Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях

Причины потерь электроэнергии на больших расстояних

Потерями в электросетях считают разность между переданной электроэнергией от производителя до учтенной потребленной электроэнергией потребителя. Потери происходят на ЛЭП, в силовых трансформаторах, за счет вихревых токов при потреблении приборов с реактивной нагрузкой, а также из-за плохой изоляции проводников и хищения неучтенного электричества. В этой статье мы постараемся подробно рассказать о том, какие бывают потери электроэнергии в электрических сетях, а также рассмотрим мероприятия по их снижению.

Расстояние от электростанции к поставляющим организациям

Учет и оплата всех видов потерь регулируется законодательным актом: «Постановление Правительства РФ от 27.12.2004 N 861 (ред. от 22.02.2016) «Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг…» п. VI. Порядок определения потерь в электрических сетях и оплаты этих потерь. Если вы хотите разобраться с тем, кто должен оплачивать часть утраченной энергии, рекомендуем изучить данный акт.

При передаче электроэнергии на большие расстояния от производителя до поставщика ее к потребителю теряется часть энергии по многим причинам, одна из которых — напряжение, потребляемое обычными потребителями (оно составляет 220 или 380 В). Если производить транспортировку такого напряжения от генераторов электростанций напрямую, то необходимо проложить электросети с диаметром провода, который обеспечит всех необходимым током при указанных параметрах. Провода будут очень толстыми. Их невозможно будет подвесить на линиях электропередач, из-за большого веса, прокладка в земле тоже обойдется недешево.

Для исключения этого фактора в распределительных сетях применяют высоковольтные линии электропередач. Простая формула расчета такова: P=I*U. Мощность равна произведению тока на напряжение.

Мощность потребления, Вт	Напряжение, В	Ток, А
100 000	220	454,55
100 000	10 000	10

Повышая напряжение при передаче электроэнергии в электрических сетях можно существенно снизить ток, что позволит обойтись проводами с намного меньшим диаметром. Подводный камень данного преобразования заключается в том, что в трансформаторах есть потери, которые кто-то должен оплатить. Передавая электроэнергию с таким напряжением, она существенно теряется и от плохого контакта проводников, которые со временем увеличивают свое сопротивление. Возрастают потери при повышении влажности воздуха – увеличивается ток утечки на изоляторах и на корону. Также увеличиваются потери в кабельных линиях при снижении параметров изоляции проводов.

Передал поставщик энергию в поставляющую организацию. Та в свою очередь должна привести параметры в нужные показатели: преобразовать полученную продукцию в напряжение 6-10 кВ, развести кабельными линиями по пунктам, после чего снова преобразовать в напряжение 0,4 кВ. Снова возникают потери на трансформацию при работе трансформаторов 6-10 кВ и 0,4 кВ. Бытовому потребителю доставляется электроэнергия в нужном напряжении – 380 В или 220В. Любой трансформатор имеет свой КПД и рассчитан на определенную нагрузку. Если мощность потребления больше или меньше расчетной мощности, потери в электрических сетях возрастают независимо от желания поставщика.

Следующим подводным камнем всплывает несоответствие мощности трансформатора, преобразующего 6-10 кВ в 220В. Если потребители берут энергии больше паспортной мощности трансформатора, он или выходит из строя, или не сможет обеспечить необходимые параметры на выходе. В результате снижения напряжения сети электроприборы работают с нарушением паспортного режима и, как следствие, увеличивают потребление.

Мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии в системах электроснабжения подробно рассмотрены на видео:

Домашние условия

Потребитель получил свои 220/380 В на счетчике. Теперь потерянная после счетчика электрическая энергия ложится на конечного потребителя.

Она складывается из:

Потерь на нагревание проводов при превышении расчетных параметров потребления.
Плохой контакт в приборах коммутации ( рубильники, пускатели, выключатели, патроны для ламп, вилки, розетки).
Емкостной характер нагрузки.
Индуктивный характер нагрузки.
Использование устаревших систем освещения, холодильников и другой старой техники.

Рассмотрим мероприятия по снижению потерь электроэнергии в домах и квартирах.

П.1 — борьба с таким видом потерь одна: применение проводников соответствующих нагрузке. В существующих сетях необходимо следить за соответствием параметров проводов и потребляемой мощностью. В случае невозможности откорректировать эти параметры и ввести в норму, следует мириться с тем, что энергия теряется на нагрев проводов, в результате чего изменяются параметры их изоляции и повышается вероятность возникновения пожара в помещении. О том, как правильно рассчитать сечение кабеля по мощности и току, мы рассказывали в соответствующей статье.

П.2 — плохой контакт: в рубильниках — это использование современных конструкций с хорошими неокисляющимися контактами. Любой окисел увеличивает сопротивление. В пускателях — тот же способ. Выключатели — система включения-выключения должна использовать металл, хорошо выдерживающий действие влаги, повышенных температур. Контакт должен быть обеспечен хорошим прижатием одного полюса к другому.

П.3, П.4 — реактивная нагрузка. Все электроприборы, которые не относятся к лампам накаливания, электроплитам старого образца имеют реактивную составляющую потребления электроэнергии. Любая индуктивность при подаче на нее напряжения сопротивляется прохождению по ней тока за счет возникающей магнитной индукции. Через время электромагнитная индукция, которая препятствовала прохождению тока, помогает его прохождению и добавляет в сеть часть энергии, которая является вредной для общих сетей. Возникают так называемые вихревые токи, которые искажают истинные показания электросчетчиков и вносят отрицательные изменения в параметры поставляемой электроэнергии. То же происходит и при емкостной нагрузке. Возникающие вихревые токи портят параметры поставленной потребителю электроэнергии. Борьба — использование специальных компенсаторов реактивной энергии, в зависимости от параметров нагрузки.

П.5. Использование устаревших систем освещения (лампочки накаливания). Их КПД имеет максимальное значение — 3-5%, а может быть и меньше. Остальные 95% идут на нагревание нити накала и как следствие на нагревание окружающей среды и на излучение не воспринимаемое человеческим глазом. Поэтому совершенствовать данный вид освещения стало нецелесообразным. Появились другие виды освещения — люминесцентные лампы, светодиодные лампы, которые стали широко применяться в последнее время. КПД люминесцентных ламп достигает 7%, а светодиодных до 20%. Использование последних даст экономию электроэнергии прямо сейчас и в процессе эксплуатации за счет большого срока службы — до 50 000 часов (лампа накаливания — 1 000 часов).

Отдельно хотелось бы отметить, что сократить потери электрической энергии в доме можно с помощью установки стабилизатора напряжения. Помимо этого, как мы уже сказали, электроэнергия теряется при ее хищении. Если вы заметили, что соседи воруют электричество, нужно сразу же предпринимать соответствующие меры. Куда звонить за помощью, мы рассказали в соответствующей статье, на которую сослались!

Рассмотренные выше способы уменьшения мощности потребления дают снижение нагрузки на электропроводку в доме и, как следствие, сокращение потерь в электросети. Как вы уже поняли, методы борьбы наиболее широко раскрыты для бытовых потребителей потому что не каждый хозяин квартиры или дома знает о возможных потерях электроэнергии, а поставляющие организации в своем штате держат специально обученных по этой теме работников, которые в состоянии бороться с такими проблемами.

Вот мы и рассмотрели, основные причины потерь электроэнергии в электрических сетях и мероприятия по их снижению. Теперь вы знаете, из-за чего энергия теряется на пути от подстанции к дому и как бороться с этой проблемой!

Семь способов борьбы с потерями в воздушных электрических сетях

Причины потерь электроэнергии в воздушных линиях и способы борьбы с ними, на основе практического опыта.

Вероятно, каждый, кто имеет дом в деревне, живет в частном секторе в городе или строит свой дом, со временем столкнется с проблемой нестабильности электросети. Это выражается в резких бросках напряжения, проблемах защиты электроприборов при грозах, длительных периодах сильно завышенного или сильно заниженного напряжения в электросети.

Многие из этих проблем связаны с особенностями воздушных электрических линий, другие, с невыполнением элементарных правил прокладки линий и их обслуживания. К сожалению, в нашей стране все более внедряется в жизнь лозунг: «Спасение утопающих – дело рук самих утопающих». Поэтому, попробуем рассмотреть эти проблемы и способы их решения подробнее.

Откуда берутся потери в электрических сетях?

Во всем виноват Ом.

Для тех кто, знаком с законом Ома, не трудно вспомнить, что U=I*R. Это значит, что падение напряжения в проводах электролинии пропорционально ее сопротивлению и току через нее. Чем больше это падение, тем меньше напряжение в розетках у вас дома. Поэтому сопротивление линии электропередач нужно снижать. Причем ее сопротивление складывается из сопротивления прямого и обратного провода — фазы и нуля от трансформатора подстанции до вашего дома.

Непонятная реактивная мощность.

Вторым источником потерь является реактивная мощность или точнее реактивная нагрузка. Если нагрузка чисто активная, например это лампы накаливания, электронагреватели, электроплитки, то электроэнергия потребляется практически полностью ( кпд более 90%, cos стремится к 1). Но это идеальный случай, обычно нагрузка имеет емкостной или индуктивный характер. Реально косинус фи потребителя величина изменяемая по времени и имеет значение от 0.3 до 0.8, если не применять специальных мер.

При реактивной нагрузке имеет место явление неполного поглощения энергии, ее отражения от нагрузки и циркуляция паразитных токов в проводах. При этом получаются дополнительные потери в проводах на нагрев, броски напряжения и тока, приводящие к неисправностям. Например, частично нагруженный асинхронный электродвигатель электропилы или пилорамы имеет cos 0.3- 0.5. Кроме тепловых потерь, при наличии мощной реактивной нагрузки сильно «врут» электросчетчики.

Из статистики известно, что по причине, нескомпенсированной реактивной мощности потребитель теряет до 30% электроэнергии. Для того чтобы ликвидировать такие типы потерь, используются компенсаторы реактивной мощности. Такие устройства серийно выпускаются промышленностью. Причем они бывают от «однорозеточного» варианта, до устройств, устанавливаемых на трансформатор подстанции.

Оборотни в фуфайках.

Третьим источником потерь, является банальное воровство электроэнергии. Казалось бы, этим должны заниматься правоохранительные органы, но они не имеют отделов энергоаудита. Поэтому, третьим источником потерь тоже должен заниматься потребитель, т.к. по закону у него должен стоять общедомовой или общехозяйственный счетчик и за воровство паршивой овцы платит все стадо.

Оценка потерь в линии на конкретном примере.

Активное сопротивление линии R=(ρ*L)/ S, где ρ — удельное сопротивление материала провода, L- его длина, S – поперечное сечение. Для меди удельное сопротивление составляет 0,017, а для алюминия 0,028 Ом*мм2/м. Медь имеет почти в два раза меньшие потери, но она гораздо тяжелее и дороже алюминия, поэтому для воздушных линий обычно выбирают алюминиевые провода.

Таким образом, сопротивление одного метра алюминиевого провода, сечением 16 квадратных миллиметров, составит (0.028 х 1)/16=0.0018 Ом. Посмотрим, каковы будут потери в линии длиной 500 м, при мощности нагрузки 5 кВт. Так как ток течет по двум проводам, то длину линии удваиваем, т.е. 1000 м.

Сила тока при мощности 5 кВт составит: 5000/220=22.7 А. Падение напряжения в линии U=1000х0.0018х22.7=41 В. Напряжение на нагрузке 220-41=179 В. Это уже меньше допустимых 15% снижения напряжения. При максимальном токе 63 А, на который рассчитан этот провод ( 14 кВт), т.е. когда свои нагрузки включат ближайшие соседи, U=1000х0.0018х63=113 В! Именно поэтому в моем дачном доме по вечерам еле светится лампочка!

Способы борьбы с потерями.

Первый простейший способ борьбы с потерями.

Первый способ основан на снижении сопротивления нулевого провода. Как известно ток течет по двум проводам: нулевому и фазному. Если увеличение сечения фазного провода достаточно затратное (стоимость меди или алюминия плюс работы по демонтажу и монтажу), то сопротивление нулевого провода можно уменьшить достаточно просто и очень дешево.

Этот способ использовался с момента прокладки первых линий электропередач, но в настоящее время из-за «пофигизма» или незнания часто не используется. Заключается он в повторном заземлении нулевого провода на каждом столбе электролинии или (и) на каждой нагрузке. В этом случае параллельно сопротивлению нулевого провода подключается сопротивление земли между нулем трансформатора подстанции и нулем потребителя.

Если заземление сделано правильно, т.е. его сопротивление менее 8 Ом для однофазной сети, и менее 4 Ом для трехфазной, то удается существенно (до 50%) снизить потери в линии.

Второй простейший способ борьбы с потерями.

Второй простейший способ тоже основан на снижении сопротивления. Только в этом случае необходимо проверять оба провода — ноль и фазу. В процессе эксплуатации воздушных линий из-за обрыва проводов образуется места локального повышения сопротивления – скрутки, сростки и т.д. В процессе работы в этих местах происходит локальный разогрев и дальнейшая деградация провода, грозящая разрывом.

Такие места видны ночью из-за искрения и свечения. Необходимо периодически визуально проверять электролинию и заменять особо плохие ее отрезки или линию целиком.

Для ремонта лучше всего применить самонесущие алюминиевые изолированные кабели СИП. Они называются самонесущими, т.к. не требуют стального троса для подвески и не рвутся под тяжестью снега и льда. Такие кабели долговечны (срок эксплуатации более 25 лет), есть специальные аксессуары для легкого и удобного крепления их к столбам и зданиям.

Третий способ борьбы с потерями.

Понятно, что третьим способом является замена отслужившей «воздушки» на новую.

В продаже имеются кабели типов СИП-2А, СИП-3, СИП-4. Сечение кабеля выбирают не менее 16 квадратных миллиметров, он может пропускать ток до 63 А, что соответствует мощности 14 кВт при однофазной сети и 42 кВт при трехфазной. Кабель имеет двухслойную изоляцию и покрыт специальным пластиком, защищающим изоляцию проводов от солнечной радиации. Примерные цены на СИП можно посмотреть здесь: http://www.eti.su/price/cable/over/over_399.html. Двухпроводный СИП кабель стоит от 23 руб. за погонный метр.

Четвертый способ борьбы с потерями.

Этот способ основан на применении специальных стабилизаторов напряжения на входе в дом или другой объект. Такие стабилизаторы бывают как однофазного, так и трехфазного типа. Они увеличивают cos и обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе в пределах + — 5%, при изменении напряжения на входе + — 30%. Их мощностной ряд может быть от сотен Вт до сотен кВт.

Вот несколько сайтов посвященных стабилизаторам: http://www.enstab.ru, http://www.generatorplus.ru, http://www.stabilizators.ru/, http://www.aes.ru. Например, однофазный стабилизатор «Лидер», мощностью 5 кВт, стоит 18500 руб. Отметим однако, что из-за перекоса фаз и потерь в электролинии, напряжение на входе стабилизатора может падать ниже 150 В. В этом случае, срабатывает встроенная защита и вам ничего не остается, как снизить свои потребности в электроэнергии.

Пятый способ компенсации потерь электроэнергии.

Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная, то это специальные индуктивности.

Шестой способ – борьба с воровством электроэнергии.

По опыту работы, самым эффективным решением является вынос электросчетчика из здания и установка его на столбе линии электропередачи в специальном герметичном боксе. В этом же боксе устанавливаются вводный автомат с пожарным УЗО и разрядники защиты от перенапряжений.

Седьмой способ борьбы с потерями.

Этот способ снижения потерь за счет использования трехфазного подключения. При таком подключении снижаются токи по каждой фазе, а следовательно потери в линии и можно равномерно распределить нагрузку. Это один из самых простых и самых эффективных способов. Как говорят: «Классика жанра».

Выводы.

Если вы хотите снизить потери электроэнергии, то сначала сделайте аудит ваших электросетей. Если вы сами не в состоянии это сделать, то сейчас много организаций готовы помочь вам за ваши деньги. Надеюсь, что советы, приведенные выше, помогут осознать с чего начать и к чему стремиться. Все в ваших силах. Желаю успехов!

Потери электроэнергии в электрических сетях

Потери электроэнергии в электрических сетях неминуемы, поэтому важно чтобы они не превышали экономически обоснованного уровня. Превышение норм технологического расхода говорит о возникших проблемах. Чтобы исправить ситуацию необходимо установить причины возникновения нецелевых затрат и выбрать способы их снижения. Собранная в статье информация описывает многие аспекты этой непростой задачи.

Виды и структура потерь

Под потерями подразумевается разница между отпущенной потребителям электроэнергией и фактически поступившей к ним. Для нормирования потерь и расчетов их фактической величины, была принята следующая классификация:

Технологический фактор. Он напрямую зависит от характерных физических процессов, и может меняться под воздействием нагрузочной составляющей, условно-постоянных затрат, а также климатических условий.
Расходы, затрачиваемые на эксплуатацию вспомогательного оборудования и обеспечение необходимых условий для работы техперсонала.
Коммерческая составляющая. К данной категории относятся погрешности приборов учета, а также другие факторы, вызывающие недоучет электроэнергии.

Ниже представлен среднестатистический график потерь типовой электрокомпании.

Примерная структура потерь

Как видно из графика наибольшие расходы связаны с передачей по воздушным линиям (ЛЭП), это составляет около 64% от общего числа потерь. На втором месте эффект коронированния (ионизация воздуха рядом с проводами ВЛ и, как следствие, возникновение разрядных токов между ними) – 17%.

Коронный разряд на изоляторе ЛЭП

Исходя из представленного графика, можно констатировать, что наибольший процент нецелевых расходов приходится на технологический фактор.

Основные причины потерь электроэнергии

Разобравшись со структурой, перейдем к причинам, вызывающим нецелевой расход в каждой из перечисленных выше категорий. Начнем с составляющих технологического фактора:

Нагрузочные потери, они возникают в ЛЭП, оборудовании и различных элементах электросетей. Такие расходы напрямую зависят от суммарной нагрузки. В данную составляющую входят:

Потери в ЛЭП, они напрямую связаны с силой тока. Именно поэтому при передаче электроэнергии на большие расстояния используется принцип повышения в несколько раз, что способствует пропорциональному уменьшению тока, соответственно, и затрат.
Расход в трансформаторах, имеющий магнитную и электрическую природу ( 1 ). В качестве примера ниже представлена таблица, в которой приводятся данные затрат на трансформаторах напряжения подстанций в сетях 10 кВ.

Потери в силовых трансформаторах подстанций

Нецелевой расход в других элементах не входит в данную категорию, ввиду сложностей таких расчетов и незначительного объема затрат. Для этого предусмотрена следующая составляющая.

Категория условно-постоянных расходов. В нее входят затраты, связанные со штатной эксплуатацией электрооборудования, к таковым относятся:

Холостая работа силовых установок.
Затраты в оборудовании, обеспечивающем компенсацию реактивной нагрузки.
Другие виды затрат в различных устройствах, характеристики которых не зависят от нагрузки. В качестве примера можно привестисиловую изоляцию, приборы учета в сетях 0,38 кВ, змерительные трансформаторы тока, ограничители перенапряжения и т.д.

Климатическая составляющая. Нецелевой расход электроэнергии может быть связан с климатическими условиями характерными для той местности, где проходят ЛЭП. В сетях 6 кВ и выше от этого зависит величина тока утечки в изоляторах. В магистралях от 110 кВ большая доля затрат приходится на коронные разряды, возникновению которых способствует влажность воздуха. Помимо этого в холодное время года для нашего климата характерно такое явление, как обледенение на проводах высоковольтных линий, а также обычных ЛЭП. Гололед на ЛЭП

Учитывая последний фактор, следует учитывать затраты электроэнергии на расплавление льда.

Расходы на поддержку работы подстанций

К данной категории отнесены затраты электрической энергии на функционирование вспомогательных устройств. Такое оборудование необходимо для нормальной эксплуатации основных узлов, отвечающих за преобразование электроэнергии и ее распределение. Фиксация затрат осуществляется приборами учета. Приведем список основных потребителей, относящихся к данной категории:

системы вентиляции и охлаждения трансформаторного оборудования;
отопление и вентиляция технологического помещения, а также внутренние осветительные приборы;
освещение прилегающих к подстанциям территорий;
зарядное оборудование АКБ;
оперативные цепи и системы контроля и управления;
системы обогрева наружного оборудования, например, модули управления воздушными выключателями;
различные виды компрессорного оборудования;
вспомогательные механизмы;
оборудование для ремонтных работ, аппаратура связи, а также другие приспособления.

Коммерческая составляющая

Под данными затратами подразумевается сальдо между абсолютными (фактическими) и техническими потерями. В идеале такая разница должна стремиться к нулю, но на практике это не реально. В первую очередь это связано с особенностями приборов учета отпущенной электроэнергии и электросчетчиков, установленных у конечных потребителей. Речь идет о погрешности. Существует ряд конкретных мероприятий для уменьшения потерь такого вида.

К данной составляющей также относятся ошибки в счетах, выставленных потребителю и хищения электроэнергии. В первом случае подобная ситуация может возникнуть по следующим причинам:

в договоре на поставку электроэнергии указана неполная или некорректная информация о потребителе;
неправильно указанный тариф;
отсутствие контроля за данными приборов учета;
ошибки, связанные с ранее откорректированными счетами и т.д.

Что касается хищений, то эта проблема имеет место во всех странах. Как правило, такими противозаконными действиями занимаются недобросовестные бытовые потребители. Заметим, что иногда возникают инциденты и с предприятиями, но такие случаи довольно редки, поэтому не являются определяющими. Характерно, что пик хищений приходится на холодное время года, причем в тех регионах, где имеются проблемы с теплоснабжением.

Читайте также Известкование пруда

Различают три способа хищения (занижения показаний прибора учета):

Механический. Под ним подразумевается соответствующее вмешательство в работу прибора. Это может быть притормаживание вращения диска путем прямого механического воздействия, изменение положения электросчетчика, путем его наклона на 45° (для той же цели). Иногда применяется более варварский способ, а именно, срываются пломбы, и производится разбалансирование механизма. Опытный специалист моментально обнаружит механическое вмешательство.
Электрический. Это может быть как незаконное подключение к воздушной линии путем «наброса», метод инвестирования фазы тока нагрузки, а также использование специальных приборов для его полной или частичной компенсации. Помимо этого есть варианты с шунтированием токовой цепи прибора учета или переключение фазы и нуля.
Магнитный. При данном способе к корпусу индукционного прибора учета подносится неодимовый магнит.

Магнит может воздействовать только некоторые старые модели электросчетчиков

Практически все современные приборы учета «обмануть» вышеописанными способами не удастся. Мало того, подобные попытки вмешательства могут быть зафиксированы устройством и занесены в память, что приведет к печальным последствиям.

Понятие норматива потерь

Под данным термином подразумевается установка экономически обоснованных критериев нецелевого расхода за определенный период. При нормировании учитываются все составляющие. Каждая из них тщательно анализируется отдельно. По итогу производятся вычисления с учетом фактического (абсолютного) уровня затрат за прошедший период и анализа различных возможностей, позволяющих реализовать выявленные резервы для снижения потерь. То есть, нормативы не статичны, а регулярно пересматриваются.

Под абсолютным уровнем затрат в данном случае подразумевается сальдо между переданной электроэнергией и техническими (относительными) потерями. Нормативы технологических потерь определяются путем соответствующих вычислений.

Кто платит за потери электричества?

Все зависит от определяющих критериев. Если речь идет о технологических факторах и расходах на поддержку работы сопутствующего оборудования, то оплата потерь закладывается в тарифы для потребителей.

Совсем по иному обстоит дело с коммерческой составляющей, при превышении заложенной нормы потерь, вся экономическая нагрузка считается расходами компании, осуществляющей отпуск электроэнергии потребителям.

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Снизить затраты можно путем оптимизации технической и коммерческой составляющей. В первом случае следует принять следующие меры:

Оптимизация схемы и режима работы электросети.
Исследование статической устойчивости и выделение мощных узлов нагрузки.
Снижение суммарной мощности за счет реактивной составляющей. В результате доля активной мощности увеличится, что позитивно отразится на борьбе с потерями.
Оптимизация нагрузки трансформаторов.
Модернизация оборудования.
Различные методы выравнивания нагрузки. Например, это можно сделать, введя многотарифную систему оплаты, в которой в часы максимальной нагрузки повышенная стоимость кВт/ч. Это позволит существенно потребление электроэнергии в определенные периоды суток, в результате фактическое напряжение не будет «проседать» ниже допустимых норм.

Уменьшить коммерческие затраты можно следующим образом:

регулярный поиск несанкционированных подключений;
создание или расширение подразделений, осуществляющих контроль;
проверка показаний;
автоматизация сбора и обработки данных.

Методика и пример расчета потерь электроэнергии

На практике применяют следующие методики для определения потерь:

проведение оперативных вычислений;
суточный критерий;
вычисление средних нагрузок;
анализ наибольших потерь передаваемой мощности в разрезе суток-часов;
обращение к обобщенным данным.

Полную информацию по каждой из представленных выше методик, можно найти в нормативных документах.

В завершении приведем пример вычисления затрат в силовом трансформаторе TM 630-6-0,4. Формула для расчета и ее описание приведены ниже, она подходит для большинства видов подобных устройств.

Расчет потерь в силовом трансформаторе

Для понимания процесса следует ознакомиться с основными характеристиками TM 630-6-0,4.

Параметры TM 630/6/0,4

Теперь переходим к расчету.

Итоги расчета

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

удельного сопротивления материала – ρ;
длины отрезка проводника – l;
площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Передача электроэнергии на расстояние

Весь быт современного человека тесно связан с электроэнергией. От неё работает всё: начиная от зарядных устройств телефонов и заканчивая аппаратами искусственной вентиляции лёгких. Поэтому электроэнергия должна быть легкодоступна в каждом уголке планеты.

Высокое напряжение как способ уменьшения потерь

Реальность такова, что передача электроэнергии на большие расстояния неизбежно сопровождается её потерями. Существенная часть электричества, проходя путь от генератора на электростанции до розетки бытового потребителя, превращается в тепло и расходуется на обогрев атмосферы. Однако это не снижает затрат за производство электроэнергии, поэтому конечному пользователю всё же приходится оплачивать и эти нецелевые расходы.

Уменьшить ненужные потери, соответственно, траты, позволяют следующие способы:

применение высокотемпературных сверхпроводников;
увеличение сечения кабелей и проводов ЛЭП;
повышение напряжения в линиях передачи.

За первым способом будущее. Однако сегодня он технически неосуществим. От второго отказались на первых парах развития электроэнергетики, ведь он экономически нецелесообразен из-за лишних расходов на утолщение проводников. Применение высокого напряжения оказалось наиболее удачным методом, поэтому он используется по всему миру уже порядка ста лет.

Классификация линий электропередач

Существует множество разновидностей ЛЭП. Каждый из видов заточен под свои определённые нужды и задачи. В соответствии с этим, ПУЭ регламентирует следующую классификацию воздушных линий электропередач.

По классу напряжению ЛЭП бывают:

низковольтные, до 1 кВ;
высоковольтные, свыше 1 кВ.

По назначению:

Межсистемные линии с напряжением от 500 кВ и выше;
Магистральные, 220-500 кВ;
Распределительные, 110-220 кВ;
Линии 35 кВ для питания сельхоз потребителей;
ЛЭП 1-20 кВ, используемые в пределах одного населённого пункта.

Род электрического тока в ЛЭП подразделяются на:

переменный (практически все линии);
постоянный ток (встречается редко, в основном 3,3 кВ контактной сети железной дороги).

Способы передачи электроэнергии

Наиболее распространены два способа передачи электроэнергии: с помощью воздушных и кабельных линий. Они отличаются между собой по дальности и среде, в которой находится проводник.

Воздушные линии – это, упрощённо, медные или алюминиевые проводники, подвешенные через изоляторы на металлические или железобетонные опоры. При таком методе возможна передача электричества на большие расстояния и между разными государствами.

Кабельная линия – прокладка проводов под землёй. Отдельные токоведущие жилы расположены, как правило, в резиновой или ПВХ изоляции. Если напряжение высокое, то имеется и броня из металлической ленты. Также она служит в качестве экрана для защиты от помех. Встречается преимущественно в пределах города или предприятия.

Дополнительная информация. Применяя кабельные линии, возможно транспортировать электроэнергию по дну водоёмов и даже морей. Это позволяет поставлять электричество на острова. Применение ЛЭП таких возможностей не подразумевает.

Схема передачи энергии от электростанции до потребителя

Главная электростанция (1) вырабатывает напряжение порядка 10-12 кВ. Затем оно повышается с помощью трансформатора (2) до более высокого уровня: 35, 110, 220, 400, 500 или 1150 кВ. После по кабельной или воздушной линии (3) энергия передаётся на расстояния от единиц до тысяч километров и попадает на понижающую подстанцию. На ней также установлен трансформатор (4), который преобразует сотни киловольт снова в 10-12 тысяч вольт. Далее следует ещё один каскад понижения до 380/220 В (5). Это напряжение является конечным и раздаётся по потребителям (6), т.е. жилым домам, больницам и т.д.

Трансформаторные подстанции

Для преобразования напряжения одной величины в другую служат трансформаторные подстанции. Они представляют собой огороженный забором объект, имеющий на своей территории трансформатор. Внутри него располагаются первичная и вторичная обмотки (катушки). Их электромагнитное взаимодействие позволяет с большим КПД преобразовывать энергию. На подстанцию заходят воздушные линии или кабеля с одним напряжением, а выходят с другим, как правило, более низким.

Там же располагаются всевозможные системы контроля и учёта электроэнергии и распределительное устройство (РУ). Оно предназначено для связи с другими объектами энергосистемы и является неотъемлемой частью трансформаторной подстанции. РУ позволяет отключить отдельного потребителя по стороне низкого напряжения, не обесточивая при этом всех остальных.

Пропускная способность линий электропередач

Напряжение в конце линии неизбежно ниже, чем в её начале. Вольтаж теряется на сопротивлении проводов ЛЭП. Именно эта разница напряжений уходит впустую на обогрев вселенной.

Такая проблема приводит к тому, что невозможно создать линию электропередач бесконечной длины и передать по ней неограниченную мощность. Поэтому введено понятие – пропускная способность ЛЭП. Данная характеристика в первую очередь зависит от длины линии, металла, из которого сделаны её провода и их сечения. Потери в меди менее ощутимы, чем у алюминия. Пропускная способность линии тем выше, чем толще её провода.

Потери электроэнергии

Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.

Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R:

Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.

Передача электричества на дальние расстояния

Если передача электрической энергии осуществляется на дистанции в сотни километров, то используют воздушные линии. Их строительство обходится существенно дешевле, в сравнении с кабельными, укладываемыми под землю. ЛЭП способны объединять в общую сеть соседние страны. Помимо этого, они проще в эксплуатации, ведь провода находятся под открытым небом. Этот фактор упрощает осмотр технического состояния линии и позволяет заблаговременно спрогнозировать её неисправности.

Постоянный ток в качестве альтернативы

Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:

отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.

Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.

Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.

Видео

Многомиллионные убытки из-за потерь мощности на линиях электропередач

В процессе транспортировки электричества от электростанций к потребителям, происходят потери в линиях передач. Проблема обеспечения минимальных потерь на линиях электропередач (ЛЭП) всегда стояла перед производителями электроэнергии. Такое свойство металлов, как электрическое сопротивление, является природным и избавиться от него практически невозможно (разве что в лабораторных условиях при крайне низких температурах). Государства ежегодно выделяют огромные деньги на строительство ЛЭП, поскольку с каждым годом, как показывает статистика, потребление электроэнергии постепенно увеличивается. Строятся заводы, новые жилые дома, электрифицируются железные дороги. Всё это увеличивает нагрузку на электростанции.

Где и насколько происходят потери?

Задачей энергетиков является не только обеспечение своих потребителей электроэнергией, а и максимально возможное сокращение потерь на ЛЭП, поскольку данные потери имеют достаточно большое значение. Чем меньше величина напряжения на линии, тем больше процентов потерь. Так, для низковольтных линий (220 В – бытовая электросеть), процент потерь составляет около 6%. Потери происходят и на трансформаторах (около 3%). То есть, если от трансформатора мощностью 100 кВт подаётся ток напряжением 220 В для обеспечения жилого дома (к примеру, включающим 100 квартир) электроэнергией, на ЛЭП и внутри трансформатора ежечасно будет выделяться энергия в виде тепла (при прохождении тока проводники нагреваются), равная 9 % от потребляемой: если трансформатор работает на полную мощность (в каждой из сотни квартир электросеть нагружена на 1 кВт), то мощность потерь составит 9 кВт.
Допустим, на производство 1 кВт*час электрической энергии производитель тратит 1 рубль. Ежечасно он будет получать убытки в размере 9кВт*час*1час*1 руб. = 9 руб. Если производитель обеспечивает электроэнергией 10 таких жилых домов, то ежечасный убыток составит 90 руб. Но это лишь на ЛЭП от трансформатора к потребителю. Также стоит учитывать потери на ЛЭП от электростанции к трансформатору. Для того, чтоб максимально сократить мощность потерь, на электростанциях напряжение тока значительно повышают (чем больше напряжение, тем меньше сила тока и, соответственно, мощность потерь). К примеру, на ЛЭП с напряжением до 10 кВ теряется около 3% передаваемой энергии, до 50 кВ – 2.5%, до 500 кВ – около 1.5%.

Как снизить потери электроэнергии?

Существуют линии с напряжением около миллиона вольт, они имеют самый низкий процент потерь мощности – до 1%. Но при таком высоком напряжении один процент – это около 6-7 киловатт на 1 км ЛЭП. Если такая электромагистраль имеет протяжность 600 км (от электростанции к понижающему трансформатору), то ежечасно на ней будет теряться 4200 кВт*час электроэнергии, что приносит производителю убыток 4200 руб/час. Но по сравнению с тем, какой многомиллионный доход приносит производителю полезная мощность этой высоковольтной ЛЭП, этот убыток не так уж и велик. Тем не менее, за год на данной линии будет потеряно электроэнергии на сумму почти 36 млн. руб. Но такие высоковольтные линии не очень распространены. Да и расстояние между электростанциями и потребителями энергетики стремятся сократить до минимума. Также они стараются как можно больше увеличивать площадь поперечного сечения проводов (чем больше площадь, тем меньше электрическое сопротивление и проценты потерь).
Понятно, что для этого требуется большее количество материалов и денег на их закупку, но, как показывает практика, через некоторое время эти затраты окупаются сокращёнными потерями электроэнергии. Но эти потери и убытки были, есть и будут всегда. Единственная возможная перспектива – это использование сверхпроводников, производство которых нынче стоит огромных денег. Потери на таких сверхпроводниковых ЛЭП практически отсутствуют. Но в массовое использование их пока внедрять никто не собирается.

Стабилизаторы переменного напряжения — устройства, служащие для корректировки пониженного или повышенного напряжения в бытовой электросети.

Как известно потеря мощности в линиях электропередач, зависит от тока и сопротивления провода. С учетом этого и получило развитие линий высокого и сверхвысокого напряжения для передачи больших мощностей с минимальным током, а, следовательно, и с минимальными потерями.
Но при длинах провода 100 и более километров, начинают проявляться емкостные и индуктивные свойства переменного тока, ну и не стоит забывать о поверхностном эффекте (ток при переменном напряжении проходит исключительно по поверхности провода). Рассчитано, что передача переменного тока на расстояния свыше 1000 километров не выгодна, вследствие больших потерь мощности. Причина этих потерь в индуктивных и емкостных свойствах кабеля, ведущих к сдвигу фазы напряжения и тока между собой. Чем длиннее и ближе между собой три фазных провода, тем выше сдвиг фазы. Из-за сдвига фаз в теории, возможно, что переменное напряжение станет равным нулю. При этом и мощность тоже станет равной нулю.

Высоковольтная линия передачи постоянного тока

В 1960 году было решено, что на большие расстояния лучше всего передавать постоянный ток. Такой способ передачи используется на некоторых крупных западных электростанциях. В сеть выдается ток максимально возможного напряжения, для уменьшения потерь. Отсюда и произошло название – высоковольтная линия передачи постоянного тока.
Такая передача имеет следующие преимущества:
— используется два, а не три кабеля, что ведет к уменьшению несущих конструкций.
— отсутствуют емкостные и индуктивные потери, также не нужны корректирующие звенья.
Но в связи с необходимостью преобразовывать, ток из переменного в постоянный, а затем постоянный в трехфазный, для подачи потребителям, используется такой вид передачи электроэнергии на расстояния свыше 1000 км.
Также высоковольтную передачу тока применяют для передачи энергии от прибрежных ветроэлектрических установок к материку. Так как при таком виде передачи энергии, легче регулировать пики мощности в работе ветросиловых установках.

Источник: gk-rosenergo.ru