Конспект лекцій з дисципліни енергозбереження (1 частина ) (для студентів спеціальності 090603 Електротехнічні системи споживання)

Лекция 2 Технологические потери энергии в электрических сетях Задачи управления конкретными частями электри­ческих сетей должны решаться с учетом их взаимодей­ствия. Для формализации таких задач введем понятие составной электрической сети, включающей в себя ряд электрических сетей низшего ранга и взаимодействую­щей с рядом сетей такого же ранга. Например, состав­ная электрическая сеть конкретного производственного энергетического объединения (ПЭО) включает в себя сеть всех подчиненных предприятий электрических сетей (ПЭС) и взаимодействует с сетями смежных ПЭО. Аналогично составная электрическая сеть конкретного ПЭС включа­ет в себя сети всех подчиненных районов электрических сетей (РЭС) и взаимодействует с сетями смежных ПЭС, и т. д. Последовательное проведение принципа составления электрических сетей по территориальной иерархии сверху вниз приводит к сети наинизшего ранга, составлен­ной из трансформаторов, шин и линий электропередачи. Это и есть объект классической теории электрических сетей. При рассмотрении режимов работы составных электричес­ких сетей необходимо различать внутренние режимы, характеризующие обмен электрической энергией между сетями низшего ранга, и внешние режимы, характеризую­щие взаимодействие с сетями аналогичного ранга. То и другое можно представлять балансами токов, мощностей и энергии, причем каждая из этих величин имеет актив­ную и реактивную составляющие. Любой баланс имеет приходную и расходную части. Разность между приходной и расходной частями баланса составляет технологический расход энергии на ее передачу и распределение. 2.1. Потери мощности в элементах электрической сети. Элемент со сосредоточенным сопротивлением Принципы методики определения потерь мощности изучим на примере простей­шей схемы сети (рис. 2.1). Участок 1–2 данной схемы, состоящий из активного и индуктивного сопротивлений, заключенный между ответвляющимися от его концов нагрузками (рис. 2.1,а) или проводимостями (рис. 2.1,6), назовем звеном сети. В качестве звена можно также рассматривать проводимость 1–1' или 2–2' (рис. 2.1,6). В общем случае под звеном понимаем однород­ный элемент сети, на протяжении которого ток остается постоянным или изменяется по вполне определенному закону, Условимся, что в дальнейшем будем иметь в виду симметричную трехфазную цепь. Несоблюдение данных условий будем оговаривать особо. Комплексное выражение полной мощности буден представлять в виде: , где – сопряженный комплекс линейного напряжения; – комплекс линейного тока. Для нагрузки индуктивного характера, а для нагрузки емкостного характера . Здесь Р и Q – трехфазная активная и реактивная мощности. Рис. 2.1. Звено электрической сети. Выведем формулу для определения потерь мощности в звене сети по данным его конца: мощности S2 и напря­жению U2. На рис. 2.1 и в тексте индекс 1 соответст­вует параметрам начала звена, а 2 – его конца. Соотношению между напряжениями начала и конца звена сети соответствует сопряженное уравнение: (2.1) Левую и правую части выражения (2.1) умножим на . В результате получим: , где , (2.2) откуда (2.3) Если даны мощности нагрузок, то протекающий по линии ток можно определить по формуле: , а квадрат модуля тока (2.4) Выражая квадрат модуля тока в (2.2) через его зна­чения (2.4), получаем следующую формулу потерь мощности для звена сети по данным его конца: (2.5) или, совмещая вектор U2 с вещественной осью ком­плексной плоскости: , откуда . (2.6) При расчете по известным данным начала звена: напряжению и мощности S1 – расчетные формулы несколько видоизменяются, хотя ход рассуждений оста­нется прежним. Исходное выражение в данном случае запишем в виде: Используя тот же метод преобразований, что и ра­нее, получаем: , где представляется выражением (2.2). Мощность в начале звена , поэтому квадрат модуля тока (2.7) Подставляя значение (2.7) в формулу (2.2), получаем: (2.8) или, совмещая вектор напряжения с вещественно осью комплексной плоскости: откуда (2-9) При практических расчетах обычно мощность выражают в мегавольтамперах, напряжение в киловольтах и сопротивление в омах. В этом случае потери мощности также получаем в мегавольтамперах. 2.2. Однородная линия электропередачи Для линии электропередачи П – образную схему заме­щения можно рассматривать как звено сети с сопротив­лением Z и проводимостями Y1 и Y2 (рис. 2.2). Поэтому, основы­ваясь на выражении (2.5), запи­санном для звена сети, потери мощно­сти в однородной линии электро­передачи можно представить формулой: , или , (2.21а) и , (2.216) где – потери активной мощности на корону; – зарядная мощность линии. Рис 2.2 Схема замещения однородной линии электропередачи Формула (2.216) получена на основе приближенного уравнения (2.1), не учитывающего вол­новой характер и равномерное распределение парамет­ров линии по ее длине, которые, начиная с определен­ной длины линии, оказывают существенное влияние на физические процессы в линии электропередачи. В общем случае потери мощности в линии длиной L определяют­ся выражением (2.23) где –ток в точке линии, расположенной на расстоя­нии l от конца линии; – ток в конце линии, выраженый через, активную и реактивную мощности и напряжение в конце линии. Здесь вектор U2 совмещен с вещественной осью комплексной плоскости. Для сравнительно коротких линий: 2.3. Линия электропередачи с компенсирующими устройствами В общем случае линия электропередачи представляет собой сложное энергетическое сооружение, включающее промежуточные установки продольной емкостной и па­раллельной индуктивной компенсации или настраиваю­щие устройства; линия становится неоднородной (рис. 2.3). Рис. 2.3 Участок линии электропередачи с компенсирующим устройством Потери мощности в неоднородной линии удобно определять по фор­муле: (2.30) где индексы 1 и 2 отно­сятся к параметрам со­ответственно начала и конца линии. Рассмотрим вывод расчетной формулы для опреде­ления потерь мощности при заданных напряжении U2, мощности S2 и индуктивном характере нагрузки. Разу­меется, что при известных параметрах режима в начале линии электропередачи процедура вывода формулы не изменится. Исходная формула имеет вид: Выразим величины и через соответствующие величины конца электропередачи и параметры линии. При этом линию будем рассматривать как трехполюсник с обобщенными постоянными А, В, С и D. Из теоретической электротехники известно, что (2.31) При индуктивной на­грузке: Полу­чаем два выражения для потерь мощности: (2.32) (2.33) откуда Первые слагаемые формул (2.32) и (2.33) представ­ляют собой потери холостого хода, а вторые – потери короткого замыкания. Остальные слагаемые обусловлены волновым харак­тером и распределенностью параметров линии, а также протеканием емкостных токов. Полученные выражения для определения потерь мощности универсальны и практически применим к любым линиям, включая электропередачи с промежуточными компенсирующими установками и другими устройствами. 2.4. Учет емкостных токов при определении потерь мощности в линиях электропередач Сравнение потерь мощности в линии электропереда­чи рассчитанных по точным и приближенным форму­лам, показывает, что погрешность приближенных фор­мул минимальна в режиме передачи натуральной мощ­ности и не превышает ±2,5% в режимах передачи мощностей, близких к натуральной, при . Это объясняется тем, что основное влияние на погрешность приближенных формул оказывает не­учет физических процессов, обусловленных равномер­ным распределением по длине линии индуктивного со­противления и емкостной проводимости. В режиме натуральной мощности последние как бы друг друга компенсируют, т. е. потери реактивной мощности в ин­дуктивном сопротивлении в каждой точке линии равны емкостной (зарядной) мощности, генерируемой линией. Активное сопротивление дальних линий электропередачи сравнительно мало, и неучет его распределенности не оказывает существенного влияния на характер проте­кающих в линии физических процессов. Потери мощности в линии электропередачи с учетом физических процессов, вызванных равномерным распределением по длине индук­тивного сопротивления и емкостной проводимости линии при известном напряжении и токе (мощности) в конце линии можно записать в виде , (2.34) где – емкостный ток линии длиной на расстоянии от ее конца; и – активный и реактивный ток в конце линии; ток берется со знаком плюс при емко­стном характере и минус при индуктивном; ; здесь – полная мощность в конце линии в относи­тельных единицах на базе натуральной. При записи выражения (2.34) полагалось, что на­пряжение вдоль линии неизменно и равно номиналь­ному. После интегрирования формулу (2.34) преобразуем к виду: . (2.35) После замены токов через мощности и параметры линии электропередачи, зависимость (2.35) запишется следующим образом: , (2.36) или в относительных единицах: , (2.36а) где – емкостная проводимость линии; – сопряженный комплекс полного сопротивления ли­нии в относительных единицах на базе волнового. Использование формул (2.36), (2.36а) при технико-экономическом анализе дальних линий электропередачи для определения потерь мощности в однородных участ­ках в режимах, отличных от натурального, дает удовле­творительные результаты. 2.5. Потери мощности на корону Потери мощности и энергии, сопровождающие ко­ронный разряд, достигают в линиях 330 кВ и выше нескольких сотен киловатт на один километр линии, т. е. в этих условиях потери на корону не только соизмери­мы, но порою и превышают потери на нагревание про­водов. Явление короны вызывает дополнительный на­грев проводников, повышает интенсивность коррозии проводов и арматуры воздушных линий, создает помехи для радио- и телефонной связи. Возникает необходи­мость борьбы с короной, а, следовательно, изучения факторов, влияющих на ее появление и развитие. Впервые явление короны было исследовано амери­канским ученым Пиком. На основе проведенных им опы­тов было предложено аналитическое выражение для оценки потерь мощности на корону, кВт/км, во всех трех проводах трехфазной линии переменного тока при частоте 50 Гц , (2.37) где – среднегеометрическое расстояние между про­водами, см; – радиус одиночного провода, см; среднегодовое линейное напряжение, кВ; – критиче­ское напряжение, кВ; если фактическое напряжение не превышает критического, то корона отсутствует; – от­носительная среднегодовая плотность воздуха, , – среднегодовое барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.; – годовая температура воздуха, °С. Критическое линейное напряжение, кВ, определяется выражением , (2.38) где m1– коэффициент негладкости провода, m1 = 0,82 - 0,85; т2 – коэффициент ненасностн погоды. Формулы (2.37) и (2.38) были получены при напря­жениях около 100–200 кВ для условия подвески одного провода в фазе; для более высокого номинального на­пряжения и расщепленных проводов в фазе эти форму­лы, естественно, не могут быть использованы. Однако с их помощью можно оценить степень влияния различ­ных факторов на развитие короны и наметить основные направления борьбы с короной. Судя по данным формулам, основным средством, увеличивающим критическое напряжение, служит повы­шение радиуса провода. Применяемое при напряжениях 330 кВ и выше расщепление фазы на 2, 3 и более проводов как раз и приводит к повышению эквивалентного радиуса. Менее эффективным мероприятием по борьбе с короной является увеличение среднегеометрического расстояния между проводами, так как в формуле (2.38) оно находится под знаком логарифма. Необходимо также избегать вмятин, заусениц при монтаже провода, применять арматуру с острыми углами, это уменьшает коэффициент негладкости. Остальные составляющие формул (2.37) и (2.48) обусловливаются погодными условиями.

Похожие:

	Конспект лекцій з дисципліни п равознавство Харків − хнамг − 2006... Конспект лекцій з дисципліни „Правознавство” (для студентів усіх спеціальностей академії). Автор А.І. Кубах – Харків: хнамг, 2006....		Методичне забезпечення самостійної роботи студентів нормативної дисципліни Ринок фінансових послуг: Методичне забезпечення самостійної роботи студентів нормативної дисципліни для спеціальності 6050100 «Фінанси»...
	Методичні рекомендації І контрольні завдання до проведення практичних... Методичні рекомендації контрольні завдання до проведення практичних занять з дисципліни «Економічна інформатика» для студентів 1...		1. Поняття права інтелектуальної власності Методичні вказівки для самостійної роботи та практичних занять з дисципліни «Інтелектуальна власність» ( для студентів усіх спеціальностей...
	Енергозбереження Енергозбереження : реферативний огляд / Новицька Г. В., Коваленко О. В. – К.: Укрінтеі, 2009. – 40 с		Інформаційні системи та бази даних Поняття інф системи, б/д визначення, властивості, етапи розвитку, класифікація; інформаційна модель концептуального рівня
	Конспект лекцій Тема 1 Місцеві фінанси в економічній системі держави Основні теорії, що пояснюють суть І природу місцевого самоврядування як форми місцевої влади		Методичні рекомендації до підготовки рефератів з правових дисциплін... Методичні рекомендації до підготовки рефератів з правових дисциплін для студентів денної форми навчання Укладач Кубах А.І., Харків:...
	Конспект лекцій. Правове регулювання діяльності тнк (транснац-х корпорацій) Міжн-пр регулювання д-сті тнк сьогодні ще далеке від бажаного, хоча вже є міжн-правові документи, які використовуються		“ застосування систем інтелектуальної підтримки прийняття рішень... Системи оброблення економічної інформації” та “Методи та засоби видобування знань із сховищ даних”
	Розробка проекту інформаційно-обчислювальної системи керування файловими... Розробка проекту інформаційно-обчислювальної системи керування файловими ресурсами та ресурсами друку”		Робоча програма переддипломної практики для студентів 6-го курсу напряму "Менеджмент" Керівник підприємства бази практики видає наказ, в якому визначає порядок організації та проведення практики, заходи по створенню...
	Мінімальна кількість балів – 80 Нормативний курс “Міжнародна інформація” призначений ознайомити студентів з теорією та практикою міжнародних інформаційних відносин...		У рефераті повинні бути відображеними Реферат з обраної наукової спеціальності разом із відгуком передбачуваного наукового керівника вступник повинен подати разом з іншими...
	11 бази даних. Системи управління базами даних урок основні поняття Однією з основних сфер використання комп'ютерів у сучасному суспільстві є накопичування та опрацювання даних		Рекомендації щодо побудови, впровадження та удосконалення системи управління охороною праці Ці Рекомендації поширюються на всі підприємства, установи, організації (далі – організація) на яких використовується наймана праця,...