Методические указания по выполнению практической работы "Расчёт потерь в соединительных проводах"

ГБПОУ ИО «Иркутский техникум речного и автомобильного транспорта»

Преподаватель:

Медведева Любовь Васильевна

Методические указания по выполнению практической работы

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Расчёт потерь в соединительных проводах

Цель: выполнить расчёт потерь в соединительных проводах в однофазной цепи переменного тока.

Задание:

Для передачи электрической энергии в однофазной цепи переменного тока напряжением 220 В используется два медных одножильных  провода, проложенных в одной трубе. Определить потери напряжения в линии при передаче максимальной электрической мощности. Данные по вариантам приведены в таблице 1.

                          Данные к практической работе                             Таблица 1

Условные обозначения	вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
сечение провода  S, мм2	1	2,5	6	10	25	1	2,5	6	10	25
длина линии l, км	2	5	10	2	5	10	2	5	10	20

                             Длительно допустимые токовые нагрузки                                         Таблица 2

                                         проводов с медными жилами

Сечение жилы  S, мм2	1	2,5	6	10	25
Токовая нагрузка I, А	16	27	38	46	115

Удельное сопротивление меди = 0,018 Ом*мм/м

Ход работы

1.Повторить теоретический материал (приложение 1).

2. Выписать данные в соответствии с вариантом.

3. Выполнить расчёты (см. пример).

4. Сделать вывод.

Контрольные вопросы:

1. Назовите способы снижения потерь в линии передач.

2. Как можно уменьшить активное сопротивление линии передач?

3. Для чего параллельно нагрузке подключается батарея конденсаторов?

4. Объясните появление «часов пик» на графике нагрузки энергосистемы.

5. Как производится обеспечение потребителей в часы пик?

Пример выполнения расчёта

Дано: материал – медь, S = 4 мм², l = 2 км, U= 220 В.

Решение:

1. Длительно допустимая токовая нагрузка I_m = 38 А. (находим по таблице 2)

2. Сопротивление линии передач  R_л =  * l/ S:   R_л = 0,018*2000/4 =9 Ом

3. Максимальная передаваемая мощность Р_m = U*I:   Р_m = 220 * 38 = 8360 Вт

4. Потери напряжения в линии ∆ U= 2 Р_m* R_л/ U:  ∆ U = 2*8360*9/220 = 0,7 В

5. Потери напряжения в процентах ∆ U= ∆ U* 100/ U:  ∆ U =0,7*100/220=0,32%

Вывод: При передаче максимальной мощности 8360 Вт потери составляют       

              0,32%, что меньше допустимых потерь в 5%.

Приложение 1

Снижение потерь мощности при передаче электроэнергии*

Электроэнергетические системы обладают важной особен­ностью, которая заключается в том, что энергия передается от источников к потребителям практически мгновенно. Энергию нельзя запасать и накапливать. Процесс выработки электроэнер­гии и ее потребление происходят одновременно.

В любой момент времени в условиях установившегося режи­ма электрической системы генераторы электрических станций должны выработать мощность, равную мощности потребителей, и в то же время покрывать потери в сети, связанные с передачей электроэнергии. Иначе говоря, в сети должен соблюдаться ба­ланс вырабатываемой и потребляемой мощностей.

Важной задачей при создании электрических сетей и при их эксплуатации является снижение суммарных потерь активной мощности, что повышает КПД системы электроснабжения. Активная мощность потерь в линиях передачи связана с их ак­тивным сопротивлением Rл: ∆ Рл = Rл * I², где I — ток в линии.

Следовательно, для уменьшения потерь в линии необходимо уменьшать активное сопротивление линии и силу тока в ней. Уменьшение активного сопротивления линии связано с матери­алом проводов и их сечением. Применение вместо алюминиевых проводов медных действительно уменьшит сопротивление ли­нии при том же сечении. Но при этом возрастет стоимость ли­нии, так как медный провод дороже провода из алюминия. Экономические расчеты показывают, что суммарный эффект от применения медных проводов достигнут не будет, снижать поте­ри придется за счет уменьшения силы тока. Так как активная мощность Р = U*I *cos φ, для передачи той же мощности необходи­мо уменьшить силу тока за счет повышения напряжения в ли­нии. Именно этим объясняется использование таких больших напряжений в линиях электропередач, которые могут доходить до 1150 кВ. Однако дальнейшее повышение напряжения, как по­казывают исследования, нецелесообразно, поскольку это может привести к повышению стоимости самой линии и оборудования электрической сети. Кроме того, при более высоких напряжени­ях может появиться коронный разряд в проводах. Другим спосо­бом уменьшения силы тока в линии, является повышение коэффи­циента мощности Соs φ  в нагрузке. Для этого применяют батареи конден­саторов БК, подключаемых к нагрузке. Снижение коэффициен­та мощности связано с наличием индуктивностей в приемниках электрической энергии — в первую очередь, различных транс­форматоров и асинхронных двигателей привода практически всего станочного парка страны.

На рис. 1 приведена эквивалентная схема потребителя элек­троэнергии, которая содержит как активную составляющую R, так и реактивную — индуктивность L. На приведенной векторной диа­грамме видно, что за счет индуктивного характера нагрузки ток в ней и равный ему ток в линии отстает на некоторый угол φ₁ от на­пряжения в линии. После присоединения параллельно нагрузке компенсирующего конденсатора С через него пойдет ток i_c, опере­жающий напряжение в линии на 90°. Для определения силы тока в линии при наличии компенсирующего конденсатора необхо­димо на векторной диаграмме геометрически сложить векторы то­ка в конденсаторе I_с и тока в нагрузке I_нагр. Результирующий ток I_л в линии станет меньше первоначального за счет уменьшения сдвига по фазе между ним и напряжением в линии. В результате при сохранении в нагрузке первоначального тока ток в линии уменьшится, что снизит активные потери в ней. Вместо батарей конденсаторов в некоторых слу­чаях для повышения коэффици­ента мощности используют син­хронные компенсаторы. Как от­мечалось ранее, они представля­ют собой синхронный электро­двигатель, работающий в режиме холостого хода без нагрузки на валу. Изменением тока возбужде­ния регулируется величина эквивалентной емкости компенсатора. В отличие от батарей конденсаторов синхронный компенсатор, как любая электрическая машина, требует определенного ухода и присмотра. Поэтому для повышения коэффициента мощности предпочтение чаще отдается батареям конденсаторов. Они уста­навливаются не только непосредственно у потребителей электри­ческой энергии, но и на трансформаторных подстанциях.

___________________________________________________________________________________

* Электротехника и электроника: учебник для студ.учреждений сред. проф.образования/под ред. Б.И. Петленко. – М.: Академия, 2010.

 

Потребление электрической мощности в течение суток имеет обычно два пика (рис. 2): один приходится на дневные часы, когда начинают работать большинство заводов и фабрик, и вто­рой — на вечерние часы при включении потребителями освеще­ния и телевизионных приемников. Минимум потребляемой мощности приходится на ночные часы.

Через территорию России проходят многие часовые пояса, что позволяет осуществлять передачу электрической энергии от электростанций, находящихся в одном часовом поясе, где в дан­ный момент минимум потребления, в другой, где имеется пик нагрузки.

Обычно гидроэлектростанции (ГЭС), работающие без водохранилищ, тепловые электростанции (ТЭС) и атомные электростанции (АЭС) работают в постоянном режиме выработ­ки мощности, а пики нагрузок обеспечиваются подключением ГЭС, работающих за счет водохранилищ, и конденсационных электростанций (КЭС).