можно ли практически уменьшить потери электроэнергии уменьшить сопротивление проводов
§ 38. Передача электрической энергии
Какой ток — постоянный или переменный — вырабатывается генераторами тока на электростанциях?
1. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях с помощью генераторов. При этом в электрическую энергию превращаются либо внутренняя энергия топлива, либо потенциальная энергия падающей воды, либо внутриатомная энергия.
Электрическую энергию, выработанную генератором, передают от электростанции к потребителям на достаточно большие расстояния. При передаче электроэнергии на расстояние неизбежны её потери в линиях. Это связано с тем, что ток, проходя по проводам, нагревает их. Соответственно возникает задача уменьшения потерь энергии на нагревание проводов. Как это сделать?
2. Вы знаете, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, рассчитывается по закону Джоуля—Ленца
Чтобы уменьшить потери энергии в проводах, можно было бы уменьшить их сопротивление. Однако для этого необходимо увеличить площадь поперечного сечения проводников, что приведёт к существенному увеличению их массы. Практически это означает, что такой способ передачи электроэнергии невозможен.
Другой способ уменьшения потерь сводится к уменьшению силы тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения, поскольку Р = IU.
Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния используют высокое напряжение.
3. Линии, по которым электрическая энергия передаётся от электростанций к потребителям, называют линиями электропередачи (ЛЭП).
Генераторы электрической энергии дают переменное напряжение, не превышающее 20 кВ. Чтобы передать электроэнергию без существенных потерь мощности, это напряжение повышают до 75—500 кВ с помощью повышающего трансформатора. Чем длиннее линия электропередачи, тем более высокое напряжение используется в ней. Сегодня существуют ЛЭП на 1150 кВ. Высота опор такой линии — 45 м (это высота 15-этажного дома).
Для использования электроэнергии напряжение нужно понизить, что осуществляется с помощью понижающего трансформатора. Обычно понижение напряжения происходит в несколько этапов. Сначала это происходит на понижающей подстанции в конце ЛЭП, затем — на местах потребления до необходимого напряжения.
Главными потребителями электроэнергии являются промышленность и транспорт. Невозможно себе представить жизнь современного общества без широкого использования электроэнергии.
Вопросы для самопроверки
1. С чем связаны потери электроэнергии при передаче её на расстояние?
2. Можно ли практически уменьшить потери электроэнергии, уменьшив сопротивление проводов?
3. Что необходимо сделать, чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче её на расстояние?
4. Как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю?
Экономия электроэнергии при замене кабеля
Экономия электроэнергии при замене кабеля может рассматриваться с учетом фактора, который редко учитывается при оценке стоимости электроэнергии – потери в проводах. Все кабели имеют электрическое сопротивление, хотя оно и мало. Это означает, что небольшое количество электроэнергии теряется, проходя через них. Мощность снижается за счет нагрева проводников. Потеря мощности – это затраты на электроэнергию, которая стоит денег. Таким образом, потеря мощности в кабелях стоит денег.
Кабель меньшего сечения может быть дешевле при покупке, однако в долгосрочной перспективе его применение будет дороже. Потребитель платит за то количество электроэнергии, которое проходит через счетчик. При наличии потерь до счетчика, связанные с этим затраты ложатся на плечи поставщика электроэнергии.
Проверка падения напряжения
Является ли актуальным вопрос снижения электрической мощности для Вас можно довольно просто. Странно, что такие замеры производятся так редко, ведь они занимают всего несколько минут и для этого нужен лишь недорогой цифровой вольтметр.
Во-первых, проверьте схему электропроводки. Скорее всего, Вы найдете несколько питающих кабелей, идущих от вводного щитка к разным группам потребителей тока. Необходимо проверить падение напряжения в каждом из них.
Входящее напряжение может быть намного ниже, чем Вы ожидаете, и вполне может сделать работу оборудования менее эффективной. Но, по крайней мере, за потери до счетчика платит поставщик электроэнергии. За потери в пределах квартиры или предприятия платит их владелец.
Как свести к минимуму падение напряжения?
Самый простой и очевидный способ заключается в использовании проводов большего сечения. Экономия электроэнергии за счет замены кабеля может и не оправдывается, но, безусловно, об этом стоит подумать, выбирая сечение нового кабеля при его первичной прокладке.
Чем больше сечение кабеля, тем выше его цена. Очень заманчиво купить кабель с минимальными размерами. Если разница составляет 20 руб. за метр провода, переплата за 10 м будет небольшой, но и потери напряжения на 10 м будут незначительными. Но разница в 4000 руб. за 200 м кабеля выглядит существенной. Не позволяйте электрику экономить за счет снижения сечения кабеля, чтобы минимизировать потери мощности в дальнейшем. Со временем первоначальные вложения окупятся за счет уменьшения потерь в проводах.
На самом деле, по всей стране очень много потребителей, которые даже не рассматривают падение напряжения в кабелях, подобранных по размерам на основе номинального максимального тока. Вот почему так много предприятий имеют гораздо большие потери мощности, чем предполагалось. Стоит осознавать, что максимальный номинальный ток кабеля рассчитывается с учетом его способности выделять тепло. То есть, если кабель проводит максимальный номинальный ток, он будет греться, а значит терять энергию.
Распределение больших нагрузок на разные группы также дает дивиденды. Это означает, что ток переносится несколькими проводниками, так что для любой отдельной электрической нагрузки падение напряжения уменьшается.
Деление больших нагрузок на несколько групп выгодно, так как, в большинстве случаев полная мощность не требуется в течение длительного времени. Например, для обогрева помещения в утренние часы необходимо 10 кВт электроэнергии, но большую часть времени достаточно 5кВт. Разделение нагрева на два этапа по 5кВт не приводит к уменьшению количества тепла, однако снижает потерю мощности.
Снижение электрической нагрузки за счет использования оборудования с более высоким КПД уменьшает падение напряжения для другого оборудования, где невозможно уменьшить потребление энергии. Энергосберегающие светодиодные лампы производят больше света на единицу потребления электроэнергии, чем вольфрамовые лампы. Они более эффективны, поэтому они экономят энергию. Но электрические обогреватели не могут быть гораздо более эффективными. Использование энергосберегающих ламп уменьшает общую электрическую нагрузку, что снижает падение напряжения. Поэтому для электрообогревателей остается больше электроэнергии, за счет чего потери в кабеле снижаются. Таким образом, экономия в одном месте помогает экономить в другом.
Очевидно, что приведенные выше методы следует учитывать в основном во вновь устраиваемых электрических сетях, а модернизация или замена электрических кабелей и оборудования может быть весьма дорогостоящей и окупиться нескоро. Более быстро и экономически эффективно сокращение падения напряжения часто может быть достигнуто путем совершенствования методов управления.
Значительная часть тяжелых электрических нагрузок в большей или меньшей степени контролируются автоматически. Большинство из них редко используются, или практически полностью не используется в течение длительного времени. Усовершенствованные методы управления могут быть использованы, чтобы попытаться уменьшить время работы мощного оборудования. Для аналогии: кипячение одного чайника за другим вместо включения двух сразу позволит сократить потери в проводниках.
Для некоторых видов промышленного оборудования такое управление вполне реализуемо. Например, большинство систем кормления скота работают по таймерам. Они включаются в определенное время суток. Вместо того, чтобы все системы кормления включались в 10 часов утра, можно установить один на запуск в 10 часов утра, другой в 10:15, еще один в 10:30 и так далее. Т.е. не устанавливать их включение один раз или два раза в день, а запускать их чаще. Это означает, что они будут работать в течение более короткого времени, поэтому они с меньшей вероятностью совпадут с включением других электрических нагрузок.
С другой стороны на большинстве предприятий крупнейшими потребителями электроэнергии являются вентиляторы и обогреватели, которые работают постоянно. Возможности управления режимами работы такого оборудования ограничены, а производители часто гордятся простотой их обслуживания. Например, используется двухпозиционное регулирование электрического отопления. Может быть, оно более простое, однако это означает, что нагрузки включаются на гораздо более длительное время, и более вероятно, что большие электрические нагрузки будут включаться одновременно.
Семь способов борьбы с потерями в воздушных электрических сетях
Причины потерь электроэнергии в воздушных линиях и способы борьбы с ними, на основе практического опыта.
Вероятно, каждый, кто имеет дом в деревне, живет в частном секторе в городе или строит свой дом, со временем столкнется с проблемой нестабильности электросети. Это выражается в резких бросках напряжения, проблемах защиты электроприборов при грозах, длительных периодах сильно завышенного или сильно заниженного напряжения в электросети.
Многие из этих проблем связаны с особенностями воздушных электрических линий, другие, с невыполнением элементарных правил прокладки линий и их обслуживания. К сожалению, в нашей стране все более внедряется в жизнь лозунг: «Спасение утопающих – дело рук самих утопающих». Поэтому, попробуем рассмотреть эти проблемы и способы их решения подробнее.
Откуда берутся потери в электрических сетях?
Во всем виноват Ом.
Непонятная реактивная мощность.
Вторым источником потерь является реактивная мощность или точнее реактивная нагрузка. Если нагрузка чисто активная, например это лампы накаливания, электронагреватели, электроплитки, то электроэнергия потребляется практически полностью ( кпд более 90%, cos стремится к 1). Но это идеальный случай, обычно нагрузка имеет емкостной или индуктивный характер. Реально косинус фи потребителя величина изменяемая по времени и имеет значение от 0.3 до 0.8, если не применять специальных мер.
При реактивной нагрузке имеет место явление неполного поглощения энергии, ее отражения от нагрузки и циркуляция паразитных токов в проводах. При этом получаются дополнительные потери в проводах на нагрев, броски напряжения и тока, приводящие к неисправностям. Например, частично нагруженный асинхронный электродвигатель электропилы или пилорамы имеет cos 0.3- 0.5. Кроме тепловых потерь, при наличии мощной реактивной нагрузки сильно «врут» электросчетчики.
Из статистики известно, что по причине, нескомпенсированной реактивной мощности потребитель теряет до 30% электроэнергии. Для того чтобы ликвидировать такие типы потерь, используются компенсаторы реактивной мощности. Такие устройства серийно выпускаются промышленностью. Причем они бывают от «однорозеточного» варианта, до устройств, устанавливаемых на трансформатор подстанции.
Оборотни в фуфайках.
Третьим источником потерь, является банальное воровство электроэнергии. Казалось бы, этим должны заниматься правоохранительные органы, но они не имеют отделов энергоаудита. Поэтому, третьим источником потерь тоже должен заниматься потребитель, т.к. по закону у него должен стоять общедомовой или общехозяйственный счетчик и за воровство паршивой овцы платит все стадо.
Оценка потерь в линии на конкретном примере.
Таким образом, сопротивление одного метра алюминиевого провода, сечением 16 квадратных миллиметров, составит (0.028 х 1)/16=0.0018 Ом. Посмотрим, каковы будут потери в линии длиной 500 м, при мощности нагрузки 5 кВт. Так как ток течет по двум проводам, то длину линии удваиваем, т.е. 1000 м.
Сила тока при мощности 5 кВт составит: 5000/220=22.7 А. Падение напряжения в линии U=1000х0.0018х22.7=41 В. Напряжение на нагрузке 220-41=179 В. Это уже меньше допустимых 15% снижения напряжения. При максимальном токе 63 А, на который рассчитан этот провод ( 14 кВт), т.е. когда свои нагрузки включат ближайшие соседи, U=1000х0.0018х63=113 В! Именно поэтому в моем дачном доме по вечерам еле светится лампочка!
Способы борьбы с потерями.
Первый простейший способ борьбы с потерями.
Первый способ основан на снижении сопротивления нулевого провода. Как известно ток течет по двум проводам: нулевому и фазному. Если увеличение сечения фазного провода достаточно затратное (стоимость меди или алюминия плюс работы по демонтажу и монтажу), то сопротивление нулевого провода можно уменьшить достаточно просто и очень дешево.
Этот способ использовался с момента прокладки первых линий электропередач, но в настоящее время из-за «пофигизма» или незнания часто не используется. Заключается он в повторном заземлении нулевого провода на каждом столбе электролинии или (и) на каждой нагрузке. В этом случае параллельно сопротивлению нулевого провода подключается сопротивление земли между нулем трансформатора подстанции и нулем потребителя.
Если заземление сделано правильно, т.е. его сопротивление менее 8 Ом для однофазной сети, и менее 4 Ом для трехфазной, то удается существенно (до 50%) снизить потери в линии.
Второй простейший способ борьбы с потерями.
Такие места видны ночью из-за искрения и свечения. Необходимо периодически визуально проверять электролинию и заменять особо плохие ее отрезки или линию целиком.
Для ремонта лучше всего применить самонесущие алюминиевые изолированные кабели СИП. Они называются самонесущими, т.к. не требуют стального троса для подвески и не рвутся под тяжестью снега и льда. Такие кабели долговечны (срок эксплуатации более 25 лет), есть специальные аксессуары для легкого и удобного крепления их к столбам и зданиям.
Третий способ борьбы с потерями.
Понятно, что третьим способом является замена отслужившей «воздушки» на новую.
В продаже имеются кабели типов СИП-2А, СИП-3, СИП-4. Сечение кабеля выбирают не менее 16 квадратных миллиметров, он может пропускать ток до 63 А, что соответствует мощности 14 кВт при однофазной сети и 42 кВт при трехфазной. Кабель имеет двухслойную изоляцию и покрыт специальным пластиком, защищающим изоляцию проводов от солнечной радиации. Примерные цены на СИП можно посмотреть здесь: http://www.eti.su/price/cable/over/over_399.html. Двухпроводный СИП кабель стоит от 23 руб. за погонный метр.
Четвертый способ борьбы с потерями.
Вот несколько сайтов посвященных стабилизаторам: http://www.enstab.ru, http://www.generatorplus.ru, http://www.stabilizators.ru/, http://www.aes.ru. Например, однофазный стабилизатор «Лидер», мощностью 5 кВт, стоит 18500 руб. Отметим однако, что из-за перекоса фаз и потерь в электролинии, напряжение на входе стабилизатора может падать ниже 150 В. В этом случае, срабатывает встроенная защита и вам ничего не остается, как снизить свои потребности в электроэнергии.
Пятый способ компенсации потерь электроэнергии.
Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная, то это специальные индуктивности.
Шестой способ – борьба с воровством электроэнергии.
По опыту работы, самым эффективным решением является вынос электросчетчика из здания и установка его на столбе линии электропередачи в специальном герметичном боксе. В этом же боксе устанавливаются вводный автомат с пожарным УЗО и разрядники защиты от перенапряжений.
Седьмой способ борьбы с потерями.
Этот способ снижения потерь за счет использования трехфазного подключения. При таком подключении снижаются токи по каждой фазе, а следовательно потери в линии и можно равномерно распределить нагрузку. Это один из самых простых и самых эффективных способов. Как говорят: «Классика жанра».
Выводы.
Если вы хотите снизить потери электроэнергии, то сначала сделайте аудит ваших электросетей. Если вы сами не в состоянии это сделать, то сейчас много организаций готовы помочь вам за ваши деньги. Надеюсь, что советы, приведенные выше, помогут осознать с чего начать и к чему стремиться. Все в ваших силах. Желаю успехов!
Каким образом можно уменьшить потери напряжения в проводах?
Уменьшить потери напряжения и потери мощности в линии электропередачи можно уменьшая силу тока в проводах либо увеличивая сечение проводов с целью уменьшения их сопротивления. Силу тока в проводах можно уменьшить увеличивая напряжение в начале линии.
Как можно уменьшить потери мощности в линиях электропередач?
Для уменьшения потерь в линии электропередачи при передаче той же мощности в нагрузку можно…
Как уменьшить потери при передаче электроэнергии?
Способы уменьшения потерь при передаче электроэнергии Существуют две возможности для снижения потерь электроэнергии: уменьшить сопротивление проводов линии электропередач и уменьшить в ней силу тока.
Как влияет напряжение в линии электропередачи на потери мощности в проводах?
КПД линии определяется отношением мощности, отдаваемой электроприемнику, к мощности, поступающей в линию, или отношением напряжения в конце линии к напряжению в ее начале. Чем выше рабочее напряжение, тем ниже сила тока, а следовательно меньше потерь.
Можно ли практически уменьшить потери электроэнергии в лэп уменьшив сопротивление проводов?
Чтобы уменьшить потери энергии в проводах, можно было бы уменьшить их сопротивление. Однако для этого необходимо увеличить площадь поперечного сечения проводников, что приведёт к существенному увеличению их массы. Практически это означает, что такой способ передачи электроэнергии невозможен.
Что такое потери в электрических сетях?
При передаче электрической энергии в каждом элементе электрической сети возникают потери. Фактические (отчетные) потери электроэнергии определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпущенной из сети потребителям.
Каким образом можно снизить потери электроэнергии при передачи её на большие расстояния?
Примерно, 20% выработанной энергии теряется при передачах. Провода линий электропередач нагреваются током. … Отсюда видно, что снизить потери можно двумя способами: во — первых, уменьшая сопротивление проводов R, во — вторых уменьшая в них силу тока I.
Почему происходят потери при передаче электроэнергии?
Потеря электроэнергии чаще всего происходит при передаче электроэнергии на большие расстояния, одна из причин – это напряжение, потребляемое самим потребителем, т. е. 220В или же 380В. … Для расчетов используют следующую формулу: P=I*U, где P – мощность тока, I – сила тока,U – напряжение в цепи.
Откуда берутся потери электроэнергии?
Потери происходят на ЛЭП, в силовых трансформаторах, за счет вихревых токов в приборах с реактивной нагрузкой, а также из-за плохой изоляции проводников и хищения неучтенного электричества.
Какие функции может выполнять трансформатор?
Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Для чего увеличивают напряжение при передаче электроэнергии?
Наиболее эффективным методом уменьшения потерь в линиях электропередач является повышение напряжения между проводами. При неизменной величине передаваемой мощности Р, ток I в подводящих проводах в этом случае будет уменьшаться, так как сила электрического тока в обратно пропорциональна напряжению U: I = P/U.
Что влияет на потерю напряжения в проводах?
Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери.
Чем выше напряжение тем меньше потери?
Чем меньше величина напряжения на линии, тем больше процентов потерь. Так, для низковольтных линий (220 В – бытовая электросеть), процент потерь составляет около 6%. Потери происходят и на трансформаторах (около 3%). … Но это лишь на ЛЭП от трансформатора к потребителю.
Как бороться с потерями электроэнергии в воздушных линиях
Как бороться с потерями электроэнергии в воздушных линиях
Воздушные линии электропередач – самые простые в эксплуатации и обслуживании, однако их использование часто приводит к снижению качества электроэнергии, поступающей к пользователю. Это может проявляться в резких скачках напряжения, длительных периодах заниженного или завышенного напряжения и т. д.
Причин потерь электроэнергии в воздушных линиях достаточно много. Наиболее распространенными из них являются следующие:
Как же бороться с потерями электроэнергии? Для этого существует ряд способов, некоторые из которых мы и рассмотрим далее.
Первый способ борьбы с потерями энергии заключается в снижении сопротивления нулевого провода. Для этого провод повторно заземляется на каждом столбе или на каждой нагрузке. Этот способ (безусловно, только при правильном выполнении) позволяет уменьшить энергопотери примерно на 50 %.
Второй эффективный способ снижения потерь электричества похож на первый. При эксплуатации воздушных электролиний часто возникают обрывы проводов, образуются скрутки и сростки, на которых отмечается локальное повышенное сопротивление. Отыскание места повреждения кабеля и его устранение позволяют ощутимо увеличить напряжение в сети. Иногда для снижения потерь электроэнергии приходится заменять воздушную линию полностью.
Еще один вариант уменьшения энергопотерь – это установка на входе в здание стабилизаторов напряжения. Если причиной падения или перепадов напряжения в воздушной сети является реактивная мощность, необходимо использование устройств для ее компенсации. Также снизить энергопотери поможет переход на трехфазное подключение, что снизит токи по каждой фазе и позволит равномерно распределять нагрузку на линию.
Как же быть, если потери электроэнергии оказываются вызваны воровством электричества? В этом случае поможет вынос электрического счетчика из здания и его установка в специальном герметичном боксе на столбе воздушной электролинии.
Перед тем, как принимать меры по уменьшению энергопотерь, нужно выяснить их причину. Поможет в этом проведение энергоаудита, который можно заказать в нашей электролаборатории.