Втрати електроенергії

Втрати електроенергії в лініях залежать від значення опорів і струму, що пропускається через лінії. Опір діючих ліній може вважатися практично постійним. Звідси випливає, що для зменшення втрат електроенергії можливий один шлях — зменшення струму, що протікає через них. Зменшити значення струму можна, наприклад використанням у роботі значної кількості резервних ліній.

При наявності паралельних ліній бажано з розумінь економії електроенергії тримати їх включеними паралельно. При використанні їх на паралельну роботу, сумарний (еквівалентний) опір цих мереж зменшиться, і, отже, втрати активної та реактивної енергії при її передачі скоротяться. При паралельному з'єднанні опорів еквівалентний опір, при припущенні що опори резервної та основної ліній рівні, буде в два рази нижче. Звідси випливає зменшення втрат активної та реактивної потужностей також у два рази.

В мережах до 220 кВ включно існують технічні можливості використання зниження навантажувальних втрат потужності та енергії за рахунок підвищення рівня робочої напруги.

При підвищенні рівня робочої напруги можуть дещо зрости втрати на корону, проте в лініях 110—220 кВ ці втрати незначні. Втрати на корону значні в лініях понад 330 кВ. Проте в цих лініях допустимі перенапруги ізоляції незначні, що обмежує використання такого заходу зниження втрат електроенергії як підвищення напруги в лініях понад 330 кВ.

Розрахунки вказують на можливість зниження втрат енергії до 1 % сумарних втрат в системі за рахунок оптимізації режимів робочої напруги.

Будь-яке обладнання під час експлуатації потребує технічного обслуговування та ремонту. При проведенні ремонту обладнання, навантаження на інше (резервне) обладнання збільшується, що значно збільшує втрати потужності. Втрати електроенергії від проведення ремонту основного обладнання прямо пропорційно залежить від часу його проведення. Таким чином, значна тривалість ремонту призводить до значних втрат електричної енергії.

При електропостачанні потужних приймачів електроенергії (електричні печі й ін.), як правило, застосовують багатополюсні шинопроводи. Якщо застосовувати розташування шин, як зазначено на рис.1б., те втрати електроенергії в такому шинопроводі будуть значно більше, ніж при розташуванні, показаному на рис.1а. Це пояснюється тим, що при розташуванні шин, показаному на рис 1а. сильно позначається ефект близькості, при якому різко зростає індуктивний опір шин і відповідно збільшується реактивна складова струму, що в кінцевому рахунку приводить до збільшення загального струму і відповідно втрат потужності й енергії.

Характерною особливістю режимів електричних мереж до 1000 В є нерівномірність навантаження фаз, що призводить до збільшення втрат потужності та енергії. Так, при коефіцієнті асиметрії струмів, рівному 2 %, у вузлах навантаження при потужності одноразового навантаження 0,18 і потужності симетричного навантаження 0,82 втрати потужності в трансформаторі і в лінії 0,4 кВ збільшуються на 13 %, а втрати напруги в найбільш навантаженій фазі зростають практично у 2 рази порівняно з симетричним режимом.

Основною причиною такого явища, як несиметричне навантаження по фазах є потужні однофазні електроприймачі та специфічні схеми електропостачання (наприклад, трифазні тягові мережі при заземленій фазі діють в трифазній електричній мережі як двофазні навантаження). Зазвичай випадки асиметрії в електричних мережах економічно обґрунтовані. Однак можливі випадки перевищення допустимих норм величини асиметрії за технічними характеристиками обладнання. Для уникнення таких явищ використовують різні схемні рішення.

Додаткові втрати, що зумовлені асиметрією навантаження, досягають 20 % сумарних втрат, тому необхідно застосовувати для їх зменшення замкнені схеми ліній 0,4 кВ, зменшувати опір струмам нульової послідовності, збільшувати переріз нульового проводу, використовувати батареї статичних компенсаторів, призначених для підвищення коефіцієнта потужності.

Рівномірність завантаження фаз повинна бути забезпечена в першу чергу за рахунок правильного розподілу однофазних і двофазних навантажень по фазах. Другим заходом для зменшення асиметрії в мережах напругою до 1000 В є установка нейтралерів на введеннях заземлення свинцевої оболонки кабелю. Економічна доцільність другого заходу визначається співвідношенням між витратами на встановлення нейтралерів і вартістю зекономленої електроенергії в результаті усунення асиметрії навантаження.

Заходи щодо вирівнювання навантаження фаз доцільно проводити в трансформаторах, завантажених більш ніж на 30 % номінальній потужності, нерівномірністю навантаження можна зневажити, тому що навантажувальні втрати незначно перевищують втрати холостого ходу.

Заходи з симетрування навантаження розподільчої мережі слід передбачати вже на стадії її проектування. Для цієї мети в ТП 6 — 10/0,4 кВ бажано передбачати заміну живильного трансформатора зі схемою з'єднання обмоток зірка-зірка трансформатором зі схемою з'єднання обмоток зірка-зиґзаґ. При цьому втрати і вартість трансформатора зростуть на 2-3 %. Але за рахунок виключення СП скорочуються втрати електроенергії на 5-8 % і відпадає необхідність у виробництві симметрируючого устаткування.

Аналогічне положення має місце при установці додаткових фільтрокомпенсиючих пристроїв (ФКП) при несинусоїдальності форми кривої струму і напруги. Установлюючи випрямні пристрої по 12-24 фазній схемі, можна значно скоротити несинусоїдальність і обійтися без ФКУ.

Помітну економію енергії в електричних мережах напругою 0,38-10 кв дає перехід від ПЛ у розподільних мережах нижчої і середньої напруги до штучно синтезованих конструкцій типу КЛ. Гібридна конструкція, що синтезує найкращі властивості ПЛ і КЛ, називається повітряно-кабельною лінією (ПКЛ). Вона являє собою конструкцію, що складається з полегшених опор, на які підвішується спеціальний повітряний кабель (ПК). Конструкція ПК являє собою скручені струмоведучі ізоляційні жили в загальній оболонці чи без неї, з несучим тросом, розташовуваним чи усередині цієї оболонки, чи поза нею, чи спільно в одному пучку з проводами, скрученими з несучим тросом. ПК можна виконати на посилених ізольованих струмоведучих жилах, що є самонесучими, без несучого троса. ПК призначений для підвіски на опорах полегшеного типу за допомогою спеціальної арматури. ПКЛ мають наступні переваги:

• істотне підвищення електробезпечності при експлуатації за рахунок зниження числа однофазних замикань на землю, обривів проводів і відсутності можливостей безпосереднього контакту зі струмоведучими частинами лінії електропередачі;
• зниження пошкоджуваності ізоляції і підвищення експлуатаційної надійності унаслідок виключення факторів механічного впливу, характерних для ПЛ звичайного виконання (забруднення, накиди, перекриття повітряних проміжків птахами, гілками дерев тощо);
• зменшення вітрових аварій унаслідок зменшення навантажень від ожеледі і вітру, відсутності моментів, що крутять, на опорах в аварійних режимах, значного збільшення механічної міцності конструкції ПК у порівнянні з проводами звичайного виконання;
• легкість конструктивного виконання багатоланцюгових ліній; зменшення вартості будівельної частини ліній за рахунок спрощення конструкцій опор, збільшення довжини прольотів, виключення металоконструкцій, ізоляторів, контурів заземлення й інших елементів ПЛ звичайного виконання;
• можливість монтажу ПК по стінах промислових і житлових будинків і інших інженерних споруджень, особливо в умовах суцільної міської забудови у великих індустріальних районах;
• зниження реактивного опору, що приводить до поліпшення режиму напруги в мережі ПКЛ і збільшенню її пропускної здатності;
• підвищення техніко-економічних показників за рахунок зниження втрат активної потужності в мережі;
• зниження вартості додаткових КП для забезпечення оптимальних режимів роботи мережі;

Основну економію електричної енергії при використанні ПКЛ дає зниження втрат активної потужності й енергії безпосередньо в самої ПКЛ, унаслідок зменшення витоків реактивної потужності по ділянках мережі і підвищення напруги в споживачів.