112703.pptx

1. Електричні системи і мережі

Лекція 3 – Загальна характеристика втрат
енергії та потужності в електричних
мережах.
Характеристики
споживачів
електроенергії та графіки навантаження.

2. Витрати електричної енергії на власні потреби

Витрати електричної енергії на її транспортування називають втратами.
Витрати електричної енергії на її передавання можна поділити на дві групи:
1 група - витрати електричної енергії на власні потреби електричних підстанцій
та електричних мереж;
2 група - технічні втрати електричної енергії в устаткуванні електричних мереж.
Витрати електричної енергії на власні потреби підстанцій та електричних
мереж пов’язані із необхідністю забезпечення роботи технологічного устаткування
підстанцій та електричних мереж, а також життєдіяльності обслуговуючого
персоналу. Такі витрати включають до свого складу:
витрати на систему управління підстанції;
витрати на охолодження та обігрів устаткування підстанції;
витрати на роботу компресорів та пневматичних приводів вимикачів;
витрати на обігрів приміщення;
витрати на освітлення та вентиляцію;
витрати на поточний ремонт обладнання;
витрати на плавку ожеледі на проводах повітряних ліній.

3. Технічні втрати

Технічні втрати обумовлені фізичними процесами в проводах
ліній електропередавання та іншому устаткуванні електричних мереж,
які мають місце під час передавання електричної енергії. Такі втрати
можна поділити на три групи:
1. втрати неробочого ходу, які мають місце протягом усього періоду,
коли устаткування електричних мереж знаходиться під дією робочої
напруги. До таких втрат відносять втрати неробочого ходу (втрати в
сталі) силових трансформаторів, діелектричні втрати в ізоляції
кабельних ліній електропередавання тощо;
2. навантажувальні втрати, які мають місце лише під час передавання
електричної енергії, тобто під час протікання робочих струмів. До таких
втрат відносять втрати енергії на нагрівання проводів ліній
електропередавання та обмоток трансформаторів (втрати в міді) тощо;
3. кліматичні втрати, які визначаються поточними кліматичними
умовами. До таких втрат відносять втрати електричної енергії на корону,
втрати через струми витоку.

4.

Технологічні втрати
Транзитні втрати – це втрати електричної енергії, пов’язані з передаванням
електричної енергії із однієї енергосистеми в іншу по електричним мережам третьої
електричної системи (рис.). По суті, це технічні втрати, а їх виділення пов’язане з
проблемами упорядкування організаційної та комерційної діяльності суб’єктів
господарювання в галузі електроенергетики.
ЕС1
ЕС2
ЕС3
втрати
Розглянуті вище втрати електричної енергії, які мають місце під час передавання
електричної енергії, називають технологічними втратами електричної енергії.
Крім таких втрат часто розглядають ще дві групи втрат, які мають місце під час
реалізації електричної енергії:
• інструментальні втрати;
• комерційні втрати.

5. Інструментальні втрати електричної енергії пов’язані із недоврахуванням електричної енергії, обумовленими технічними

Інструментальні та комерційні втрати
Інструментальні
втрати
електричної
енергії
пов’язані
із
недоврахуванням
електричної
енергії,
обумовленими
технічними
характеристиками та режимами роботи приладів урахування електричної
енергії (лічильників, вимірювальних трансформаторів напруги та струму
тощо). Також до цієї групи відносять втрати, обумовлені непрямими
вимірюваннями відпущеної та спожитої електроенергії шляхом певних
електротехнічних
розрахунків.
Комерційні втрати електричної енергії обумовлені людським фактором
та
включають
до
свого
складу
- крадіжки електричної енергії через зміну показників лічильників;
- несанкціонований відбір електричної енергії поза лічильниками;
- часткова або повна несплата за спожиту електричну енергію.
Інструментальні та комерційні втрати не пов’язані із фізичними
витратами електричної енергії в електроенергетичних системах, а лише
визначають проблеми комерційної діяльності в електроенергетиці, пов’язані з
викривленням результатів вимірювань спожитої електроенергії та її
крадіжками. Інструментальні втрати, як такі, що не залежать від людського
фактору, часто відносять технологічних втрат енергії разом з технічними
втратами
та
витратами
на
власні
потреби.

6. Ілюстрація процесів нагрівання та охолодження проводів та кабелів

Втрати електроенергії
Витрати на
передавання
електроенергії
Витрати на
власні
потреби
Втрати під час
реалізації
електроенергії
Технічні
втрати
І нструментальні втрати
К омерційні
втрати
Н авантажувальні втрати
К ліматичні
втрати
Транзитні
втрати
Технологічні втрати
Втрати
неробочого
ходу

7. Характеристики споживачів електроенергії та графіки навантаження

Основне призначення електричних систем полягає у забезпеченні
електричною енергією під’єднаних споживачів. Загалом розрізняють такі основні
групи споживачів:
промислові;
сільськогосподарські;
транспорт;
будівництво та інші непромислові;
комунально-побутові.
До групи промислових споживачів відносять електродвигуни, освітлення,
електропечі та інші перетворювачі електричної енергії, встановлені на промислових
підприємствах. До групи сільськогосподарських споживачів відносять
електроприймачі фермерських господарств, сільськогосподарських підприємств тощо.
До групи споживачів електрифікованого транспорту відносять навантаження
тягових підстанцій електрифікованих залізниць, тягових підстанцій трамваїв,
тролейбусів, метро тощо. До групи споживачів будівництва та інших
непромислових
підприємств
відносять
двигуни,
освітлення
та
інші
електроприймачі, встановлені на будівельних майданчиках та на інших
непромислових підприємствах. До групи комунально-побутових споживачів
відносять освітлення жилих та громадських приміщень, зовнішнє освітлення вулиць,
ліфтові господарства, побутові прилади тощо.

8. Типовий розподіл споживання електричної енергії між споживачами різних типів енергосистем України

Таблиця 1 - Структура споживання електричної енергії в Україні
Фактичне
споживання
електроенергії
(млн. кВт г)
32823,9
1745,9
4303,5
492,9
9053,0
3337,4
19704,5
Групи споживачів
Промисловість
Сільське господарство
Транспорт
Будівництво
Комунально-побутові споживачі
Інші непромислові споживачі
Населення
Питома вага, %
45,9
2,4
6,0
0,7
12,7
4,7
27,6
Населення 27,6%
Промисловість
45,9%
Рисунок
1
Структура
споживання
електричної
енергії в Україні
Інші
непромислові
4,7%
Комунальнопобутові
спож ивачі
12,7%
Будівництво
0,7%
Транспорт
6,0%
С/ г 2,4%

9. Класифікація споживачів електричних систем

За родом струму споживачів поділяють на три групи:
споживачі змінного струму промислової частоти;
споживачі змінного струму підвищеної або зниженої
частоти;
споживачі постійного струму.
За номінальною напругою споживачів поділяють на дві групи:
низьковольтні з номінальною напругою до 1 кВ;
високовольтні з номінальною напругою 1 кВ та вище.
За вимогами надійності розрізняють три групи споживачів:
першої категорії;
другої категорії;
третьої категорії.

10. Графік електричного навантаження

Графік електричного навантаження – це графічне зображення зміни
інтенсивності споживання електричної енергії у часі. Графіки навантаження,
зазвичай, будують у прямокутних координатах, де за віссю абсцис відкладають
час, а за віссю ординат – потужність навантаження. Такі графіки являють
собою плавні, ламані або ступінчасті лінії. Їх будують для певних періодів часу
– доби, місяця, року.
Форма графіків навантаження визначається типами електроприймачів,
під’єднаних до електричної мережі та характеристиками їх режимів, зокрема
часом роботи. На рисунку 2 представлено типовий добовий графік сумарного
навантаження електроенергетичної системи.
P
Pmax
Pсер
Рисунок 2 - Типовий добовий графік
навантажень електроенергетичної
системи
Pmin
0:00
6:00
12:00
18:00
24:00
t, год

11. Добові графіки навантаження

максимальна потужність – найбільша протягом доби потужність споживачів
електричної енергії. На рис. 1 позначена Pmax;
мінімальна потужність – найменша протягом доби потужність споживачів
електричної енергії. На рис. 1 позначена Pmin;
середня потужність – фіктивна незмінна потужність з якою споживач працює
протягом доби та споживає таку саму кількість енергії, що і за реальним графіком.
Середню потужність визначають за виразом:
24
P t dt
Pcep 0
,
24
де Р (t) визначає залежність потужності навантаження від часу відповідно до графіку
навантаження;
коефіцієнт нерівномірності навантаження:
доб
Pmin
.
Pmax
• коефіцієнт щільності навантаження:
доб
Pcep
Pmax
.

12. Річний графік максимумів

P, %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Рисунок 3 - Річний графік
максимумів навантажень
t, міс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
P, %
100
90
80
70
60
Рисунок 4- Річний графік
навантажень за тривалістю
50
40
30
20
10
0
8760
t, год

13. Річний графік максимумів

Графіки навантаження та графіки за тривалістю будують у
координатах потужність-час, тому очевидно, що площа фігури,
обмежена таким графіком пропорційна кількості енергії, переданої
по електричній мережі та спожитої електроприймачами за
відповідний період. Це означає, що для визначення кількості енергії,
переданої через електричну мережу протягом певного періоду слід
скористатися одним з наступних виразів:
T
Aрiк P t dt.
0
для графіків у вигляді безперервної кривої, або
T
Aрiк P t t.
0
для ступінчастих графіків. В наведених виразах P (t) визначає
потужність навантаження електричної мережі у відповідний момент
або період часу відповідно до графіків навантаження, або графіків
навантаження за тривалістю; Т – тривалість періоду, протягом якого
визначають кількість переданої енергії (наприклад, для року T =
8760 год).

14. Графічна інтерпретація часу максимального навантаження

Якщо реальний графік навантаження замінити фіктивним графіком прямокутної форми
еквівалентної площі та фіксованим значенням навантаження, яке дорівнює максимальному
навантаженню електричної мережі за реальним графіком, то абсциса такого графіку визначить
фіктивний час максимального навантаження ( рис. 5).
P, %
100
90
80
70
Рисунок 5 - Графічна інтерпретація часу
максимального навантаження
60
50
40
30
20
10
0
Tmax
8760 t, год
Час максимального навантаження це такий фіктивний час, протягом якого електрична
система працює з максимальним навантаженням та передає або споживає таку саму кількість
енергії, що й за реальним графіком. Таким чином, кількість енергії, переданої через електричну
мережу протягом року можна визначити за виразом:
Aрiк PmaxTmax
8760
Час максимального навантаження визначають за виразом:
Величина часу
навантаження:
максимального
навантаження
Tmax рік 8760
Tmax
відбиває
Aрiк
Pmax
щільність
P t dt
0
Pmax
річного
8760
P t t
0
Pmax
графіку

15. Середньозважене значення часу максимального навантаження

Споживачі електричної енергії є досить різноманітними за своїми типами, характеристиками,
властивостями та тривалістю споживання електричної енергії. Орієнтовні значення часу максимального
навантаження для типових споживачів складають:
освітлення – 1500-2000 год/рік;
комунально-побутове наватаження – 2500-3000 год/рік;
однозмінні підприємства – 1800-2500 год/рік;
двозмінні підприємства – 3900-4500 год/рік;
тризмінні підприємства – 5900-6200 год/рік.
Якщо навантаження електричної системи є неоднорідними та характеризуються різними
значеннями часу максимального навантаження, для визначення кількості енергії, переданої через
електричну мережу протягом року, використовують середньозважене значення часу максимального
навантаження. Останнє визначають за виразом:
N
P, %
100
P
Tmax cep i 1 N
T
max i max i
P
i 1
Pcep
max i
Рисунок 6 - Графічна інтерпретація середнього
навантаження
8760
t, год

16. Середнє навантаження електричної системи

Середнє навантаження електричної системи – це таке фіктивне
навантаження з яким електрична система працює протягом року та передає
або споживає таку саму кількість енергії, що і за реальним графіком.
Очевидно, що тут кількість енергії, переданої через електричну мережу
протягом року, визначають за виразом:
Aрiк Pcep 8760.
У свою чергу, потужність середнього навантаження визначають за
виразом:
8760
Pcep
Aрiк
8760
P t dt
0
8760
8760
P t t
0
8760
.
Зазначимо, що в практиці електротехнічних розрахунків найбільшого
поширення набув перший спосіб, через потужність максимального
навантаження та час максимального навантаження.