Потери электроэнергии в электрических сетях и трансформаторах возникают при передаче и преобразовании энергии. Для их оценки необходимо отдельно рассчитать нагрузочные потери в линиях и трансформаторах, определить потери холостого хода трансформаторов и сопоставить полученные величины с показаниями приборов учёта.
Основная сложность заключается в том, что разные составляющие потерь по-разному зависят от режима эксплуатации. При увеличении тока возрастают потери на нагрев проводников и обмоток, тогда как потери холостого хода трансформатора сохраняются и при небольшой нагрузке. Поэтому разность между поступившей и учтённой на отходящих линиях электроэнергией нельзя полностью относить к техническим потерям без проверки границ и достоверности измерений.
Исходные данные для расчёта потерь
Основой расчёта служит однолинейная схема электроснабжения. Она позволяет установить последовательность прохождения электроэнергии от питающих вводов через трансформаторы и линии к потребителям, определить состав рассматриваемой сети и расположение узлов учёта.
Для линий необходимы сведения об их длине и сечении проводников. Эти характеристики используются при определении электрического сопротивления, от которого зависят нагрузочные потери. Для трансформаторов требуются технические параметры, позволяющие оценить потери холостого хода и потери при прохождении нагрузки.
Фактические токи, напряжения и графики нагрузки позволяют связать расчёт с условиями эксплуатации. График нагрузки показывает изменение электрической нагрузки во времени. Это существенно, поскольку потери при максимальном токе и потери за весь расчётный период представляют собой разные показатели.
Расчёт нагрузочных потерь в электрических линиях
При прохождении электрического тока по проводнику часть энергии преобразуется в тепло. Мощность таких потерь зависит от сопротивления проводника и квадрата протекающего тока. Поэтому увеличение тока вызывает непропорциональное увеличение потерь на нагрев.
Для участка сети с известным сопротивлением нагрузочные потери мощности рассчитывают по фактическому току. Чтобы перейти от мощности потерь к количеству потерянной электроэнергии, необходимо учитывать продолжительность соответствующего режима.
Если ток меняется в течение суток, расчёт по одному максимальному значению не отражает фактические потери за весь период. Более обоснованный результат получают при использовании графика нагрузки: для каждого доступного интервала определяют потери при соответствующем токе, после чего учитывают продолжительность интервалов.
Особое внимание требуется участкам с высокой нагрузкой. Поскольку токовые потери возрастают с увеличением тока, сравнительно непродолжительные периоды интенсивной работы могут заметно влиять на итоговую величину потерь. Однако их фактический вклад определяется только с учётом продолжительности зарегистрированного режима.
Разделение нагрузочных потерь и потерь холостого хода трансформаторов
У трансформатора необходимо различать две составляющие энергетических потерь. Нагрузочные потери связаны с прохождением тока через обмотки и изменяются в зависимости от нагрузки. Потери холостого хода обусловлены работой магнитной системы и сохраняются при подключении трансформатора к напряжению даже тогда, когда полезная нагрузка отсутствует.
Для определения суммарных потерь трансформатора нагрузочную составляющую рассчитывают с учётом фактического режима, а потери холостого хода — с учётом времени нахождения трансформатора под напряжением.
Такое разделение особенно важно при эксплуатации нескольких малонагруженных трансформаторов. Даже если суммарная передаваемая мощность относительно невелика, каждый находящийся под напряжением трансформатор вносит собственную составляющую потерь холостого хода.
Поэтому несколько одновременно работающих малонагруженных трансформаторов могут создавать повышенные суммарные постоянные потери по сравнению с иным допустимым режимом эксплуатации. Но возможность изменения их количества или распределения нагрузки необходимо оценивать по фактическим параметрам и условиям электроснабжения, а не только по величине потерь холостого хода.
Сопоставление расчётных потерь с показаниями узлов учёта
После определения технических составляющих потерь расчёт сопоставляют с разностью показаний приборов учёта на входе и отходящих линиях рассматриваемой сети.
Для корректного сопоставления необходимо установить, что измерения относятся к согласованным временным интервалам и охватывают соответствующие потоки электроэнергии. Если показания сняты за разные периоды, образовавшаяся разность может отражать несогласованность учётных данных, а не физические потери.
На результат также влияют метрологические характеристики приборов. Различия в классах точности и условиях измерения создают неопределённость при сравнении показаний. Поэтому расчётный небаланс необходимо рассматривать вместе с характеристиками узлов учёта.
Если измеренная разность превышает расчётную оценку технических потерь, это не подтверждает автоматически наличие дополнительных потерь в проводниках или трансформаторах. Сначала требуется метрологическая сверка и проверка сопоставимости измеряемых границ.
Как использовать оценку потерь для технических решений
Результатом анализа является оценка составляющих технических потерь с указанием исходных расчётных условий и диапазона погрешности. Она позволяет различать вклад линий, нагрузочных потерь трансформаторов и потерь холостого хода.
Если расчёт показывает существенное влияние нагрузочных потерь определённого участка сети, этот участок можно рассматривать как приоритет для дальнейшей проверки и оценки целесообразности модернизации. При этом вывод должен опираться на фактические токи, характеристики линии и продолжительность соответствующих режимов.
Если значительная часть расчётных потерь связана с холостым ходом трансформаторов, предметом последующей оценки становятся режимы их эксплуатации и распределение нагрузки. Решение об изменении режима должно учитывать техническую допустимость такого изменения.
Если основная неопределённость возникает при сопоставлении расчётных потерь и показаний приборов, приоритетом становится проверка измерений либо уточнение границ технического учёта.
Таким образом, оценка потерь позволяет выбрать обоснованное направление дальнейшей работы: исследование загруженных линий, проверку эксплуатации трансформаторов или совершенствование учёта. Она не устанавливает фактическую величину потерь конкретного объекта без достоверных исходных измерений.
Главное ограничение расчёта заключается в том, что небаланс между вводом и отходящими линиями не равен автоматически техническим потерям. Достоверная оценка требует разделения физических составляющих потерь и измерительных расхождений с учётом погрешности исходных данных.