Потери электроэнергии в электрических сетях: виды, причины, расчет

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.

2. 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.

3. 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

8 причин потери напряжения в электросети 🌟

На чтение 2 мин.

Чаще всего с наступлением холодов наблюдается снижение напряжения в электросети. Это очень серьезная проблема, требующая немедленного решения. В противном случае могут возникнуть неисправности с электроприборами. Самое главное — установить основную причину падения напряжения, чтобы подобрать эффективные методы преодоления неисправности. Рекомендовано обратиться к квалифицированному специалисту, который установит точную причину потери тока.

Основные причины потери напряжения

1. Недостаточная толщина проводника на вводе в сеть. Напряжение может постепенно падать из-за тонких проводов, особенно при определенной нагрузке.

2. Неисправность электропроводки также может приводить к падению напряжения. Когда-то в старых проводках использовались алюминиевые провода, которые не способны выдерживать серьезную нагрузку. Если одновременно включить несколько мощных электроприборов, то это может привести не только к падению напряжения, но и перегоранию проводки.

3. Неисправность электроприбора также может быть причиной низкого напряжения в сети. Нужно проверить все контакты перед включением прибора в сеть.

4. Причины потери напряжения. Отрицательное сопротивление на вводе может возникать из-за перегорания контактов.

5. Неправильное проведение ответвления проводов от линии к объекту. Это все приводит к плохому контакту и снижению напряжения в сети.

6. Причины возникновения потерь напряжения — низкое напряжение в ЛЭП.

7. Использование трансформатора с низкой мощностью.

8. Перекос напряжения по фазам от трансформатора к объекту.

проголосуй за пост!

Загрузка…

Допустимые потери напряжения в сетях освещения

Силовые сети внутри зданий по потере напряжения проверяют достаточно редко (во всяком случае я ), т.к. они имеют относительно небольшую длину, нагрузку и не так чувствительны к пониженному напряжению, а вот сети внутреннего освещения необходимо просчитывать всегда.

При проектировании внутреннего освещения перед проектировщиком встает вопрос: а какое допустимое значение потери напряжения в сетях освещения?

Для начала рассмотрим структурную схему питания светильника:

Структурная схема питания светильника

На схеме представлены 4 основных элемента:

• трансформаторная подстанция;
• вводно-распределительное устройство;
• щит освещения;
• светильник.

Между каждыми элементами цепочки передачи электроэнергии происходит падение напряжения.

Общие потери напряжения до светильника можно записать выражением:

∆U=∆U0+∆U1+∆U2

А теперь обратимся к нашим любимым  СП 31-110-2003 и ТКП 45-4.04-149-2009.

7. 23 С учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5%.

9.23 В нормальном режиме работы при загрузке силовых трансформаторов в ТП, не превышающей 70 % от их номинальной мощности, допустимые (располагаемые) суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях, учитывающие потери холостого хода трансформаторов и потери напряжения в них, приведенные ко вторичному напряжению, не должны, как правило, превышать 7,5 %. При этом потери напряжения в электроустановках внутри зданий не должны превышать 4 % от номинального напряжения, для постановочного освещения — 5 %.

Отсюда следует, что ∆U=7,5%.

Возникает еще один вопрос: как распределить эти проценты по трем участкам?

Я  предлагаю следующее распределение:

Распределение потерь напряжения в сетях освещения

В наружных сетях, т.е. от трансформаторной подстанции до вводного устройства здания закладывать не более 4%. Это самое оптимальное значение, т.к. при меньшем значении необходимо будет значительно увеличивать сечение кабельной линии. В идеале нужно стремиться, чтобы эти потери были как можно меньше. На потери напряжения внутри здания у нас остается 3,5%. При нагрузке около 1кВт и длине группы порядка 40м вполне хватает 2%, чтобы не увеличивать сечение до 2,5мм² . Такие потери позволяют проектировать сети освещения кабелями сечением 1,5-2,5мм², что является наиболее рациональным. На потери напряжения от ВРУ до ЩО остается 1,5%. Здесь я все-таки предлагаю заложить 1,0%, а оставшиеся 0,5% предусмотреть для резерва, которые можно будет добавить на любой участок в случае необходимости.

Правильное распределение потерь напряжения позволит сэкономить на кабелях. На мой взгляд это самое оптимальное распределение. Если ВРУ и ЩО находятся рядом, то  ∆U1 можно взять меньше, соответственно ∆U2 будет больше.

P.S. Если сети внутреннего освещения очень маленькие, а объект находится достаточно далеко от ТП, то я считаю, что потери напряжения от ТП до ВРУ можно взять и 6%, чтобы не завышать сечение кабельной линии. Совсем недавно проектировал подобный объект. Расстояние до объекта (мойка) 450м, а нагрузка составляет 35кВт. Алюминиевый кабель 4×95мм² был выбран (заказчиком) по потере напряжения, как я понял с учетом 4%, я лишь отразил его в проекте. В данном случае можно смело было брать кабель на порядок ниже, т.к. сети освещения очень маленькие. Дешевле было бы даже запроектировать сети освещения сечением 2,5мм², чем закладывать 450м кабеля 4×95мм² вместо 4×70мм².

Нормативные документы по теме:

1 СП 31-110-2003 (Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий).

2 ТКП 45-4.04-149-2009 (Системы электроснабжения жилых и общественных зданий).

Я думал, что в моем арсенале имеются все необходимые программы для расчета  потерь напряжения. Оказалось не все)) В одном из следующих выпусков представлю свою программу по расчету потери напряжения в сетях внутреннего освещения.

Советую почитать:

Пример определения потери напряжения в линии 10 кВ

В данной статье я буду рассматривать 2 примера определения потери напряжения в воздушной линии 10 кВ, когда нагрузка подключена в конце линии и с несколькими нагрузками вдоль линии.

Пример 1 – Определение потери напряжения когда нагрузка подключена в конце линии

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cosϕ = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

где:

• γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
• s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

где:

• ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].
  

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25 [Л1.с.420]:

где:

• Дср. – среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;
• d – диаметр провода, мм;
• µ — относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 10³ и даже больше.

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ, зная cosϕ:

4. Определяем потерю напряжения в линии [Л1.с.422]:

Пример 2 – Определение потери напряжения с несколькими нагрузками вдоль линии

Определить потерю напряжения в трехфазной сети 10 кВ, изображенной на рис.1. Сеть выполнена воздушной линией с алюминиевыми проводами марки А-35 сечением 35 мм2 на участке А-Б и проводами марки А-25 сечением 25 мм2 на участке Б-В. Расстояние между фазами равно 600 мм. Соответствующая нагрузка, коэффициент мощности cosϕ в ответвлениях, а также длины участков сети указаны на схеме.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-35 на участке А-Б:

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-35 [Л1.с.420]:

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 35 + 600 = 1235 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ1, зная cosϕ1:

4. Значения активного и индуктивного сопротивления для марки провода А-25 берем из примера 1: r₀₂ = 1,26 Ом/км; х₀₂ = 0,256 Ом/км; tgϕ₂ = 0,75.

5. Определяем суммарную потерю напряжения в линии 10 кВ [Л1.с.422] :

где:

• Uном. – номинальное напряжение, В;
• r₀₁, x₀₁, r₀₂, x₀₂ – активные и индуктивные сопротивления трехфазных линий, Ом/км;
• Р1,Р2 – мощности в ответвлениях, кВт;
• L₁,L₂ – длины от начала линии до соответствующего ответвления, км;
• tgϕ₁, tgϕ₂ – коэффициент мощности;
  

Литература:

1. Основы проектирования систем электроснабжения. Маньков В.Д. 2010 г.
2. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004 г.

Поделиться в социальных сетях

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

R = ρ·l/S,

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

Классификация помещений по степени опасности

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

Подробнее…

Что такое гармоники в электричестве

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Подробнее…

5. Расчет электрических сетей по потере напряжения

Краткие теоретические сведения. Электрические сети, рассчитанные по допустимому нагреву, проверяют по потере напряжения. При передаче электроэнергии по проводам часть напряжения теряется на сопротивлении проводов и в результате в конце линии, т. е. у электроприемников, напряжение становится меньшим, чем в начале линии.

Согласно ГОСТ 13109-97 [7] в электрических сетях до 1 кВ в нормальном режиме допускаются отклонения напряжения от номинального в пределах от -5 до +5%, т. е. для того чтобы электроприемники могли нормально работать и выполнять заложенные в них функции, напряжение на их выводах должно быть не менее 95% Uн и не более 105% Uн.

Таким образом, выбранное сечение проводников должно соответствовать также условиям обеспечения электроприемников качественной электрической энергией.

Потери напряжения в элементах системы электроснабжения не нормируются. Однако допускается считать, что потери напряжения не должны превышать 1,5…1,8% в магистральном шинопроводе; 2…2,5 % в распределительном шинопроводе с равномерной нагрузкой; 4…6% в сетях 0,38 кВ (от ТП до ввода в здания).

В общем случае допустимая потеря напряжения в электрических сетях до 1 кВ от источника питания (ТП) до электроприемника определяется по формуле:

Uдоп% =Uхх % − UТ % −Umin % ,	(1.31)
где Uхх — напряжение холостого хода трансформатора, Uхх = 105%;	UТ —потеря напряжения в

питающем трансформаторе; Umin — минимально допустимое напряжение на зажимах электроприемника, Umin = 95%.

					Uдоп% =10 − UТ % ;		(1.32)
					UТ % =βТ (	Uа% cos ϕT − U p %sin ϕT ,	(1.33)
где β	=		Sp	— коэффициент загрузки трансформатора;
T			SH .T
Ua % =	100			Pk	— активная составляющая напряжения КЗ трансформатора;		Рк — номинальные
			SH .T
потери мощности КЗ трансформатора;						U р% = Uк2 % −Uа2 % — реактивная составляющая

напряжения КЗ трансформатора; UK% — напряжение КЗ трансформатора Sнт; cos ϕТ	—
коэффициент мощности нагрузки трансформатора. Фактические потери напряжения в
трехфазной линии переменного тока можно определить по формуле:
Uф = 3 I p L(r0 cos ϕ+ x0 sin ϕ)	(1.34)

где Iр — расчетный ток линии, A; L — длина линии, км; r0, х0 — соответственно активное и реактивное сопротивление 1 км проводника линии, Ом/км (табл. 1.10).

Таблица 1.10 — Активное и индуктивное сопротивление проводов с медными и алюминиевыми жилами

	Активное сопротивление,		Индуктивное сопротивление
Сечение	Ом/км t=20оС		(меди и алюминия), Ом/км
проводника,			для воздушных линий	для проводов,
			при
мм2	меди	алюминия		проложенных в трубах,
			расстоянии между	и кабелей
			проводами 15 см
2,5	8,00	13,39	0,335	0,098
4	5,00	8,35	0,332	0,095
6	3,00	5,56	0,323	0,09
10	2,00	3,33	0,308	0,073
16	1,25	2,08	0,286	0,067
25	0,8	1,335	0,272	0,066
35	0,572	0,952	0,262	0,064
50	0,4	0,668	0,25	0,062
70	0,287	0,477	0,24	0,061
95	0,211	0,352	0,228	0,06
120	0,167	0,278	0,223	0,06
150	0,133	0,222	0,214	0,059

Фактическая потеря напряжения должна быть меньше допустимой потери напряжения. Если окажется, что фактическая потеря напряжения больше допустимой величины, то выбирают проводник (проводники) большего на одну ступень сечения и повторяют поверочный расчет.

Пример. В упрощенной форме (без учета способа прокладки, условий окружающей среды) по допустимому нагреву выбрать кабель, питающий распределительный шкаф (ШР) и проверить его по потере напряжения. Длина кабельной линии (L) 42 м. Данные нагрузки распределительного шкафа: установленная мощность 28,6 кВт; cos ϕ = 0,85; Кс = 0,8.

Допустимая потеря напряжения для рассчитываемого участка сети 4%.

Решение.

Определяем расчетную мощность ШР:

Рр =Кс ·Руст = 0,8-28,6 = 22,9 кВт.

Расчетный ток распределительного шкафа:

	I p =	Pp	=		22.9	= 40.9A
		3U cos ϕ		1.73 0.38 0.85

Выбираем по нагреву кабель АВВГ 3×10+1×6 мм2 с длительно допустимым током 42 А. Фактическая потеря напряжения в кабеле, питающем ШР, определяется по формуле (1.34):

Uф =1.73 40.9(3.33 0.85 +0.073 0.52)0.042 =8.53B

	Uф% =	Uф	100 =	8.53	100	= 2.2%
		Uф		380
	Uф = 2.2%		Uдоп = 4%

Выбранный по допустимому нагреву кабель удовлетворяет допустимой потере напряжения.

Литература

1.Правила устройств электроустановок (ПУЭ). С. Пб.: Энергоатомиздат, 2002 г.

2.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок и потребителей. М.: НЦ ЭНАС, 2004.

3.Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках. М.: ВНИИПИ Тяжпромэлектропроект, 1991.

4.Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1983.

5.Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 2005.

6.Вахнина В.В. и др. Проектирование систем электроснабжения машиностроительных предприятий: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Тольятти: ТГУ, 2004.

7.ГОСТ 13109—97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 1998.

8.Инструкция по проектированию городских электрических сетей. РД 34.20.185—94. М.: Энергоатомиздат, 1995.

Лекция №10

Лекция № 10

Расчет местных сетей (сетей напряжением ) по потере

напряжения

План.

1. Допустимые потери напряжения в линиях местных сетей.

2. Допущения, положенные в основу расчета местных сетей.

3. Определение наибольшей потери напряжения.

4. Частные случаи расчета местных сетей.

5. Потеря напряжения в ЛЭП с равномерно распределенной нагрузкой.

К местным сетям относятся сети номинальным напряжение 6 – 35 кВ. Местные сети по протяженности значительно превосходят протяженность сетей районного значения. Расход проводникового материала и изоляционных материалов значительно превосходят их потребность в сетях районного значения. Это обстоятельство требует ответственно подходить к проектированию сетей местного значения.

Передача электроэнергии от источников питания к электроприемникам сопровождается потерей напряжения в линиях и трансформаторах. Поэтому напряжение у потребителей не сохраняет постоянного значения.

Различают отклонения и колебания напряжения.

Отклонения напряжения обусловлены медленно протекающими процессами изменения нагрузок в отдельных элементах сети, изменением режимов напряжения на источниках питания. В результате таких изменений напряжения в отдельных точках сети меняется по величине, отклоняясь от номинального значения.

Колебания напряжения – это быстро протекающие (со скоростью не менее 1% в минуту) кратковременные изменения напряжения. Возникают при резких нарушениях нормального режима работы при резких включениях или отключениях мощных потребителей, коротких замыканиях.

Отклонения напряжения выражаются в процентах по отношению к номинальному напряжению сети

Колебания напряжения рассчитываются следующим образом:

где наибольшее и наименьшее значения напряжения в одной и той же точке сети.

Чтобы обеспечить нормальную работу электроприемников, на их шинах необходимо поддерживать напряжение, близкое к номинальному.

ГОСТ устанавливает следующие допустимые отклонения в нормальном режиме работы:

В послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5% к указанным величинам.

Чтобы обеспечить должный уровень напряжения на шинах электроприемников, применяют следующие меры:

• Применяют трансформаторы с коэффициентами трансформации, которые учитывают потерю напряжения как в обмотках трансформатора, так и в питающей сети. Например, (см. рис. 10.1), допустим, что напряжение на низкой стороне подстанции, приведенное к высокой стороне равно 105 кВ. При коэффициенте трансформации фактическое напря-жение на шинах низкого напряжения будет равно:

При коэффициенте трансформации фактическое напряжение на шинах низкого напряжения будет ближе к номинальному:

• Обмотки трансформаторов снабжаются ответвлениями, которые позволяют менять коэффициент трансформации в некоторых пределах. Напряжение, в узлах схемы, расположенных ближе к источнику питания обычно выше номинального, а в удаленных – ниже номинального. Чтобы на вторичной стороне трансформаторов, включенных в этих узлах, получить напряжение требуемого уровня, необходимо подобрать ответвления в обмотках трансформаторов. В узлах с повышенным уровнем напряжения устанавливаются коэффициенты трансформации выше номинального, а в узлах с пониженным уровнем напряжения коэффициенты трансформации трансформаторов устанавливаются ниже номинальных.

• Схему сети, номинальное напряжения, сечения проводов выбирают таким образом, чтобы потеря напряжения не превышала допустимого значения.

Допустимая потеря напряжения устанавливается с некоторой степенью точности, исходя из нормированных значений отклонений напряжения на шинах электроприемников:

• для сетей напряжением 220 – 380 В на всем протяжении от источника питания до последнего электроприемника от 5 – 6,5%;

• для питающей сети напряжением 6 – 35 кВ – от 6 до 8% в нормальном режиме; от 10 до 12 % в послеаварийном режиме;

• для сельских сетей напряжением 6 – 35 кВ –до 10 % в нормальном режиме.

Эти значения допустимой потери напряжения подобраны таким образом, чтобы при надлежащем регулировании напряжения в сети удовлетворялись требования ПУЭ в отношении отклонений напряжений на шинах электроприемников.

Допущения, положенные в основу расчета местных сетей

При расчете сетей напряжением до 35 кВ включительно принимаются следующие допущения:

• не учитывается зарядная мощность ЛЭП;

• не учитывается индуктивное сопротивление кабельных ЛЭП;

• не учитываются потери мощности в стали трансформаторов. Потери мощности в стали трансформаторов учитываются лишь при подсчете потерь активной мощности и электроэнергии во всей сети;

• при расчете потоков мощности не учитываются потери мощности, т.е . мощность в начале участка равна мощности в конце участка;

• не учитывается поперечная составляющая падения напряжения. Это значит, что не учитывается сдвиг напряжения по фазе между узлами схемы;

• расчет потерь напряжения ведется по номинальному напряжению, а не по реальному напряжению в узлах сети.

Определение наибольшей потери напряжения

С учетом допущений, принятых при расчете местных сетей, напряжение в любом i-м узле сети рассчитывается по упрощенной формуле:

где соответственно активная и реактивная мощности, протекающие по участку j;

соответственно активное и индуктивное сопротивления участка j.

Неучет потери мощности в местных сетях позволяет рассчитывать потери напряжения либо по мощностям участков, либо по мощностям нагрузок.

Если расчет ведется по мощностям участков, то учитываются активное и реактивное сопротивления этих же участков. Если расчет ведется по мощности нагрузок, то необходимо учитывать суммарные активные и реактивные сопротивления от ИП до узла подключения нагрузки. Применительно к рис. 10.2 имеем:

.

В неразветвленной сети наибольшая потеря напряжения – это потеря напряжения от ИП до конечной точки сети.

В разветвленной сети наибольшая потеря напряжения определяется следующим образом:

• рассчитывается потеря напряжения от ИП до каждой конечной точки;

• среди этих потерь выбирается наибольшая. Ее величина не должна превышать допустимую потерю напряжения для данной сети.

Частные случаи расчета местных сетей

На практике встречаются следующие частные случаи расчета местных сетей (формулы приведены для расчета по мощностям участков):

• ЛЭП, питающие чисто активные нагрузки (Q = 0, cosφ =1), или кабельные ЛЭП напряжением до 10 кВ (Х =0)

В большинстве практических случаев приходится иметь дело с чисто активной равномерно распределенной нагрузкой. Для сети, приведенной на рис. 10.3, имеем:

Потеря напряжения, которая создается током i на длине участка l

.

Потеря напряжения на всей длине L

=

При суммарной нагрузке ЛЭП , ток Тогда,

Из полученной формулы видно, что равномерно распределенную нагрузку можно заменить суммарной сосредоточенной нагрузкой, приложенной в середине ЛЭП.

Если расчет ведется в мощностях, то . Тогда величина потери напряжения равна

Полученным правилом замены равномерно распределенной нагрузки суммарной можно пользоваться в более сложных случаях. Например, когда равномерно распределенная нагрузка имеется только на одном из участков (рис. 10.4):

.