Изследване на загубите в силови трансформатори и анализ на тарифите за заплащане на

СОФИЯ

Катедра "Електрообзавеждане"

ДИПЛОМНА РАБОТА
ТЕМА: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАГУБИТЕ В СИЛОВИ ТРАНСФОРМАТОРИ И АНАЛИЗ НА ТАРИФИТЕ ЗА ЗАПЛАЩАНЕ НА

ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА ЕНЕРГИЯ

Съдържание:

ГЛАВА 1 Загуба на мощност и елктрическа енергия в елементите на електрическите мрежи..........................................................................................................4

1.1. Загуба на мощност и енергия в силови трансформатори ........................4

1.2. Работени процеси в трансформаторите.....................................................6

1.2.1. Режими на празен ход на трансформаторите............................................6

1.2.2. Режими на късо съединение на трансформаторите..................................9

1.2.3. Режими на натоварване на трансформаторите........................................11

1.3. Загуба на мощност в трансформаторите.................................................13

1.4. Загуба на енергия в трансформаторите.....................................................16

1.5. Енергийнадиаграма и к.п.д на трансформаторите..................................17

1.6. Определяне на загубите на мощност в елементите на електрическите мрежи.....................................................................................................................19

1.6.1. Загуби на мощност в електропроводи ВН с един товар.........................19

1.6.2. Загуба на мощност в електропроводи ВН с няколко товара..................20

1.6.3. Загуби на мощност в електропроводи СН и НН.....................................21

1.6.4. Товар и товарови графици.........................................................................22

1.7 Загуба на електрическа енергия в електрическите мрежи.....................24

1.7.1. Определяне загубите на електрическа енергия посредством числено интегриране на квадратичния товаров график ................................................24

1.7.2. Определяне на загубите на електрическа енергия посредством трайността на максималните загуби на мощност............................................25

2.1. Мощност и енергия.........................................................................................28

2.2. Организационни мероприятия за намаляване на загубите на мощност и електричека енергия ......................................................................29

2.2.1. Оптимизиране на броя на включените трансформатори.......................29

2.2.2. Екплоатация на електрическите мрежи при повишено напрежение....31

2.2.3. Ускоряване на ремонта и профилактичните прегледи..........................32

2.2.4. Оптимално разпределение на активната мощност между електрическите централи......................................................................................33

2.2.5. Симетриране на товарите между фазите................................................34

2.3. Технически средства и мероприятия, изискващи допълнителни капиталовложения ............................................................................................34

2.3.1. Компенсиране на реактивните товари на потребителите.....................35

2.3.2. Разместване на трансформаторите..........................................................38

2.3.3. Реконструкция на електрическите мрежи..............................................38

2.3.4. Намаляване на загубите от корониране в мрежи СВН..........................39

2.4. Програма за пресмятане нa загубите на мощност и електрическа енергия при сухи трансформатори...................................................................39

2.5. Изследване на загубите в трансформатори призводсво на ABB ...........43

ГЛАВА 3 Анализ начина на заплащане на електрическата енергия..........50

3.1. Директива на ЕС: Глава 14 „Енергетика” подобрява не на цената и качеството на електрическата енергия.........................................................50

3.1.1. История и принципи.................................................................................50

3.1.2. Подготовка за членство............................................................................50

3.2. Енергийна интензивност на макро секторите........................................52

3.3. Създавне и развитие на елктроенергиен пазр в страната.....................56

3.3.1. Нормативна рамка.....................................................................................54

3.3.2. Договори.....................................................................................................55

3.3.3. Етапи...........................................................................................................55

3.3.4. Структора и участие..................................................................................56

3.4. Ценова реформа в електроенергетиката.................................................. 58

3.5. Решение от 22.06.2006 г. На държаевната комисия по енергийно и водно регулиране ..................................................................................................60

3.6. Предизвикателства пред Българската енергртика при разпределение и снабдяване с електрическа енергия..................................................................66

3.6.1. Собственост върху елементите на електроразпределителната мрежа.66

3.6.2. Електроенергийна система на България.................................................67

3.6.3. Изкупуване на чуждите съоръжения.......................................................70

3.6.4. Развитие на електроразпределителната мрежа.......................................70

3.6.5. Калкулиране цената на услугата..............................................................71
ГЛАВА 4 Изводи и Препоръки..........................................................................72

Използвана литература.......................................................................................73

ГЛАВА ПЪРВА
ЗАГУБИ НА МОЩНОСТ И ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ В ЕЛЕМЕНТИТЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ МРЕЖИ
Пренасянето и разпределението на електрическата енергия е свързано със загубите на активна и реактивна мощност. Стойностите на тези загуби зависят от температурата, от големината на товарите, взаимното разположение на електрическите централи и основните консуматорите. Тъй като съвременните електро енергийната система (ЕЕС) с няколко номинални напрежения, към загубите на мощност в електропроводите се прибавят и загубите в трансформаторите.

Един от основните етапи при определянето на режимните параметри на електрическите мрежи е изчисляването на загубите на активна и реактивна мощност. [3]

Загубите на електрическа енергия в електрическите мрежи са значителна част от общатата произвеждана и пренасяна електрическа енергия. При проектирането на електрическата мрежа те оказват съществено влияние при избора на икономическия вариант на мрежата. Загубите на мощност и енергия зависят от броя на трансформациите и разстоянията, на които се пренася електрическата енергия, от материала и сечението на проводниците, от напрежението, големината на пренасяните мощности и от товаровият график на потребителите.[2]
1.1 Загуба на мощност и електрическа енергия в силови трансформатори
Трамсформаторът е статично електромагнитно устрйство, което има две и повече индуктивно свързани намотки, предназначено за преобразуване чрез електромагнитна индукцич на една или няколко променливо токови системи в една или няколко други системи с други стойности на напрежението и тока.

Трансформатор с две намотки се нарича двунамотъчен. Намотка на многофазен трансформатор е съвкупност от всички фазни намотки с еднакво напрежение, свързано по определен начин. Броят на отделните фазни намотки е равен на броя фазите на променливия ток. Има еднофазни, двуфазни, трифазни и многофазни трансформатори.

Намотката, към която се подава електрическата енергия, се нарича първична, а намотката, от която се отвежда електрическата енергия, е вторична. Всички величини (напрежение, ток, съпротивление и др.), които се отнасят за първичната намотка, са вторични величини.

Намотката, съедининена към електрическата мрежа с по-високо напре- жение, се определя като намотка за високо напрежение ВН, а другата намотка е намотка за ниско напрежение НН.

Понижаващ трансформатор е този, чиято първична намотка е намотка ВН. Съответно повишаващ трансформатор е този, чиято първична намотка е намотка НН.

При включена първична намотка към електрическата мрежа с напре- жение U1 в зависимост от включения импеданс на изводите на вторичната намотка се определят трите работни състочния на трансформатора (фиг. 1.1).

Когато вторичната намотка е отворена (фиг.1.1а), трансформаторът работи на празен ход.

Ако изводите на вторичната намотка са свързани накъсо чрез един проводник с пренебрежимо малък импеданс (фиг.1.1б), трансформаторът е в състояние на късо съединение.

Когато вторичната намотка е свързана към външната верига, която има определен импеданс (фиг.1.1в), трансформаторът работи под товар.

а) б) в)
Фиг. 1.1. Работни състояния на трансформатор

а) - празен ход, б) - късо съединение, в) ЁC натоварване
Трансформаторите имат голямо приложение в много области на техника -

та. В зависимост от тяхното предназначение съществуват следните оснновни ви - дове трансформатотори:

- силови трансформатори с общо предназначение. Те се използват в електроенергетиката, промишлеността и селското стопанство за премасяне и разпределение на електрическа енергия. Това е най-разпространения вид транс- форматори с много голям диапазон на мощността, приблизително от 1kVA до 600 000kVA.

- специални силови трансформатори: електропещни, заваръчни и др. Към тях се отнасят и трансформаторите за статични преобразователи (полупровод-никови вентили, живачни токоизправители и др.) за преобразуване на промен- ливия ток в постоянен ЁC изправяне, и на постоянния в променлив ЁC инвертиране.

- автотрансформатори за преобразуване на напрежението в относително тесни граници.

- измервателни трансформатори за измерване на тока и напрежението при включване в схема на измервателни апарати.

- изпитвателни трансформатори за получаване на много високо напре-жение, прадназначени за изпитване на електрическата якост на различни еле-ктротехнически изделия .

- радиотрансформатори обикновенно с малка мощност. Към тях се от- насят трансфораматорите предназначени за автоаматиката и изчислителанта техника, за получаване на импулсни сигнали, за преобразуване на честотата и др.

Независимо от голямото разнообразие на видове трансформатори основните електромагнитни процеси в тях са еднакви.
1.2 Работени процеси в трансформаторите
Изведените диференциални и комплексни уравнения за напре­женията и токовете и построените съгласно тях заместващи схеми са необходимият апарат за изследване на работния процес в транс­форматорите. Работният процес се изразява чрез трите основни режима, в които се намира даден трансфор- матор: празен ход; късо съединение; работа при натоварване.
1.2.1 Режим на празен ход на трансформатора
Празен ход на един трансформатор се осъществява, когато той е включен към първичната мрежа и тока µ §. Това означава че импедасът е µ §, т.е. вторичната намотка е отворена. В този случай основните уравне- ниея на трансформаторите са:

µ § (1.1)

където:

µ §,µ § - напрежението на първичната и вторичната намотка;

µ §,µ § - ефективната стойност на е.д.н. в първичната и вторичната намотка;

µ §- токът в първичната намотка;

µ §- активното съпротивление на първичната намотка;

µ §- реактивното съпротивление на първичната намотка;

µ §,µ §- импеданс на намагнитващия клон и импеданс на първичната на- мотка.

Забележка: Където има прим това означава, че съответните величини на вторичната намотка е приведена към първичната.

Токът на празен ход в първичната намотка µ § е равен на намагнитващия: ток µ §.

Комплексните уравнения (1.1) могат да се изобразят графически във вид на векторна диаграма, дадена на фиг.1.2. На векторната диаграма е изобразен основния хармоник на тока на празен ход µ §, който има две съставки активна µ §и реактивна µ §. Токът µ § е дефазиран спрямо потока Фm поради загубите на празен ход.

Следователно, ако първичното напрежение е синусоидална функция, е.д.н. и тока също се променят по синусоидален закон във времето.

Празният ход може да се ползва за опитно изследване на трансформа- торите. За целта се извършва опит на празен ход, чиято измервателна схема е дадена на фиг. 1.3. На първичната намотка се подава синусоидално напрежение с номинална честота, което се повишава плавно от 0,3 Uн до 1,1 Uн. Измерва се първичното напрежение U0. Токът на празен ход I0 и консумираната мощност P0.

От опита на празен ход се определят следните важни величини за трансформатора: коефициент на трансформация, намагнитващ ток, загуби на празен ход, съпротивления в намагнитващия клон на заместващата схема.
При празен ход падът на напрежение в пъвичната намот- е много малък. Обикновенно µ §. Поради това може да се приеме

µ §

e1- пълното е.д.н. на първичната намотка

фиг. 1.2 Векторна диаграма на трансформатора на празен ход
Консумираната мощност

µ §

µ § (1.2)

Понеже µ §>>µ § електрическите загуби в първичната намотка µ § при празен ход са пренебрежимо малки спрямо магнитните загуби в стоманата µ § така, че

µ § (1.3)

Фиг.1.3 Схема за опит на празен ход

а)еднофазен трансформатор; б)трифазен трансформатор
Загубите в стоманата се делят на основни µ § и допълнителни µ §

µ § (1.4)

Основните загуби в стоманата са загуби от хистерезис и загуби от вихро- ви токове.

Допълнителните загуби в стоманата при празен ход възникват по след - ните причини:

- в следствие промяна на структурата на стоманените пластини при тяхното механично обработване;

- поради неравномерно разпределение на индукцията в магнитопровода в мястото на допирането на пластините и местата около отворите за притискащите шпилки;

- от потоците на разсейване, които се затварят през конструктивните мета- лни детайли, греди, шпилки, казан и др.

Допълнителните загуби не се поддават на точни изследвания. Изследва- нията са показали, че при индукции µ § Т (нормални за съвремен- ните трансформатори, изработени със студено валцувана стомана),

µ §

Опитът показва, че магнитните загуби малко зависят от температурата на магнитопровода.

1.2.2 Режим на късо съединение на трансформатора

µ § (1.5)

Късото съединение, ако възникне случайно в експлоатационни условия при номинално първично напрежение, е авариен процес, тъй като през намотките протичат голями токове.

Ако късото съединение се създава при понижено първично напрежение, то може да се използва, както и празният ход за изследване на трансформатора. Затова се извършва опит на късо съединение, чрез който се определят редица важни параметри на един трансформатор. Схемата на опитната постановка е показана на фиг. 1.4. Напрежението на първичната намотка с номинална честота се изменя плавно от някаква минимална стойност до такава стойност, при която токовете в намотката не са по големи с 10-20% от номиналните.

Опитните зависимости µ §, µ § и µ § се наричат характеристики на късо съединение. От опита на ктсо съединение се определят съпротивленията на късо съединение, напрежението на късо съединение и загубите на късо съединение.

Фиг 1.4 Схема за опит на късо съединение

а)еднофазен трансформатор ; б)трифазен трансформатор
Ако се приеме, че µ § (симетричен четириполюсник), следва, че µ §. Тогава е.д.н. при късо съединение е µ §.Магнитни- ят поток в стоманения магнитопровод е много малък и магнитните загуби в стоманата при опит на късо съединение могат да се пренебрегнат (те са 200-1500 пъти по-малки в сравнение с тези при празен ход ). Приема се, че цялата консу-мирана мощност покрива електрическите за губи при късо съединение.

За еднофазен трансформатор загубите на късо съединение са:

µ § (1.6)

µ §

Електрическите загуби в намотките се състоят от основни µ § и допълнителни µ §. Основните загуби се определят от съпротивлениято на намотките, измерени с постоянен ток µ § и µ §. Те са

µ § (1.7)

(за еднофазен трансформатор)

Допълнителните загуби в намотките се предизвикват от магнитните полета на разсейване, които индуктират вихрови токове в проводниците. Ако намотката има паралелно свързани проводници с непълна транспозиция, възникват и циркулационни (изравнителни) токове.

Вихровите и циркулационните токове се наслагват върху основния работен ток и предизвикват неравномерно разпределение на пълния ток в сечението на проводника. Това е ефект на токово изместване. В резултат на това възникват допълнителни загуби в намотките. Тяхното изчисление е сложно и се базира на достатъчно точно определяне на магнитните полета на разсейване.

Допълнителните загуби възникват и в стените на казана, капака и други метални конструктивни детайли от индуктираните в тях вихрови токове от магнитен потоци на разсейване. Точното изчисление на тези загуби е извънредно трудно поради сложния характер на разпределението на полето на разсейване. Използват се приблизителни формули.

Обикновено допълнителните електрически загуби в намотките се отнасят към останалите, чрез корекции на съпротивленията µ § и µ §. Въвеждат се актив- ните съпротивления на намотките при променлив ток (50Hz) µ § и µ §, които се изразяват като:

µ § µ § (1.8)

където µ § и µ § са коефициенти които в нормални случаи имат стойности 1,05-1,15.

1.2.3 Режими на натоварване на трансформатора

Основните уравнения за напреженията и токовете, които се използват при анализа на натоварването на трансформаторите, са:

µ § (1.9)

където:

µ §-ток на намагнитващия клон;

µ §- токът във вторичната намотка;

µ §- активното съпротивлвнив на вторичната намотка;

µ §-индуктивното съпротивление на вторичната намотка.

При промяна на товара от празен ход до номинален и над него падът на напрежение в първичната намотка Z1I1 е значително по малък от първичното напрежение, поради което µ §. От това следва,че от празен ход до номинално натоварване основния магнитен поток се изменя незначително, т.е. Фм=const. Следователно намагнитващия ток Iм при промяна от празен ход до номинален товар ще се запази почти постоянен.

Комплексните уравнения (1.9) позволяват да се начертаят векторните диаграми при натоварване на трансформатора (фиг.1.5) Това са графични образи на уравненията в комплексната равнина. Те показват нагледно как са дефазирани във времето отделните синусоидални величини, представени чрез комплексни числа и условно приети за векторни величини.

Векторът на основния магнитен поток Фм се нанася в положителна посока на абцисната ос. С него съвпада реактивната съставка на намагнитващия ток µ §. На µ § напред се нанася активната съставка µ §. Сумата от двата вектора на

Фиг. 1.5 Векторни диаграми на трансформатор

а) при индуктивен товар; б) при капацитивен товар

намагнитващия ток µ §, който изпреварва Фм на ъгъл б. На µ § от Фм изостава е.д.н. µ §. Вторичният ток и вторичното напрежение са дефазирани на ъгъл ц2, които се определят от характера на товара. Като се прибавят към µ § падовете на напрежение във вторичната намотка, се получава е.д.н. µ §. Първичният ток µ § се намира, като към вектора на µ § се прибави обратния на 1800 вектор на вторичния ток µ §. Първичното напрежение µ § е сума от вектора на първичното е.д.н. завъртяно на 1800 (µ §), и падовете на напрежение в първичната намотка µ § и µ §. Факторът на мощността cosц1 се определя от ъгъла ц1 между векторите µ §иµ §.

Под загуби в трансформатора се разбира активната мощност, която се изразходва в магнитната система, намотките и другите части на трансформатора при различни работни състояния. Първична мощност е сумата от вторичната мощност и загубите.

µ § (1.10)

Приема се, че трансформаторът работи при номинално напрежение и честота. Загубите в трансформатора се разделят на три групи, които зависят от: токовете, индукцията в магнитопровода и напрежението.

Електрическите загуби в намотката са приблизително равни на мощността на късо съединение µ §. Пренебрегва се намагнитващия ток. От друга страна µ § може да се представи чрез мощността на късо съединение при номинални токове на намотките µ § и коефициента на натоварване µ §, при което се получава

µ § (1.11)

Магнитните загуби в стоманата µ § са приблизително равни на активната мощност на празен ход при нормално напрежение

µ §

От направения анализ следва, че загубите в трансформатора са сума от загубите на празен ход и загубите на късо съединене.

Мощността µ § се нарича изчислителна активна мощност. Тя може да се изрази чрез номиналната мощност µ § посредством формулата

µ § (1.12)

Съгласно БДС 3067-60 номиналната мощност на трансформатора е

µ § ; µ § (1.13)

където µ § е номиналното линейно вторично напрежение, равно на напреже- нието на празен ход.

Следователно, отдаваната полезна вторична мощност се различава от изчислената в същото отношение, както се различава напрежението µ § от действителното напрежение при натоварване µ §.

Загубите на активна мощност в стоманата ДPст се приемат равни на активните загуби на празен ход ДРпр х :

ДPст= ДРпр х (1.14)

Реактивните загуби в стоманата ДQст са в резултат на магнитния поток на разсейване, като

µ §µ § (1.15)

Загубите в намотката зависят от товара. Те се определят по формулата

µ § (1.16)

където ДPм са загубите в намотката ;

S - преминаващата през трансформатора мощност;

RТ - активното съпротивление на намотката на трансформатора.

При номинално напрежение за губите в намотката се определят от

µ § (1.17)

където ДРмн са загубите в намотката при номинален режим ;

Sн - номиналната мощност на трансформатора.

Реактивните загуби в намотката се изчисляват по формулата

µ § (1.18)

където XТ е реактивното съпротивление на трансформатора.

При номинално напрежение те се определят с израза

µ § (1.19)

където ДQмн представляват загубите на реактивна мощност в трансформатора при номинална мощност.

При трансформатори над 1000 kVA, където XТ>>RТ, реактивните загуби ДQмн се изчислява посредством формулата

µ § (1.20)

Общите загуби на активна мощност при двунамотъчни трансформатори се определя с израза

µ § (1.21)

При номинално напрежение се използва формулата

µ § (1.22)

Загубите на реактивна мощност в трансформаторите се определят аналогично с израза

µ §, (1.23)

а при U=Uн

µ § (1.24)

Загубите на активна мощност при група от n броя еднакви по мощност трансформатори, работещи в паралел и при U=Uн се изчислява с уравнението

µ § (1.25)

където S е цялата преминаваща през трансформаторите мощност;

Sн - номиналната мощност на един трансформатор.

При n броя различни по номинална мощност трансформатори, работещи в паралел, загубите на активна мощност са

µ § (1.26)

където Rекв е еквивалентното съпротивление на включените в паралел трансформатори, определено с израза

µ § (1.27)

Загубите на реактивна мощност при група от n броя еднакви трансформатори, работещи в паралел при U=Uн, са

µ § (1.28)

При различни по мощност трансформатори, работещи в паралел, загубите на реактивна мощност се определят с уравнението

µ § (1.29)

където:

µ §

µ §, (1.30)

µ § (1.31)

където S1, S2 и S3 са пълните мощности, преминаващи през съответните намотки;

RT1, RT2 и RT3 ЁCактивните съпротивления на намотките;

XT1, XT2 и XT1-реактивните съпротивления на намотките.

При номинално напрежение загубите на активна и реактивна мощност могат да се определят с изразите

µ § (1.32)

µ §µ § (1.33)

където ДРМН1, ДРМН2, ДРМН3, ДQМН1, ДQМН2, ДQМН3 са загубите на активна и реактивна мощност в съответните намотки при товар, равен на номиналната мощност на намотката;

µ § е отношението на номиналната мощност на съответната намотка, към номинална мощност на трансформатора. Този коефициент има стойност 1 или 2/3 в зависимост от мощността на намотката. [3]
1.4 Загуби на енергия в трансформаторите
Загубите на енергия в трансформаторите са два вида: постоянни и променливи.

Постоянните загуби са загубите в магнитопровода на трансформаторите. Те се определят, като се умножат постоянните загуби на мощност в трансформатора с времето, през което той е включен в мрежата. Определят се с уравнението:

ДA=ДP.t

където ДA - загуба на електрическа енергия;

t - време през което трансформатора е включен към мрежата.

Променливите загуби са загуби в намотката на трансформатора. Те зависят от товаровият график на потребителите. Определят се с уравнението

µ § (1.34)

където ф - условно времетраене на максималните загуби на мощност;

Pmax - максимална активна мощност на трансформатора;

cosц - фактор на мощността;

Uн- номинално напрежение на трансформатора.

Следователно общото уравнение, с което могат да се определят загубите на електрическа енергия, има вида

µ § (1.35)

където ДPСТ е загубата на активна мощност в магнитопровода. Приблизително е равна на загубата на активна мощност при празен ход на трансформатора;

ДPmax ЁC максималната загуба на мощност в намотките на трансформатора:

µ §[2] (1.36)
1.5 Енергийни диаграми и к.п.д на трансформаторите
Преобразуването на енергията в трансформатора е съпроводено със загуби. На (фиг.1.6) е показана енергийната диаграма на активната мощност на трансформатора. Към първичната намотка се подава мощност P1, която трябва да се трансформира. Една част от тази мощност се отделя във вид на загуби в първичната намотка на трансформатора, поради активното и съпротивление (pел1). Известна част от подадената мощност покрива загубите в магнитопровода на трансформатора pм (загуби от хистерезис и токове на Фуко), а pел2 са загубите в активното съпротивление на вторичната намотка. Останалата мощност P2 е полезната мощност на трансформатора. Колкото по-малко са загубите, толкова е по-ефективно преобразуването на енергията, като ефективността на това преобразуване се оценява количествено с коефициента на полезно действие

µ §.

Фиг. 1.6 Eнергийна диаграма за активната мощност на трансформатора
Така определените загуби може да се изчислят по следния начин. Загубите в първичната намотка са

µ § (1.37)

загубите в стоманата на магнитопровода са

µ § (1.38)

и загубите във вторичната намотка са

µ § (1.39)

Като се има предвид фиг.1.6, за полезната мощност се получава

µ § (1.40)

където µ §=µ § са общите загуби в трансформатора.

Тогава к.п.д. е

µ §. (1.41)

Често загубите в първичната и вторичната намотка се обединяват:

µ §. (1.42)

С достатъчна точност може да се смята, че тези загуби са равни на мощността на късо съединение при номинален ток, мощността на късо съединение при ток I1 е

µ §, (1.43)

където:

Загубите в стоманата на магнитопровода pм са почти постоянни и може да се прима, че са равни на мощността на празен ход:

µ §

където pм са загубите на празен ход (мощността на празен ход) при номинално напрежение.

Тогава загубите в трансформатора са

µ § (1.44)

Полезна мощност на трансформатора може да се представи в следния вид:

µ §. (1.45)

µ §-коефициент на натоварване

µ §

От тази формула следва, че к.п.д. на трансформатора е максимален при натоварване, при което постоянните загуби и променливите загуби са равни помежду си.

Фиг. 1.7 Eнергийна диаграма за реактивната мощност на трансформатора

При това, при електропроводи ВН активната проводимост се пренебрегва.

Ако се приеме, че капацитивните токове са много по-малки от товарния ток, може с известно приближение да се счита, че токът в началото на електро - провода I1 е равен на тока в края на електропровода I2:

µ § (1.46)

Фиг. 1.8 П-образна заместваща схема на електропровод ВН
При това разликата между мощностите S1 в началото и S2 в края на електропроводната линия се обуславя от разликата в напреженията U1 и U2.

Като се отчетат направените допускания, загубата на активна и реактивна мощност в електропроводите ВН се определя с изразите:

µ § (1.47)

µ § (1.48)

Тъй като S2=P2+Q2, (1.47) и (1.48) се употребяват в следния вид:

µ § (1.49)

µ § (1.50)

където: S1,P1,I1,Q1 и U1 са съответно пълната, активната и реактивната мощност, токът и напрежението в началото на електропровода;

S2, P2, I2, Q2 и U2 - съответно пълната активна и реактивна мощност, токът и напрежението в края на електропровода;

R и X - активно и реактивно съпротивление на електропровода.

При определянето на загубата на мощност в електропроводи ВН в (1.47),(1.48), (1.49), (1.50) мощностите и напреженията трябва да бъдат за една и съща точка от електропровода, тъй като в този случай те дефинират ток в тази точка.
1.6.2 Загуба на мощност в електропроводи ВН с няколко товара
Електропровода с няколко (n) товара (фиг.1.9) се разглежда като последователно разположени електропроводи с един товар в края. Изчислението на загубите на мощност започва от последния участък по (1.49) и (1.50), както следва:

Фиг. 1.9 Eлектропровод с няколко (n) товара

µ § (1.54)

µ § (1.56)

където Pi и Qi са съответно активния и реактивния товар на i-тия потребител;

ДPi и ДQi ЁC активните и реактивните загуби на мощност в i-тия участък на електропровода.

Загубите на мощност в целия електропровод се получават чрез сумиране загубите в съответния участък:

µ § (1.57)

- пренебрегва се изменението на напрежението по дължината на електропровода и се работи с номинално напрежение Uн;

- изчислението на загубите на мощност се извършва само въз основа на товарите на потребителя, като се пренебрегват загубите на мощност в предходните участъци.

В резултат на тези опростявания могат директно да се изчислят загубите на мощност в произволен участък к:

µ § (1.58)

µ § (1.59)

където: Pi и Qi са активния и реактивния товар на i-тия потребител.
1.6.4 Товар и товарови графици
Товарът (мощността или тока в даден момент на потребителите на електрическа енергия ) е активен и реактивен, но за практическите задачи се използват предимно показателите на активния товар. Товарите по стойност се подразделят на върхов (Pв), максимален (Pmax), минимален (Pmin), среден (Pср) и средноквадратичен (Pсркв), за даден период от време (денонощие, месец, година ) ЁC фиг. 1.10

Фиг. 1.10 Товаров график

Максималният (минималният) товар при оразмеряване на съораженията по допустимо нагряване е средният максималният (минималният) товар за периода от време 30 минути. Този среден товар обуславя нагряване на проводниците, равно на нагряването на действителния товар.

Средният товар е отношение на консумираната електрическа енергия А за даден период от време към продължителността на този период в часове:

µ § (1.60)

Използва се при изчисляване на електрическите товари.

Средноквадратичния товар е средноквадратичната стойност на ред от товари за определен период от време

µ § (1.61)

където P1ЎK.Pn е мощността за съответното време t1....tn.

Използвт се за определяне загубите на електрическа енергия.

Аналогични са определенията за реактивната мощност Q и пълната мощността S=P+jQ.

Товаров график ЁC графично представяне на товара във функция от времето. Товаровите графици се съставят поотделно за активната, реактивната и пълната мощност за денонощие, месец и година. Месечните и годишните товарови графици се съставят за максималните (1) и минималните товари (2)- фиг. 1.11.

Фиг. 1.11 Товарови графици на ЕЕС на РБ за 2004 г. :

1- максимални товари; 2- минимални товари
Денонощните товарови графици се съставят за характерни дни от седмицата: работен, празничен и предпразничен ден за различните видове потребители на електрическа енергия или за електроенергийната система като цяло. [2]

1.7 Загуби на електрическа енергия в електрическите мрежи

µ § (1.62)

където ДP са загубите на мощност;

Т е периодът от време, през който се определя загубите на електрическа енергия.

В действителност товарите в мрежите са променливи величини със случаен характер. Следователно загубите на електроенергия трябва да се определят чрез уравнението

µ § (1.63)

Практически този интеграл е нерешим, тъй като товаровият график е случайна функция, чиито аналитичен израз обикновено е неизвестна. Всичко това налага създаването на приблизителни, удобни за практика методи.
1.7.1 Определяне загубите на електрическа енергия посредством числено интегриране на квадратичния товаров график
Площта заградена от кривата на пълната мощност S(t) и координатните оси в определен мащаб представлява преминалата през електропровода активна и реактивна енергия:

µ § (1.64)

За определяне на годишните загуби на електрическа енергия е необходимо да се изходи от подредения годишен квадратичен товаров график (фиг.1.12). Неговите ординати представляват повдигнатите на квадрат стойности на ордината на графиката на пълната мощност S(t). Площта, ограничавано от кривата S2(t), и координатните оси в мащаб характеризират загубите на електрическа енергия:

µ § (1.65)

Фиг. 1.12 Подреден годишен квадратичен товаров график

µ § (1.66)

Колкото по-голям е броят на елементарните участъци, толкова по-висока е точността, с която се определят загубите, на нараства и обемът на извършените изчисления.

Поради тези трудности методът не е удобен за практически цели. Освен това трябва да е известен товаровият график на потребителите.

µ § (1.67)

Величината ф се нарича трайността на максималните загуби на мощност. Това е времето, през което, ако по електропровода преминава максимална мощност, ще се реализират същите загуби на електрическа енергия, както и при реалния товаров график в продължение на цялата година.

Стойността на ф се определя чрез приравняване на (1.65) и (1.67), при което се получава

µ § (1.68)

Следователно определянето на ф изисква решаване на интеграла от (1.63), който, както бе посочено, е аналитично нерешим, А.А.Глазуров [5] предлага следния практически метод за неговото решаване:

- потребителите се групират в зависимост от характера на товаровият график и използваемостта на максималния товар Тmax;

- за всяка група се строи представителен подреден годишен товаров график

- представителният график се заменя със стъпаловиден и чрез (1.66) се извършва числено интегриране, като се определят загубите на електрическа енергия ДА. След това се определя ф:

µ § (1.69)

Изчисляването на стойностите на ф се извършва при предположение, че графикът на активната и реактивната мощност има еднаква конфигурация, а коефициента на мощност е еднакъв през цялата година и равен на средното му значение cosцср. Практическата стойност на метода се състои в предварително изчисление на ф и в построяването на номограмата показана на фиг.1.13. Оказва се, че ф зависи основно от Тmax, cosц и от типа на товаровият график. От дадената номограма лесно могат да се отчетат стойностите на ф за всеки конкретен случай. [3]

Фиг.1.13 Зависимост на трайността на максималните загуби на мощност ф от Tmax и фактора на мощността cosц

µ § (1.70)

След отчитане на стойностите на ф, загубите на електрическа енергия се определят по формулата (1.67).

Когато не са известни товаровият график и максималния товар, а само средният товар, за определяне на загубите на електрическа енергия може да се използва формулата

µ § (1.71)

където Т е периодът от време, за който се изчисляват загубите на електрическа енергия.

Формула (1.71) се препоръчва при коефициент на формата на товаровият график µ §, определен с отношението

µ § (1.72)

където µ § е ефективната стойност на тока.

Методът за определяне на загубите на електрическа енергия чрез трайността на максималните загуби на мощност ф се препоръчва при стйност- ите на коефициента на плътност kпл <0,65. При µ §се препоръчва да се използва средният товар.

Коефициентът на плътност показва степента на запълване на товаровият график и се дефинира с отношението µ §.

Точността на метода зависи от степента на съвпадение на реалния товаров график на електропровода с представителния товаров график, при който са определени стойностите на ф в номограмата от фиг.1.13. Грешките могат да достигнат до 15-20 %.

Загубите на електроенергия в трансформаторите се определят с израза

µ § (1.73)

където ТГ е времето на включване на трансформатора под напрежение.

При няколко еднакви трансформатора, работещи в паралел, но с различна продължителност на включване, сумарните загуби на електроенергия са

µ §, (1.74)

където m е броят на характерните режими на натоварване през годината;

ni, ti и Si са съответно броят, времето и мощността на паралелно работещите трансформатори. [3]