3.5. Потери мощности и напряжения электрических сетях

Потери активной мощности в трехфазной электрической линии

ΔР = 3I²R = S²R/U² = (Р²+Q²)R/U²

Потери реактивной мощности

ΔQ = 3I²Х =S*X/U²= (Р²+Q²)X/U²

Если нагрузка линии постоянна, то потери активной и реактивной электроэнергии за время t определяется:

ΔWа =3I^2* R*t,

ΔWр = 3I^2* Х* t

При расчете потерь за год удобно пользоваться годовыми графиками нагрузки, из которых видна длительность работы линии при каждом значении нагрузки. Такие графики можно построить по суточным графикам нагрузки, суммируя время работы с наибольшим значением нагрузки Р_м в течение года (Т_г = 8760 час), затем со следующим ближайшим значением нагрузки Р₁ < Р_м и т.д.

Потери электроэнергии в линии за год:

∆W_г = ∑S²_iRT_i/U² =R/U²∑(Р²_i+Q²_i)Т_i

где n – число ступеней в годовом графике нагрузки;

Т_i – продолжительность работы с i –м значением нагрузки.

Расход электроэнергии также определяется:

ΔW_г=Р_мТ_м,

где Р_м - максимальная передаваемая по линии мощность;

Т_м – продолжительность максимальной нагрузки, т.е. число часов в год, за которое, питаемый по данной линии потребитель, работая с максимальной нагрузкой Р_м, получил бы столько же электроэнергии, как и при работе в течение года по действительному графику.

Продолжительность максимальной нагрузки Т_м можно определить по графику по продолжительности по формуле:

Т_м = ∑S_i*t_i/S_max

Можно определить время потерь τ и потери электроэнергии в линии:

ΔW_а=3*I²_м Rτ_м =ΔР_м* τ_м ,

ΔW_р =3*I²_мХτ_м =∆Q_м* τ_м,

где τ_м - величина, называемая временем максимальных потерь, представляет такое число часов, за которое передача тока I_м =I_р создает те же потери, что и передача действительного тока за год.

Время потерь можно определить не только по графику τ=ƒ (T_м, cosφ), но и по формуле:

τ_м= 8760 (0,124+Т_м/10⁴)²

Стоимость годовых потерь электроэнергии определяется:

С_пот = ∆Р_м*τ_м*β_с ,

где β_с – стоимость 1 кВт*час электроэнергии по одноставочному и двуставочному тарифу для юридических лиц.

Одноставочный тариф распространяется на юридические лица, установленная мощность трансформаторов, у которых не превышает 750 кВА. Тариф зависит от напряжения питания (ВН - 110 кВ и выше; СН1 – 6-10 кВ; СН2 – 35 кВ; НН – 0,4 кВ). Например, при Т_м = 5001 – 6000 час и питании на ВН тариф взимается за потребление электроэнергии по счётчику и составляет б = 1,88 руб/кВт*ч, в том числе: 0,95 руб/кВт*ч – средневзвешенная стоимость электроэнергии (мощности); 0,93 руб/кВт*ч – услуги по передаче, сбытовая надбавка гарантирующего поставщика (ГП – энергосбытовая организация), инфраструктурные платежи).

Двуставочный тариф распространяется на юридические лица, установленная мощность трансформаторов, у которых превышает 750 кВА.

Тариф зависит от напряжения питания (ВН - 110 кВ и выше; СН1 – 6-10 кВ; СН2 – 35 кВ; НН – 0,4 кВ). Например, при Т_м = 5001 – 6000 час и питании на ВН:

первая ставка - стоимость 1 кВт мощности, заявленного в часы максимума активных нагрузок энергосистемы - а = 705545 руб/тыс.кВт*ч в месяц (в т.ч. средневзвешенная стоимость мощности – 197099 руб/тыс.кВт*ч; ставка за содержание электрических сетей – 508446 руб/тыс.кВт*ч);

вторая ставка – стоимость 1 кВт*ч потреблённой электроэнергии по счётчику - в = 0,603 руб/кВт*ч (в т.ч. средневзвешенная стоимость электроэнергии – 0,52 руб/кВт*ч; ставка за оплату технологического расхода (потерь) в электрических сетях, сбытовая надбавка ГП, инфраструктурные платежи – 0,083 руб/кВт*ч).

β_с = а*12/Т_м*10^-3 + в = 705545*12/5000*10^-3 + 0,6 = 1,69+0,6= 2,29 руб/кВт*ч

Потери напряжения. Номинальным напряжением U_н ЭП называют то напряжение, при котором они нормально работают. Отличие действительного напряжения на выводах ЭП от номинального является одним из основных показателей качества электроэнергии.

Поддержать напряжение у потребителя неизменным и равным номинальному практически невозможно. ГОСТ 13109-97 устанавливает пределы допустимых отклонений напряжения (∆U_%), которые определяются

∆U_% = (U_п – U_н )/U_н*100

На зажимах ЭП пределы отклонения напряжения ±5%, в аварийных режимах ±10%, на зажимах ламп рабочего и аварийного освещения -2,5 +5%.

Используя схему замещения, определяют потерю напряжения в линии электропередачи, по которой передаётся ток нагрузки I. На рис.5.3, а представлена векторная диаграмма токов и напряжений линии, где U_1ф, U_2ф векторы фазного напряжения соответственно в начале и конце линии; IR, IX – падения напряжения на активном и реактивном сопротивлениях соответственно.

Арифметическую разность напряжений, измеренных в начале и конце линии, называют потерей напряжения

∆U_ф = U_1ф – U_2ф

∆U = √3*I(Rcosφ₂ – Xsinφ₂)

Иногда удобнее вести расчёт потерь напряжения в зависимости от мощности

∆U = (РR + QX)/U

Тогда напряжение в начале линии

U₁ = U₂ + (РR + QX)/U

а в конце линии

U₂ = U₁ - (РR + QX)/U