Потери напряжения в линии электроснабжения

Передача электроэнергии на расстояния выполняется с помощью линии электропередач (ЛЭП), которые делятся на воздушные и кабельные. При передаче энергии часть ее расходуется на нагрев проводов, образование

электромагнитных полей. Эти потери электроэнергии нужно толковать как технологические потери электроэнергии на ее передачу, а не как в других отраслях — потери от брака, когда нарушается технологический процесс. В основном электроэнергию в одного потребителя передают по двум одинаковым по параметрам ЛЭП для обеспечения надежности сетей. То есть, когда аварийно отключится одна из ЛЭП второй останется питать потребитель.

ЛЭП состоят из проводов, которые в свою очередь изготавливаются из проводников, в основном из меди или алюминия. Все материалы, даже проводники, имеют сопротивление. При передаче электроэнергии по проводам длиной более 10 м сопротивлением провода пренебрегать нельзя, так как ток в них вызывает заметное падение напряжения согласно закону Ома.

С целью экономии энергии и обеспечения незначительного колебания напряжения на зажимах приемника при изменении сопротивления или тока приемника потеря напряжения должна быть невелика при сравнении с номинальным напряжением приемника. Ток потребителя (или нагрузки) при различных сопротивлениях приемника изменяется от нуля до наибольшего своего значения. Потеря напряжения при этом тоже колеблется от нуля до своего максимального значения.

 

В электрических сетях напряжением до 20 кВ отклонения напряжения на зажимах потребителей в нормальном режиме не должны превышать ± 5%, а в аварийном - ± 10%.

Отклонение напряжения нежелательны как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения по отношению к номинальному напряжению. При больших отклонениях напряжения наблюдаются потери мощности и энергии, изменяются нагрузки потребителей, ухудшается качество продукции, возможно браковки продукции, сокращение срока работы элементов сети и оборудование, нарушение нормальной деятельности устройств автоматики и релейной защиты, что может привести к авариям и отключениям потребителей.

В случае, если сеть имеет несколько приемников, потерю напряжения во всей сети определяется как сумма потерь напряжения на отдельных ее участках.

Под наибольшей потерей напряжения понимают потерю напряжения на пути от источника питания до наиболее удаленного потребителя электроэнергии сети одного класса напряжения. Причем определяют наибольшую потерю напряжения, как в нормальном режиме работы электросети, так и в аварийном (например, при отключении одного ЛЭП из двух параллельных). Расчетные наибольшие потери напряжений должны быть меньше наиболее допустимые, как в нормальном, так и в аварийном режиме.

При передаче электрической энергии по коротким проводам сопротивлением их можно пренебречь. При большой длине их (L>10 м) сопротивлением проводов пренебрегать нельзя, так как электрический ток вызовет в них заметное падение напряжение.

 

Разность напряжений в начале и в конце линии равна падению напряжению в проводах и называется потерей напряжения ΔU.

 

При неизменном напряжении в начале линии напряжение в конце линии, т. е. на приёмнике, изменяется.

Чтобы линия была экономичной, необходимо выбирать сечение проводов S в зависимости от:

I – тока - определяется потребителем (приемником энергии);

ρ - удельного сопротивления материала жилы: медь или алюминий;

l – длины линии, определяется удалённостью потребителя от источника тока.

Взаимосвязь параметров определяется формулой:

 

При заданной допустимой потери напряжения определяют необходимо сечение проводов линии по формуле:

Найденное по формуле сечение, округляют до ближайшего большего стандартного. Это сечение должно быть проверено на допустимое нагревание проводов.

При передаче электроэнергии нужно выбрать так сечение проводов линии передачи, чтобы обеспечить нормальное рабочее напряжение U_ном (номинальное напряжение) на зажимах приемников электроэнергии. В особенности, это важно для осветительных установок, так как при повышении напряжения только на 5% по отношению к номинальному, длительность горения нормальной лампы уменьшается на 50%; при понижении напряжения на те же 5% световой поток этой лампы уменьшается на 18%.

Согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок):

– на зажимах приборов рабочего освещения производственных помещений и общественных зданий, а так же в прожекторных установках наружного освещения допускается отклонение напряжения (потеря напряжения):

ΔU, % ≤ 2,5% Uн

- на зажимах электродвигателей:

ΔU, % ≤ 5% Uн

Мощность потерь в линии электропередач (ЛЭП) определяется по формуле:

 

 

Коэффициент полезного действия линии (КПД) определяется по формуле:

 

 

Коэффициент полезного действия линии (КПД) с увеличением нагрузки уменьшается

Основным методом снижения потерь напряжения – увеличение напряжения ЛЭП.

В нашей Республике существует стандартная шкала переменных напряжений, при которых производится передача энергии на дальние расстояния: 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Например, при повышении напряжения в два раза, если сохранить процент потерь мощности неизменным, можно или уменьшить сечение проводов линии в четыре раза или удлинить линию электропередач в четыре раза.

 

Контрольные вопросы

 

1. Чему равна работа электрического тока на участке цепи? В каких единицах измеряется?

2. Как определяется мощность электрического тока в зависимости от тока и напряжения? В каких единицах измеряется?

3. С помощью каких приборов можно определить значение мощности электрического тока в проводнике?

4. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца. Запишите формулу.

5. Что называют потерями напряжения в линиях электроснабжения?

6. Какие параметры необходимо учитывать при выборе сечения проводов, чтобы линия была экономичной? Какой формулой определяется взаимосвязь этих параметров?

7. Как определяется мощность потерь в линии электропередач?

8. Как определяется коэффициент полезного действия линии (КПД)?

9. Что является основным методом снижения потерь напряжения?

10. При каких значениях переменного напряжения производится передача энергии на дальние расстояния в нашей Республике? (Стандартные значения)

 

 

Самостоятельная работа

«Решение задач по теме работа и мощность электрического тока»

Порядковый номер студента в журнале	Номер варианта задания
1	1
2	2
3	3
4	4
5	1
6	2
7	3
8	4
9	1
10	2
11	3
12	4
13	1
14	2
15	3
16	4
17	1
18	2
19	3
20	4

Вариант №1