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 13 EMBED Equation.3 1415= 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 Im = 38 А. (находим по таблице 2)
2. Сопротивление линии передач Rл = 13 EMBED Equation.3 1415* l/ S: Rл = 0,018*2000/4 =9 Ом
3. Максимальная передаваемая мощность Рm = U*I: Рm = 220 * 38 = 8360 Вт
4. Потери напряжения в линии
· U= 2 Рm* Rл/ 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
·, 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
· 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
·1 от напряжения в линии. После присоединения параллельно нагрузке компенсирующего конденсатора С через него пойдет ток ic, 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 Iс и тока в нагрузке Iнагр. Результирующий ток Iл 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).



Рис.1. Повышение коэффициента мощности подключением конденсатора

Рис.2. График нагрузки энергосистемы