6.10.5
Metodika určení technických ztrát elektrické energie v zařízení
distribuční soustavy
Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv
Na obr. Účinnost technologického procesu, uvedeném v kapitole
6.10.2., je schematicky naznačeno, které základní položky tvoří celkový objem
ztrát. Položka vlastní spotřeby má dvě dílčí složky. První z nich, a to vlastní
spotřeba výroben, rozvoden, transformoven, vedení a pomocných provozů , je
jasně deklarována co do obsahu a její velikost lze jednoznačně určit. Druhou
složku tvoří spotřeba měřících, ochranných a řídících systémů, spotřeba
elektroměrů, přijímačů HDO, tedy těch technických prvků a vybavení, která není
měřena, ale kterou lze na základě provozních zkušeností určit s velkou
pravděpodobností správného výsledku.
Největší položkou jsou technické ztráty v technologickém procesu,
vznikající průchodem proudu rozvodným zařízením, jako projev působení
fyzikálních zákonů. Na základě této definice je zřejmé, že ztráty jsou
podmínkou nutnou pro uskutečnění technologického procesu, mohou být účelně
omezeny, nemohou však být nulové. V distribučních síťových systémech největší
hodnoty dosahují ztráty vznikající zejména ve dvou prvcích; ve vedeních a v
transformátorech.
Z výše citovaného obrázku dále vyplývá, že technické ztráty mají dvě
formy projevu. Vyskytují se ve formě složky stálé a proměnné, podle této
specifické vlastnosti je dělíme do dvou základních podskupin.
A/ Stálá složka ztrát, její specifickou vlastností je
skutečnost, že není závislá na velikosti zatížení, které prvkem prochází. V
obecné formě lze za technické ztráty stálé považovat:
-
ztráty koronou
Vyskytuje se u venkovních vedení. U
vedení 110 kV jsou ztráty koronou převažující formou stálých technických
ztrát.
Příloha č. 1, vyhlášky č.153/2001 Sb. udává, že k určení
velikosti ztrát elektrické energie způsobených koronou u třífázového vedení
provozovaného po dobu Tp hodin za rok, o délce Lv (km),
lze použít vztah
WZt1 = 3 * PZt 1 * Lv * Tp * 10 - 3 [MWh],
kde PZt 1 je velikost činných ztrát na 1 km jedné
fáze vedení způsobených koronou, a k výpočtu je možno použít metodiku uvedenou
v Příloze č. 1 vyhlášky č.153/2001 Sb.
PZt 1 = 2,44 * (f + 25)ρ / * √r/d * (Uf –
Uk)2 10-3,
kde Uk je kritické napětí, tj. počáteční
hodnota fázového napětí, kdy nastává výboj. Vztah použitelný pro výpočet
Uk je uveden v příloze č. 1 citované prováděcí vyhlášky MPO ČR.
Pro odborný odhad velikosti ztrát způsobených koronou lze použít
údaje měrných ztrát uvedené v literatuře. Podle odborných publikací dosahují
měrné ztráty koronou asi 2 MWh za rok na jeden km délky vedení, při provozním
napětí 110 kV. Při vyšší hodnotě provozního napětí, např. 116 kV, měrná hodnota
ztrát koronou je 2,224 MWh/km délky vedení a rok.
V příloze č. 1 vyhlášky 153/2001 Sb je uvedeno, že u vedení
110kV s průřezem větším než 95 mm2 jsou ztráty koronou
zanedbatelné.
Dr. Pavlovský ve svých publikacích o ztrátách uvádí, že ztráty
koronou vznikají také u vedení vn. Při provozním napětí 23 kV je měrná hodnota
stálé složky ztrát 0,33 MWh/km délky vedení VN za rok.
-
ztráty svodem Tato forma ztrát se uplatňuje u všech
venkovních rozvodů bez rozdílu napětí. U vedení distribuční soustavy je tato
forma ztrát způsobena svodem v nedokonalé izolaci na př. větvemi stromů
zasahujícími do venkovních vedení, nedokonalými spoji svorek, bleskojistkami,
poškozenými izolátory atd.
Pro výpočet velikosti ztrát elektrické energie svodem
PZt2 je možné použít metodiku uvedenou v Příloze č. 1 vyhlášky
č.153/2001 Sb. Vzhledem k tomu, že jsou ztráty svodem ve srovnání s objemem
celkových ztrát poměrně malé, je možné pro výpočet použít měrné hodnoty PZt2 uvedené v příloze v následujícím přehledu:
-
venkovní vedení 110kV 9500 kWh/km * rok
-
venkovní vedení VN 800 kWh/km * rok
-
venkovní vedení NN 30 kWh/km * rok
-
ztráty v dielektriku
Ztráty vznikají v kabelech,
jsou to prakticky ztráty svodem. Uvažují se v kabelových rozvodech všech úrovní
napěťových hladin. Pro určení jejich velikosti lze použít metodický postup
uvedený v Příloze č. 1 vyhlášky MPO č. 153/2001 Sb., nebo použít pro výpočet
ztrát elektrické energie třífázového kabelového vedení délky Lk v
km, provozovaného po dobu Tp hodin následujícího vztahu, který
garantuje výsledky s dostatečnou přesností:
WZt3 = 3 * P Zt3 Lk * Tp * 10-3 [MWh]
kde PZt3 jsou měrné dielektrické ztráty, hodnoty pro
kabely různých napěťových hladin jsou uvedeny v následujícím přehledu:
3f kabely 110 kV 175 000 kWh/km * rok
3f kabely 35 kV 26 000 kWh/km * rok
3f kabely 22 kV 14 000 kWh/km * rok
3f kabely 10 kV 4 500 kWh/km * rok
3f kabely 6 kV 1 600 kWh/km * rok
3f kabely 0,4 kV 4 kWh/km * rok
-
Ztráty transformátorů naprázdno
U transformátorů
jsou ztráty stálé složky úměrné velikosti magnetizačního proudu. Měrné ztráty
naprázdno označované ∆Po [W] jsou specifickou hodnotou, která
je závislá na výkonové velikosti, konstrukčním typu transformátoru a zejména
druhu plechů použitých pro magnetizační obvod. Tyto ztráty jsou významné u
transformátorů starších. Pokud u transformátorů bylo použito při výrobě
amorfních či orientovaných plechů, tvoří ztráty naprázdno asi 30 až 35 % z
hodnoty ztrát naprázdno transformátorů s normálními plechy. Ztráty
transformátorů naprázdno se při výpočtu objemu ztrát elektrické energie v DS
nebo LDS uvažují u transformací na všech úrovních napěťových hladin.
Ztráty elektrické energie naprázdno u transformátoru po dobu
provozu Tp [h] (u transformátorů všeužitečné elektrizace bývá
obvykle Tp = 8760 hodin, u průmyslových LDS záleží na druhu
napájeného technologického systému a požadované úrovni spolehlivosti dodávky
elektřiny) jsou dány vztahem
WZt4 = ∆Po * Tp * 10-6 [MWh]
Vstupními údaji pro výpočet celkových ztrát naprázdno všech
distribučních transformátorů provozovaných v předmětné analyzované distribuční
soustavě jsou jejich počty n [ks]. Orientační hodnoty ∆Po pro
jednotlivé výkonové typy a skupiny kvality plechu jsou uvedeny v normách a také
ve vyhlášce č.153/2001 Sb.
Při určení velikosti ∆Po je třeba vycházet z
konkrétních inventarizačních údajů držitelem licence provozovaných
transformátorů 110/22 a 22/0,4 kV.
-
Technické ztráty stálé způsobené vlastní spotřebou měřících
prvků (elektroměrů)
Tyto ztráty se uvažují v měřících zařízeních všech
úrovní napěťových hladin distribučních soustav. Rozlišuje se pouze typ
elektroměru a jemu příslušná charakteristická měrná spotřeba elektřiny.
Průměrné příkony jsou uvedeny v následujícím přehledu:
jednofázový. jednosazbový elektroměr PZt5 11 1,44
W
jednofázový dvousazbový elm. PZt5 12 1,44 + 1,2 =
2,64 W
třífázový jednosazbový elm. PZt5 31 3 x 1,44 = 4,32
W
třífázový dvousazbový elm. PZt5 32 3 x 1,44 +1,2 =
5,52
Roční ztráty elektrické energie v provozní oblasti distribuční
soustavy lze určit dle vztahu:
WZt5 = (nE31 * PZt31 +
nE32 * PZt32) * 8,76 * 10-3 [MWh],
kde nE31 a nE32 jsou počty
dvou a jednosazbových třífázových elektroměrů, připojených v analyzované
distribuční soustavě.
Roční ztráty elektrické energie v měřících prvcích, která se
promítá do oblasti obchodní, se určí pomocí následujícího vztahu
WZt5ob = (nE11 * PZt11 +
nE12 * PZt3 + nE31 * PZt31 +
nE32 * PZt32) * 8,76 * 10-3 [MWh],
kde nE11; nE12; nE31; nE32 jsou počty jednotlivých typů
odběratelských elektroměrů v analyzované distribuční soustavě
Při výpočtu roční ztráty elektrické energie v měřících prvcích
lze využít paušální měrný údaj uvedený ve vyhlášce č. 150/2001 Sb. a to v
hodnotě 25 MWh/1000 ks měření za rok.
-
Trvalá spotřeba řídicích prvků
Zejména se jedná o
vlastní spotřebu přijímače HDO a přepínacích hodin. Uplatňuje se v sítích VN i
NN.
Měrná spotřeba (průměrný trvalý příkon nezbytný pro funkční
provoz uvedených řídících prvků):
-
u přepínacích hodin Pztph = 1,5 W/ks
-
přijímač HDO PztHDO = 2,0 W/ks
Roční ztráta elektrické energie (spadá do oblasti obchodních ztrát)
se určí podle vztahu:
WZt6 ob = (nph * Pztph +
nHDO * PztHDO) * 8,76 * 10-3 [MWh]
kde nph; nHDO jsou počty ks
přepínacích hodin a přijímačů HDO použitých v distribuční soustavě
Při výpočtu lze také využít paušální hodnoty spotřeby řídících
prvků, ve vyhlášce je doporučena hodnota 10 MWh/1000 ks za rok.
B/ Proměnné složky technických ztrát
Do této skupiny
ztrát elektrické energie v prvcích distribučních systémů jsou zařazeny ztráty
závislé na velikosti zatížení procházejícího předmětným prvkem. Jedná se o
nejvýznamnější provozní ztráty. Obyčejně velikostí převyšují ztráty stálé, i
když jsou zde zařazeny pouze čtyři složky:
1) Jouleovy ztráty vznikající průchodem proudu třífázovým
vedením
Vznikají ve vedeních venkovních i kabelových všech napěťových
hladin.
Obecná formulace vztahu pro výpočet velikosti ročních činných ztrát
ve vedeních je
WZtved = 3 * R * I2 * TZ * 10-3 [MWh]
Způsob výpočtu může provozovatel přízpůsobit charakteru vstupních
informací podle místa měření, rozsahu vstupních hodnot a způsobu jejich
získávání. Důležitá je i jejich objektivita, s jakou popisují reálně se
vyskytující provozní situace.
-
Výpočet ztrát činného výkonu ve venkovním vedení 110 kV
Ve vyhlášce č.153/2001 Sb.příloha 1, kap. B, /7/ a) je uvedena pouze jedna
varianta metodiky výpočtu vhodná pro výpočet Jouleových ztrát venkovního vedení
napěťové hladiny 110 kV. Způsob určení předpokládá existenci dálkových měření
elektroenergetických veličin uvažované sítě v reálném čase v dostatečné
kvantitě a kvalitě a jejich archivaci po hodinových intervalech po celé
uvažované období, které jsou současně vstupními informacemi programu pro
výpočet ustáleného chodu sítě nebo programu obdobného, který pro výpočet ztrát
používá metodický postup uvedený v textu přílohy citované vyhlášky.
-
Výpočet ztrát elektrické energie v sítích VN je
předmětnou náplní části B. oddílu b). přílohy č.1 k vyhlášce č.153/2001 Sb.
Podle způsobu, charakteru a množství vstupních údajů a také s přihlédnutím k
typu vedení může si provozovatel při výpočtu velikosti ztrát zvolit některou z
dále uvedených variant metodiky výpočtu:
-
první varianta výpočtu předpokládá (bez ohledu na typ
vedení), že existuje dálkové měření proudů v reálných časech na vývodech z
rozvodenVN a jejich archivace po hodinových intervalech v celém sledovaném
období a také že existuje model uvažovaného distribučního systému. V této části
přílohy č. 1 k vyhlášce MPO č. 153/2001 Sb. je uveden vhodný algoritmus výpočtu
velikosti ztrát činného výkonu přeměnnou proudového zatížení na teplo ve
vedeních a transformátorech, pokud platí pro vstupní údaje výše uvedené
podmínky.
-
druhá varianta výpočtu je uvedena pro dvě subvarianty
metodiky postupu. První varianta je uvedena pro venkovní rozvod VN, druhá pro
kabelový rozvod VN. Varianty se liší tím, že druhá z nich, i když je postup
výpočtu ztrát obdobný, předpokládá jednodušší konfiguraci sítěVN (nepřítomností
odboček a přípojek)
-
Výpočet velikosti ztrát činného výkonu v sitích NN. Při
použití metodiky uvedené v příloze lze velikost ztrát určit pomocí dvou
základních variant metodického postupu. První varianta předpokládá znalost
odhadů velikosti odběrů v distribučních stanicích VN v reálném čase a existenci
modelu uvažovaného rozvodu. Varianta výpočtu č. 2 má dvě modifikace. První je
použitelná pro venkovní rozvod NN, druhá pro kabelový rozvod NN. Metodika
postupu a nezbytné vstupní informace jsou uvedeny v Příloze č. 1, vyhlášky č.
153/2001 Sb.
2) Činné ztráty vznikající průchodem proudu vinutím
transformátoru – Ztráty transformátorů nakrátko
Uvažují se u transformátorů všech úrovní napětí.
Vznikají ve vinutí transformátoru průchodem proudu. Činné ztráty se
vypočtou podle vztahu:
PZt tr = ∆ Pk * (Ss /Sn)2 10-3 [kW],
kde
∆Pk jmenovité ztráty nakrátko [W]
Ss zdánlivý špičkový výkon transformátoru
[kVA]
Sn jmenovitý zdánlivý výkon transformátoru
[kVA]
Činné ztráty el. energie za určité sledované období provozu
transformátoru Tp se určí dle následujícího vztahu:
WZT TR = ∆
Pk * (Ss /Sn)2 * Tp = ∆Pk * β2 * T∆,
kde
T∆ doba plných ztrát [hod]; je obvykle odvozena z
dodané energie, špičkového zatížení a doby provozu zařízení
β zatěžovatel
Při výpočtu ztrát nakrátko i naprázdno v transformátorech s
primárním napětím vvn (obvykle v DS nebo LDS jde o 110 kV)…
