Потери электроэнергии в сетях и трансформаторах: источники и оценка

Потери электроэнергии в кабельных линиях, электрических сетях и трансформаторах возникают при передаче и преобразовании электрической энергии. Их величина зависит от тока нагрузки, электрического сопротивления проводников, характеристик трансформаторов и продолжительности работы оборудования. Для оценки необходимо отдельно рассматривать нагрузочные потери в линиях и трансформаторах, а также потери холостого хода трансформаторов.

Разница между показаниями вводного счётчика и суммой показаний цеховых приборов учёта не является готовым значением физических потерь. В неё могут входить неучтённые ответвления, погрешности измерений и расхождения, связанные с границами учёта. Поэтому расчёт технических потерь начинают с проверки схемы электроснабжения и фактических режимов оборудования.

Как определяют нагрузочные потери в электрических линиях

Нагрузочные потери в кабелях и проводниках связаны с протеканием электрического тока через сопротивление. При прочих равных условиях увеличение тока приводит к росту потерь мощности, причём зависимость имеет квадратичный характер.

Для отдельного проводника расчётная мощность таких потерь определяется зависимостью P = I²R, где I — действующее значение тока, а R — активное сопротивление проводника. При оценке трёхфазной линии необходимо учитывать токи и сопротивления соответствующих проводников.

Сопротивление зависит от параметров линии, в том числе длины и сечения проводников. Поэтому участки с различной протяжённостью и характеристиками нельзя оценивать по единому условному коэффициенту без проверки их фактических параметров.

Для определения потерь энергии за период необходимо учитывать продолжительность соответствующих нагрузочных режимов. Расчёт только по одному значению максимального тока не характеризует автоматически потери за месяц или год: оборудование может работать при существенно различающихся нагрузках.

Какие потери возникают в трансформаторах

При оценке трансформатора разграничивают потери, зависящие от нагрузки, и потери холостого хода. Это необходимо потому, что их величина и продолжительность действия определяются разными условиями эксплуатации.

Нагрузочные потери связаны с протеканием тока через обмотки трансформатора. При изменении нагрузки изменяется и соответствующая составляющая потерь. Для расчёта используют характеристики трансформатора и сведения о его фактической загрузке.

Потери холостого хода возникают при нахождении трансформатора под напряжением даже без полезной нагрузки. Их оценка связана с характеристиками оборудования, приложенным напряжением и продолжительностью включённого состояния.

Поэтому нагруженный трансформатор и резервный аппарат, постоянно находящийся под напряжением, требуют различного анализа. Для нагруженного трансформатора учитывают обе составляющие, а для резервного аппарата без нагрузки существенное значение имеет продолжительность нахождения под напряжением и соответствующий расход на холостом ходу.

Сам по себе резервный режим не подтверждает нерациональность эксплуатации. Расчёт показывает энергетическую составляющую выбранного режима включения, но не заменяет оценку эксплуатационной необходимости резервирования.

Какие исходные данные необходимы для оценки

Расчёт выполняют на основании схем электроснабжения, сведений о длине и сечении линий, нагрузках и токах, характеристик трансформаторов и данных по напряжению.

Схема электроснабжения позволяет определить, через какие линии и трансформаторы проходит электрическая энергия и какие участки входят в рассматриваемый контур. Параметры проводников необходимы для определения сопротивления линий. Данные о токах и нагрузках характеризуют режим, от которого зависят нагрузочные потери.

Характеристики трансформаторов используются для разграничения и расчёта составляющих потерь. Сведения о напряжении помогают оценить фактические электрические условия эксплуатации оборудования.

Каждый показатель необходимо соотнести с конкретным участком сети и сопоставимым временным периодом. Если токи известны для одного режима, а продолжительность эксплуатации — для другого, полученная оценка энергии потерь может оказаться недостоверной.

Как режим работы сети влияет на результат расчёта

При анализе необходимо учитывать не только общую величину нагрузки, но и её распределение между фазами. Несимметрия фаз изменяет токовую нагрузку отдельных проводников, поэтому расчёт по одному усреднённому значению может недостаточно точно отражать фактические потери.

Также имеет значение режим включения трансформаторов. Потери холостого хода зависят от времени нахождения оборудования под напряжением, тогда как нагрузочные потери определяются изменением тока во время работы.

Таким образом, для оценки за определённый период необходимо связать параметры оборудования с фактическим режимом эксплуатации. Расчёт по паспортным характеристикам без информации о нагрузке и времени работы даёт ограниченную оценку и не подтверждает фактические потери энергии за рассматриваемый интервал.

Почему расхождение показаний счётчиков не равно физическим потерям

При сравнении показаний вводного и цеховых счётчиков может возникнуть разница между количеством поступившей электроэнергии и суммой зарегистрированного внутреннего потребления. Однако такая разница включает не только возможные физические потери.

Если схема учёта не охватывает отдельные ответвления, их потребление может попасть в остаток баланса. Аналогично на результат влияют погрешности приборов и несогласованность точек измерения.

Поэтому сначала устанавливают фактические границы учёта и проверяют полноту отражения потребителей. Затем расчётные составляющие физических потерь сопоставляют с балансовыми показателями. Только после разграничения этих величин можно определить, какие расхождения требуют дополнительных измерений.

Отсутствие такого разграничения создаёт риск ошибочно отнести неучтённое потребление к потерям в линиях или трансформаторах.

Результат оценки потерь электроэнергии

Результатом является расчёт отдельных составляющих потерь в электрических линиях и трансформаторах с указанием использованных параметров оборудования и нагрузочных режимов. Дополнительно формируют перечень участков, на которых необходимы инструментальные измерения для подтверждения расчётных значений.

Такой результат позволяет определить, какие составляющие потерь обоснованы имеющимися сведениями, а какие зависят от неполных данных о токах, режимах включения или границах измерения.

Основное ограничение: балансовая неувязка не может считаться величиной физических потерь электрической сети без проверки схемы учёта и её границ. Расчётные значения также необходимо отличать от потерь, подтверждённых фактическими измерениями.

Если для отдельных участков отсутствуют надёжные сведения о нагрузке, напряжении или характеристиках оборудования, следующий шаг — уточнение соответствующих параметров и проведение измерений. Это позволяет перейти от предварительной оценки к более достоверному определению потерь.

Особенности работы преобразующего оборудования рассмотрены на странице «Трансформаторное оборудование». Вопросы выявления потерь в составе инженерной инфраструктуры представлены в материале «Выявление потерь энергии в инженерных системах».

Другие технические разъяснения по энергетическим показателям, измерениям и расчётам доступны в разделе «Материалы».