Беріліс кезіндегі энергия шығындарын есептеу
Электр жүйесінде электр станциясында өндірілген электр энергиясының барлығы тұтынушыға жетпейді. Оның бір бөлігі электр станциясынан, қосалқы станциядан, электр беру желісінен және тарату желісінен өтетін жолмен «жоғалады». Бұл шығындар энергия шығындары деп аталады. Электр беру кезіндегі энергия шығындарын есептеу тиімділікті арттыру, пайдалану шығындарын азайту, жабдықтың қуатын анықтау және жабдықтау сапасы мен сенімділігін сақтау үшін өте маңызды. Бұл мақалада электр беру желілеріндегі энергия шығындарын есептеудің тұжырымдамасы, себептері және практикалық әдістері талқыланады.
1. Тарату кезіндегі энергия шығындары дегеніміз не?
Тарату энергиясының шығындары - тарату жүйесінің жіберуші жағынан жіберілген электр энергиясы мен қабылдаушы жағынан алынған энергия арасындағы айырмашылық. Қарапайым тілмен айтқанда:
Энергия шығыны = Жіберілген энергия – Алынған энергия
Бұл шығындар тек есептік көрсеткіштер ғана емес; олар шын мәнінде өткізгіштерде, трансформатор өзегінде жылуға айналады және электр және магнит өрісі құбылыстарының нәтижесі болып табылады. Жүйе деңгейінде шығындар әдетте энергия үшін кВт/сағ немесе берілген жүктемедегі қуат үшін кВт/МВт түрінде көрсетіледі. Пайыздық шығындар да жиі қолданылады:
Шығын пайызы = (Шығын қуаты / Жіберу қуаты) × 100%
2. Беріліс шығындарының негізгі себептері
Беріліс шығындары әдетте бірнеше құрамдас бөліктерге бөлінеді:
a) Мыс шығыны (I²R шығыны)
Бұл арнадағы ең басым. Ток кедергісі бар өткізгіш арқылы өткенде, жылу мөлшері келесідей болады:
P\_жоғалту = I² × R
Ток күшейген сайын шығындар квадраттық түрде артады. Сондықтан, сол қуат үшін беріліс кернеуін арттыру ток күшін азайтады және шығындарды автоматты түрде азайтады.
b) Тері әсері мен жақындығына байланысты шығындар
Айнымалы ток кезінде ток өткізгіштің беті бойымен ағады. Бұл тұрақты ток кедергісімен салыстырғанда тиімді кедергіні арттырады. Көршілес өткізгіштерде токтың таралуына да әсер етеді (жақындық әсері). Екеуі де I²R шығындарын арттырады, әсіресе жүйелік жиіліктерде (Индонезияда 50 Гц), дегенмен әсер үлкенірек өткізгіштерде айқынырақ болады.
c) Коронавирустық шығын
Корона өткізгіштің айналасындағы электр өрісі ауаны иондауға жеткілікті күшті болған кезде пайда болады, бұл ысылдаған шуылға, радио кедергілеріне және қуаттың жоғалуына әкеледі. Корона жоғары кернеулермен, кедір-бұдыр өткізгіш беттерімен, ылғалды ауа райымен немесе жаңбырмен артады. Корона шығындары EHV/UHV жүйелерінде айтарлықтай болады.
d) Диэлектрлік шығын және оқшаулағыштың ағуы
Оқшаулағыштар мен оқшаулағыш материалдардың диэлектрлік шығындары аз. Сонымен қатар, беткі ағып кету тогы болады, әсіресе оқшаулағыш кір немесе дымқыл болған кезде. Бұл мән әдетте I²R шығынынан аз болады, бірақ ол егжей-тегжейлі зерттеулерде есептеледі.
e) Байланысты жабдықтардағы (трансформаторлар мен реакторлар) шығындар
Тек «желі» болмаса да, электр беру желілері іс жүзінде әрқашан қосалқы станциялар мен трансформаторларды қамтиды. Трансформаторлардың:
– Жүктемесіз шығын (өзек шығыны): жүктемеге қатысты салыстырмалы түрде тұрақты.
– Жүктеме шығыны (мыс шығыны): токқа/жүктемеге байланысты.
Егер зерттеудің мақсаты шинадан шинаға «жүйелік беріліс шығындары» болса, трансформатор шығындары әдетте қосылады.
3. Есептеу үшін қажетті деректер
Техникалық тұрғыдан алғанда, беріліс шығындарын есептеу үшін әдетте келесі деректер қажет:
1. Қабылдау/жіберу жағындағы P (MW) және Q (MVAr) жүктеме/тарату немесе қуат.
2. Жүйелік кернеу (кВ), 1-фаза/3-фаза типті жүйе.
3. Арна параметрлері: кедергі R (Ω), реактивті кедергі X (Ω) және қажет болған жағдайда сыйымдылық/өткізгіштік (π моделі).
4. Км-ге R анықтау үшін желі ұзындығы (км) және өткізгіш түрі.
5. Күнделікті/айлық/жылдық энергия шығындарын есептеу кезінде жүктеме профилін уақытқа қарсы есептеңіз.
4. Қарапайым тәсілді қолдана отырып, қуат шығындарын есептеу
а) 3 фазалы жүйе
3 фазалы желілер үшін мыс қуатының жалпы шығыны:
P\жоғалту = 3 × I² × R\фаза
Егер берілетін белсенді қуат және қуат коэффициенті белгілі болса:
– P = √3 × V\_LL × I × cos φ
Содан кейін ток:
– I = P / (√3 × V\_LL × cos φ)
Мен белгілі болғаннан кейін, оны I²R шығын формуласына енгізіңіз.
Жылдам мысал:
Мысалы, 150 кВ беріліс қорабы, қуаты 50 МВт, қуат коэффициенті 0,9, фазадағы жалпы кедергі 2 Ом.
Ағымдағы:
I = 50×10⁶ / (√3 × 150×10³ × 0,9) ≈ 214 A
Шығынға ұшырау:
Шығын = 3 × 214² × 2 ≈ 275 кВт
Бұл шығындардың ток күшіне (жүктемеге) және желінің жалпы кедергісіне өте сезімтал екенін көрсетеді.
b) Км-ге R параметрін пайдалану
Егер R км-ге белгілі болса, мысалы, фазаға 0,06 Ω/км және ұзындығы 80 км болса:
R_фазасы = 0,06 × 80 = 4,8 Ом
Содан кейін сол формуланы қолданыңыз.
5. Қуат шығындарынан (кВт) энергия шығындарын (кВт/сағ) есептеңіз
Қуат шығындары (кВт) жүктеме өзгерген сайын уақыт өте келе өзгереді. Берілген аралықта қуат шығындарын тұрақты деп есептей отырып:
E\шығын = P\шығын × t
Егер 10 сағат ішінде шығын = 275 кВт болса:
E\_ысырап = 275 × 10 = 2.750 кВт/сағ
Нақтырақ есептеу үшін сағаттық жүктеме деректерін (жүктеме профилі) пайдаланыңыз. Сағатына I → сағатына P\_жоғалту → барлық сағаттардың қосындысын есептеңіз:
Күнделікті шығын = Σ (шығын сағат × 1 сағат)
P\_loss ∝ I² болғандықтан, орташа токқа негізделген есептеулер әрқашан дәл бола бермейді. Аралық деректерді (мысалы, 15 минут немесе 1 сағат) пайдаланған дұрыс.
6. Жетілдірілген тәсіл: қуат ағыны (жүктеме ағыны) арқылы шығынды есептеу
Көп шиналы тарату желілерінде шығындарды бір формуланы пайдаланып есептеу оңай емес, себебі ток бірнеше желілер бойынша бөлінеді және шина кернеулері әртүрлі болады. Жалпы әдіс - бағдарламалық жасақтаманы (ETAP, DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, OpenDSS немесе pandapower) пайдаланып қуат ағынын зерттеу.
Тұжырымдамалық тұрғыдан:
– Желідегі қуат шығынын жіберуші және қабылдаушы тараптардағы кешенді қуаттың айырмашылығынан есептеуге болады:
Шығын = Жіберу – Қабылдау
арқылы P\_loss = Re(S\_loss) болады.
– Балама ретінде, қуат ағынының нәтижесінен арна тогы және R мәні:
P\жоғалту = 3 × |I|² × R.
Бұл тәсіл трансформатор шығындарын, шунт шығындарын, сондай-ақ трансформатор кранының параметрлері мен реактивті өтемақының әсерін есептеуге мүмкіндік береді.
7. Беріліс шығындарын қалай азайтуға болады
Шығындар есептеліп болғаннан кейін, келесі қадам - азайту. Кейбір кең таралған стратегияларға мыналар жатады:
1. Ток күшін (және I²R шығындарын) азайту үшін беріліс кернеуін арттырыңыз.
2. Кедергіні азайту және тәжді басу үшін үлкен көлденең қимасы бар өткізгіштерді немесе жинақтарды пайдалану.
3. Реактивті токты азайту және қуат коэффициентін жақсарту үшін реактивті қуатты өтеу (конденсатор, STATCOM, SVC).
4. Желі жұмысын оңтайландыру (қайта жіберу, түрту параметрлерін орнату, қайта конфигурациялау, жолды таңдау).
5. Нашар беттерден туындайтын ағып кетулер мен тәж проблемаларын азайту үшін оқшаулағыштар мен өткізгіштерге техникалық қызмет көрсету.
8. Кесімпулан
Тарату кезіндегі энергия шығындарын есептеу электр жүйесінің тиімділігін арттырудағы маңызды қадам болып табылады. Ең үлкен шығындар, әдетте, желілік ток пен кедергіге қатты әсер ететін I²R-ден келеді, ал тәж бен оқшаулаудың ағуы жоғары кернеулерде және белгілі бір қоршаған орта жағдайларында айтарлықтай болуы мүмкін. Қарапайым есептеулерді негізгі ток және кедергі формулаларын пайдаланып жүргізуге болады, ал күрделі желілер үшін қуат ағынын талдау қажет. Жүйе операторлары мен жоспарлаушылар себептер мен есептеу әдістерін түсіну арқылы шығындарды азайту және электр энергиясын таратудың сенімділігін арттыру үшін тиісті шараларды анықтай алады.
Қаласаңыз, мен бұл мақаланы белгілі бір контекстке бейімдей аламын (мысалы, 70 кВ/150 кВ/500 кВ), сағаттық есептеулердің мысал кестесін қоса аламын немесе тәж формуласын және желінің π моделін қоса аламын.
