Analýza ztrát napětí v elektrických rozvodných sítích | Gekoms
Analýza ztrát napětí v elektrických rozvodných sítích
Technické převybavení zemědělství, zavádění high-tech procesů získávání zemědělských produktů a zvýšení zásobování venkovského obyvatelstva elektrickými spotřebiči vyžaduje dostatečné množství elektrické energie odpovídající kvality.
Jedním z ukazatelů kvality elektřiny, regulovaných dokumentem [1], je odchylka napětí, která by neměla překročit:
- Pro osvětlení ±2,5 %.
- V normálním režimu ±5 %.
- V pohavarijním režimu ±10 %.
Definice výpočtového modelu
Je třeba poznamenat, že kladné i záporné odchylky napětí nad přípustnou úroveň mají nepříznivý vliv na elektrické přijímače.
Takže u asynchronní motory (AM) Při poklesu napětí se točivý moment sníží, skluz se zvýší a rychlost otáčení se sníží, proud se zvýší, což vede k dodatečnému ohřevu.
Životnost AD při dlouhodobém provozu při U = 0,9UH je snížena na polovinu, podle obrázku 1:
kde
- a — světelný tok žárovky.
- b — světelná účinnost žárovky.
- in — točivý moment AD.
- g — životnost AD.
Zvyšování napětí vede ke zvýšení spotřeby jalového výkonu (ze tří na sedm procent na 1% nárůst napětí) a odpovídajícím ztrátám v distribuční síti.
Když jsou žárovky v provozu, mohou nastat následující závislosti:
- Při sníženém napětí se světelný tok sníží přibližně o 40 % při poklesu napětí o 10 %.
- Při zvýšení napětí o 10% se světelný tok zvýší o 40%, ale životnost lampy se sníží 3-4krát.
Plynové výbojky a zářivky včetně CFL (tzv. „úspora energie“) jsou méně citlivé na změny napětí:
- Při snižování U=(0,93..0,95)UH osvětlení je sníženo o 10..15%.
- Při poklesu napětí na U= (0,8..085)UH Je nemožné rozsvítit takové lampy.
V místech společného připojení k sítím o napětí 0,4. 10 kV se odchylka napětí vypočítá s přihlédnutím k napěťovým ztrátám v prvcích sítě (vedení, transformátory apod.) a potřebě zajistit přijatelnou odchylku napětí na svorkách elektrických přijímačů v režimu nejvyššího a nejnižšího zatížení.
Podle práce [2] by napětí na svorkách elektrického přijímače v režimu maximální zátěže nemělo být menší než 0,95UHa v režimu nejnižší zátěže překročit UH.
Ztráty napětí v libovolné části schématu elektrické sítě se určují pomocí známých vzorců podle prací [3].
Vzorec ztráty napětí pro elektrické vedení:
(1)
Vzorec ztráty napětí pro transformátory:
(2)
kde
- β je faktor zatížení transformátoru.
- Ui — jmenovité napětí napájecího centra.
- Rij, Xij — aktivní a reaktivní odpor sekce ij.
- Pi,Qi — činný a jalový výkon na začátku úseku.
- Ua a Up — činné a jalové složky napětí nakrátko.
Provádění výpočtů ztrát na základě přijaté metodiky
Výpočet ztrát napětí pro osm transformoven (TS) o výkonu 400..630 kVA v obci Zelenogorsk s faktorem zatížení transformátoru 0,35..0,98.
Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 1:
Na základě dat byly vytvořeny grafy, obrázek 2:
kde
- —— zatížení v roce 2009.
- — — — — předpokládané zatížení na rok 2015.
Z provedených výpočtů je zřejmé, že výše uvedené požadavky Řádu elektroinstalace pro napěťové úrovně nejsou vždy splněny.
Na základě výpočtů byly identifikovány následující vzorce spolehlivosti elektrických sítí:
- Pro TP1 je tedy úroveň napětí pod přípustnou úrovní jak pro režim maximální spotřeby energie, tak pro režim minimálního a nouzového režimu pro všechny elektrické přijímače.
Pro světelnou zátěž, která je hlavní pro sektor bydlení a veřejných služeb, nejsou pro TP1, TP5 a TPXNUMX splněny požadavky předpisu o elektrické instalaci.
- Analýza napěťových ztrát v různých prvcích distribuční sítě (obrázek 2) ukazuje, že ztráty v elektrických vedeních se při změně zátěže z minima na maximum mění jen málo asi o 10 %, zatímco u transformátorů se tyto ztráty zvyšují téměř dvakrát.
- V souladu s [4] musí projekt nově budovaných elektrických sítí počítat s nárůstem elektrického zatížení o 5 % ročně.
Na základě toho byl proveden výpočet predikované hodnoty ztrát napětí ve stejných elektrických sítích pro výhledové období do roku 2015 (tečkované čáry na obrázku 2).
- Je zřejmé, že s růstem elektrického zatížení narůstají odchylky napětí od jmenovité hodnoty, a pokud při minimálním zatížení aktuálně nepřekročí ztráty napětí přípustné hodnoty, pak do roku 2015 predikovaná odchylka napětí překročí přípustné hodnoty.
Ani v současné době tak nejsou vždy splněny požadavky na zajištění přijatelné odchylky napětí na nejvzdálenějších elektrických přijímačích a s přihlédnutím k perspektivnímu růstu zátěže se bude ΔU zvyšovat a již při minimální zátěži v síti bude dosahovat nepřijatelných hodnot.
Možná řešení pro zajištění spolehlivosti elektrických sítí:
- Pro zajištění požadované napěťové úrovně na svorkách elektrických přijímačů je nutné provést technická opatření, která mohou spočívat v regulaci napětí trafostanice, kompenzaci jalového výkonu, změně parametrů vedení (zejména průřezu venkovního a kabelového vedení).
- Úroveň napětí v napájecím centru a u spotřebiče je regulována změnou transformačního poměru pomocí systémů přepínání vinutí transformátoru. Úroveň napětí v napájecím centru je regulována tak, aby bylo zajištěno normované napětí pro okolní spotřebitele.
Tato metoda není vždy proveditelná pro dlouhé venkovské elektrické sítě s významnými ztrátami napětí v samotných sítích.
- Snížení napěťových ztrát kompenzací jalového výkonu je obtížné realizovat u distribuovaných venkovských sítí s převahou světelných a topných zátěží malých jednotek výkonu.
Pro implementaci tohoto způsobu regulace napětí je zapotřebí speciální technicko-ekonomický rozbor.
Nejracionálnějším způsobem regulace napětí v takových sítích je podle našeho názoru rekonstrukce samotných sítí, která spočívá v pečlivém výpočtu:
- Elektrické zátěže.
- Stanovení průřezu a typů vodičů.
- Výběr vhodné úrovně napájecího napětí.
- Volba provozního režimu prvků elektrické sítě a dalších faktorů.
Jak ukázal rozbor, životnost většiny sítí je 30-50 let a vyžadují rekonstrukci.
