Kuhesabu Upotevu wa Nishati katika Usafirishaji
Katika mfumo wa umeme, si nishati yote ya umeme inayozalishwa kwenye kiwanda cha umeme humfikia mteja. Baadhi yake "hupotea" njiani kutoka kwenye kiwanda cha umeme, kituo kidogo, njia ya usafirishaji, na mtandao wa usambazaji. Hasara hizi hujulikana kama hasara za nishati. Kuhesabu hasara za nishati katika usafirishaji ni muhimu kwa kuboresha ufanisi, kupunguza gharama za uendeshaji, kubaini uwezo wa vifaa, na kudumisha ubora na uaminifu wa usambazaji. Makala haya yanajadili dhana, sababu, na mbinu za vitendo za kuhesabu hasara za nishati katika njia za usafirishaji.
1. Upotevu wa nishati ya upitishaji ni nini?
Upotevu wa nishati ya upitishaji ni tofauti kati ya nishati ya umeme inayotumwa kutoka sehemu ya kutuma na nishati inayopokelewa katika sehemu ya kupokea ya mfumo wa upitishaji. Kwa ufupi:
Kupoteza nishati = Nishati iliyotumwa – Nishati iliyopokelewa
Hasara hizi si takwimu za uhasibu tu; kwa kweli hubadilika kuwa joto katika kondakta, kiini cha transfoma, na ni matokeo ya matukio ya uwanja wa umeme na sumaku. Katika kiwango cha mfumo, hasara kwa kawaida huonyeshwa katika kWh kwa nishati, au kW/MW kwa nguvu katika mzigo fulani. Hasara za asilimia pia hutumiwa mara nyingi:
Asilimia ya hasara = (Nguvu ya hasara / Nguvu ya kutuma) × 100%
2. Sababu kuu za upotevu wa maambukizi
Hasara za maambukizi kwa ujumla zimegawanywa katika vipengele kadhaa:
a) Upotevu wa Shaba (upotevu wa I²R)
Hii ndiyo inayotawala zaidi kwenye mkondo. Wakati mkondo unapita kupitia kondakta ambayo ina upinzani, joto huzalishwa kwa kiasi cha:
P\_hasara = I² × R
Kadri mkondo unavyoongezeka, hasara huongezeka mara nne. Kwa hivyo, kuongeza volteji ya upitishaji kwa nguvu ile ile kutapunguza mkondo, na kupunguza hasara kiotomatiki.
b) Hasara kutokana na athari ya ngozi na ukaribu wake
Katika mkondo mbadala, mkondo huelekea kutiririka kando ya uso wa kondakta. Hii huongeza upinzani mzuri ikilinganishwa na upinzani wa DC. Katika kondakta zilizo karibu, usambazaji wa mkondo pia huathiriwa (athari ya ukaribu). Zote mbili huongeza hasara za I²R, haswa katika masafa ya mfumo (50 Hz nchini Indonesia), ingawa athari hutamkwa zaidi kwa kondakta wakubwa.
c) Kupoteza kwa Corona
Korona hutokea wakati uwanja wa umeme unaozunguka kondakta unapokuwa na nguvu ya kutosha kuiga hewa, na kusababisha kelele za mlio, mwingiliano wa redio, na upotevu wa umeme. Korona huongezeka kwa volteji nyingi, nyuso mbaya za kondakta, hali ya hewa ya unyevunyevu, au mvua. Hasara za Korona huwa kubwa katika mifumo ya EHV/UHV.
d) Upotevu wa dielectric na uvujaji wa insulation
Vihami joto na vifaa vya kuhami joto vina hasara ndogo za dielektri. Zaidi ya hayo, kuna mkondo wa uvujaji wa uso, hasa wakati kihami joto ni kichafu au chenye unyevu. Thamani hii kwa kawaida huwa ndogo kuliko hasara ya I²R, lakini bado inahesabiwa katika tafiti za kina.
e) Hasara katika vifaa vinavyohusiana (transfoma na vinu vya umeme)
Ingawa si "mstari" tu, mistari ya usambazaji karibu kila mara huhusisha vituo vidogo na transfoma. Transfoma zina:
– Hasara isiyo na mzigo (hasara ya msingi): isiyobadilika kulingana na mzigo.
– Kupoteza mzigo (kupoteza shaba): inategemea mkondo/mzigo.
Ikiwa lengo la utafiti ni "hasara za upitishaji wa mfumo" kutoka basi hadi basi, hasara za transfoma kwa kawaida hujumuishwa.
3. Data inahitajika kwa ajili ya hesabu
Ili kuhesabu hasara za upitishaji kitaalamu, data inayohitajika kwa ujumla ni:
1. Mzigo/usambazaji wa P (MW) na Q (MVar) au nguvu katika sehemu ya kupokea/kutuma.
2. Volti ya mfumo (kV), awamu ya mfumo aina ya 1/awamu ya 3.
3. Vigezo vya njia: upinzani R (Ω), mmenyuko X (Ω), na ikiwa ni lazima uwezo/upitishaji (modeli ya π).
4. Urefu wa mstari (km) na aina ya kondakta ili kubaini R kwa kila km.
5. Pakia wasifu dhidi ya muda unapohesabu upotevu wa nishati wa kila siku/mwezi/mwaka.
4. Kuhesabu upotevu wa umeme kwa kutumia mbinu rahisi
a) Mfumo wa awamu 3
Kwa mistari ya awamu 3, jumla ya upotevu wa nguvu ya shaba:
P\_hasara = 3 × I² × R\_awamu
Ikiwa nguvu inayotumika inayosambazwa na kipengele cha nguvu kinajulikana:
– P = √3 × V\_LL × I × cos φ
Kisha mkondo:
– I = P / (√3 × V\_LL × cos φ)
Mara tu nitakapojulikana, iandike kwenye fomula ya upotevu ya I²R.
Mfano mfupi:
Kwa mfano, upitishaji wa kV 150, nguvu ya MW 50, kipengele cha nguvu 0,9, upinzani kamili kwa kila awamu ya 2 Ω.
Ya sasa:
I = 50×10⁶ / (√3 × 150×10³ × 0,9) ≈ 214 A
Pata hasara:
P\_hasara = 3 × 214² × 2 ≈ 275 kW
Hii inaonyesha kwamba hasara ni nyeti sana kwa mkondo (mzigo) na upinzani kamili wa mstari.
b) Kutumia kigezo R kwa kila km
Ikiwa R inajulikana kwa kila kilomita, kwa mfano 0,06 Ω/km kwa kila awamu, na urefu ni kilomita 80:
Awamu ya R = 0,06 × 80 = 4,8 Ω
Kisha tumia fomula hiyo hiyo.
5. Hesabu hasara za nishati (kWh) kutoka kwa hasara za nguvu (kW)
Upotevu wa nguvu (kW) hubadilika baada ya muda kadri mzigo unavyobadilika. Kwa kudhani upotevu wa nguvu unaoendelea kwa muda fulani:
E\_hasara = P\_hasara × t
Ikiwa P\_loss = 275 kW kwa saa 10:
E\_hasara = 275 × 10 = 2.750 kWh
Kwa hesabu inayoeleweka zaidi, tumia data ya mzigo wa saa (wasifu wa mzigo). Kokotoa I kwa saa → P\_hasara kwa saa → jumla ya saa zote:
Hasara ya kila siku ya E = Σ (P, saa × saa 1)
Kwa kuwa P \_loss ∝ I², hesabu kulingana na wastani wa mkondo si sahihi kila wakati. Ni bora kutumia data ya muda (k.m., dakika 15 au saa 1).
6. Mbinu ya hali ya juu: hesabu ya hasara kupitia mtiririko wa umeme (mtiririko wa mzigo)
Katika mitandao ya usafirishaji wa mabasi mengi, hasara hazihesabiwi kwa urahisi kwa kutumia fomula moja kwa sababu mkondo umegawanywa katika mistari mingi na volteji za basi hutofautiana. Njia ya kawaida ni utafiti wa mtiririko wa umeme kwa kutumia programu (ETAP, DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, OpenDSS, au pandapower).
Kimantiki:
– Upotevu wa nguvu kwenye mstari unaweza kuhesabiwa kutokana na tofauti katika nguvu changamano katika ncha za kutuma na kupokea:
S\_hasara = S\_tuma – S\_pokea
na P\_loss = Re(S\_loss) .
- Vinginevyo, kutoka kwa mkondo wa matokeo ya mtiririko wa umeme na thamani ya R:
P\_hasara = 3 × |I|² × R.
Mbinu hii pia inaruhusu kuhesabu hasara za transfoma, hasara za shunt, pamoja na athari za mipangilio ya bomba la transfoma na fidia tendaji.
7. Jinsi ya kupunguza hasara za maambukizi
Mara tu hasara zitakapohesabiwa, hatua inayofuata ni kupunguza athari. Baadhi ya mikakati ya kawaida ni pamoja na:
1. Ongeza volteji ya upitishaji ili kupunguza mkondo (na hasara za I²R).
2. Kutumia kondakta zenye sehemu kubwa zaidi au vifungashio ili kupunguza upinzani na kukandamiza korona.
3. Fidia ya nguvu tendaji (capacitor, STATCOM, SVC) ili kupunguza mkondo tendaji na kuboresha kipengele cha nguvu.
4. Uboreshaji wa uendeshaji wa mtandao (kutuma upya, kuweka mipangilio ya kugonga, kuweka upya usanidi, uteuzi wa njia).
5. Utunzaji wa vihami joto na kondakta ili kupunguza uvujaji na matatizo ya korona kutokana na nyuso duni.
8. Kesimpulan
Kuhesabu hasara za nishati katika usafirishaji ni hatua muhimu katika kuboresha ufanisi wa mfumo wa umeme. Hasara kubwa zaidi kwa ujumla hutoka kwa I²R, ambayo huathiriwa sana na mkondo wa mstari na upinzani, huku uvujaji wa korona na insulation unaweza kuwa muhimu katika volteji za juu na chini ya hali fulani za mazingira. Mahesabu rahisi yanaweza kufanywa kwa kutumia fomula za msingi za mkondo na upinzani, huku kwa mitandao tata, uchambuzi wa mtiririko wa umeme unahitajika. Kwa kuelewa sababu na mbinu za hesabu, waendeshaji wa mifumo na wapangaji wanaweza kubaini hatua zinazofaa ili kupunguza hasara na kuboresha uaminifu wa usambazaji wa nishati ya umeme.
Ukitaka, naweza kurekebisha makala haya kwa muktadha maalum (k.m. 70 kV/150 kV/500 kV), kuongeza jedwali la mfano wa hesabu za saa, au kujumuisha fomula ya korona na modeli ya π ya mstari.
