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

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Общие сведения —

При передаче электрической энергии по передающим элементам теряется ее часть, выделяющаяся в виде теплоты. Потери определяют к.п.д. электрической сети, и чем они ниже, тем экономичнее система электроснабжения. Значение снижения потерь мощности и энергии весьма велико. В 1985 г. было произведено около 1600 млрд. кВт-ч электроэнергии. Общие потери в электросетях составили около 160 млрд. кВт-ч (10 %), что эквивалентно годовой выработке электростанции мощностью 20 млн. кВт.

При расчете потерь мощности и энергии систему электроснабжения представляют в виде сопротивлений и проводимостей (рис. 21.1). Потери мощности в сопротивлениях Rл, Rr пропорциональны квадрату тока, потери в проводимостях q0 пропорциональны квадрату напряжения. Ток в сопротивлениях обусловлен током электроприемников и создает «нагрузочные потери». Ток в проводимостях зависит от напряжения, имеет место и при токе нагрузки /н, равном нулю, поэтому потери в проводимостях принято называть потерями холостого хода.

Нагрузка при расчете потерь мощности представляется в функции напряжения и частоты. В проектных решениях при расчете потерь мощности и энергии принимают, а активная и реактивная мощности равны их расчетным значениям.

Потери активной мощности в зависимости от назначения расчетов могут определяться по соотношению:

Потери энергии в линиях и трансформаторах определяются по формулам (14.47), (14.48), где время максимальных потерь ттах в практических расчетах может быть вычислено по формуле

Рассмотрим определение потерь мощности и энергии при магистральной схеме электроснабжения.

Очевидно, что формулы для расчета потерь мощности и энергии останутся теми же, что и в предыдущем примере, а эквивалентное активное и индуктивное сопротивления определятся по выражениям:

В формулы для вычислений можно вместо полной мощности подставлять значения полного тока. Это особенно удобно при анализе потерь мощности в действующих электроустановках, когда с помощью токоизмерительных клещей можно произвести замеры токораспределения.

Снижение потерь электрической энергии: АО «ЭПИЦ»

Одним из существенных проявлений неэффективного расхода ресурсов при передаче и распределении электроэнергии являются потери электрической энергии и мощности в сетях и сетевом оборудовании. На данный момент в электрических сетях Российской Федерации потери электрической энергии относительно общего её отпуска в среднем составляют 13%, в тоже время в развитых странах аналогичный показатель потерь варьируется от 4% до 8%.

Для эффективного внедрения мероприятий по снижения уровня потерь электрической энергии и мощности АО «ЭПИЦ» применяет комплексный подход к решению проблем энергосбережения и повышения энергоэффективности

В рамках реализации программ энергоэффективности и энергосбережения специалисты АО «ЭПИЦ» предлагают разработку следующих мероприятий необходимых для снижения уровня потерь электрической энергии и мощности:

• расчёт и анализ структуры потерь электрической энергии и мощности в электрической сети/на предприятии;
• оптимизация схемы электрической сети на основе расчётов электрических режимов и потерь электрической энергии и мощности;
• регулирование напряжения на линиях электропередачи и разработка мероприятий по компенсации реактивной мощности;
• внедрение автоматизации и дистанционного управления электрическими распределительными сетями напряжением 6-20 кВ.
• применение современного электротехнического оборудования, отвечающего требованиям энергосбережения;
• снижение расхода электроэнергии на собственные нужды электроустановок;
• перевод электрической сети (участков сети) на более высокий класс напряжения.

Важным элементом снижения уровня потерь электрический энергии и мощности является учёт требований повышения энергетической эффективности на этапе проектирования электросетевых и промышленных объектов.

АО «ЭПИЦ» предлагает выполнение услуг по разработке требований и проектированию электросетевых, а также промышленных объектов с учётом требований повышения энергетической эффективности и энергосбережения

Комплексный подход по разработке и внедрению описанных выше мероприятий позволяет достичь в относительно короткие сроки значительного эффекта снижения уровня потерь электрической энергии и мощности в электрических сетях и на промышленных предприятиях.

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Методики определения потерь электроэнергии в системах электроснабжения напряжением до 10 кВ

Библиография Чернова, Наталья Владимировна, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Бохмат И.С., Воротницкий В.Э., Татаринов Е.П. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах // Электрические станции. 1998. № 9. С. 53-59.

2. Попов Д.В., Файзрахманов P.A., Иванов A.C. Метод диагностики отказов измерительных комплексов с целью локализации и устранения коммерческих потерь электроэнергии // ttech.pstu.ac.ru

3. Воротницкий В.Э., Калинкина М.А., Апряткин В.Н. Мероприятия по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях энергоснабжающих организаций // Энергосбережение. 2000. № 3. С. 53-55.

4. Рудников И. Председателю правления РАО «ЕЭС России» А.Б. Чубайсу. О деятельности ОАО «Янтарьэнерго» и его руководителя Гладкова О.Н. // Информационно-аналитические материалы. 2003.

5. Производство, потребление электроэнергии в России и потери в сетях общего пользования. Госкомстат Российской Федерации // AHO Центр информационных исследований. 2001-2003.

6. Броерская Н. А. Мониторинг потерь электроэнергии в электрических сетях российской федерации // www.electroinfo.ru

7. Железко Ю.С. Потери электроэнергии в оборудовании сетей и подстанций // Новости электротехники. 2004. № 6 (24). С. 47-49.

8. Виноградов A.A., Нестеров М.Н. Определение нормативных технологических потерь электроэнергии в системах электроснабжения // www.ostu.ru

9. Информационный документ. «Финансовый контроль» // Счетная палата РФ. 2004.

10. Адонц Г.Т., Арутюнян A.A. Методы расчета и способы снижения расхода электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Ереван: Луйс, 1986. С. 183.

11. Арзамасцев Д.А., Липес A.B. Снижение технологического расхода энергии в электрических сетях. М.: Высш. шк., 1989. С. 124.

12. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 172.

13. Железко Ю.С., Бирюкова Р.П. Предельная точность и области применения регрессионных зависимостей эквивалентных сопротивлений линий 6-20кВ // Электричество. 1988. №8. С. 17-21.

14. Основы построения промышленных электрических сетей // Г.М. Каялов, Ф.Э. Каждан, И.Н. Ковалев, Э.Г.Куренный. М.: Энергия, 1978. С. 352.

15. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях / Пор ред. Г.Е. Поспелова. М.: Энергоиздат, 1981. С. 216.

16. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем./ В.Э.Воротницкий, Ю.С. Железко, В.Н. Казанцев и др.; Под ред. В.Н. Казанцева. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 366.

17. Сыч Н.М. Снижение потерь мощности и энергии в электрических системах. Минск: БПИ, 1977. С. 76.

18. Щербина Ю.В., Лепорский В.Д., Жмурко В.А. Автоматизация управления технологическим расходом и потреблением электроэнергии // Киев: Техшка, 1984. С. 112.

19. Щербина Ю.В., Бойко Н.Д., Бутенко А.Н. Снижение технологического расхода энергии в электрических сетях // Киев: Техшка, 1981. С. 103.

20. Экономия электроэнергии в электрических сетях / И.И. Магда, С.Я. Меженный, В.Н. Сулейманов и др.; Под ред. H.A. Качановой и Ю.В. Щербины. Киев: Техшка, 1986. С. 167.

21. Мельников Н. А. Электрические сети и системы. М.: Энергия, 1975.

22. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 592.

23. Железко Ю.С. Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях и программное обеспечение расчетов // Электрические станции. 2001. № 9. С. 33-38.

24. Барановский А.Н., Бойко Н.Д., Кузьмин В.В. О некоторых проблемах перестройки экономических отношений в электроэнергетике России // Энергетик. 1994. № 10. С. 6-10.

25. Воротницкий В.Э., Апряткин В.Н. Коммерческие потери электроэнергии в электрических сетях // Новости электротехники. 2002. № 4. С. 34-37.

26. Гальперова Е.В., Кононов Ю.Д. Влияние на экономику региона изменения тарифов на электроэнергию // Энергетик. 2001. № 6. С. 3-5.

27. Золотухин В.Г. О реконструкции российской электроэнергетики как естественной монополии // Энергия. 1999. № 7. С. 10-15.

28. Максимов Б, Жуков В., Царева Н. Системы регулирования в электроэнергетике // Вестник электроэнергетики. 1995. № 4. С. 87-89.

29. Максимов Б.К., Молоднюк В.В. Основы формирования тарифов на электрическую энергию на рынках России. М.: Изд-во МЭИ, 1998.С. 44.

30. Максимов Б.К., Молоднюк В.В. Электроэнергетика России на современном этапе ее развития // Вестник МЭИ. 1998. № 2. С. 63-69.

31. Менеджмент в электроэнергетике / Под ред. А.Ф. Дьякова. М: Изд-во МЭИ, 2000. С. 448.

32. Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и генерацию реактивной энергии. Методические указания. М.: Минтопэнерго, 1993. С. 16.

33. Михайлов В.В. Тарифы и режимы электропотребления. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 214.

34. Молоднюк В.В. Проблемы развития федерального (общероссийского) оптового рынка электрической энергии (мощности) // Изв. РАН. Сер. Энергетика. 1997. № 4. С. 81-91.

35. Об утверждении Методических указаний по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке. Постановление от 31 июля 2002 года N 49-э/8. М.: Федеральная энергетическая комиссия, 2002. С. 84.

36. Анализ электропотребления и тарифов для бытовых потребителей / Орлов B.C., Папков Б.В., Ершов Е.П. и др. // Промышленная энергетика, 1997. №6. С. 8-10.

37. Суднова В.В. О целесообразности введения дифференцированных тарифов для базовых потребителей энергосистемы // Промышленная энергетика, 1997. № 6. С. 6-7.

38. Воротницкий В.Э. Норматив потерь электроэнергии в электрических сетях. Как его определить и выполнить? // asu.mosoblelectro.ru.

39. Броерская H.A., Штейнбух Г.Л. О нормировании потерь электроэнергии в электрических сетях // Электрические станции. 2003. N4. С. 15-21.

40. И 34-70-030-87. Инструкция по расчету и анализу технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. М.: СПО «Союзтехэнерго», 1987.

41. Железко Ю.С. Нормирование технологических потерь электроэнергии в сетях. Новая методология расчета // Новости электротехники. 2003. N 5 (23). С. 23-27.

42. Железко Ю.С. Расчет нормативных характеристик технических потерь электроэнергии // Электрические станции. 2002. N 2. С. 45-51.

43. Якшина Н. Как избежать потерь электроэнергии? // Наша газета. 2003. № 6 (84). С. 22-24.

44. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. Руководство для практических расчетов. М.: «Изд-во НЦ ЭНАС», 2004. С. 278.

45. Воротницкий В.Э., Апряткин В.Н. Коммерческие потери электроэнергии в электрических сетях // Эско. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». 2005. № 10.

46. Инструкция по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. М.: СПО Союзтехэнерго, 1987.

47. Воротницкий В.Э., Комкова Е.В. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях // Энергосбережение. 2005. № 3. С. 86-92.

48. Сборник нормативных и методических документов по измерениям, коммерческому и техническому учету электрической энергии и мощности. М.: Издательство «НЦ ЭНАС», 1998.

49. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях / Воротницкий В. Э., Загорский Я. Т., Апряткин В. Н. и др. // Электрические станции. 2000. № 5. С. 9-13.

50. Воротницкий В. Э., Заслонов С. В., Калинкина М. А. Программа расчета технических потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 6-10 кВ // Электрические станции. 1999. № 8. С. 38-42.

51. Калинкина М.А. Методика и алгоритмы совместного расчета потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 0,38-10 кВ. Конференция молодых специалистов электроэнергетики 2000. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2000. С. 167-168.

52. Блок В.М. Электрические сети и системы. Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. М.: Высш. шк., 1986. С. 430.

53. Веников В.А., Журавлев В.Г., Филиппова Т.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. М.: Энергоиздат, 1982. С. 464.

54. Веников В.А., Худяков В.В., Анисимова Н.Д. Электрические системы. Передача электроэнергии переменным и постоянным током высокого напряжения. М.: Высш. шк., 1972. С. 368.

55. Грачева Е.И. Определение потерь электроэнергии в низковольтных цеховых сетях промышленных предприятий: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1996. С. 18.

56. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. С.-Пб.: Издательство Сизова М.П., 2001. С. 304.

57. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995. С. 416.

58. Электрические системы. Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов / Под ред. В.А. Веникова. М: Высш. шк., 1973.С. 320.

59. Электрические системы. Расчет режимов электрических систем и сетей / Под ред. В.А. Веникова. М: Высш. шк., 1975. С. 344.

60. Железко Ю.С., Артемьев A.B., Савченко О.В. Расчет нормативных характеристик технических потерь электроэнергии // Электрические станции. 2002. №2. С. 45-51.

61. Абдуллазянов Э.Ю. Методы и средства повышения эффективности проектирования, эксплуатации и управления электрическими сетями в системах электроснабжения: Дис.канд. техн. наук. Казань, 2003. С. 205.

62. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 3-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1994. С. 265.

63. Саенко Ю. JI. Реактивная мощность в системах электроснабжения с нелинейными нагрузками // Zeszyty Naukowe Politechniki Slaskiej. Electryka. 1991.

64. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. С. 606.

65. Гармоники в электрических системах / Пер. с англ. Дж. Аррилага и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 320.

66. Смирнов С.С., Коверникова Л.И. Вклад потребителей в уровни напряжения высших гармоник в узлах электрической сети // Электричество, 1996. №1. С. 58-64.

67. Висящев А. Н., Тигунцев С. Г., Луцкий И. И. Влияние потребителей на искажение напряжения // Электрические станции. 2002. №7. С. 26—31.

68. Федотов А.И., Чернова Н. В. Расчет гармонических составляющих токов в системе электроснабжения с вентильными преобразователями // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2004. №11-12. С. 33-42.

69. Rissik Н. The Memory Arc Current Convertor. London: Pitman, 1935.

70. Read J.C. The calculation of rectifier and invertor performance characteristics // J. IEE, P. 2. 1945. vol 92.

71. Kimbark E.W. Direct Current Transmission. Wiley, New York, 1971.

72. Bibliography of power system harmonics. Parts 1 and 2: IEEE papers 84 WM 214-3 and 84 WM 215-0 / Winter Power Meeting, Dallas, 1984, January.

73. Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,4-6(10) кВ // Новости электротехники. 2003. №4. с. 42-43.

74. Константинов В. Н. Применение теории вероятностей в задачах электроэнергетики. Казань. Изд-во КГЭУ. 1997. С. 40.

75. Схема замещения однофазного вентильного преобразователя для расчета гармоник тока / Федотов А.И., Чернова Н.В., Рылов Ю.А. и др. // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2006. № 1-2. С. 94-99.

76. Федотов А.И. Расчет переходных процессов в синхронных машинах с независимым тиристорным возбуждением дискретным операционным методом // Электричество. 2001. №5. С. 25-34.

77. Теоретические основы дискретного моделирования электромашинно-вентильных систем. Научное издание / Федотов А.И., Каримов P.P., Федотов Е.А. и др. Казань. Изд-во КГЭУ, 2003. С. 118.

78. Федотов Е.А. Дискретная математическая модель синхронной электрической машины с вентильной системой самовозбуждения: Дисс. . канд. техн. наук. Казань, 2003. С. 151.

79. Федотов Е.А., Ахметвалеева JI.B., Кузнецов A.B. Дискретная математическая модель преобразователя / Фундаментальные исследования в технических университетах. Мат. VIII Всерос. конф. по проблемам науки и высшей школы. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2004 г. С. 158.

80. Кузнецов В.А., Федотов А.И. Дискретная математическая модель системы синхронный генератор выпрямительная нагрузка // Электричество. 1995. №4. С. 23-26.

81. Вейнгандт В.Я. Гордин A.B. Разностные уравнения синхронного генератора и подключенного к нему выпрямителя / Источники импульсов электрической мощности. JL: ВНИИэлектромашиностроения, 1990. С. 144154.

82. Такеути Т. Теория и применение вентильных цепей для регулирования двигателей: Пер. с англ. JL: Энергия, 1973. С. 249.

83. Толстов Ю.Г., Теврюков A.A. Теория электрических цепей. М.: Высш. шк, 1971. С. 296.

84. Железко Ю.С. Погрешности определения потерь энергии в электрических сетях // Электричество. 1975. №2. С. 19-24.

85. Железко Ю.С. Систематические и случайные погрешности методов расчета нагрузочных потерь электроэнергии // Электрические станции. 2001. № 12. С. 19-27.

86. Железко Ю.С. Оценка потерь электроэнергии, обусловленных инструментальными погрешностями измерения // Электрические станции. 2001. №8. С. 19-24.

87. Железко Ю.С., Савченко О.В. Определение интегральных характеристик графиков нагрузки для расчета потерь электроэнергии в электрических сетях // Электрические станции. 2001. № 10. С. 9-13.

88. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ / Григорьев О., Петухов В., Соколов В. И др. // Центр электромагнитной безопасности. www.tesla.ru.

89. Федотов А.И., Егоров В.Н. Уменьшение пульсаций выпрямленного тока в электроприводе поливных машин / Сб. научн. тр. МЭИ «Прогнозирование и оптимизация режимов электроснабжения промышленных предприятий». М.: МЭИ, 1982. С. 74-77.

Расчет потерь мощности и энергии в кабельной линии при помощи пакетного вейвлет-преобразования

Библиографическое описание:

Киселёв, Б. Ю. Расчет потерь мощности и энергии в кабельной линии при помощи пакетного вейвлет-преобразования / Б. Ю. Киселёв. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 181-184. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29084/ (дата обращения: 07.03.2021).



В статье рассмотрена система электроснабжения имеющая нестационарную и нелинейную нагрузку в своём составе. Произведён численный расчет потерь мощности и энергии в кабельной линии электропередач при помощи вейвлет-коэффициентов пакетного вейвлет-преобразования. Полученные при помощи (ПВП) значения потерь энергии сравниваются со значениями полученными по действующим значениям различных гармоник, при заранее известных интервалах времени.

Ключевые слова: пакетное вейвлет-преобразование, вейвлет-коэффициенты, нестационарный режим, высшие гармоники

Рассмотрим систему электроснабжения (СЭС) (Рис 1 а). С линейной нагрузкой Sн и двумя нелинейными нагрузками Sнн1 — вентильный преобразователь (В) (генерирует 5 и 7 гармоники) и Sнн2 — люминесцентные лампы (генерирует 3 и 9 гармоники).

Обычно для расчета режимов СЭС при наличие ВГ применяют принцип наложения. Суть которого состоит в том, что расчет тока в сети производиться отдельно для каждой гармонической составляющей, а затем результаты суммируются. Составим схемы замещения для основной частоты (рис. 1б) и для ВГ (рис. 1в).

Рис. 1. Система электроснабжения (СЭС) (а), схемы замещения СЭС на основной (б), и высших гармониках (в)

Параметры электрооборудования для расчета режима представлены в таблице 1.

Таблица 1

Паспортные данные трансформатора и кабеля

Трансформатор ТМГ-40/10 У1
Sном, кВА	Uкз, %	Iхх, %		Pхх, кВт	Pкз, кВт		UВН, кВ	UНН, кВ
40	4,7	3		0,17	0,88		10,5	0,38
Кабельная линия ВВГ 3х6,0+1х4,0
r0, Ом/км			x0, Ом/км			Iдл.доп., А
0,443			0,0612			180

Время моделирования режима t=600 c. Представленные на схеме нагрузки имеют различные режимы работы. Отсюда вытекает, что режим будет нестационарный. Весь интервал времени разбиваем на 4 промежутка времени, каждому промежутку времени соответствует различная комбинация нагрузок. Тогда ток для каждого интервала времени может быть записан

(1)

В результате расчета режима данной схемы получены следующие действующие значения токов ВГ (табл. 2).

Таблица 2

Токи кабельной линии на высших гармониках

Токи кабельной линии
I3	I5	I7	I9
13,652+j33,98	22,813+j46,133	23,982+j36,853	6,421+j7,826

В стационарном режиме для расчёта потерь мощности и энергии в токоведущих частях необходимо исходную несинусоидальную кривую разложить на сумму синусоидальных с определёнными значениями амплитуд гармоник и их начальных углов [1, с. 282].

Совокупность амплитуд и фаз образуют дискретные амплитудный и фазовый спектры. Для решения практических задач расчёта потерь в элементах СЭС основное значение имеет амплитудный спектр частот [2, с. 8].

Потери активной мощности в токоведущих частях без учёта эффекта вытеснения тока могут быть определены по формуле:

(2)

В случае дискретных сигналов можно применять также формулу

(3)

Тогда потери энергии будут равны [4]:

,(4)

Где -квадрат действующего значения тока на ν-той гармонике, R- активное сопротивление кабельной линии.

Главным принципом пакетного вейвлет-разложения является рекурсивное определение последующих элементов более глубокого уровня разложения. Исходный сигнал (в нашем случае ток) домножается на коэффициенты фильтров высоких частот и низких частот, в результате чего получаются детализирующие и аппроксимирующие коэффициенты соответственно. Математически алгоритм, представленный на рисунке 6 можно записать следующими выражениями [4, с. 3 ]:

(5)

(6)

Тогда коэффициенты пакетного вейвлет-преобразования — это результат свертки исходного сигнала на основе вейвлета.

(7)

(8)

Представленная на рисунке 6 схема вейвлет-преобразования предполагает три уровня разложения j= 3.

Действующие значения тока для искомого частотного диапазона с учетом свойств вейвлет-преобразования (5), (6) может быть получено:

.(9)

В результате пакетного вейвлет-разложения получаем матрицы вейвлет коэффициентов (рис. 7), отвечающих за определённые диапазоны частот.

Рис. 6. Блок-схема дерева разложения сигнала

Рис. 7. Вейвлет-спектры коэффициентов

На завершающем этапе работы были рассчитаны потери энергии в кабельной линии на основании вейвлет коэффициентов. Полученные результаты сопоставлялись с потерями, полученными в результате расчета по действующим значениям тока за известный промежуток времени (табл. 3, 4). При этом погрешности в определении потерь очень малы (табл. 5).

Таблица 3

Значения потерь энергии в кабельной линии, рассчитанных отдельно для каждой гармоники по формуле

, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч
583720	89113	88002	64233	68099

Таблица 4

Значения потерь энергии в кабельной линии, рассчитанных отдельно для каждой гармоники, при помощи пакетного вейвлет-преобразования

, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч	, кВт·ч
583570	89974	87091	64317	67044

Таблица 5

Значения погрешностей при определении потерь энергии

, %	, %	, %	, %	, %
0,026	0,96	1,05	0,13	1,6

Литература:

1. Железко, Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю. С. Железко. — М. : ЭНАС, 2009. — 456 с.
2. Жежеленко, И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий / И. В. Жежеленко. — М. : Энергоатомиздат, 2000. — 331 с.
3. Morsi W. G., EI-Hawary M. E. Time-frequency single-phase power components measurements for harmonics and inter-harmonics distortion based on Wavelet Packet transform. Part I: Mathematical formulation // Electrical and Computer Engineering, Canadian Journal, Vol. 35, Winter 2010. — P. 1–7.

Основные термины (генерируются автоматически): кабельная линия, пакетное вейвлет-преобразование, гармоника, действующее значение тока, значение потерь энергии, потеря энергии, система электроснабжения, интервал времени, исходный сигнал, пакетное вейвлет-разложение.

Определение потерь напряжения и мощности в проводах линии и электропередачи

Лабораторная работа

Цель

1. Выяснить какое влияние оказывает нагрузка линии и сопротивление её проводов на напряжение приемника.

2. Определить мощность потерь в проводах и КПД линии электропередачи.

Теоретическое обоснование

Каждый приёмник электрической энергии рассчитан на определённое номинальное напряжение. Так как приёмники могут находиться на значительных расстояниях от питающих их электростанций, то потери напряжения в проводах имеют важное значение. Допустимые потери напряжения в проводах для различных установок не одинаковы, но не превышают 4-6% номинального напряжения.

На рис. приведена схема электрической цепи, состоящая из источника электрической энергии, приёмника и длинных соединительных проводов. При прохождении по цепи электрического тока I показания вольтметра U₁, включённого в начале линий, больше показаний вольтметра U₂, включённого в конце линий.

Уменьшение напряжения в линии по мере удаления от источника вызвано потерями напряжения в проводах линии

Uⁱ=U₁-U₂ и численно равно падению напряжения. Согласно закону Ома, падение напряжения в проводах линии равно произведению тока в ней на сопротивление проводов: Uⁱⁱ=I*R тогда Uⁱ=U₁-U₂= Uⁱⁱ= — сопротивление проводов линии.

Мощность потерь в линии можно определить двумя способами:

Pⁱ= Uⁱ*I=(U₁-U₂)*I или Pⁱⁱ=I*R

Уменьшить потери напряжения и потери мощности в линии электропередачи можно уменьшая силу тока в проводах либо увеличивая сечение проводов с целью уменьшения их сопротивления. Силу тока в проводах можно уменьшить увеличивая напряжение в начале линии.

КПД линии электропередачи определяется отношением мощности, отдаваемой электроприёмнику, к мощности, поступающей в линию, или отношением напряжения в конце линии к напряжению в её начале:

Схема передачи электрической энергии:

Приборы и оборудование

Два вольтметра и амперметр электромагнитной системы, ламповый реостат, двухполюсный автоматический выключатель, соединительного провода.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

Подать в цепь напряжение. Изменяя нагрузку с помощью лампового реостата, при трёх её значениях записать показания приборов в таблице.

Вычислить потери двумя способами:

1. Как разность напряжений в конце и начале линий.

2. Как произведение силы тока на сопротивление проводов.

Определить мощность потерь в линии и КПД. Результаты вычислений занести в таблицу.

Таблица изменения числа потребителей:

Изменяем напряжение в начале и конце линий.

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Вывод

На основе проведённого опыта выяснили, что факторами, влияющими на потери в линиях являются: протяжённость линий; сечение проводника; состав материала и количество потребителей. Чем больше потребителей, тем меньше КПД. . Уменьшить потери напряжения и потери мощности в линии электропередачи можно уменьшая силу тока в проводах либо увеличивая сечение проводов с целью уменьшения их сопротивления.

Ответы на контрольные вопросы

Разность напряжений в начале и конце линий равна падению напряжения в проводах и называется потерей напряжения.

U=IR

Сопротивление проводов зависит от материала из которого они изготовлены, площади поперечного сечения и длины этих проводов.

КПД линии определяется отношением мощности, отдаваемой электроприемнику, к мощности, поступающей в линию, или отношением напряжения в конце линии к напряжению в ее начале.

Чем выше рабочее напряжение, тем ниже сила тока, а следовательно меньше потерь.

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. Энергия теряется в виде тепла в проводниках.

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 электропередачи
• 1-2% — Понижающий трансформатор от ЛЭП к РС
• 4-6% — Трансформаторы и кабели распределительных сетей

Общие потери между электростанцией и потребителями 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, представляют собой единицы тепла, а не единицы 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)

Мы посчитали выбросы от потерь электроэнергии в электросети — в мире это много

Когда дело доходит до стратегий по замедлению последствий изменения климата, идея сокращения потерь энергии редко упоминается.Но в нашей недавней статье «Nature Climate Change» утверждается, что сокращение потерь в энергетическом секторе с уделением особого внимания энергосистеме может стать решающим рычагом для снижения национальных выбросов.

Неэффективная глобальная инфраструктура передачи и распределения электроэнергии требует дополнительной выработки электроэнергии для компенсации потерь. А страны, на долю которых приходится большая доля производства ископаемого топлива и неэффективная сетевая инфраструктура, или их комбинация, являются основными виновниками того, что мы называем «компенсационными выбросами».«Эти выбросы являются результатом дополнительной электроэнергии — часто вырабатываемой из ископаемого топлива — необходимой для компенсации потерь в сети.

Мы подсчитали, что во всем мире компенсационные выбросы составляют почти миллиард метрических тонн эквивалента углекислого газа в год в том же диапазоне, что и годовые выбросы от тяжелых грузовиков или всей химической промышленности. При обследовании инфраструктуры передачи и распределения в 142 странах мы также определили, что примерно 500 миллионов метрических тонн углекислого газа можно сократить за счет повышения эффективности глобальной сети.

Как мы получили числа

Электроэнергия обычно сначала передается по сети передачи на большие расстояния, а затем поступает в распределительную сеть с более низким напряжением конечным потребителям. aurielaki / Shutterstock.com

Большая часть электроэнергии вырабатывается на центральных электростанциях и передается по высоковольтным линиям электропередачи на большие расстояния, а затем отправляется на локальный уровень по так называемой распределительной сети — полюсам и проводам, которые соединяются с конечными потребителями.Когда мощность проходит через эту сеть, сопротивление металлических проводов вызывает нагрев. Это приводит к тому, что часть энергии топлива, используемого для производства электроэнергии, теряется при транспортировке.

Для количественной оценки выбросов парниковых газов в результате этого процесса мы использовали метод, называемый оценкой жизненного цикла. Наш анализ выходит за рамки горения только на электростанции. Мы количественно оценили глобальные выбросы от колыбели до могилы: от добычи топлива до сжигания на электростанции, а затем от передачи и распределения потребителю.Наши расчеты основаны на структуре электроэнергии и потерях при передаче и распределении, уникальных для каждой страны.

Наше исследование показало, что потери сильно различаются в зависимости от страны. В 2016 году совокупные потери при передаче и распределении достигли 19% в Индии и 16% в Бразилии. Но их было более 50% в Гаити, Ираке и Республике Конго. Это означает, что только половина произведенной электроэнергии поступила к потребителям или была выставлена ​​на счет потребителям как полезная мощность — другая половина была потеряна в пути.

В более развитых странах убытки были ниже: в то время как в США в 2016 году убытки составили 6%, в Германии — 5%, а в Сингапуре — 2%. Эти цифры демонстрируют, что передача энергии на короткие расстояния в крупные населенные пункты более эффективна, чем передача энергии на большие расстояния ко многим рассредоточенным сельским потребителям.

Половины потерь и связанных с этим выбросов можно избежать

Результирующие выбросы реальны, как и решения.Но устранение факторов, снижающих потери при передаче и распределении, не обязательно является простой задачей.

Технические потери проще всего устранить путем развертывания более передовых технологий и модернизации существующей инфраструктуры как для передачи электроэнергии на большие расстояния, так и для распределения на местном уровне. Улучшения в передаче могут быть достигнуты, например, путем замены неэффективных проводов, использования сверхпроводников, которые уменьшают сопротивление проводов и, следовательно, потери энергии, а также регулируя поток мощности и постоянный ток высокого напряжения.

Столб силы в Нью-Дели, Индия. Изменение конфигурации проводки в местной электросети — один из способов уменьшить потери из-за неэффективной передачи электроэнергии. Кража власти — большой вклад в потерю энергии. AP Photo / Раджеш Кумар Сингх

Точно так же улучшения в распределении могут быть достигнуты за счет лучшего управления нагрузкой и распределением мощности, а также конфигурацией линий распределения. Инновации, такие как внедрение цифровых технологий для маршрутизации потоков мощности, также могут сыграть свою роль.

Решения для нетехнических потерь являются более сложными и могут лишь частично сократить связанные выбросы. Причины высоких потерь разнообразны и могут возникать, например, в экстремальных явлениях, таких как ураганы, обрушившиеся на Гаити и Пуэрто-Рико в последние годы, или война, или сочетание слабого управления, коррупции и бедности, как это наблюдается в Индии. . Для любого типа потерь страны с большой долей производства ископаемого топлива и наиболее неэффективной сетевой инфраструктурой могут сократить наибольшие выбросы и получить наибольшие экологические выгоды от сокращения потерь при передаче и распределении.

Воздействие на климат

Хотя в нашей статье освещается несколько важных технологических решений — счетчики с защитой от несанкционированного доступа, управленческие решения, такие как инспекция и мониторинг, а также реструктуризация владения и регулирования энергосистемы, — это, несомненно, лишь небольшие строительные блоки, которые помогают странам достичь устойчивого пути.

Удивительно, но очень немногие страны включили потери при передаче и распределении в свои национальные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов в рамках Парижского соглашения 2015 года.Наш анализ показал, что только 32 страны упоминают об эффективности сети, а 110 упоминают какую-либо форму возобновляемой энергии. Из-за очень дырявой сети часть денег, потраченных на добавление возобновляемых источников энергии, будет потрачена впустую.

Поскольку страны планируют усилить климатические амбиции в 2020 году, декарбонизация электроэнергетики будет играть жизненно важную роль. Мы считаем, что объединение низкоуглеродной электроэнергии с эффективной сетью обеспечит сектор чистой энергетики, который улучшит национальную инфраструктуру и минимизирует ущерб для климата в будущем.

[ Понравилось то, что вы прочитали? Хочу больше? Подпишитесь на ежедневную рассылку новостей The Conversation. ]

Поставка электроэнергии и ее воздействие на окружающую среду | Энергия и окружающая среда

Посмотреть интерактивную версию этой схемы >>

О поставке электроэнергии

После того, как централизованная электростанция вырабатывает электроэнергию, электроэнергия должна быть доставлена ​​конечному пользователю. Эта доставка происходит в три этапа:

• Трансмиссия. Централизованные электростанции вырабатывают электроэнергию высокого напряжения для облегчения передачи электроэнергии на большие расстояния и уменьшения количества электроэнергии, теряемой на трение в проводах. По высоковольтным линиям электропередачи электричество обычно подается на подстанцию.
• Подстанция. Подстанции используются для кондиционирования электроэнергии при ее перемещении по сети. Подстанции могут включать коммутационное, защитное и управляющее оборудование; конденсаторы; регуляторы напряжения; и трансформаторы.Подстанции могут либо «понижать», либо «повышать» мощность высокого или низкого напряжения, чтобы подготовить ее к дальнейшей передаче или распределению.
• Распределение. Распределительная часть электрической сети включает линии электропередач более низкого напряжения, которые поставляют электроэнергию конечным пользователям. Распределительные сети, как правило, охватывают более короткие расстояния и включают в себя доставку электроэнергии с напряжением, обычным для потребностей конечного пользователя (например, 120 вольт для обычного дома).

На этом графике представлена ​​средняя почасовая потребность в электроэнергии для коммунального предприятия, которое поставляет электроэнергию всем типам потребителей в теплом климате.

Источник: данные формы 714 FERC за январь и июль с 2006 по 2013 год. Коммунальные предприятия и другие сетевые операторы работают вместе, чтобы производить и поставлять электроэнергию там, где и когда это необходимо. По большей части электричество необходимо вырабатывать, когда оно будет использоваться. Эти потребности меняются в зависимости от дня, времени и погоды. На приведенном ниже графике показаны изменения количества электроэнергии, потребляемой клиентами в час в течение типичной недели летом и типичной недели зимой.

Доступность генерирующих мощностей также может колебаться. Например, количество солнечного света, которое может быть захвачено солнечными фотоэлектрическими панелями и преобразовано в электричество, зависит от погоды (солнечная или облачная) и угла падающего солнечного света (который зависит от сезона и времени суток).

Коммунальные предприятия и сетевые операторы должны гарантировать, что будет произведено достаточно энергии для удовлетворения спроса, когда он будет высоким. Электростанции с базовой нагрузкой вырабатывают электроэнергию большую часть времени в году и часто не могут быть легко выключены или повторно запущены.Если потребителям требуется больше электроэнергии, чем могут обеспечить электростанции базовой нагрузки, операторы реагируют увеличением производства на централизованных генерирующих объектах, которые уже работают на более низком уровне или в режиме ожидания, импортируют электроэнергию из удаленных источников или обращаются к конечным пользователям, которые согласились потреблять меньше. электричество из сети через программы реагирования на спрос. Улучшение способности балансировать спрос и предложение на электроэнергию — одна из причин, по которой вкладываются средства в накопление энергии и модернизацию электросети.

Поставка электроэнергии в США

Во второй половине 20-го века коммунальные предприятия начали объединять свои системы передачи, чтобы распределять электроэнергию на большие расстояния от более крупных и централизованных электростанций. Эта система разрослась и включает в себя тысячи миль линий электропередачи и миллионы миль распределительных линий.

Хотя одна коммунальная компания может строить и обслуживать линии передачи и распределения, эти линии часто используются несколькими коммунальными предприятиями и розничными продавцами электроэнергии.В некоторых областях региональные организации, известные как независимые системные операторы (ISO) или региональные передающие организации (RTO), состоящие из коммунальных предприятий, федеральных и государственных регулирующих органов, координируют передачу и распределение в своем регионе. В регионах, где нет установленного ISO или RTO, системы доставки обслуживаются отдельными коммунальными предприятиями. Чтобы узнать больше об ISO и RTO, посетите веб-сайт Федеральной комиссии по регулированию энергетики.

Воздействие поставки электроэнергии на окружающую среду

Хотя наиболее значительное воздействие электричества на окружающую среду связано с тем, как оно производится, доставка электроэнергии также может влиять на окружающую среду несколькими способами:

• Передача и распределение приводят к некоторым потерям электроэнергии при ее перемещении от точки производства к конечному пользователю.Эти потери в совокупности называются «потерей линии». В целом, чем больше расстояние должно пройти электричество от генератора до потребителя, тем больше потери в линии.
• Линии электропередач требуют регулярного обслуживания и эксплуатации. За деревьями и другими растениями возле проводов необходимо следить, чтобы они не касались проводов. В некоторых коридорах линий электропередач гербициды используются для борьбы с растительностью.
• Когда линии электропередач и подъездные пути к ним проходят в неосвоенных районах, они могут нарушать леса, заболоченные земли и другие природные территории.

Многие высоковольтные выключатели, переключатели и другое оборудование, используемое в системах передачи и распределения, изолированы гексафторидом серы, который является сильнодействующим парниковым газом. Этот газ может попасть в атмосферу из-за стареющего оборудования или во время технического обслуживания и ремонта. Узнайте больше о гексафториде серы в электроэнергетических системах.

Компенсация затрат на потерянную электроэнергию

Неторопливо путешествуя по сельской дороге, мои глаза отслеживают волны линий электропередач прямо за моим окном.Они простираются на многие мили до горизонта, прослеживаясь по холмам и пересекая фермерские поля; транспортировка ресурса, от которого зависит наша современная американская жизнь, даже здесь, в глуши. Однако большинство из нас не осознает, что в самих линиях электропередачи, которые питают нашу жизнь, в настоящее время происходит утечка электроэнергии, и мы платим за это.

Ежедневные потери при передаче и распределении являются ключевой проблемой в управлении энергопотреблением сегодня, и потребители в конечном итоге платят за дополнительную электроэнергию, которая никогда не попадает в наши дома.Когда большая часть нашей глобальной электроэнергии поступает от крупных электростанций, сжигающих ископаемое топливо, ежедневные потери поглощают и без того сильно ограниченный ресурс. Понимая, как теряется электричество, и экономику, которая поддерживает эту неисправную систему, мы, как потребители, можем научиться соответственно минимизировать наши собственные затраты.

Долгое путешествие электричества к вашему порогу

Электроэнергия начинается с электростанции, ветряной турбины или солнечных батарей, но это только начало ее долгого пути к вам.Линии высокого напряжения (массивные, похожие на роботов-часовых, стоящих на равнинах) несут энергию на подстанцию ​​недалеко от вашего района, где энергия преобразуется в более низкое напряжение, которое мы действительно можем использовать. Распределительные линии меньшего размера (на деревянных опорах или под землей) доставляют электроэнергию низкого напряжения в ваш дом.

Сложность заключается в том, что каждый этап процесса принадлежит отдельной компании. Поставщик закупает энергию на электростанции оптом.Передатчик платит за перемещение энергии по высоковольтным линиям. А распределительное предприятие доставляет энергию в ваш дом. Это сложная сеть, и, к сожалению, есть много мест, где могут возникнуть потери.

Почему мы теряем электроэнергию

Что касается электричества, мы живем в состоянии постоянной потери. От электростанции до розеток в наших жилых комнатах мы можем терять от 5 до 10% электроэнергии, которая изначально была произведена просто из-за физических особенностей передачи.

В Соединенных Штатах потери электроэнергии из-за передачи и распределения составляли в среднем около 5% ежегодно с 2010 года, но это число варьируется от штата к штату. В таких местах, как Вайоминг и Северная Дакота, теряется только около 2% электроэнергии, в то время как Нью-Джерси и Делавэр теряют более 10%. В глобальном масштабе цифры еще более удручающие. По данным Всемирного банка, такие страны, как Намибия и Венесуэла, теряют более 35% своей электроэнергии только на передачу.

Если предположить, что в вашем районе не происходит краж электроэнергии (основной компонент почти 20% потерь в Индии), то электричество теряется исключительно из-за физических факторов. Существует очень важная причина того, что линии электропередач требуют огромных полос отчуждения в воздухе, что требует от местных коммунальных служб подрезать деревья: эти линии сделаны из чистого металла, изолированы только окружающим их воздухом, и они выделяют огромное количество тепла. . Это заставляет провода провисать, особенно в жаркие дни, и создает потусторонний шорох, который вы можете услышать, когда стоите под линией электропередачи.

Что могут изменить передающие компании

Давайте совершим экскурсию в наши дни, изучая физику. Закон Ома гласит, что чем выше напряжение, тем меньше электроэнергии теряется в виде тепла, а это означает, что более крупные линии высокого напряжения, которые переносят энергию на большие расстояния, на самом деле являются наиболее эффективными. Линии сверхвысокого напряжения (номинальное напряжение около 765 киловольт или выше) во много раз сократят существующие потери. Линии с более низким напряжением, проходящие через ваш район, на самом деле теряют намного больше электроэнергии, что делает сельские штаты, такие как Вайоминг, более электрически эффективными, чем густонаселенные штаты, такие как Нью-Джерси.

Помимо строительства массивных башен роботов, компании могут инвестировать в сетевые технологии, предотвращающие потери, в том числе в недавно разрекламированные высокотемпературные сверхпроводники, которые потенциально могут полностью устранить потери при передаче. Сезоны повышенного спроса также могут вызвать серьезные потери из-за скачков напряжения, которые можно уменьшить, добавив технологии реагирования на спрос.

К сожалению, эти решения дороги для реализации передающими и распределительными компаниями — и в настоящее время потребитель оплачивает стоимость потери электроэнергии.Мы с вами видим это в нашем счете за электроэнергию как «плату за передачу» (если она вообще обозначена). Таким образом, у компаний, отвечающих за сеть, в настоящее время нет стимула проводить эти изменения, так же как у традиционных коммунальных компаний нет стимула снижать цены в отсутствие конкуренции розничного выбора.

Что мы можем сделать, чтобы снизить затраты

Хотя современные технологии могут однажды снизить ежедневные потери электроэнергии, до них может быть еще далеко. На данный момент мы, как потребители, получаем выгоду, оплачивая счет за убытки, вызванные термодинамикой и сопротивлением передовым технологиям.

Тем не менее, у нас все еще есть способы снизить собственные затраты на электроэнергию и личные потери. Мы можем управлять нашей домашней «сетью» так, чтобы мы использовали электроэнергию в течение всего дня вместо того, чтобы запускать всю нашу электронику сразу. Интеллектуальное измерение может быть потенциальным решением для обсуждения с вашей коммунальной компанией, а план энергоснабжения с фиксированной ставкой может помочь вам стабилизировать ваш счет за электроэнергию вне зависимости от скачков напряжения. Кроме того, поскольку базовая нагрузка, которую несет сеть, обычно покрывается электростанциями, работающими на ископаемом топливе, любой всплеск спроса необходимо покрывать где-то еще.Инвестиции в возобновляемые источники энергии могут минимизировать ощущаемые потери, если не уменьшить сами потери. Дополнительная энергия, производимая возобновляемыми источниками, поднимает сетку выше базовой нагрузки и помогает поддерживать свет включенным, когда спрос высок.

Эта система нуждается в усовершенствовании, но до тех пор, пока передающие и распределительные компании не получат стимул к изменению региональной сетевой инфраструктуры, мы будем оплачивать наши 5% -ные потери электроэнергии с каждым счетом за электроэнергию. Между тем изменение нашего поведения и партнерство с компаниями, поддерживающими новые технологии, может помочь снизить наши собственные затраты.

Ищете поставщика энергии для сотрудничества, который понимает, в чем наша отрасль нуждается в улучшении? Liberty Power занимается пропагандой улучшенных систем питания и предлагает планы , чтобы помочь вам контролировать свои счета за электроэнергию и сократить расходы. Обратитесь к нам сегодня , чтобы узнать, как смена поставщика энергии может помочь вам снизить собственные домашние расходы и компенсировать электрические потери, присущие системе.

Фото: Джефф Мосс / CC BY

Редакционная группа Liberty Power — это безудержная группа увлеченных и творческих экспертов в области энергетики, которые рассказывают вам самые горячие темы о захватывающих рыночных тенденциях, быстроразвивающихся продуктах и ​​услугах, а также последние новости отрасли.

Передача электроэнергии

Электроэнергия часто вырабатывается на большом расстоянии от места использования и передается на большие расстояния по линиям электропередачи.Хотя сопротивление короткой линии электропередачи относительно низкое, на большом расстоянии сопротивление может стать значительным. Линия питания с сопротивлением R вызывает потерю мощности I ² R ; это тратится как тепло. Таким образом, за счет уменьшения тока потери I ² R могут быть минимизированы.

Энергетические компании используют повышающие трансформаторы для повышения напряжения до сотен кВ перед его передачей по линии электропередачи, уменьшая ток и сводя к минимуму потери мощности в линиях электропередачи.На другом конце используются понижающие трансформаторы для понижения напряжения до 120 В, используемых в бытовых цепях.

Пример

Допустим, энергетическая компания вырабатывает электроэнергию с напряжением 2400 В и током 1000 А. Это электростанция мощностью 2,4 МВт.
(a) Сколько мощности теряется при передаче этого тока по линии передачи мощностью 10 Вт?
(b) Если напряжение повышается до 240 кВ до того, как ток будет пропущен по линии передачи, сколько мощности будет потеряно сейчас? Предположим, что трансформатор идеален (т.е., в трансформаторе не теряется энергия).
(c) На другом конце линии передачи напряжение преобразуется в 120 В. Какой ток доступен?

(a) Мощность, рассеиваемая в линии передачи, составляет I ² R = 10 МВт. В этом нет никакого смысла, учитывая, что это больше, чем мы должны были начать … но мы, по сути, потеряем все это.

(b) В идеальном трансформаторе, если напряжение увеличивается в 100 раз, ток уменьшается в 100 раз, поэтому ток равен 10 А.Потерянная мощность сейчас:
I ² R = 1000 Вт, в основном ничтожно мало по сравнению с 2,4 МВт, с которых мы начали.

(c) Если игнорировать потерю 1000 Вт при передаче, преобразование напряжения в 120 В дает:

I

=

2,4 x 10 6 120

=

20000 А, хватит на несколько сотен домов.

высокое напряжение — Связь тепловых потерь мощности с напряжением и напряжением в линиях электропередачи

Этот вопрос вызвал у меня отклик, потому что я тоже наткнулся на него, когда впервые изучал схемы.Проще говоря, «что именно не так» в этом аргументе заключается в том, что для правильное напряжение в формуле для потерь в линии — это не \ $ V \ $ (понимаемое как напряжение относительно земли), а разница напряжений , на линия (которая обычно намного ниже по сравнению с \ $ V \ $).

Формула \ $ P = V I \ $ может ввести в заблуждение. Лучше всегда записывать его как \ $ P = \ Delta V · I \ $, где \ $ \ Delta V \ $ — падение напряжения на устройстве или участке цепи, для которого вы хотите рассчитать \ $ P. \ $.

Более подробное объяснение:

Правильный аргумент в пользу более высоких напряжений, вызывающих меньшие потери при передаче, состоит в следующем. Возьмем простую схему, состоящую из идеального генератора постоянного тока с напряжением \ $ V_0 \ $, линии передачи с сопротивлением \ $ R \ $ и нагрузки с сопротивлением \ $ R_ {load} \ $. Обозначим напряжение на нагрузке как \ $ V_ {load} \ $. Схема решается легко: $$ I = \ frac {V_0} {R + R_ {load}}

$

Следовательно, падение напряжения на линии составляет: $$ (V_0 — V_ {load}) = I R

$

Так что потери мощности в ЛЭП составляют: $$ P_ {потеря} = (V_0 — V_ {нагрузка}) I = I ^ 2 R $$ Обратите внимание, что формула здесь не \ $ P_ {loss} = V_0 I \ $; Фактически, \ $ V_0 I \ $ — это полная мощность (мощность линии + мощность нагрузки), выдаваемая генератором.2 р $$ То есть нагрузка забирает всю мощность, отдаваемую генератором, за вычетом потерь при передаче.

Теперь, чтобы завершить рассуждение, необходимо указать, что в энергосистеме сопротивление нагрузки \ $ R_ {load} \ $ на самом деле не является постоянным. Скорее, потребляемая мощность \ $ P_ {load} \ $ остается примерно постоянной при изменении напряжения \ $ V_ {load} \ $. Тогда легко увидеть, глядя на приведенные выше формулы, что, увеличивая \ $ V_0 \ $ (с помощью трансформаторов), мы уменьшаем \ $ I \ $, и, следовательно, \ $ P_ {loss} \ $ уменьшается относительно \ $ P_ {load} \ $.Если вы хотите пройти через все математическое решение, вам нужно решить так называемое уравнение потока мощности, что не слишком сложно сделать (это уравнение второй степени для напряжения).

Устранение потерь электроэнергии Atlanta Electrician

Системы распределения электроэнергии работают для доставки электроэнергии от завода к конечному потребителю. Это делается через большие и сложные сети, которые включают кабели, воздушные линии, трансформаторы и другое оборудование. Когда электричество проходит через эту обширную сеть, возникают потери, когда энергия теряется в распределительной сети.Если вы сравните единицы электроэнергии, генерируемые источником электростанции, с единицами энергии, которая в конечном итоге распределяется между потребителями, вы можете обнаружить явную разницу.

Это различие иногда называют потерями при передаче и распределении. По расчетам, около 17% электроэнергии теряется при передаче, в то время как ошеломляющие 50% теряются в распределительных сетях. Во всем энергетическом секторе сектор распределения часто считается самым слабым звеном.

На это есть несколько причин. Во-первых, энергия может рассеиваться в виде тепла в проводниках, трансформаторах, а также в линиях распределения и передачи. И если распределительная линия простирается на большие расстояния, чтобы добраться до потребителя, электрическая энергия подвергается высокому сопротивлению, и энергия также может быть потеряна. Плохо обслуживаемое или поврежденное оборудование также может привести к потере энергии, например, к повреждению проводов, чрезмерному количеству используемых соединений, неправильно установленным трансформаторам — это может вызвать утечки в системе, в результате чего теряется значительное количество электроэнергии.

Потеря электроэнергии, таким образом, вызывает первостепенное беспокойство. Хотя можно ожидать, что некоторая потеря энергии неизбежна, электрики все же могут уменьшить или минимизировать эти потери. Способы уменьшения потерь энергии зависят в первую очередь от причины потери энергии, и некоторые решения могут быть более практичными, чем другие.

• Линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения

Высоковольтные линии передачи постоянного тока более эффективны по сравнению с более распространенными линиями переменного тока (AC).Однако это дорогостоящий подход, и его часто применяют только для передачи на большие расстояния.

• Использование гибких систем передачи переменного тока или ФАКТЫ

ФАКТЫ полезны, потому что они помогают поддерживать приемлемые пределы напряжения, тем самым повышая эффективность системы распределения электроэнергии. Работая над регулированием количества мощности, проходящей через энергосистему, FACTS может помочь снизить потери мощности из-за повышенной надежности системы передачи, а также позволяет линиям переменного тока быть более нагруженными.ФАКТЫ также помогают снизить колебания мощности.

• Сверхпроводящие материалы

Сверхпроводящие материалы — отличный способ снизить потери электроэнергии, поскольку они практически не оказывают сопротивления, что позволяет электричеству перемещаться более эффективно. К сожалению, сверхпроводящие материалы не только довольно дороги, но и требуют интенсивного охлаждения почти до нулевой температуры.

Сверхпроводящие кабели значительно сокращают потери энергии при распределении и передаче, а также способны передавать в пять раз больше энергии.Но из-за высокой стоимости этого подхода он не часто широко применялся.

• Высокие температуры окружающей среды

Если окружающая температура очень высока, электрическое оборудование может не работать эффективно. Если вы имеете дело с потерями электроэнергии, вызванными температурой окружающей среды, вы можете решить эту проблему, установив более обширную систему воздуховодов и вентиляции.