3.Отраслевые проблемы энергосбережения (эп и эс) структура потерь нхп: структура потерь, ŋ, cosφ.

Современная техническая концепция энергоснабжения опирается на инженерные идеи и теорию конца XIX века, включающую принципы производства переменного тока, его потребления электроприводом, преобразования с помощью трансформаторов, сети высокого и низкого напряжения и принцип параллельного, а не последовательного подключения конечного потребителя. Эти основные принципы и позволили создать развитые системы энергоснабжения как в Европе, так и во всем развитом мире. Дальнейшее развитие технической мысли добавило в эту схему высокопроизводительные, но при этом удаленные на значительное расстояние от потребителей электростанции. Сначала основным источником топлива были углеводороды и энергия падающей воды, впоследствии к ним добавилась ядерная энергия.

Потери при передаче электроэнергии напрямую связаны с применяемым напряжением электрического тока, поэтому для целей передачи на расстояние стремятся применить наибольшее возможное напряжение с учетом нагрузки и организации сети. Такое преобразование электрической энергии по напряжению – сначала его увеличение в месте производства, а затем обратное снижение в районе потребления – осуществляется при помощи трансформаторов, которые стали неотъемлемой и весьма важной частью любой энергосистемы.

• Распределительные трансформаторы

Самые малые из встречающихся в энергосистемах трансформаторы, которые обеспечивают подачу промышленным или бытовым потребителям, относятся к распределительным. На рисунке схематично представлена активная часть типичного трехфазного распределительного трансформатора с железным сердечником и медными или алюминиевыми обмотками.

Рисунок 1 – Трехфазный распределительный трансформатор

• Энергопотери в трансформаторах

Потери энергии в трансформаторах бывают двух видов:

- Потери холостого хода, или «в железе», т. е. затраты на создание магнитного поля в металлическом сердечнике при подключении трансформатора к сети даже в отсутствие нагрузки.

- Потери нагрузки, которые вызваны сопротивлением обмоток, токами Фуко, циркулирующими при активной работе трансформатора как в сердечнике, так и в корпусе – иначе называемыми «потери в меди».

На самом деле трансформаторы, используемые в энергоснабжении, относятся к разряду механизмов с одним из самых высоких КПД. В них нет подвижных частей, и большие трансформаторы, установленные на электростанциях и в электротранспортных системах, имеют КПД свыше 99,75 %. Распределительные трансформаторы могут иметь КПД чуть меньший, но все равно около 99 %. Однако, несмотря на высокий КПД каждого отдельного трансформатора, потери происходят на каждом участке движения электроэнергии, связанном с ее преобразованием по напряжению. Даже в самых современных сетях потери на трансформаторное преобразование достигают 10 %, причем такие потери выше при малой или, наоборот, высокой нагрузке.

• Потери в электрических двигателях

В электрическом двигателе при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде теплоты, рассеиваемой в различных частях двигателя. В электрических двигателях имеются потери энергии трех видов: потери в обмотках, потери в стали и механические потери. Кроме того, имеются незначительные добавочные потери.

Потери энергии в асинхронном двигателе рассмотрим при помощи его энергетической диаграммы (рис. 1). На диаграмме Р1 - мощность, подводимая к статору двигателя из сети. Основная часть Рэм этой мощности, за вычетом потерь в статоре, передается электромагнитным путем на ротор через зазор.

Рэм называется электромагнитной мощностью.

Потери мощности в статоре складываются из потерь мощности в его обмотке Pоб1 = m1 х r1 х I1² и потерь в стали Pс1. Мощность Pс1 является потерями на вихревые токи и на перемагничивание сердечника статора.

Потери в стали имеются и в сердечнике ротора асинхронного двигателя, но они невелики и могут не приниматься во внимание. Это объясняется тем, что скорость вращения магнитного потока относительно статора n0 во много раз больше скорости вращения магнитного потока относительно ротора n0 - n, если скорость вращения ротора асинхронного двигателя n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.