В статье авторы рассматривают наиболее современные и эффективные методы расчётов и минимизации потерь электроэнергии в распределительных сетях путем повышения точности их определения и внедрения модернизированного оборудования.
Ключевые слова: снижение потерь, энергоэффективность, учет электроэнергии, энергоэффективные трансформаторы.
- Определение технических потерь всетях 0,4 кв
Методика расчета, основанная на контрольных измерениях
Самой точной и одновременно наиболее трудоемкой, требующей достаточно большого объема исходных данных является методика расчета, основанная на контрольных измерениях уровней напряжения на шинах ТП, фазных токов головного участка в максимальный пик нагрузки, установленной мощности, характеру и типовым графикам нагрузки потребления, отпуску электроэнергии в сеть 0,4 кВ или суммарному потреблению электроэнергии питающихся потребителей.
Одновременное знание контрольных замеров нагрузки по сетям 0,4 кВ и электропотребления дают возможность привести их в определенное соответствие через определение последовательных установившихся режимов и потерь мощности при изменении потребления в узлах в соответствии с графиками нагрузки и накоплением результатов расчета потерь мощности за рассматриваемый промежуток времени.
На головном участке в качестве исходных данных могут использоваться: отпуск электроэнергии за характерные сутки, месяц, год.
Статистические показатели типового графика нагрузки зависят от величины нагрузки. Для каждого типового графика приведена стандартная величина максимального значения математического ожидания активных нагрузок.
Для расчетов необходимы следующие параметры:
–r0;
–х0;
–L;
–W;
–k3;
–tg(φ);
–kнн
Рассмотрим каждый параметр по отдельности.
r0; х0 (Ом) — активное и реактивное сопротивление линии соответственно. Они определяются исходя из самой линии (воздушная или кабельная линия, марка и сечение проводников, длина, материал). Для обеспечения максимальной точности расчета, недостаточно использовать табличные усредненные значения, которые определяются лишь сечением и длиной линии, т. к. все линии имеют соединения.
L (км) — непосредственно длина линии (воздушной, либо кабельной).
W (тыс. кВт*ч) — Суммарный отпуск электроэнергии за заданный промежуток времени в линию.
tg(φ) — коэффициент мощности, безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей.
k3 — коэффициент заполнения графика нагрузки (отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени). Этот показатель способен принимать различные значения за заданный промежуток времени, он изменяется постоянно в зависимости от потребления электроэнергии.
kнн — коэффициент, учитывающий влияние на потери неодинаковости нагрузок фаз. Данный параметр учитывает несимметрию нагрузочных токов по фазам. Его расчет достаточно сложен, для применения в практическом использовании, необходимо оборудование, которое способно проводить замер нагрузки по каждой фазе в заданный промежуток времени.
Исходя из доступных нам данных, определение потерь будем производить по следующим формулам.
Максимальное значение активной мощности:
, (1.1)
где Д — количество дней (рассматриваемый промежуток времени).
Максимальное значение реактивной мощности:
(1.2)
Определение технических потерь:
(1.3)
Определение потерь напряжения:
(1.4)
2. Авансовая система учета электроэнергии
Недобропорядочность потребителей в отношении оплаты за электроэнергию в некоторых районах доходят до 30 % от объема отпускаемой энергии. Эти расходы опираются на плечи государства, вынуждая повышать тарифы, что в конечном счете сказывается на добросовестных гражданах.
Чтобы избежать такого рода проблемы, необходима модернизация действующей системы учета АСКУЭЭ — внедрение авансовой системы учета электроэнергии. Если превышен лимит на основе оплаты — подача энергии прекращается, что исключает возможность долгов потребителей перед энергоснабжающими организациями.
При практическом использовании данной системы эти проблемы автоматически исчезают. Таким образом решается главный вопрос — взаиморасчеты. Энергоснабжающие компании получают живые средства, которые смогут использовать для ремонта и строительства новых, современных объектов энергоснабжения. Потребители получат возможность точно понимать, за что и сколько они платят и планировать свой бюджет. Помимо этого, лишается возможность безнаказанно воровать электроэнергию.
Данная система позволит существенно сократить потери электроэнергии и наглядно показывать расход потребления электроэнергии в денежном эквиваленте. Чтобы внедрить авансовую систему учета, можно рассмотреть следующее — это использовать уже готовое решение от Энергомера, использовав счетчик электроэнергии СЕ205 и СЕ305 однофазный и трехфазный соответственно. В данных приборах учета предусмотрена функция оповещения о снижении остатка денежных средств на счете путем подачи сигнала самим прибором. Средства пополняются на специальную карту. Для получения большего эффекта от внедрения данной системы учета, необходимо создать отдельные центры контроля и учета отпуска электроэнергии конечным потребителям. Это позволит минимизировать возможность хищения электроэнергии путем взлома приборов учета.
- Снижение потерь электроэнергии путем внедрения современных энергоэффективных силовых трансформаторов
Для достижения ощутимых результатов в области снижения потерь электроэнергии распределительных сетей необходимо предпринимать меры по повышению энергоэффективности в как можно большем количестве узлов энергосистемы. Так, помимо контроля и учета электроэнергии неизбежно обновление и совершенствование самого электрооборудования, применение инновационных технологий. Одной из наиболее важной и дорогостоящей установкой в электрических сетях и системах электроснабжения является силовой трансформатор.
Силовые трансформаторы обладают значительным потенциалом в повышении энергоэффективности распределительных и трансформаторных подстанций, чем обусловлена значимость разработки и внедрения технологий энергосберегающих трансформаторов в электросетях.
Для силового трансформатора коэффициент полезного действия η определяется следующей формулой, рекомендуемой ГОСТом:
|
|
(3.1) |
– где 
— мощность потерь короткого замыкания, Вт;
– 
— мощность потерь холостого хода, Вт;
–
— коэффициент нагрузки;
– 
— номинальная мощность трансформатора В∙А;
– 
-коэффициент мощности.
Приведенная формула наглядно показывает возможные пути повышения энергоэффективности силового трансформатора. Такими способами являются: оптимальный коэффициент нагрузки (отношение потребляемой мощности к номинальной мощности трансформатора); увеличение коэффициента мощности (соотношение активной и реактивной мощности потребителя); уменьшение мощности потерь холостого хода (мощность потерь в магнитопроводе трансформатора); уменьшение мощности потерь короткого замыкания (мощность потерь в обмотках трансформатора).
В данной области наибольший интерес представляют силовые трансформаторы, в работе которых применяются такие конструктивные решения, как использование сердечников изготовленных из аморфных ферромагнитных сплавов (АФТ), а также высокотемпературных сверхпроводниковых материалов для обмоток (ВТСТ). Они могут использоваться как по отдельности, так и совместно.
Это особенно остро и актуально для загруженных и напряженных систем электроснабжения мегаполисов. В настоящее время в существующих системах электроснабжения описанные мероприятия не имеют широкого применения.
С точки зрения закона сохранения энергии, потери электроэнергии ΔW при передаче, распределении и потреблении — это неизбежные экономические и энергетические затраты, связанные с выделением тепла, которое наносит вред как самому оборудованию, так и окружающей среде.
Поэтому проблема снижения суммарных потерь электрической мощности и энергии в электроэнергетике всегда была, есть и будет в центре внимания эксплуатации, научных исследований, проектирования и конструирования новых электроустановок и процессов. Таким образом данная задача обладает непреходящей актуальностью и поиска новых решений. В современных условиях потери электроэнергии и мощности можно существенно снизить применением в конструкциях силовых трансформаторов следующих инновационных решений:
– Использование эффекта сверхпроводимости низко- и высокотемпературной для кардинального уменьшения нагрузочных потерь в обмотках силовых трансформаторов.
– Внедрение новых эффективных способов формирования основного магнитного потока силового трансформатора с помощью аморфных ферромагнитных материалов и перспективных бессердечниковых конструкций силовых трансформаторов для значительного (в 5–6 раз) снижения потерь холостого хода трансформатора.
– Применение комбинированной конструкции, сочетающей в себе использование аморфных магнитопроводов и материалов, которые обладают эффектом высокотемпературной сверхпроводимости для изготовления обмоток силовых трансформаторов (АВТСТ).
Существующие конструктивные способы уменьшения суммарных потерь в трансформаторах позволяют существенно повысить энергоэффективность трансформации электроэнергии. Применение же новых инновационных материалов, в частности в магнитопроводах и обмотках силовых трансформаторов, обеспечит качественный скачок в снижении затрат на функционирование всей сети электроснабжения.
Таким образом, в данной работе рассмотрен метод определения потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4 кВ. Помимо определения потерь электроэнергии, метод дает возможность определить потери напряжения в линии, что может быть вызвано устаревшим проводником, либо неправильным сечением проводника. Данная система позволяет на основе проводимых контрольных измерений, пересчитывать типовой годовой график нагрузки за необходимый промежуток времени и получить фактический график нагрузки для конкретной линии. Это позволит предприятию оценить реальное состояние оборудования, используемого для трансформации и передачи электроэнергии конечному потребителю, а также принять меры к модернизации и замене оборудования на более совершенные и инновационные модели. В частности, замене, либо прокладки новых кабельных линий, взамен устаревших.
На основании полученных данных о состоянии распределительных сетей в целом (кабельные и воздушные линии, трансформаторные подстанции и распределительные пункты) можно сделать определенные выводы о замене устаревшего оборудования. В частности, замена трансформаторов на энергоэффективные, что скажется на качестве и стоимости электроэнергии в далекой перспективе. Подход к максимально возможному снижению потерь должен осуществляться комплексно. Рассмотренные в данной статье методы снижения потерь электроэнергии в совокупности позволят добиться достаточно ощутимого их снижения. Однако, повышение точности определения технических потерь электроэнергии в распределительных сетях, не сможет обеспечить достаточное сокращение потерь. Настоящая система контроля и учета АСКУЭ не позволяет в полной мере контролировать учет электроэнергии. Поэтому необходимо внедрение авансовой системы учета электроэнергии.
Литература:
- Кузнецов Д. В., Гольдштейн В. Г. Совершенствование концепции и методов организации энергоснабжения мегаполисов // Промышленная энергетика. 2014. № 2.
- Якшина Н. В. Целесообразность применения трансформаторов со сниженным электропотреблением // Энергоэксперт. — 2015. — С. 4–8.
- Железко Ю. С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. — М.: НУ ЭНАС, 2002.
- Воротницкий В. Э., Загорский Я. Т., Апряткин В. Н. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях. — Электрические станции, 2000.
