Как практически снижают потерю напряжения в линии?

Снижение потери напряжения

Потеря напряжения в линии при пренебрежении поперечной составляющей DU=U1-U2

,

где P и Q – активная и реактивная мощности, кВт и квар; U – линейное напряжение, кВ; r и x – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления линии электропередачи, Ом.

Индексы 1 и 2 относятся, соответственно, к началу и концу линии электропередачи.

Относительная потеря напряжения

Если принять, что при продольной компенсации напряжения U₁ и U₂ остаются равными напряжениям без компенсации, то из предыдущего выражения следует, что включение установки продольной компенсации снижает относительную потерю напряжения до значения

Разность DU* и DU’*, т.е. снижение относительной потери напряжения, равна:

где Р – расчетная нагрузка, квт;

l – длина линии, км;

х₀ – индуктивное сопротивление 1 км провода, ом/км;

U – номинальное линейное напряжение, кв.

Необходимая степень компенсации с определяется в зависимости от заданной величины снижения потери напряжения:

Выразив через относительные реактивные потери в линии, получим:

Предельное допустимое повышение уровня напряжения в конце линии DU_2макс определяет максимальную степень компенсации, что соответствует полной компенсации потери напряжения в линии (DU’=0):

Мощность конденсаторов на 1% повышения напряжения при заданном S возрастает при увеличении cosj, в особенности значительно при cosj, близком к 1 (рис. 68). Выбор мощности последовательно включенных конденсаторов может быть сделан на основании следующего.

Если обозначить полную мощность, протекающую в линии, до конденсаторов S₁, а после места включения их S₁, то

разделив S₁ на S₂, получим:

Мощности S₁ и S₁ могут быть выражены следующим образом:

Решая уравнение относительно Q_п.к, получаем:

или, обозначив выражение в фигурных скобках через a:

Значение a можно получить из рис. 69. величина отношения напряжения после конденсаторов U₂ к напряжению перед конденсаторами U₁ является заданной величиной, которую желательно получить при установке продольной компенсации.

Из рис. 69 видна зависимость регулирующего эффекта продольной компенсации от cosj₂.

Например, при cosj₂»1 можно повысить напряжение только на 5%. Установка продольной компенсации экономична при cosj₂

Дата добавления: 2015-12-17 ; просмотров: 657 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Снижение потерь напряжения

Потери напряжения Δ U на участке электрической сети определяются так:

(13.7)

где Р — активная мощность, кВт; Q — РП, квар; R и Х соответственно активное и реактивное сопротивления ЛЭП, Ом; — номинальное напряжение сети, В.

Активные и реактивные сопротивления практически постоянны, а активная и реактивная мощности переменные, причем характер этих изменений может быть различным:

— При медленном изменении нагрузки в соответствии с ее графика — отклонения напряжения ;

— При резко переменном характере нагрузки — колебания напряжения ;

— При несимметричной распределении нагрузки по фазам электрической сети — несимметрия напряжение трехфазной системе ;

— При нелинейной нагрузке — несинусоидальность формы кривой напряжения (Ланцов, 2014).

Снижение потерь напряжения достигается:

1) выбором сечения проводников ЛЭП по допустимой потерей напряжения;

2) применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления ЛИНИИ ( X ). Однако это приводит к повышению токов короткого замыкания при X → 0. Благодаря последовательному включению конденсаторов К (продольная емкостная компенсация) потери напряжения в линии определяются по формуле

(13.8)

где — часть индуктивного сопротивления, компенсируется конденсаторами, Ом; — часть напряжения, соответствует активной мощности, В; — снижение потерь напряжения за счет компенсации реактивной мощности, В.

Таким образом, последовательно включены конденсаторы компенсируют часть индуктивного сопротивления линии, тем самым уменьшается в линии и создается определенная дополнительное напряжение в сети, зависит от нагрузки.

Последовательное включение конденсаторов целесообразно лишь при значительной РП нагрузки при коэффициенте РП . Если этот коэффициент близок к нулю, потери напряжения в линии определяются в основном активным сопротивлением и активной мощностью. В этих случаях компенсация индуктивного сопротивления нецелесообразна.

Последовательное включение конденсаторов достаточно эффективно при резких колебаниях нагрузки, поскольку регулирующий эффект конденсаторов (величина дополнительного напряжения) пропорционален току нагрузки и автоматически меняется практически безынерционной. Поэтому последовательное включение конденсаторов необходимо применять в воздушных линиях напряжением 35 кВ и ниже, питающих резко переменную нагрузку с относительно низким коэффициентом мощности. их используют также в промышленных сетях с резко переменными нагрузками (Конюхова, 2002);

3) компенсацией РП ( Q ) для снижения ее передачи электросетями с помощью КУ и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения. Регулировочный эффект компенсирующих устройств можно определить по формуле

(13.9)

где — мощность компенсирующей установки.

Помимо снижения потерь напряжения, это является одним из эффективных мер энергосбережения, снижает общие потери электроэнергии в сетях;

4) регулированием напряжения U в центре питания ( ):

(13.10)

которое осуществляется с помощью трансформаторов, оснащенных устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки;

5) напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях ( ):

(13.11)

с помощью трансформаторов, оснащенных устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации (переключение без возбуждения, то есть с отключением от сети).

Первый (/?) И второй (А) способы избираются при проектировании сети и не могут в дальнейшем изменяться. Третий ( ) и пятый ( ) методы эффективны

для регулирования при сезонной смене нагрузки сети, но управлять режимами работы компенсирующего оборудования потребителей необходимо централизованно, в зависимости от режима работы всей сети. Четвертый способ — регулирование напряжения в центре питания ( ) — позволяет энергоснабжающей организации регулировать напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети (Ланцов, 2014).

Потери и падение напряжения — в чем различия

_{В обычной жизни человека слова «потери» и «падение» применяются для обозначения факта снижения определенных достижений, но обозначают разную величину.}

_{При этом «потерями» обозначает утрату части, ущерб, уменьшение количества достигнутого ранее уровня. Потери нежелательны, но с ними можно мириться.}

_{Под словом «падение» понимается более серьёзный урон, связанный с полным лишением прав. Таким образом, даже иногда происходящие потери (скажем, кошелька) со временем могут привести к падению (например, уровня материальной жизни).}

_{В этом плане рассмотрим этот вопрос по отношению к напряжению электрической сети.}

_{Как образуется потери и падение напряжения}

_{Электроэнергия на большие расстояния передается по воздушным линиям от одной подстанции к другой.}

_{Провода ВЛ рассчитаны на передачу допустимой мощности и изготавливаются из металлических жил определенного материала и сечения. Они создают активную нагрузку с величиной сопротивления R и реактивную — X.}

_{На приемной стороне стоит трансформатор, преобразующий электроэнергию. Его обмотки обладают активным и ярко выраженным индуктивным сопротивлением XL. Вторичная сторона трансформатора понижает напряжение и передает его дальше потребителям, нагрузка которых выражается величиной Z и носит активный, емкостной и индуктивный характер. Она тоже оказывает влияние на электрические параметры сети.}

_{Напряжение, приложенное на провода ближайшей к передающей электроэнергию подстанции опоре ВЛ, преодолевает реактивное и активное сопротивление цепи в каждой фазе и создает в ней ток, вектор которого отклоняется от вектора приложенного напряжения на угол φ.}

_{Характер распределения напряжений и протекания токов по линии для симметричного режима нагрузки показан на картинке.}

_{Поскольку каждая фаза линии питает разное количество потребителей, которые к тому же случайным порядком отключаются или подключаются в работу, то идеально сбалансировать фазную нагрузку технически очень сложно. В ней всегда есть небаланс, который определяется векторным сложением токов фаз и записывается величиной 3I0. В большинстве расчетов им просто пренебрегают.}

_{Энергия, затраченная передающей подстанцией, частично расходуется на преодоление сопротивления линии и доходит до приемной стороны с небольшими изменениями. Эта доля характеризуется потерей и падением напряжения, вектор которого немного уменьшается по амплитуде и сдвигается по углу в каждой фазе.}

_{Как рассчитываются потери и падение напряжения}

_{Для понимания процессов, происходящих при передаче электроэнергии, удобна векторная форма представления основных характеристик. Различные математические методы расчета также базируются на этом способе.}

_{Чтобы упростить вычисления в трехфазной системе ее представляют тремя однофазными схемами замещения. Этот способ хорошо работает при симметричной нагрузке и позволяет анализировать процессы при ее нарушениях.}

_{В приведенных схемах активное R и реактивное X сопротивление каждого провода линии подключаются последовательно к комплексному сопротивлению нагрузки Zн, характеризуемой углом φ.}

_{Далее проводится расчет потери и падения напряжения в одной фазе. Для этого надо задать данные. С этой целью выбирается подстанция, принимающая энергию, на которой уже должна быть определена допустимая нагрузка.}

_{Величина напряжения каждой высоковольтной системы уже задана справочниками, а сопротивления проводов определяются по их длине, поперечному сечению, материалу и конфигурации сети. Максимальный ток в цепи задан и ограничен свойствами проводников.}

_{Поэтому для начала вычислений мы имеем: U2, R, X, Z, I, φ.}

_{Берем одну фазу, например, «А» и откладываем для нее на комплексной плоскости вектора U2 и I, сдвинутые на угол φ, как показано на рисунке 1. Разность потенциалов на активном сопротивлении провода совпадает по направлению с током, а по величине определяется выражением I∙R. Этот вектор откладываем от окончания U2 (Рис. 2).}

_{Разность потенциалов на реактивном сопротивлении провода отличается от направления тока на угол φ1 и вычисляется произведением I∙X. Откладываем его от вектора I∙R (Рис. 3).}

_{Напоминания: за положительное направления вращения векторов на комплексной плоскости принято движение, противоположное ходу часовой стрелки. Ток, проходящий через индуктивную нагрузку, отстает по углу от приложенного напряжения.}

_{На рисунке 4 показано вычерчивание векторов разности потенциалов на общем сопротивлении провода I∙Z и напряжения на входе в схему U1.}

_{Теперь можно сравнивать вектора на входе в схему замещения и на нагрузке. Для этого расположим полученную диаграмму горизонтально (Рис. 5) и из начала координат проведем дугу с радиусом модуля U1 до пересечения с направлением вектора U2 (Рис. 6).}

_{На рисунке 7 показано увеличение треугольника для наглядности и проведение вспомогательных линий, обозначение характерных точек пересечения буквами.}

_{Внизу картинки показано, что получившийся вектор ac называют падением напряжения, а ab — потерями. Они отличаются по величине и направлению. Если вернуться к исходному масштабу, то будет видно, что ас получен в результате геометрического вычитания векторов (U2 из U1), а ab — арифметического. Этот процесс показан на картинке ниже (Рис. 8).}

_{Вывод формул для расчета потери напряжения}

_{Теперь вернемся к рисунку 7 и обратим внимание, что отрезок bd очень маленький. По этой причине при расчетах им пренебрегают, а потери напряжения рассчитывают по длине отрезка ad. Он состоит из двух отрезков ae и ed.}

_{Поскольку ae=I∙R∙cosφ, а ed=I∙x∙sinφ, то потери напряжения для одной фазы можно вычислить по формуле:}

_{Считая нагрузку симметричной во всех фазах (условно пренебрегая 3I0) можно математическими методами вычислить потери напряжения в линии .}

_{Если правую часть этой формулы умножить и разделить на напряжение сети Uн, то получим формулу, позволяющую выполнять р асчет потерь напряжения через мощности .}

_{Величины активной P и реактивной Q мощностей можно снимать с показаний электросчетчиков линии.}

_{Таким образом, потери напряжения в электрической схеме зависят от:}

_{активного и реактивного сопротивления цепи;}

_{составляющих приложенной мощности;}

_{величины приложенного напряжения.}

_{Вывод формул для расчета поперечной составляющей падения напряжения}

_{Вернемся к рисунку 7. Векторную величину ас можно представить гипотенузой прямоугольного треугольника acd. Катет ad мы уже вычислили. Определим поперечную составляющую cd.}

_{На рисунке видно, что cd=cf-df.}

_{Используя выведенные закономерности проведем небольшие математические преобразования и получим поперечную составляющую падения напряжения.}

_{Определение формулы для расчета напряжения U1 в начале ЛЭП}

_{Зная величину напряжения на конце линии U2, потери ∆Uл и поперечную составляющую падения δU, можно вычислить по теореме Пифагора величину вектора U1. В развернутой форме она имеет следующий вид.}

_{Расчет потерь напряжения выполняется инженерами на стадии создания проекта электрической схемы для оптимального выбора конфигурации сети и составляющих ее элементов.}

_{В процессе эксплуатации электроустановок при необходимости могут периодически проводиться одновременные замеры векторов напряжений на концам линий и сравнение полученных результатов методом простых расчетов. Этот способ актуален для устройств, к которым предъявляются повышенные требования, обусловленные необходимостью высокой точности работы.}

_{Потери напряжения во вторичных цепях}

_{Примером могут служить вторичные цепи измерительных трансформаторов напряжения, которые по длине иногда достигают нескольких сотен метров и передаются специальным силовым кабелем увеличенного сечения.}

_{К электрическим характеристикам такого кабеля предъявляются повышенные требования по качеству передачи напряжения.}

_{Современные защиты электротехнических объектов требуют работу измерительных систем с высокими метрологическими показателями и классом точности 0,5 или даже 0,2. Поэтому потери подводимого к ним напряжения необходимо контролировать и учитывать. Иначе вводимая ими погрешность в работу оборудования может существенно влиять на все эксплуатационные характеристики.}

_{Потери напряжения внутри протяженных кабельных линий}

_{Особенность конструкции длинного кабеля состоит в том, что он обладает емкостным сопротивлением за счет довольно близкого расположения токопроводящих жил и тонкого слоя изоляции между ними. Оно дополнительно отклоняет проходящий через кабель вектор тока и изменяет его величину.}

_{Влияние снижения напряжения на емкостном сопротивлении необходимо учесть в расчете для изменения величины I∙z. В остальном описанная выше технология не меняется.}

_{В статье приведены примеры потерь и падения напряжения на воздушных линиях электропередач и кабелях. Однако, они происходят во всех потребителях электроэнергии, включая электродвигатели, трансформаторы, индуктивности, конденсаторные установки и другие устройства.}

_{Величина потерь напряжения для каждого вида электрооборудования законодательно регламентирована применительно к условиям эксплуатации, а принцип их определения во всех электрических схемах действует одинаково.}

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как практически снижают потерю напряжения в линии?

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?

1. Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.

Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

U=RI

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S, где

р — удельное сопротивление провода, Ом*мм 2 /м;

l — длина провода, м;

S — площадь поперечного сечения провода, мм 2 .

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм 2 /м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм 2 /м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.

Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм 2 . Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).

Учтите, что ток «бежит» по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому «пробегаемое» им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.

Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).

На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.

Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.

Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.

Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.

Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.

Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм 2 для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм 2 .

Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм 2 длинной 50 м.

Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм 2 не спасет. Тут выход один — это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.

Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.

Не забываем улыбаться:

Звонок мужу в командировку:
— Дорогой, а почему в кране нет воды?
— Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно.
— Милый, а почему газа нет?
— Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено.
— Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
— Пойди заплати за коммуналку, дура!

Падение и потеря напряжения в ЛЭП

Среди параметров, которые характеризуют режимы ЛЭП имеются такие из них, как падение и потеря напряжения.

Падением напряжения в ЛЭП называется векторная (геометрическая) разность между напряжениями начала и конца линии.

Это падение напряжения, комплексное число, имеет действительную и мнимую части.

BC – действительная часть падения напряжения (продольная составляющая падения напряжения), .

AC – мнимая часть падения напряжения (поперечная составляющая падения напряжения), .

Потерей напряжения называется алгебраическая разность напряжений в начале и конце линии.

BD – разность векторов (если повернуть на угол ).

Проанализируем как будут меняться падения и потери напряжения в зависимости от параметров линии (сопротивлений).

Зависимость погонных сопротивлений от сечения провода

Для распределительных сетей, где где используются малые сечения проводов, угол, поперечная составляющая падения напряжения мала, а потеря напряжения практически равна продольной составляющей падения напряжения.

Таким образом, в распределительных сетях и питающих сетях напряжением до 110 кВ включительно при расчетах режимов можно пренебречь поперечной составляющей падения напряжения, а продольную составляющую считать равной потере напряжения и расчет выполнять по потере напряжения.

Для питающих сетей угол значительный, поперечной составляющей пренебрегать нельзя, поэтому в расчетах питающих сетей напряжением 220 кВ и выше необходимо учитывать как продольную, так и поперечную составляющую и расчет вести по падению напряжения.

Если будут известны данные в начале линии (P, Q, U), то в формулах изменяются только индексы

|	следующая лекция ==>
Метод последовательных приближений (метод итерации)	|	Метод систематизированного подбора при расчете режима ЛЭП

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет