Podręcznik

W elektroenergetycznych sieciach rozdzielczych, w tym sieciach przemysłowych, miejskich oblicza się najczęściej straty maksymalne mocy czynnej i biernej, odpowiadające obciążeniu szczytowemu sieci oraz roczne straty obciążeniowe, które powstają w impedancjach podłużnych elementów sieci i są proporcjonalne do kwadratu mocy (prądu) przepływającego przez dany odcinek sieci. Natomiast straty jałowe powstają w admitancjach poprzecznych elementów sieci; ich wartość jest proporcjonalna do kwadratu napięcia w miejscu powstania strat. Zakłada się przy obliczaniu strat jałowych, że w każdym punkcie sieci napięcie jest równe znamionowemu.

W obliczeniach technicznych i ekonomicznych sieci dystrybucyjnych obliczenia strat mocy i energii elektrycznej mają duże znaczenie praktyczne. Straty mocy i energii elektrycznej powodują dodatkowe obciążenia urządzeń sieciowych oraz konieczność wytwarzania dodatkowej energii w elektrowniach zawodowych, elektrociepłowniach i elektrowniach przemysłowych.

W takiej sytuacji zachodzi potrzeba instalowania dodatkowych urządzeń w sieciach przemysłowych, miejskich i elektrowniach, zwiększania przekrojów linii, mocy znamionowej transformatorów, turbin, prądnic kotłów itd.

Straty obciążeniowe mocy czynnej oblicza się ze wzoru:

gdzie: \(I\) – prąd rzeczywisty w elemencie sieci; \(R\) – rezystancja elementu sieci; \(U_N\) – napięcie znamionowe elementu sieci; \(P,\ Q,\ S\) – moce: czynna, bierna, pozorna w elemencie sieci.

W transformatorze dwuuzwojeniowym straty obciążeniowe wyznacza się ze wzoru:

gdzie: \(\Delta P_{Cu}\) – straty obciążeniowe mocy czynnej w transformatorze przy obciążeniu znamionowym.

W obliczeniach sieci dystrybucyjnych straty mocy uwzględnia się: w liniach napowietrznych i kablowych oraz w transformatorach, pomija się je w dławikach i kondensatorach.

Straty jałowe mocy czynnej są to straty mocy w gałęziach (łukach) poprzecznych schematów zastępczych transformatorów, linii i kondensatorów. Na ogół uwzględnia się je tylko przy obliczeniach metodami dokładnymi.

W liniach kablowych SN i wysokiego napięcia straty jałowe uwzględnia się przy dokładnych obliczeniach; są one wywoływane przez upływność izolacji oraz przez zjawisko polaryzacji dielektrycznej. Oblicza się je z następującego wzoru:

gdzie: \(U_N\) – napięcie znamionowe kabla; \(C\) – pojemność robocza jednej żyły kabla; \(\mathrm{tg}\varphi\) – współczynnik stratności izolacji kabla.

Straty obciążeniowe mocy biernej są to straty w reaktancjach podłużnych elementów sieciowych. Straty te oblicza się ze wzoru:

gdzie: \(I\) – prąd rzeczywisty w elemencie sieciowym; \(X\) – reaktancja elementu sieciowego;
\(U_N\) – napięcie znamionowe elementu sieciowego; \(P,\ Q,\ S\) – moce w elemencie sieciowym: czynna, bierna, pozorna.

Straty obciążeniowe \(\Delta Q_{OT}\) w transformatorze dwuuzwojeniowym oblicza się ze wzoru:

gdzie: \(\Delta U_{X\%}\) – strata napięcia na reaktancji podłużnej transformatora wywołana prądem znamionowym, w procentach; \(S_N\) – znamionowa moc pozorna transformatora.

Straty mocy biernej w dławiku szeregowym oblicza się ze wzoru:

gdzie: \(\Delta U_{z(\%)}\) – napięcie zwarcia dławika wrażone w procentach.

Straty jałowe mocy biernej są to straty mocy w gałęziach (łukach) poprzecznych schematów zastępczych linii, transformatorów oraz kondensatorów równoległych.

Straty te wywoływane są przez różne zjawiska fizyczne i uwzględnia się je tylko przy dokładnych obliczeniach sieci.

Straty jałowe mocy biernej uwzględnia się przy obliczeniach dokładnych linii kablowych średniego i wysokiego napięcia oraz linii napowietrznych 110 kV.

Powstają one w pojemnościach między przewodami fazowymi oraz w pojemnościach między przewodami fazowymi a ziemią. Oblicza się je ze wzoru:

gdzie: \(\Delta I_{o(\%)}\) – prąd biegu jałowego transformatora w procentach.

W przypadku kondensatorów energetycznych straty jałowe mocy biernej przyjmuje się jako równe mocy znamionowej kondensatora.

Moc przepływająca przez sieć elektroenergetyczną zmienia się w zależności od charakteru odbiorów (zakład przemysłowy jedno–, dwu– lub wielozmianowy, odbiory komunalno–bytowe), pory dnia, roku i inne.

Podobnie jak moc przepływająca przez sieć dystrybucyjną, również straty mocy w sieci zmieniają się w czasie.

W literaturze wprowadzono pojęcie rocznego czasu trwania strat maksymalnych. Jest to umyślona roczna liczba godzin przesyłania mocy szczytowej (a więc występowania maksymalnych strat mocy), w czasie których w ciągu roku byłaby stracona energia \(\Delta A_r\) równa energii rzeczywiście straconej.

Energię \(\Delta A_r\) oblicza się ze wzoru:

gdzie: \(T_\mathrm{str}\) – roczny czas trwania strat maksymalnych.

W obliczeniach przybliżonych sieci dystrybucyjnych przyjmuje się, że:

gdzie: \(T_S\) – roczny czas użytkowania mocy szczytowej.

Roczny czas użytkowania mocy szczytowej charakteryzuje wykorzystywanie urządzeń; im jego wartość jest bliższa 8760 h, tym wykorzystanie sieci elektroenergetycznej jest lepsze.

W przypadku sieci elektroenergetycznej jest to umyślona liczba godzin przesyłania mocy szczytowej, w ciągu których zostanie przesłana ta sama roczna energia \(A_r\), którą rzeczywiście przesyła się w ciągu roku przy zmiennej mocy.

W urządzeniach elektroenergetycznych oddzielnie oblicza się straty energii elektrycznej obciążeniowe i jałowe.

Obciążeniowe straty energii występują w rezystancjach podłużnych w danym odcinku czasu. Oblicza się je ze wzoru:

gdzie: \(\tau\) – czas włączenia urządzenia pod napięcie.

Jeżeli urządzenie elektroenergetyczne jest włączone pod napięcie przez cały rok to \(\Delta A_j\) wynosi: