21. Расчет потерь и падения напряжения в электрических сетях

Падение напряжения – геометрическая (векторная) разность между комплексами напряжений начала и конца линии.

Продольной составляющей падения напряжения ΔU₁₂ называют проекцию падения напряжения на действительную ось или на напряжение . Поперечной составляющей падения напряжения δU₁₂ называют проекцию падения напряжения на мнимую ось.

Потеря напряжения – это алгебраическая разность между модулями напряжений начала и конца линии.

Падение напряжения происходит в ЛЭП, трансформаторах, реакторах. Формула для расчета падения напряжения:

,

где R₁₂, X₁₂ – активное и реактивное сопротивление участка сети 12, P₂, Q₂ – активная и реактивная мощности, протекающие по участку (с учетом потерь мощности), U₂ – напряжение в конце участка (обычно принимается равным номинальному).

В сетях напряжением до 35 кВ поперечную составляющую падения напряжения не учитывают и приближенно считают, что продольная составляющая равна потере напряжения.

Потерю напряжения вычисляют по формуле:

ΔU₁₂ = ·I_p·(R₁₂·cosφ + X₁₂·sinφ),

где I_p – расчетный ток, А; cosφ, sinφ соответствуют коэффициенту мощности в конце участка.

При расчете напряжений в электрических сетях необходимо проверить, чтобы самое низкое из напряжений в узлах было не меньше допустимого. Вместо определения самого низкого из напряжений в узлах обычно определяют наибольшую потерю напряжения. Разница между напряжениями источника питания и узла с самым низким напряжением называется наибольшей потерей напряжения.

Согласно ПУЭ, вся сеть от центра электропитания до электроприемников должна проверяться на допустимые отклонения напряжения с учетом напряжения на шинах ЦП.

Отклонение напряжения – разность между фактическим и номинальным напряжением узла сети. Обычно выражается в процентах от номинального напряжения.

Отклонения напряжения V от номинального значения не должны выходить за пределы технически допустимых значений: V_– ≤ V ≤ V₊

В качестве V_–, V₊ ГОСТ 13109-97 устанавливает значения –5% и +5%. Эти значения могут отличаться в зависимости от технических и технологических условий работы сети.

22. Основные показатели надежности сетей электроснабжения.

Множество всех режимов работы объектов подразделяются на два больших подмножества:

– режимов использования U; – режимов простоя B

U={M,I,N,C,S}, где U – Множество режимов использования; M – Техническое обслуживание;

I – Пуск; N – Нормальная работа; C – Регулирование; S – Останов.

B={A,F,W,R,O}, где B – Множество режимов простоя; A – Аварийное или нерасчетное воздействие; F – Простой в неработоспособном состоянии; W – Простой из-за послеаварийного восстановления; R – Простой из-за плановых или неплановых предупредительных ремонтов;

O – Простой в работоспособном состоянии (ожидание включения, работа в резерве и т. д.).

Первая группа показателей — относительные коэффициенты. Они показывают, какую долю времени данный объект находится в данном режиме. Относительные коэффициенты могут быть рассчитаны для любого режима. При этом: ;

показывает долю времени, в течении которого j-й режим проявляет себя;

показывает долю времени, в котором j-й режим не происходит;

— время перетекания j-го режима (M,O,R…).

Так, коэффициент относительного нахождения в работе , а коэффициент относительного простоя .

Но на практике применяют несколько другие коэффициенты.

К оэффициент планового применения :

; — коэффициент планового простоя.

Физический смысл — доля времени, в течении которого объект не окажется в состоянии планового простоя. Вероятный смысл— вероятность того, что в любой произвольно взятый момент времени объект не будет простаивать из-за плановых мероприятий (тех. обслуживание, ремонты планово-предупредительные и т. п.).

На деле этот коэффициент достаточно детерминированный. Если служба ТО и ППР на предприятии достаточно четко организованна, то этот коэффициент на практике фактически совпадает с планируемой заранее величиной. Его значение должно составлять ≈ 0,96…0,99.

Коэффициент готовности:

— коэффициент аварийного простоя.

Физический смысл — доля времени, в течение которого объект не находится в состоянии аварийного простоя и режимов, связанных с ним. Вероятный смысл — вероятность того, что в любой произвольно выбранный момент времени объект находится в работоспособном состоянии.

Коэффициент технического использования:

Физический смысл — доля времени, в течение которого объект находится в работе, то есть не в состоянии простоя, сведенного с плановыми мероприятиями или с аварийными ситуациями.

Основополагающим из этой группы является коэффициент готовности . устанавливается самой эксплуатационной организацией. — зависимая величина, ее непознанная, или заранее неопределяемая часть — это .

Применяют на практике еще и коэффициент оперативной готовности: , где — вероятность безотказной работы данного объекта. Физического и вероятностного смысла этот показатель не имеет, но он служит для сравнения аварий на однотипных объектах.

Вторая группа показателей — абсолютные показатели. Это показатели, измеряемые в единицах времени. Любая средняя временная оценка:

— число реализаций j-гo режима за время ;

— проявление j-гo режима на протяжении времени .

Средняя наработка на отказ:

— средняя наработка на отказ;

— число простоев в аварийном состоянии (реж.F),число отказов.

Средняя наработка до первого отказа:

— средняя наработка до первого отказа;

— число первых отказов с объектами после постановки в работу. Для одного объекта и .

С реднее время восстановления работоспособности:

— среднее время восстановления работоспособности;

— число восстановлений.

Среднее время восстановления функционирования:

— средняя наработка на отказ;

— число простоев в аварийном состоянии (режимов F), то есть просто число отказов.

П онятие функционирования более широкое, чем работоспособность хотя бы потому, что восстановление функционирования включает в себя все время от проявления отказа до действительного восстановления объекта.

Среднее время планового простоя:

— средне время планового простоя;

, и — число режимов ТО.

Еще абсолютные показатели:

— средний ресурс, то есть наработка до достижения объектом предельного состояния.

— гамма-процентный ресурс - ресурс, взятый с наперед заданной вероятностью

— средний срок службы объекта.

Для любого временного показателя может быть определен обратный — частотный показатель.

— частотный показатель надёжности;

— частота отказов; — число реализаций j-ro режима за время ; -проявление j-ro режима на протяжении ; — это средняя частота любого j-ого режима.

Так, частота отказов при неограниченном увеличении и числа однотипных наблюдаемых объектов эта величина переходит в вероятностный показатель — параметр потока отказов.

Величина, обратная величине отказов, называется периодичностью отказов:

— периодичностью отказов(является абсолютным показателем);

— частота отказов.

Третья группа показателей - вероятностные характеристики надежности.

P(t), p — вероятность безотказной работы

Это вероятность того, что в пределах данной наработки t отказа не произойдет.

Q(t), q — вероятность того, что в пределах данной наработки отказ обязательно произойдет.

Q(t) представляется, как функция распределения случайной величины t.

Q(t)=F(t) - или закон распределения случайной величины.

Плотность распределения:

Интенсивность отказов: Параметр потока отказов:

Четвёртая группа показателей — интегральные показатели надёжности: условный недоотпуск продукции в течение года, связанный с авариями и отказами (для любого производства). Для производства связанного с выработкой, распределением и использованием электроэнергии условный недоотпуск электроэнергии: относительное удовлетворение спроса на электроэнергию в течение года; математическое ожидание экономического ущерба от нарушения функционирования из-за отказов и аварий в течение года (У).

И нтегральная целевая функция надёжности записывается как условие максимума или минимума того или иного показателя надёжности для лучшего изделия или варианта построения системы. В идеале , , . Однако, поддержание всех критериев целевых функций на максимальном (минимальном) уровне требует дальнейших затрат. Поэтому в интегральную целевую функцию обязательно должны входить экономические критерии (затраты и ущербы), которые устанавливают для системы показателей определённые нормативные значения, которые могут отличаться от оптимальных (минимальных или максимальных).