

измерительной

аппаратуры,

а

основывается

на

комплексе

программ,

использующих данные ОИК АСДУ. Чтобы оценить напряженность сетей России по потерям на корону, рассмотрим данные о распределении радиусов проводов фаз ВЛ России и Франции, которые

представлены

на

рис.

3.

Из

рис.

3

следует, что

среднее

значение

радиуса

проводов

в

России равно r_пс= 13,36 мм, а во Франции r_пс= 15,8 мм. В гистограмме рис. 3 по России не учтены радиусы проводов ВЛ 220 кВ, которые могут только понизить среднее

значение

радиуса

провода

по

сравнению

с

указанным выше. Если приближенно принять, что потери мощности

на

корону

пропорциональны

только

квадрату радиуса провода, то уровень этих потерь в сетях России больше, чем во Франции не менее чем в 1,4 раза

без

учета

разницы

климатических

условий.

С учетом того, что климат Франции много мягче, чем в России,

эта

цифра

возрастет

примерно

в

1,5

раза.

Приведенные данные говорят о том, что удельные потери

мощности

и

энергии

на

корону

в

сетях

220-750 кВ

России

примерно

в

2

раза

больше,

чем

во Франции.

Стремление уменьшить потери мощности и

электроэнергии

на

корону

в

высоковольтных

сетях

свойственно

не

только

Европе

и

Америке.

Так,

фаза

ВЛ 500 кВ Вьетнама выполнена 4 проводами, а фаза

ВЛ 750 кВ Кореи — 6 проводами большого диаметра.

Хорошо спроектированная линия электропередачи

должна

обеспечивать

достаточно

высокий

КПД.

Поэтому

как

потери

в

проводах,

так

и

потери

на

корону

следует ограничивать. Попытки ограничения потерь на

корону путем введения допустимой напряженности на

поверхности провода нельзя считать обоснованными.

В [4] показано, что условие, приводимое в ПУЭ [5],

где

Е_доп —

амплитуда

допустимой

напряженности

на поверхности провода,

— начальная напряженность на проводе радиусом rп(м) при относительной плотности воздуха

δ, не ограничивает

потери

мощности

на

корону,

приходящиеся

на один провод фазы. Так как напряженность характеризует состояние единицы поверхности провода, интересно

было

бы

выяснить,

как

изменятся

параметры фаз ВЛ, если нормировать потери, приходящиеся на единицу поверхности провода. Используя (1), можно определить минимально допустимый радиус провода, рассчитав его по формуле [4]

где U — амплитуда фазового напряжения, В,

C — емкость фазы линии, Ф/м,

n — число проводов в фазе,

к_н=1+(n-1)r_п/r_р — коэффициент неравномерности,

r_р — радиус расщепления, м,

ε — диэлектрическая постоянная.

Результаты

расчета

r_п по

(3),

удельных

потерь мощности на корону при изморози по [1], а также условных

потерь,

приходящихся

на

единицу

поверхности провода фазы, приведены в табл. 4. Можно было бы рассчитать потери мощности на корону и при других

видах

погоды,

однако

для

сравнения

уровня

потерь на линиях с фазами разной конструкции достаточно сравнения их при изморози, поскольку в среднем по России потери на корону при этом виде погоды составляют 0,6-0,7 от среднегодовых.

Из табл. 4 видно, что условные потери на корону, приходящиеся на единицу поверхности проводов ВЛ

330 кВ (n=1), 750 и 1150 кВ, много больше таковых на ВЛ 220, 500 и 330 (n=2) кВ.

Если принять, что потери на единицу поверхности проводов всех ВЛ не должны превышать таких же потерь ВЛ 220 кВ, то можно найти новые допустимые радиусы проводов для упомянутых выше ВЛ. Принятая для ВЛ 220 кВ и основанная на (1) норма Р_и/nr_п условна, однако она демонстрирует неприемлемость применения условия (1) к ВЛ, фазы которых имеют 4 и более

проводов,

о

чем

шла

речь

в

[4].

Так

как

для

ВЛ 220 кВ Р_и/nr_п =1,96, то эта цифра должна соблюдаться и на ВЛ других напряжений, т.е.

Так

как

число

проводов

известно,

то

для

каждого напряжения

можно

определить

Р_и/r_п,

которое

равно для: ВЛ 330 кВ (n=1) — 1,96; ВЛ 750 кВ (n=4) — 7,84;

ВЛ 750 кВ (n=5) — 9,8; ВЛ 1150 кВ (n=8) — 15,68. Используя

кривые

[1]

зависимостей

Р=

f(r_п,δ)

при

δ=1, можно подобрать значения rп, соответствующие приведенным выше цифрам. Таким образом, минимально допустимые радиусы проводов и их типы будут определяться табл. 5.

Из сравнения таблиц 4 и 5 видно, что если ограничение

потерь

мощности

от

короны

осуществляется

по

условным

потерям

при

допустимой

напряженности, рассчитанной по (1) для ВЛ 220 кВ, то происходит уменьшение потерь от короны ВЛ 750 и 1150 кВ

на 27-40%.

Так как норма условных потерь принята по соотношению

(1)

для

ВЛ

220

кВ,

то

необходимо

обсудить

правомерность

такой

нормы.

Для

хорошей

погоды

среднее значение коэффициентов снижения критической

напряженности

по

отношению

к

начальной

общей короны равно 0,87, а снижение начальной напряженности местной короны по отношению к начальной

общей — 0,56. Поэтому для ограничения потерь в

хорошую погоду надо принять в качестве допустимой

напряженность, которая находится между напряженностями начала местной и общей короны, то есть коэффициент

снижения

критической

напряженности

должен находиться между 0,56 и 0,87, что соответствует норме (1).

При изморози первый коэффициент

равен 0,465, а второй — 0,58. Это значит, что при нормировании

по

хорошей

погоде

практически

всегда

в изморозь фазы ВЛ будут создавать потери общей короны. Учитывая значительную долю потерь, вызываемых изморозью, целесообразно ограничивать именно эти потери.

Если принять

что значительно ограничивает потери общей короны при изморози, тогда допустимый радиус провода ВЛ 220

кВ

будет

равен

12

мм,

и

условные

потери

будут равны 13:12 =1,1 Вт/(м•мм). При этой норме допустимые радиусы проводов и потери мощности на корону при изморози определятся значениями, приведенными в табл. 6.

Сравнение данных табл. 4 и 6 показывает, что при

ограничении потерь мощности на корону по условным

потерям

с

допустимой

напряженностью

ВЛ

220

кВ,

рассчитанной по (5), потери на линиях напряжением

220-500 кВ уменьшаются на 23-88 %, а на линиях напряжением 750-1150 кВ — в 2 раза.

Теперь можно сравнить сечения проводов табл. 4 и

6

по

плотности

тока,

соответствующей

натуральной

мощности линии. В табл.7 даны номинальные напряжения,

натуральные

мощности

и

плотности

тока

ВЛ,

определенные по сечениям фаз таблиц 4 и 6.

Из

табл.

7

следует,

что

сечения

табл.

6

снижают плотность тока в фазах ВЛ 500-1150 кВ до ≈ 0,6 А/мм² . Так как средняя нагрузка ВЛ в лучшем случае составляет

50 %

от

натуральной

мощности,

то

и

средние плотности тока будут примерно в 2 раза меньше. Радиусы проводов табл. 6 оказываются несколько больше тех, которые были получены в [4] с учетом ошибок при определении емкостей ВЛ и более высоких,

чем

номинальное,

напряжений

сети.

Приведенные в табл. 6 конструкции ограничивают сечения фаз ВЛ в районах, где удельный вес потерь на корону

при

изморози

велик.

Из

табл.

5

и

6

видно,

что ужесточение

требований

по

ограничению

потерь энергии на корону требует применения проводов с большими

радиусами.

Любопытно,

что

по

табл.

6 для

строительства

ВЛ

220 -1150

кВ

достаточно иметь два типа провода: сечением 300 и 500 мм² . Обычно к строительству принимается конструкция

фазы,

которая

обеспечивает

минимум

приведенных затрат. Зависимость приведенных затрат от сечения фазы вблизи минимума дает большие приращения при уменьшении сечения фазы по отношению к оптимальному, соответствующему минимуму приведенных затрат, и малые при увеличении сечения.

Поэтому

в

проектах

линий

электропередачи целесообразно выбирать сечения, которые больше оптимальных,

тем

более,

что

точность

расчетных значений приведенных затрат невелика. Опыт показал,

что

первые

предложения

по

конструкции

фаз ВЛ

1150

кВ

Экибастуз-Кокчетав-Кустанай

оказались

неприемлемыми

по

потерям

на

корону.

По расчетам,

проводившимся

ранее

по

методике ЭНИН [1] для условий Сибири, при восьми проводах в фазе ВЛ 1150 кВ радиус провода должен быть равен 15 мм, а сечение соответственно 500 мм². Последние предложения по новым ВЛ 1150 кВ предусматривают использование проводов сечением 400 мм² Вместе с тем, в условиях непрерывного и интенсивного роста цены на электроэнергию переход к сечению 500 мм 2 неизбежен. Совершенно очевидно, что если

конструкция

фазы

выбирается

по

минимуму приведенных

затрат,

то

нет

надобности

соблюдать любые требования по ограничению потерь мощности на корону. Не

менее

важно

правильно

определить

конструкцию

фаз

ОРУ.

Предложенная

в

[1]

методика

расчета потерь на корону позволяет решить и эту задачу, актуальность которой стала очевидной, когда на проводах фаз

ОРУ

первых

построенных

подстанций

1150

кВ

в хорошую погоду возникла развитая корона. Для

расчета

потерь

на

корону

в

ОРУ

необходимо, пользуясь методикой Е.С. Колечицкого, рассчитать

распределение

зарядов

по

проводам

шин ОРУ.

В

силу

неравномерности

распределения

поверхностного

заряда

токи

короны

вдоль

провода будут

неодинаковыми.

Пусть

на

участке

провода

с наибольшей

плотностью

заряда

возникла

корона, тогда при увеличении напряжения заряд этого участка стабилизируется и корона возникнет на соседних

участках.

При

дальнейшем

росте

напряжения корона будет охватывать все большую длину провода, а распределение заряда провода выравниваться, причем токи короны вдоль провода будут неодинаковыми. Чтобы упростить расчеты потерь мощности

от

короны

на

проводах

ОРУ,

следует

определить,

при

какой

неравномерности

распределения зарядов между проводами фазы и вдоль проводов расчет по среднему заряду не даст большой ошибки.

Проведенные

расчеты

показали,

что

погрешность определения потерь по среднему заряду провода фазы не превосходит 5 %, если отношение максимального

заряда

провода

к

минимальному

—

k не больше значений рис. 4.

Как правило, отношение максимального заряда провода фазы к минимальному

не превосходит значений k, получаемых из графика

рис.4. Если отношение максимального заряда вдоль

провода

q_max

к

минимальному

q_min

меньше

1,26,

то погрешность определения потерь на корону по среднему

заряду

оказывается

меньше

5 %,

что

допустимо. Поэтому при допустимой погрешности 5 % потери от короны следует рассчитывать на отрезках, для

которых

интервалы

изменения

зарядов

имеют

границы qmin

и

1,26q_min

,

1,26q_min

и 1

1,26²q_min

, 1,26²q_min

и

1,26³q

min

и т.д. Чтобы определить число интервалов

m,

положим,

что

q_max=1,26 m

q_min.

Тогда

после

несложных преобразований получим

Так

как

количество

интервалов

число

целое,

то

расчетное m округляется до большего целого числа.

В ОРУ подстанций, длина шин которых может достигать нескольких километров, применяются провода типа

АС

и

ПА.

Электрические

свойства

поверхности

проводов типа ПА незначительно отличаются от проводов

типа

АС,

поэтому

распределения

относительных критических напряжений для обоих типов при соблюдении

технологии

изготовления

проводов

не

будут разниться. Следовательно, потери на корону можно

рассчитывать

по

методике,

разработанной

для

проводов типа АС.

Пусть удельный средний заряд участка фазы равен

τ тогда удельная емкость для этого участка будет равна

Зная С, нетрудно по [1] определить начальное напряжение общей короны U_0П, отношение U_0П/U и величину

(Р/b_pU²)_c.

Тогда

именованные

удельные

потери на корону участка для видов погоды определятся как

Следовательно, потери участка будут равны произведению Р на длину участка. Суммарные потери на корону в ОРУ для различных видов погоды получатся в результате суммирования потерь участков, а среднегодовые

потери

—

суммированием

упомянутых потерь

с

учетом

относительной

продолжительности видов погоды. Выбор оптимальной конструкции шин ОРУ следует производить так же, как и проводов ВЛ, путем сравнения технико-экономических характеристик различных вариантов.

На эксплуатируемых подстанциях шины ОРУ одной подстанции дают разные потери от короны. Это видно из сравнения представленных на рис. 5 зависимостей потерь

мощности

на

корону

от

напряжения:

а)

для главных

шин

(эквивалентная

высота

фаз

над

землей 20 м и расстояние между фазами 16 м),

б) для шин отходящих линий (высота фаз 30 м и расстояние между фазами 16 м),

в) для шин, идущих к силовым трансформаторам

(высота

фаз

24

м

и

расстояние

между фазами 10 м)

ОРУ 750 кВ.

Шины выполнены 3-мя проводами ПА 500.

При этом максимальные значения потерь отличаются от минимальных примерно в 1,5 раза, а наибольшие потери на корону в ОРУ больше средних по России (см. табл. 2). Разница в величинах потерь определяется двухярусным расположением шин.

Обычно при расчете допустимых радиусов проводов ВЛ используется полученная из опытов формула начальной напряженности общей короны Ф. Пика

В

литературе

имеется

большое

количество

формул для определения Е

_0П, которые при радиусах проводов r_п< 1,5 см дают близкие результаты. Вместе с тем,

при

r_п> 1,5

см

эти

результаты

расходятся.

Как опытные, так и теоретические данные о Е

_0П определяются с погрешностями. Поэтому, чтобы не допустить приуменьшения

расчетных

потерь

на

корону

за

счет больших

значений

Е

_0П,

целесообразно

рассчитывать ее по формулам, которые дают нижнюю границу значений. Так, по формуле Г.Н. Александрова [7], дающей близкие

к

(9)

значения

Е_0П для

rп <1,5

см

и

меньшие значения Е

_0П для

r_п>1,5 см,

При расчете потерь от короны на проводах большого диаметра, в том числе и на полых проводах, значения Е

_0П следует определять по (10).

ВЫВОДЫ

1.

Российские

сети

220

кВ

и

выше

дают

по сравнению с французскими сетями в 2 раза большие потери мощности и энергии на корону.

2. Так как конструкции сетей определяются нормами ПУЭ и указаниями по учету коронного разряда, то для снижения потерь энергии от короны на вновь строящихся ВЛ и ОРУ необходимо разработать новые нормы и методические указания по проектированию, ужесточающие требования по короне.

3. Для уменьшения потерь энергии на корону в действующих сетях высокого напряжения следует реализовать

повсеместное

оперативное

регулирование напряжения.

4.

Оперативное

регулирование

напряжения должно базироваться на текущих измерениях потерь от короны и в проводах в реальном времени.

5. Необходимо пересмотреть конструкции фаз ВЛ и ОРУ 1150 кВ, поскольку имеющиеся решения дают высокие уровни потерь на корону.

Автор: Тамазов А.И., канд. техн. наук, ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского»

Потери на корону | Линии электропередачи 345 кВ и выше | Архивы

Страница 23 из 56

ГЛАВА 5
ПОТЕРИ НА КОРОНУ
КОМБЕР, ЗАФАНЕЛЛА

1. ВВЕДЕНИЕ

Потери на корону на линиях электропередачи возникают, когда градиент в непосредственной близости от поверхности провода превышает пробивную прочность воздуха. Пробой приводит к генерации тепла, света, акустических шумов и радиопомех, на что, естественно, затрачивается энергия. Потери энергии на корону и их экономические последствия вот уже более 50 лет являются объектом изучения. За это время были собраны данные многочисленных лабораторных и полевых измерений, сформулированы законы короны и рассмотрены многие теоретические аспекты проблемы. Однако все эти исследования не дают пока возможности с уверенностью предсказать потери на корону для линий СВН и выбрать оптимальную с экономической точки зрения конструкцию фаз. В связи с этим вопросы потерь на корону включают обычно в программу большинства исследований проблем линий СВН [5.2—5.27].
Результаты исследований содержат большое количество статистических данных по потерям на корону в зависимости от геометрии проводов, градиентов, номинального напряжения и метеоусловий. Было, в частности, обнаружено, что потери на корону на линиях СВН могут меняться в пределах от нескольких киловатт/км при хорошей погоде до сотен киловатт/км при дожде или снеге. Средние потери на корону составляют небольшую часть от активных потерь в линии, однако максимальные потери на корону могут оказать значительное влияние на электроснабжение, поскольку для покрытия максимума потерь может потребоваться дополнительная установленная мощность.
Чтобы дать правильную экономическую оценку использования той или иной конструкции провода или уровня напряжения, позволяющих уменьшить потери на корону, необходимо ясно представить вероятность совпадения максимума потерь на корону с пиком нагрузки. Статистические данные, полученные во время исследований потерь на корону за последние годы, позволяют охарактеризовать их и судить об основных требованиях к линиям; проведенные исследования дают возможность также рекомендовать оптимальные конструкции проводов.
Измерения потерь на корону составляют важную часть работ, проводимых в Исследовательском центре УВН. Было замечено, однако, что с повышением номинального напряжения передачи потери на корону играют все меньшую роль в выборе проводов и геометрии линий. Конструкция линий УВН в большей степени определяется звуковыми и радиошумами, нежели потерями на 
корону. В общем случае, если потери на корону выразить в процентах от нагрузки, соответствующей волновому сопротивлению линии, то для линий УВН, обеспечивающих приемлемый уровень звуковых и радиошумов, потери на корону при плохой погоде будут меньше, чем для линий сверхвысокого напряжения. Отношение потерь при хорошей погоде к потерям при плохой для линий УВН будет также ниже, чем для линий СВН, а потери при хорошей погоде так малы, что не имеют практического значения.
«Справочник по линиям передачи СВН» [5.28] характеризует вероятность потерь на корону для ряда стандартных конструкций линий в различных климатических районах Соединенных Штатов. Рекомендуемые кривые дают возможность оценить вероятности предполагаемых потерь. Ту же цель преследует настоящая глава книги. Однако значительный диапазон возможных колебаний потерь на корону даже при одинаковых погодных условиях не дает возможности оценить значение этих потерь с точностью, превышающей ±30%. С учетом этого ниже приводятся методы, позволяющие определять наиболее вероятные максимумы потерь на корону и их среднегодовые значения для любого типа линий в любом географическом районе. Они позволяют выбрать оптимальную конструкцию линий, хотя в конечном счете потери на корону не оказывают существенного влияния на выбор размеров проводов.

1. ПОТЕРИ НА КОРОНУ ПРИ ХОРОШЕЙ ПОГОДЕ

Потери на корону при хорошей погоде незначительны по сравнению с наблюдаемыми при плохой погоде. Однако потери при хорошей погоде соответствуют более длительному периоду времени и поэтому оказывают влияние на общие потери энергии в линии.
Потери при хорошей погоде невозможно достаточно надежно оценить, исходя из рассмотрения короткой линии, поскольку потери на корону в значительной степени зависят от большого числа статистических факторов.
Потери на корону при хорошей погоде, по измерениям Исследовательского центра СВН [5.5], не согласуются с расчетами потерь по уравнению Петерсона (2.3.4), модифицированному для расщепленной фазы. Дальнейшее изучение показало, что большая часть потерь при хорошей погоде в Исследовательском центре
СВН определялась Токами утечки по изоляторам. Эти потери пропорциональны квадрату напряжения и практически не имеют отношения к потерям, описанным Петерсоном. Было предпринято специальное исследование потерь, связанных с токами утечки по изоляторам СВН. Результаты приведены в табл. 5.2.1.
Таблица 5.2.1

Напряжение, кВ	Количество изоляторов в гирлянде	Потери на одну гирлянду, Вт	Число опор на 1 км	общие потери, определяемые изоляторами, кВт/км
345	18	60	4,35	1,05
500	24	95	2,8	1,05
735	32	150	2,8	1,7

Таблица составлена в предположении, что провод средней фазы подвешен на V-образных гирляндах, а провода крайних — на обычных подвесных гирляндах (одна на фазу). Рассматриваются изоляторы с диаметром 254 мм (стандарт 146).
Для гирлянд УВН такие исследования не проводились. Вероятно, здесь будут применены специальные противотуманные изоляторы увеличенных размеров, обладающие хорошей стойкостью к загрязнениям на частоте 60 Гц. В хорошую погоду эти изоляторы имеют значительно меньшие потери, чем обычные. Можно поэтому ожидать, что значения, приведенные в табл. 5.2.1, не будут превзойдены.
Отдельно должны быть рассмотрены изоляторы со специальным покрытием, которое определяет ток утечки, протекающий по поверхности изоляторов. На сегодняшний день выпускаются изоляторы с током утечки 1 мА. Если потери на одну гирлянду определять по формуле IUI1 3, то линия 1200 кВ с V-образными гирляндами и тремя опорами на километр будет иметь потери порядка 12,5 кВт/км.
Имеются результаты небольшого числа однофазных измерений потерь в Исследовательском центре УВН при хорошей погоде. Испытуемые провода проверялись главным образом при плохой погоде, в частности, на звуковые шумы. Для напряженностей, соответствующих допустимому уровню акустических шумов, потери на корону при хорошей погоде незначительны и составляют 1/50—1/1000 потерь при плохой погоде. Потери при хорошей погоде измерялись главным образом для проводов, напряженности которых оказывались выше верхней границы диапазона практических значений напряженности.

Рис. 5.2.1. Потери на корону при хорошей погоде, измеренные на однофазной опытной линии длиной 390 м с расщепленными проводами 4X5 см.
1 — максимальные; 2 — средние; 3 — минимальные.
При этом, как видно из рис. 5.2.1, наблюдалась большая дисперсия потерь.

Передача и распределение электроэнергии в Гонконге

Передача и распределение электроэнергии в Гонконге

[Печать]

Когда вы подключаете и включаете электроприбор, вы фактически потребляете электроэнергию от электростанций, которые могут находиться очень далеко. Электроэнергия от электростанций поступает в ваш дом благодаря разветвленной сети проводящих кабелей, которые образуют системы передачи электроэнергии и распределения Гонконга.Система передает электроэнергию от нескольких электростанций почти в каждый дом в Гонконге, от центра города до отдаленных районов.

Рис. 1 Самым большим вкладом Томаса Эдисона, возможно, была его экономически жизнеспособная модель производства и распределения электроэнергии.	Рис. 2 Фантастический ночной вид на Гонконг стал возможным благодаря эффективной системе передачи и распределения электроэнергии (фото любезно предоставлено HEC).

В Гонконге электричество передается в основном по воздушным линиям или подземным кабелям. Из-за сопротивления проводов передачи всегда есть некоторая потеря мощности из-за нагревающего эффекта тока. Системы передачи электроэнергии должны быть спроектированы таким образом, чтобы максимально снизить эти потери.

Высокое напряжение передачи

Рис. 3 Линии передачи высокого напряжения на подстанции

Чтобы уменьшить потери энергии, электричество, вырабатываемое на электростанциях, повышается до очень высокого напряжения для передачи.Высокое напряжение передачи означает, что через кабели передачи протекает относительно небольшой ток. Как известно, ток вызывает нагревание при протекании по кабелям с сопротивлением. Когда ток, используемый для передачи, невелик, потери энергии из-за воздействия нагрева на кабели снижаются, что позволяет передавать больше электроэнергии пользователям.

Провода передачи низкого сопротивления

Поскольку эффект нагрева возникает при протекании тока через кабели с сопротивлением, уменьшение сопротивления кабелей передачи приведет к уменьшению потерь энергии.Как инженеры проектируют передающий провод с низким сопротивлением и в то же время экономичным?

Первое, что нужно учитывать — это выбор материала. Металлы — хорошие проводники с низким сопротивлением. Медь и алюминий — наиболее часто используемые металлы в проводах передачи. Это очень хорошие проводники, дешевые, устойчивые к коррозии и прочные. Сопротивление передающего провода снижается за счет увеличения толщины провода. Более толстые провода имеют большую площадь поперечного сечения и, следовательно, меньшее сопротивление.

Несмотря на то, что кабели тщательно спроектированы для уменьшения сопротивления, поскольку длина кабелей, необходимых в системе передачи, очень велика, общее сопротивление кабелей все еще довольно велико. В следующем упражнении вы увидите, как длинные резистивные провода влияют на передачу электричества.

Воздушный провод и подземная кабельная система

Электропередача по проводам

Фиг.4 опоры ВЛ

Воздушные линии удерживаются высоко над землей с помощью металлических башен, называемых пилонами. Но металлическая башня очень хорошо проводит электричество. Итак, как инженеры могут предотвратить утечку электричества на землю (то есть на землю) через башню?

Если вы внимательно посмотрите на пилон, вы увидите, что воздушные тросы удерживаются стопкой дисков, свисающих с пилона. Этот пакет дисков представляет собой серию подвешенных фарфоровых изоляторов, которые предотвращают электрическое соединение линии с опорой и ее заземление.Конструкция каждого изолирующего диска показана на рис. 6.

Рис. 5 Пакеты изолирующих дисков обычно используются для удержания линий передачи высокого напряжения	Рис.6 Зонтичная форма изолирующего диска

Длинная стопка дисков обеспечит лучшую изоляцию для предотвращения проводимости через фарфоровые диски и обеспечит более толстый слой воздуха между пилоном и проводами для предотвращения электрического разряда через воздух.Зонтичная форма изолирующего диска также имеет специальное назначение: она не позволяет воде образовывать токопроводящий путь вдоль стопки в дождливые дни.

Меры безопасности при передаче высокого напряжения

Рис. 7 Вы могли видеть этот предупреждающий знак на пилонах во время похода

Технически поддержание передачи высокого напряжения не является проблемой. Однако высокое напряжение означает более строгие меры безопасности, поскольку прямой контакт с проводом будет чрезвычайно опасен, и даже приближение к проводу может вызвать электрический разряд от провода к телу через воздух, как и молния.Вот почему при установке высоковольтной передачи необходимо внимательно относиться к безопасности.

Энергетические компании в Гонконге (HEC и CLP Power) имеют инструкции по технике безопасности для рабочих на стройплощадках, которым необходимо работать рядом с воздушными проводами. Зоны безопасности определены таким образом, чтобы обеспечить минимальное расстояние между работающим человеком / оборудованием и проводами передачи. Запрещается работать в плохую погоду, например, во время грозы и тайфуна.

Передача электроэнергии по подземным кабелям

В хорошо развитых городских районах, где невозможно выделить земельное пространство для строительных опор, для передачи электроэнергии используются подземные кабели.Как следует из названия, эти кабели проложены под землей, что позволяет избежать опасности контакта во время работы и воздействия плохих погодных условий, таких как гроза. Хотя подземные кабели имеют много преимуществ, для проектирования, строительства и прокладки подземных кабелей требуются более совершенные технологии. Это объясняет, почему они в 10 раз дороже воздушных проводов.

В отличие от воздушных проводов, подземные кабели должны иметь очень хорошую электрическую изоляцию, поскольку они находятся в прямом контакте с почвой.Их прямой контакт с почвой может привести к механическим повреждениям и проблемам с охлаждением. Сложная конструкция современных подземных кабелей включает в себя металлическую оболочку кабеля для защиты кабеля от любых механических повреждений, достаточную изоляцию для предотвращения утечки тока и упрочняющие материалы, позволяющие кабелю выдерживать высокие нагрузки из-за тепла, выделяемого при передаче высокого напряжения.

Рис.8 Кабельный туннель HEC (фото любезно предоставлено HEC)

Традиционная прокладка подземных кабелей включает рытье траншей (рытье земли).Это требует детального планирования, чтобы свести к минимуму влияние на дорожное движение и неудобства для населения. Для городской территории, такой как остров Гонконг, преобладание узких дорог и существующих подземных коммуникаций затрудняет установку такого типа. Использование кабельного туннеля — одно из возможных решений для преодоления этих ограничений. Во всех случаях во время прокладки кабелей требуется специальный надзор и защитные меры.

Повышение и понижение напряжения

Как уже упоминалось, передача очень высокого напряжения может минимизировать потери мощности в проводах из-за эффекта нагрева.Тем не менее, электричество, вырабатываемое электростанциями, не имеет такого высокого напряжения, поэтому требуется способ изменить напряжение электричества. Для изменения напряжения используются устройства, называемые трансформаторами. Они работают по принципу электромагнитной индукции. Процесс повышения напряжения трансформатором называется шагом вверх , а процесс понижения напряжения трансформатором называется шагом вниз .

Современные трансформаторы, используемые в системах передачи и распределения, имеют очень высокий КПД до 90% -99%.Это означает, что они могут передавать до 90% -99% потребляемой электроэнергии при повышении или понижении напряжения.

Рис. 9 Трансформатор большой мощности 275 кВ HEC (фото любезно предоставлено HEC)	Рис.10 Трансформатор на подстанции CLP Power

После выработки электроэнергии на электростанции ее повышают до очень высоких напряжений (максимум 400 кВ для CLP Power и максимум 275 кВ для HEC) для передачи на большие расстояния.Ближе к пользователям, напряжение впоследствии понижается трансформаторами внутри подстанций, чтобы обеспечить безопасное потребление потребителями. Внутренняя электросеть в Гонконге имеет напряжение 220 В.

Чтобы увидеть обзор передачи и распределения электроэнергии в Гонконге, взгляните на эту анимацию.

Список литературы

потеряно в передаче: сколько электроэнергии пропадает между электростанцией и вашей вилкой?

Сколько энергии теряет по пути, когда электричество передается от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос исходит от Джима Барлоу, архитектора из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.

Чтобы найти ответ, нам нужно разобраться в этом шаг за шагом: сначала превратить сырье в электричество, затем переместить это электричество в ваш район и, наконец, направить это электричество через стены вашего дома в вашу розетку.

Шаг 1. Производство электроэнергии

Электростанции — угольные, газовые, нефтяные или атомные — работают по тому же общему принципу. Плотный материал сжигается для выделения тепла, которое превращает воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.Термодинамические пределы этого процесса («Черт возьми, эта возрастающая энтропия!») Означают, что только две трети энергии в сырье фактически попадает в сеть в виде электричества.

Потери энергии на электростанциях: около 65%, или 22 квадриллиона БТЕ в США в 2013 г.

На этом графике показана тепловая эффективность различных типов электростанций. Все типы станций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, эффективность которого в последние годы улучшилась за счет добавления станций с комбинированным циклом.(Линия эффективности угля почти идентична ядерной энергии и поглощена фиолетовым цветом).

Шаг 2: Передача электроэнергии — передача и распределение

Большинство из нас живет не рядом с электростанцией. Так что нам нужно как-то подвести электричество в наши дома. Это похоже на работу для линий электропередач.

Трансмиссия

Во-первых, электричество передается по высоковольтным линиям электропередачи на большие расстояния, часто на многие мили по стране.Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт. Не стоит связываться с этими строками.

Почему такое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно обратиться к физике средней школы, а именно к закону Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество энергии в электричестве и его характеристики — напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: потери масштабируются с квадратом тока провода. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь.Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери на низком уровне. (Для ботаников-историков: именно поэтому AC выиграл битву течений. Спасибо, Джордж Вестингауз.)

Jordan Wirfs-Brock / Inside Energy

Провисание линий электропередач фактически является ограничивающим фактором в их конструкции. Инженеры должны следить за тем, чтобы они не подходили слишком близко к деревьям и зданиям.

Когда это электричество пропадает, куда оно девается? Нагревать. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.

Вы действительно можете услышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой передачи, теряется электричество. Вы также можете увидеть потери: обратите внимание, как линии электропередач провисают посередине? Отчасти это серьезность. Но остальное — электрические потери. Тепло, как и тепло от потери электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. Линии электропередач в жаркие дни становятся слабее и негерметичнее.

Распределение

Высоковольтные линии электропередачи — большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество необходимо передавать на большие расстояния.На подстанциях недалеко от вашего района электричество переходит на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением, например, на деревянных столбах. Сейчас мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (предметы в форме консервных банок, сидящие на этих столбах) еще больше понижают напряжение до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.

Как правило, меньшие линии электропередач означают большие относительные потери. Таким образом, даже несмотря на то, что по высоковольтным линиям электропередачи электричество может проходить гораздо дальше — на десятки или сотни миль — потери низкие, около двух процентов.И хотя ваша электроэнергия может проходить несколько миль или меньше по низковольтным распределительным линиям, потери высоки, около четырех процентов.

Потери энергии при передаче и распределении: около 6% — 2% при передаче и 4% при распределении — или 69 триллионов БТЕ в США в 2013 г.

Jordan Wirfs-Brock

На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии во время передачи и распределения по штатам с 1990 по 2013 гг. самые высокие потери все густо заселены.

Интересный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота. Почему? В менее густонаселенных штатах больше высоковольтных линий передачи с низкими потерями и меньше низковольтных распределительных линий с высокими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашей интерактивной графике.

Потери при передаче и распределении также различаются от страны к стране. В некоторых странах, например в Индии, потери достигают 30 процентов.Часто это происходит из-за похитителей электроэнергии.

Шаг 3. Использование электричества в доме

Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика. Им приходится это делать, потому что каждый потерянный кусок съедает их прибыль. Но как только вы купили электричество и оно поступает в ваш дом, мы теряем информацию о потерях.

Ваш дом и провода внутри ваших стен представляют собой своего рода черный ящик, и подсчитать, сколько электричества теряется — электричества, за которое вы уже заплатили — сложно.Если вы хотите узнать, сколько электричества теряется в вашем доме, вам нужно либо оценить его, используя электрическую схему вашего дома, либо измерить его, поставив счетчики на все свои приборы. Вы помешаны на энергии, пытаясь это сделать? Сообщите нам, мы будем рады услышать от вас!

Потеря энергии в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это могло быть незначительно, а могло быть еще несколько процентов.

Будущее потерь при передаче и распределении

Сетевые инженеры работают над такими технологиями, как сверхпроводящие материалы, которые могут существенно снизить потери при передаче и распределении электроэнергии до нуля.Но на данный момент стоимость этих технологий намного выше, чем деньги, потерянные коммунальными предприятиями из-за их существующих горячих, негерметичных линий электропередач.

Более экономичное решение для снижения потерь при передаче и распределении — это изменить способ и время использования электроэнергии. Убытки не являются постоянной величиной. Они меняются каждое мгновение в зависимости от погоды и энергопотребления. Когда спрос высок, например, когда мы все запускаем наши кондиционеры в жаркие летние дни, убытки выше. Когда спрос невелик, например, посреди ночи, потери меньше.Коммунальные предприятия экспериментируют со способами более равномерного распределения электроэнергии, чтобы минимизировать потери.

Тот же принцип применим к вашему дому, который по сути является вашей личной сеткой. Вы можете уменьшить потери в своем доме, равномерно распределяя потребление электроэнергии в течение дня, вместо того, чтобы запускать все свои приборы сразу.

Суммирование убытков

• При производстве электроэнергии мы потеряли 22 квадриллиона БТЕ на угольных, газовых, атомных и нефтяных электростанциях в 2013 году в США.С. — это больше, чем энергия всего бензина, который мы потребляем в данном году.
• Перемещая электроэнергию с заводов в дома и на предприятия по сети передачи и распределения, мы потеряли в 2013 году 69 триллионов британских тепловых единиц. — это примерно то количество энергии, которое американцы тратят на сушку нашей одежды каждый год.

У вас есть идея по теме энергетики, которая могла бы быть интересной в классе? Отправьте его ниже.

Снижение технических потерь в распределительной сети — GridCure

В контексте распределительных систем общие потери мощности — это разница между мощностью, покидающей распределительную подстанцию, и мощностью, поставляемой потребителю.Технические потери — это часть потерь мощности, возникающая из-за сопротивления в распределительной сети. Технические потери существенно различаются в зависимости от типа и возраста оборудования в сети, но также и в зависимости от стратегического выбора повседневной работы сети.

Типичные потери энергии в городских распределительных сетях составляют 3-4% от проданной энергии. Из-за необходимости охватывать большие территории, технические потери в сельской местности могут быть вдвое больше1. Потери энергии приводят к потере доходов коммунальных предприятий, а также к ненужным выбросам в атмосферу.Снижение потерь в системе может привести к значительной экономии для коммунальных предприятий за счет уменьшения количества энергии, не выставляемой по счетам.

Большинство потерь в распределительных линиях происходит в первичных и вторичных распределительных линиях и трансформаторах. Согласно исследованию EPRI 42 цепей в штате Нью-Йорк, 54% технических потерь приходится на трансформаторы, 38% — на первичные линии, а остальное — на вторичные. Есть два типа потерь. Потери в сердечнике, возникающие при зарядке магнитных сердечников трансформаторов, примерно не зависят от нагрузки на трансформатор.Резистивные потери, которые масштабируются пропорционально квадрату тока, умноженного на сопротивление (I2R), возникают из-за сопротивления вдоль линий электропередач или проводки внутри трансформатора.

Существует несколько распространенных методов расчета технических потерь в системе. Они включают использование результатов испытаний производителя для определения типичных потерь в трансформаторе, использование физических моделей для прогнозирования потерь в линии и методы выборки, используемые для распространения измеренных потерь в частях электрической сети на всю систему2

Некоторые возможные методы урегулирования убытков включают:

• Замена старого оборудования Один из способов снизить потери — это заменить старое оборудование.В регионах с очень интенсивным использованием сети установка запасных кабелей с более высокой номинальной мощностью может значительно снизить потери. При замене силовых кабелей необходим тщательный анализ нагрузки с прогнозированием вероятной нагрузки на кабель, чтобы определить, какой кабель наиболее эффективен. Аналогичным образом, обновление оборудования распределительного трансформатора может привести к значительной экономии затрат. Ожидается, что модернизация распределительного трансформатора, необходимая для соответствия новым стандартам Министерства энергетики, позволит сэкономить 350 миллиардов кВтч в течение следующих 30 лет. 3 Программа профилактического обслуживания может использоваться, чтобы решить, когда замена части оборудования может быть наиболее целесообразной.
  
  
• Трансформаторы правильного размера Трансформаторы работают наиболее эффективно, когда они работают на 80–100% максимальной мощности. 2 Недогруженные трансформаторы неэффективны из-за потерь в сердечнике. Если некоторые трансформаторы часто недогружены, можно стратегически отключить некоторые трансформаторы или установить трансформаторы меньшего размера, соответствующие нагрузке. Если трансформаторы часто перегружаются, может быть безопаснее и эффективнее установить трансформаторы большего размера или перебалансировать нагрузку так, чтобы трансформаторы были ниже допустимой мощности.Опять же, необходим тщательный анализ, чтобы определить, когда имеет смысл увеличить, уменьшить или отключить трансформатор с финансовой точки зрения.

• Балансировка фаз Поскольку резистивные потери, пропорциональные I2R, являются нелинейной функцией тока, балансировка тока, подаваемого через каждую фазную линию, может снизить общие потери в линии, даже если параметры использования потребителя не меняются. Анализ клиентских нагрузок и геометрии цепи может использоваться для определения наилучшего способа перебалансировки нагрузок на каждой фазе.При планировании новой инфраструктуры, такой как станции зарядки электромобилей, учет нагрузки системы и фазового баланса может помочь гарантировать, что сеть продолжит работать с максимальной эффективностью.

• Управление спросом
  
  Потребительский спрос можно снизить, предложив вознаграждение за снижение энергопотребления в периоды пиковой нагрузки и за установку более эффективных устройств. Поскольку потери являются нелинейной функцией протекания тока, даже незначительное снижение энергопотребления в периоды пиковой нагрузки может существенно повлиять на общие потери.

• Использование конденсаторных батарей для увеличения реактивной нагрузки. Двумя компонентами кажущейся нагрузки в системе являются реальная нагрузка, которая выполняет работу, и реактивная нагрузка, которая необходима для намагничивания объекта, такого как сердечник трансформатора. Установив или отрегулировав конденсаторные батареи, можно снизить процент реактивной нагрузки в системе, уменьшив потери реальной мощности. 2

• Оптимизация напряжения Тщательно регулируя уровни напряжения в сети, можно уменьшить ток в частях сети, уменьшив общие резистивные потери в системе.

Выявление причин потерь в сети и определение наилучшего метода снижения потерь может быть сложной задачей, но недавние достижения в инфраструктуре интеллектуальных счетчиков и машинном обучении могут существенно помочь. Повышенное временное и пространственное разрешение данных, обеспечиваемое технологией интеллектуальных сетей, можно использовать для лучшего понимания потерь, источников потерь и эволюции потерь с течением времени. После составления подробной карты системных потерь гораздо проще разработать рентабельный метод снижения потерь.

Потери в строках: упускают из виду и часто неправильно понимают

Статья Constellation 2 мин чтения

Знаете ли вы, как рассчитываются ваши затраты на электроэнергию?

Понимание того, что указано в вашем коммерческом счете за электроэнергию, является важной частью образованного потребителя, но это не то, чему учат большинство из нас.

Стоимость энергии состоит из трех основных компонентов :

• Генерация (производство энергии электростанциями)
• Передача (массовая передача энергии на большие расстояния при высоком напряжении по взаимосвязанным линиям, которые образуют сеть или энергосистему)
• Распределение (линии, столбы и трансформаторы, принадлежащие коммунальным компаниям или независимым организациям, которые распределяют энергию на более короткие расстояния, от региональных операторов передачи до домов и предприятий)

Как потребитель, ваш бизнес оплачивает провода высокого напряжения (передача) и местные провода (распределение).Естественно, передача электроэнергии между электростанциями, подстанциями и потребителями невозможна без потерь энергии.

По оценкам Управления энергетической информации , около 5 процентов ежегодно теряется в масштабах страны при передаче и распределении, большая часть которых приходится на распределение. ¹

Источник: Созвездие

Количество, которое теряется при передаче и распределении электроэнергии по электрической сети, называется потерей линии . Поскольку поставщик коммунальных услуг должен закупить достаточно энергии, чтобы покрыть ваше расчетное потребление (включая сумму потерь в линии), эти потери разделяются и передаются потребителям.

Способ, которым ваш поставщик энергии включает линейные потери в свои цены и контракты, может варьироваться, поэтому важно спросить о том, как определить наименьшее влияние на ваш счет за электроэнергию.

Потери в линии при фиксированных, индексных и гибких планах электропитания

Стандартные решения Constellation с фиксированной ценой включают потери строк в контрактную ставку и не оплачиваются отдельно.По стандартным контрактам с фиксированной ценой поставщики обычно не перекладывают линейные потери на клиентов.

Когда дело доходит до наших решений с индексными ценами, линейные потери компонентов энергии (т. Е. Мощности) учитываются. Наши гибкие индексные решения позволяют клиенту покупать электроэнергию, используя смешанную стратегию фиксированного и индексного ценообразования. Потери строк пропускаются с индексной скоростью, тогда как потери строк, связанные со скоростью транзакций розничной торговли (RTT), пропускаются с фиксированной скоростью RTT.

Узнайте больше о наших гибких индексных решениях сегодня.

Список литературы

1. https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=105&t=3

Потери в системе передачи электроэнергии и анализ моделей коротких, средних и длинных линий

Потери при передаче

Как и во всех других системах энергосистемы, независимо от того, насколько тщательно спроектирована система, потери присутствуют и должны быть смоделированы до того, как точно отобразить ответ системы можно рассчитать. Из-за размера области, которую обслуживает энергосистема, большинство компонентов системы предназначены для передачи энергии.

Потери в системе передачи, модели линий и способы их уменьшения (фото: S. Inoué через Flickr)

В центре внимания этой статьи — описание потерь, возникающих в системе передачи, представление моделей компонентов и исследование способов их устранения. уменьшить эти потери.

Давайте рассмотрим и темы, которые мы рассмотрим в этой технической статье:

1. Системные параметры
2. Скин-эффект
3. Модели линии передачи (по длине)
   1. Короткие линии
   2. Средние линии
   3. Длинные линии
4. Коронационные потери
5. Потери трансформатора
6. Сводка

1.Системные параметры

Когда ток течет по линии передачи, показанные характеристики объясняются с точки зрения взаимодействия магнитного и электрического полей. Явления, возникающие в результате взаимодействия полей, представлены элементами схемы или параметрами . Линия передачи состоит из четырех параметров, которые напрямую влияют на ее способность эффективно передавать мощность.

Эти элементы объединены, чтобы сформировать представление эквивалентной схемы линии передачи, которое можно использовать для определения некоторых потерь при передаче.

Параметр, связанный с возникающими диэлектрическими потерями, представлен как шунтирующая проводимость . Проводимость от линии к линии или от линии к земле учитывает потери, возникающие из-за тока утечки в изоляции кабеля и изоляторах между воздушными линиями.

На проводимость линии влияет множество непредсказуемых факторов , таких как атмосферное давление , и она неравномерно распределена по линии.

Влияние этих факторов не позволяет точно измерить значения проводимости.К счастью, утечка в воздушных линиях незначительна даже при детальном анализе переходных процессов. Это позволяет полностью пренебречь этим параметром.

Основным источником потерь в системе передачи является сопротивление проводников . На определенном участке линии мощность, рассеиваемая в виде бесполезного тепла, поскольку ток пытается преодолеть омическое сопротивление линии, прямо пропорциональна квадрату среднеквадратичного значения тока, протекающего по линии.

Отсюда непосредственно следует, что потери из-за сопротивления линии могут быть существенно уменьшены путем повышения уровня напряжения передачи, но существует предел, при котором стоимость песчаных изоляторов трансформаторов превысит экономию.

Эффективность линии передачи определяется как:

, где P _R — мощность нагрузки, а P _Потери — это чистая сумма потерь мощности в системе передачи.

Поскольку трансмиссия рассеивает мощность в виде тепловой энергии, значение сопротивления линии изменяется. Сопротивление линии будет варьироваться в зависимости от максимальных и минимальных ограничений. линейно.

Если мы допустим R ₁ как сопротивление при некоторой температуре, T ₁ и R ₂ как сопротивление в момент времени T ₂ , тогда:

, если T ₁ и T ₂ даны в градусах Цельсия.

Емкостное реактивное сопротивление линии передачи возникает из-за взаимодействия между электрическими полями от проводника к проводнику и от проводника к земле .Переменные напряжения, передаваемые по проводникам, заставляют заряд, присутствующий в любой точке линии, увеличиваться и уменьшаться с мгновенными изменениями напряжений между проводниками или проводниками и землей.

Этот поток заряда известен как зарядного тока т и присутствует даже тогда, когда линия передачи завершается разомкнутой цепью.

Переменные токи, присутствующие в системе передачи, сопровождаются переменными магнитными полями.Взаимодействие этих магнитных полей между проводниками в относительной близости создает магнитопровод . Эти изменяющиеся магнитные поля индуцируют напряжения в параллельных проводниках, которые равны скорости изменения магнитных связей линии во времени. Это напряжение также пропорционально скорости изменения тока, протекающего в линии.

Константа пропорциональности называется индуктивностью.

Из-за относительного расположения линий взаимная связь вызывает индуцирование напряжения.Индуцированное напряжение будет увеличиваться векторно с линейными напряжениями и приведет к разбалансировке фаз.

Когда трехфазный комплект не сбалансирован, линии не равномерно разделяют ток.

Если посмотреть только на простые резистивные потери в цепи и вспомнить, что потери мощности прямо пропорциональны квадрату величины тока, протекающего в линии, легко увидеть, что потери в одной линии увеличатся. значительно больше, чем снижение потерь по остальным линиям .

Ths предполагает, что простой способ минимизировать общие потери в 1% — это для поддержания сбалансированного набора напряжений . Второе замечание: взаимная связь также увеличивает полное реактивное сопротивление линии. Реактивное сопротивление линии дополнительно увеличивает потери, поскольку влияет на коэффициент мощности в этой линии.

Влияние этой взаимной связи часто снижается путем выполнения перестановки линий передачи через заданные интервалы . Перестановка определяет относительное расположение линий передачи.Каждой фазе разрешается занимать положение относительно двух других фаз только на одну треть расстояния. Затем фазы поворачиваются так, что их положение относительно друг друга меняется.

За счет правильного вращения линий достигается существенный эффект значительного уменьшения взаимной индуктивности. Фактический сдвиг фаз между опорами передачи обычно не происходит.

Необходимо поддерживать определенное безопасное расстояние между фазами, и из-за сложности выдерживания требуемых расстояний между фазами перестановка , скорее всего, будет иметь место на подстанции .

Вернуться к содержанию ↑

2. Скин-эффект

Внутренний поток проводника вызывает явление, известное как скин-эффект . Этот поток состоит из силовых линий, которые являются круговыми и концентричными с поверхностью проводника. Это приводит к образованию магнитных линий, которые связывают только часть поперечного сечения проводника.

Следовательно, центральные поперечные сечения проводника имеют большие общие потокосцепления, чем участки, расположенные ближе к внешней стороне проводника.Это означает, что в продольном направлении внутри проводника будет индуцироваться более высокое напряжение, чем снаружи.

Однако общий градиент напряжения в проводнике должен быть одинаковым, независимо от того, измеряется ли он вдоль оси на внутренней или вдоль внешней поверхности.

Следовательно, ток не будет равномерно распределяться по площади поперечного сечения проводника. Вместо этого плотность тока будет больше ближе к поверхности проводника. Омическое падение напряжения прямо пропорционально плотности тока и больше на поверхности.

Это компенсирует противоположное изменение наведенного напряжения и поддерживает однородность общего изменения напряжения на единицу длины.

Поскольку омическое и индуцированное напряжения не совпадают по фазе, не только величина тока будет изменяться вдоль поперечного сечения проводника, но также изменится фазовый угол тока. Это явление обозначается как скин-эффект . Чтобы учесть этот эффект , значение сопротивления линии умножается на константу, основанную на площади поперечного сечения и номинальном токе проводника .

Глубина скин-слоя — это измерение бокового проникновения тока в проводник.

Как упоминалось ранее, глубина проникновения определяется внутренним потоком, возникающим из-за тока, протекающего в проводнике. Внешние потокосцепления не влияют на глубину скин-слоя лески. Глубина скин-слоя медного проводника, передающего частоту 60 Гц. сигнал составляет примерно 0,75 см.

В результате, не так много тока проходит в центре проводника .

Этот факт является удачным, , потому что он позволяет алюминиевому проводнику, глубина скин-слоя которого вдвое больше, чем у меди, линии передачи могут быть усилены плетеным стальным сердечником без снижения пропускной способности по току .

Вернуться к содержанию ↑

3. Модели линий

Из-за требуемых расстояний между проводниками петли, образованные между отходящими и обратными проводниками, имеют значительную площадь. Изменяющийся поток в этих контурах будет генерировать противоположные напряжения в проводниках, что может иметь большое значение, особенно в отношении регулирования напряжения в линии.

Часто удобнее смоделировать многофазную систему передачи с помощью однофазного представления и рассчитать параметры по количеству на милю.

За исключением подробного анализа переходных процессов и некоторых расчетов для длинных линий передачи, модели для коротких линий, линий средней длины и длинных линий основаны на представлении с сосредоточенными параметрами системы .

Вернуться к содержанию ↑

3.1 Короткие линии

Линия передачи длиной менее 50 миль (80,5 км) классифицируется как короткая линия передачи.

Когда мощность передается по короткой линии передачи, разница в условиях на передающей и принимающей сторонах составляет из-за последовательного импеданса линии . Импеданс — это сопротивление последовательного соединения между резистивным и индуктивным элементом, показанным на рисунке 1, где V _S и V _R — это передающая и принимающая линии для нейтрального напряжения, а I _S an I _R — токи передачи и приема.

Рисунок 1 — Модель короткой линии передачи

Поскольку шунтирующие компоненты отсутствуют:

Индуцированное напряжение в линии прямо пропорционально току и будет зависеть от физических размеров проводника. Значение этого индуцированного напряжения на милю для одного проводника определяется следующим образом:

, где:

• d — расстояние между проводниками
• r — радиус проводника
• I — амплитуда rrns тока
• f — частота тока в герцах

Влияние полного сопротивления линии и изменение коэффициента мощности нагрузки лучше всего видно при регулировании нагрузки линии.

где | V _{R, NL} | — величина напряжения на приемном конце без нагрузки, а | V _{R, FL} | — величина напряжения на приемном конце при полной нагрузке.

Максимальное регулирование при отстающем коэффициенте мощности и наименьшее для опережающего коэффициента мощности.

Вернуться к содержанию ↑

3.2 Линии средней протяженности

Линии длиной между 80,5 и 241,4 км (50–150 миль) классифицируются как линии передачи средней протяженности.

К модели короткой линии добавлена ​​шунтирующая емкость, чтобы создать модель для линий средней длины. Этот дополнительный элемент необходим, поскольку увеличение длины линии увеличивает емкость , и его влияние на систему становится значительным.

Емкость линии между двумя параллельными цилиндрическими проводниками, выраженная в микрофарадах (мкФ) на милю, составляет:

, где a — это расстояние между проводниками, деленное на диаметр проводника.

Обычно шунтирующая проводимость делится поровну и размещается на обоих концах линии. Это представление, показанное на рисунке 2, известно как эквивалентная схема с номинальным сопротивлением R .

Путем моделирования линии таким образом напряжения и токи на принимающей стороне могут быть получены с использованием параметров ABCD линий из двухпортовой сети, показанной на рисунке 3 ниже.

Рисунок 2 — Модель линии передачи средней длины (номинальная эквивалентная схема R)

Рисунок 3 — Двухпортовая сеть и параметры ABCD

Вернуться к содержанию ↑

3.3 длинные линии

По мере увеличения длины линий передачи влияние емкости становится более преобладающим . Существует значительная составляющая общего тока, которая опережает напряжение на 90 градусов, а напряжения, индуцированные этим током, отстают от фазного тока на 90 градусов и создают ток зарядки.

Это уменьшает необходимый размер отправляющего напряжения.

Эффект наиболее заметен , когда линии подвергаются очень легким нагрузкам .Модель длинной линии аналогична модели средней линии. Разница в том, что длинная линия представлена ​​распределенными параметрами, а не сосредоточенными параметрами.

Вернуться к содержанию ↑

4. Потеря короны

Воздух, присутствующий в текущей атмосфере, обычно считается хорошим изолятором, однако он далек от идеального . Недостатки возникают из-за того, что всегда присутствует небольшое количество ионов из-за различных форм излучения.

Когда на воздух действует однородное электрическое поле, ионы и электроны в воздухе приходят в движение. Посредством конвекции они поддерживают небольшой ток, которым в большинстве случаев можно пренебречь.

Однако, как только напряженность электрического поля достигает значения 3000 кв / м, ионы накапливают достаточно энергии между столкновениями с нейтральными молекулами, чтобы затем оторвать электрон от свободных молекул. Это взаимодействие добавляет к полю новый электрон и положительный ион.Эти новые ионы ускоряются силой поля и дополнительно ионизируют промежуточные молекулы воздуха.

Этот процесс продолжается и возникает ионная лавина.

Поле вокруг проводника неоднородно, но имеет пиковое значение на поверхности проводника. Следовательно, величина поля падает со скоростью, которая обратно пропорциональна расстоянию от проводника.

Крутой градиент напряжения на поверхности проводника способствует такой ионизации и служит катализатором ионной лавины.Ионизация сохраняется вокруг проводника и сопровождается свечением, от которого он получил свое название. Произведенные ионы вызывают пространственные заряды, которые перемещаются переменным полем.

Энергия, которая расходуется на перемещение этих ионов, удаляется из самой линии передачи, , поэтому считается, что это потеря передачи .

Скорость, при которой происходит ионизация, неоднородна, а скорее возникает в виде флуктуаций, которые вызывают внезапные изменения электрического поля и приводят к радиопомехам.

Вернуться к содержанию ↑

5. Потери трансформатора

На практике наиболее эффективным способом снижения потерь в сети передачи было использование трансформаторов . Линии электропередачи, служащие связями с областью со скромным спросом на нагрузку, испытали бы чрезвычайно высокие потери, если бы они должны были пропускать полный ток нагрузки.

Чтобы этого не произошло, линейное напряжение повышается на большой коэффициент N , в то время как линейный ток одновременно понижается на коэффициент , равный 1 / N .Это позволяет линиям передачи передавать большое количество энергии при значительном сокращении системных потерь.

Только потери I ² R уменьшаются на коэффициент, обратно пропорциональный N ² . Однако трансформаторы имеют собственные потери. Три механизма, с помощью которых трансформаторы проявляют потери, — это гистерезис , I ² R и вихревые токи . Потери I ² R возникают в обмотках трансформатора, а остальные — в материале сердечника.

Потери в обмотке или меди определяются прямым способом по сопротивлению обмотки и выражаются как:

Потери в сердечнике, возникающие в трансформаторе, выражаются в терминах гистерезиса и вихревых токов. Эти два имеют чистые потери, которые могут быть аппроксимированы линейно изменяющимися с частотой f и имеющими нелинейную зависимость от интенсивности потока B материала сердечника.

Потери на гистерезис возникают из-за неизвлекаемой энергии, затрачиваемой на изменение поляризации магнитного материала сердечника.Потери энергии за единицу цикла выражаются как площадь, ограниченная петлей гистерезиса.

Суммарные гистерезисные потери являются произведением этой площади, объема сердечника и частоты. Потери на вихревые токи просто выражаются как потери I ² R из-за токов, индуцированных в магнитном материале.

Трансформаторы состоят из двух или более обмоток, соединенных общей магнитной цепью или сердечником, который обеспечивает путь с низким сопротивлением для связи общего потока .

Для того чтобы обмотки были связаны магнитным образом, поле B должно создаваться одной обмоткой и соединяться другой. Основным компонентом сердечника, который выполняет связь, является индуктивность намагничивания, которая моделируется большой катушкой индуктивности.

К сожалению, не весь поток, производимый в одной обмотке, успешно связывается с другими. Часть флюса вытекает из сердечника и имеет обратный путь по воздуху. Эффект несовершенной связи моделируется как индуктор небольшой серии, известный как индуктивность рассеяния.

Многие методологии проектирования были сформулированы в попытке уменьшить индуктивность рассеяния. Помещая обмотки непосредственно друг над другом, весь поток в сердечнике связывается обеими обмотками. Однако все еще существует небольшое количество магнитного потока, генерируемого во внешней обмотке, который не связан с внутренними обмотками.

Другой подход — признать, что поток утечки увеличивается с толщиной обмотки.Длинные и тонкие обмотки дают более низкие значения индуктивности рассеяния, чем короткие и толстые.

Поскольку обратный путь потока рассеяния является внешним по отношению к сердечнику, это приводит к электромагнитным помехам (EMI). Чтобы минимизировать электромагнитные помехи, обмотка из одной фольги закорачивается и размещается вокруг всей магнитной цепи. Поток утечки индуцирует токи в этой закороченной обмотке, которые создают встречный поток и уменьшают электромагнитные помехи.

Результирующий взаимный поток, связывающий обмотки, можно разделить на две составляющие.Составляющая нагрузки описывается как ток в одной обмотке, который полностью компенсирует МДС других обмоток. Возбуждающий ток — это дополнительный ток, необходимый для создания результирующего взаимного потока.

Хотя ток возбуждения не является синусоидальным, он может быть представлен как составляющая намагничивания I _m и составляющая потерь в сердечнике I _c . Возбуждающий ток моделируется как шунтирующая проводимость G _м , параллельная индуктивному сопротивлению намагничивания X _м .

Модель типичного трансформатора показана ниже:

Рисунок 4 — Модель силового трансформатора

Вернуться к содержанию ↑

6. Резюме

Понимая взаимодействия магнитных и электрических полей , можно построить модели эквивалентной схемы для описания явлений, происходящих в линии передачи.

Их анализ — модели позволят количественно оценить некоторые потери в линии электропередачи, которые составляют от 3 до 5 процентов нагрузки.В зависимости от желаемого уровня точности и длины линии для описания системы могут использоваться модели различной сложности.

Использование трансформаторов в системе передачи значительно снижает потери I ² R, , но трансформатор вносит некоторые дополнительные элементы в уравнения потерь .

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Потери в электроэнергетических системах Т. Д. Коллинз

Как уменьшить потери в линиях электропередачи | Блог системного анализа

Основные выводы

• Уменьшите омические потери, используя хороший электрический проводник с минимальным сопротивлением и максимальной проводимостью.

• Используйте диэлектрическую подложку с низким тангенсом потерь и высокой диэлектрической проницаемостью, чтобы уменьшить диэлектрические потери и потери из-за токов утечки.

• Заземленные копланарные волноводы и гибридная комбинация микрополосковых и копланарных волноводов, называемая компланарными микрополосковыми конфигурациями, эффективны для снижения радиационных потерь в линиях передачи.

Потери ответственны за низкую целостность сигнала, низкую эффективность и снижение усиления в РЧ-цепях

ВЧ- и микроволновые цепи подвержены различным потерям, таким как омические потери, диэлектрические потери, радиационные потери и потери из-за к токам утечки.Это проблематично, поскольку потери являются причиной низкой целостности сигнала, низкой эффективности и снижения коэффициента усиления в радиочастотных цепях.

На большинство потерь в РЧ-цепях влияют такие факторы, как геометрия линии передачи, диэлектрическая подложка или частота. При проектировании схем радиотехники должны тщательно продумать, как наилучшим образом снизить потери в своих линиях передачи, поскольку есть несколько модификаций, которые могут быть реализованы для достижения такого снижения. В этой статье мы обсудим, как уменьшить потери в линиях передачи, в частности омические, диэлектрические и радиационные потери.

Как уменьшить потери в линиях передачи

В ВЧ- и СВЧ-цепях большинство линий передачи представляют собой микрополосковые линии передачи, полосковые линии передачи или копланарные волноводы. Потери, связанные с каждым из этих типов линий передачи, различаются, и их характеристики также различаются.

При отправке критически важных данных с высокой скоростью передачи данных или в высокоскоростных системах связи эти потери становятся критическими, а потери сигнала могут привести к непропорционально высоким финансовым потерям.Итак, как уменьшить эти потери в линиях электропередачи? Необходимо оптимизировать формат линии передачи, чтобы избежать простоев и повысить надежность системы. Первым шагом оптимизации является изменение линий передачи схемы таким образом, чтобы минимизировать омические, диэлектрические, радиационные потери и потери на ток утечки.

Снижение омических потерь

Омические потери в линии передачи зависят от типа металла, отделки металлического проводника и рабочей частоты.Когда высокочастотные сигналы проходят через линию передачи, они имеют тенденцию занимать только внешнюю поверхность проводника из-за скин-эффекта. Когда по соседним линиям передачи передаются высокочастотные сигналы, они также подвержены эффекту близости.

Для линий передачи в РЧ-цепях решением этой проблемы является использование хорошего электрического проводника с минимальным сопротивлением и максимальной проводимостью. Обычно медные дорожки, используемые в ВЧ схемах, характеризуются шириной и толщиной.Обработка линии передачи имеет значение при уменьшении омических потерь. Гладкая поверхность проводника сокращает путь распространения и сводит к минимуму потери.

Сетевой формат линий передачи — еще один возможный способ снижения омических потерь. Коническая линия передачи с разной шириной проводника может до некоторой степени компенсировать омические потери. Прокладка линии передачи более узкой, чем ее земля, также эффективно снижает сопротивление и омические потери.

Снижение диэлектрических потерь

Диэлектрическая постоянная материала влияет на диэлектрические потери в линии передачи.Коэффициент рассеяния или значение тангенса угла потерь материала играет важную роль в снижении диэлектрических потерь. Чем ниже коэффициент рассеяния, тем меньше диэлектрические потери в линии передачи.

Оксид алюминия, кремний, политетрафторэтилен и FR4 (эпоксидный ламинат) обычно используются в качестве диэлектрических материалов в радиочастотных схемах. Одним из способов получения диэлектрического материала с низкими потерями является замена эпоксидной смолы по всему стекловолоконному переплетению. Гибридные стеки также эффективны для снижения диэлектрических потерь.Смешивание FR4 и диэлектриков с низкими потерями может привести к созданию гибридного решения для наращивания. Потери из-за тока утечки также можно уменьшить, используя диэлектрический материал с высокой диэлектрической проницаемостью.

Снижение радиационных потерь

Радиационные потери в линии передачи означают, что радиочастотная энергия теряется в виде излучения. Толщина подложки влияет на величину радиационных потерь. Из-за этой прямой зависимости потери от высоты более тонкие материалы подложки с высокой диэлектрической проницаемостью демонстрируют меньшее излучение.Заземленные копланарные волноводы и гибридная комбинация микрополосковых и копланарных волноводов, называемая компланарными микрополосковыми конфигурациями, эффективны для снижения радиационных потерь в линиях передачи.

Разработчикам радиочастотных схем важно иметь четкое представление о том, как уменьшить потери в линиях передачи. Понимая это, разработчики могут оптимизировать линии передачи, чтобы снизить омические потери, диэлектрические потери и радиационные потери. Программное обеспечение Cadence помогает проектировщикам оптимизировать геометрию линии передачи.

Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Насколько велики потери в ЛЭП?

Электроэнергия должна передаваться от крупных электростанций потребителям по разветвленным сетям. Передача на большие расстояния приводит к потерям мощности. Большая часть потерь энергии происходит из-за эффекта Джоуля в трансформаторах и линиях электропередач.В проводниках энергия теряется в виде тепла.

Рассматривая основные части типичной сети передачи и распределения, вот средние значения потерь мощности на разных этапах *:

• 1-2% — Повышающий трансформатор от генератора к ЛЭП
• 2-4% — Линия передачи
• 1-2% — Понижающий трансформатор от линии электропередачи к распределительной сети
• 4-6% — Трансформаторы и кабели распределительных сетей

Общие потери между электростанцией и потребителями тогда находятся в диапазоне от 8 до 15%.

Это самая большая проблема?

Не следует путать с КПД электростанций , таких как атомные, угольные или газовые турбины. Эти технологии основаны на термодинамическом цикле, эффективность которого составляет порядка 35% . Это означает, что при сжигании угля, например, будет выделяться тепло, которое будет преобразовано в механическую энергию, а затем в электричество.

Глобальное преобразование показано на рисунке ниже, где «единицы» представляют собой единицы энергии.

Из оценки энергопотребления можно сделать вывод, что 100 единиц, сэкономленных дома, могут сэкономить 300 единиц, сэкономленных на электростанции. Это должно стать настоящим стимулом к ​​экономии энергии для более зеленой окружающей среды.

Не путайте тепло и электричество!

Однако важно отметить, что энергоблоки, сэкономленные на электростанции, являются единицами тепла, а не единицами электроэнергии. Каждая единица, сэкономленная дома, представляет собой одну единицу электроэнергии, сэкономленной на электростанции, в дополнение к энергии, сэкономленной на линии.Как упоминалось ранее, это составляет от 8 до 15% производимой электроэнергии.

В остальном эта энергетическая оценка относится к электростанциям, сжигающим топливо, а не к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэлектроэнергия или ветряные турбины. Эти технологии имеют гораздо более высокий КПД и не выделяют тепло для преобразования энергии. 100 единиц, сохраненных дома, представляют собой намного меньше, чем 300 единиц, сэкономленных на электростанции.

Но это не повод тратить электроэнергию зря!

* Ссылка: документ МЭК «Эффективная передача и распределение электроэнергии» (2007)

.

No related posts.