Анализ структуры потерь электрической энергии в электроустановках при отключении напряжения от оптимального значения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Энергосбережение

19 =

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Рубрику ведет В. М. Аванесов,

заведующий кафедрой «Энергосбережение» НОУ ВПО МИЭЭ,

кандидат технических наук, доцент

Анализ структуры потерь электрической энергии в электроустановках при отклонении напряжения от оптимального значения

В. М. Аванесов,

заведующий кафедрой «Энергосбережение» НОУ ВПО МИЭЭ,

кандидат технических наук, доцент

Е.В. Садков,

адъюнкт Военной академии РВСН им. Петра Великого

В расчетах тех-нико-экономического обоснования применения энергосберегающих мероприятий при проведении энергетического обследования необходимо определять потери электрической энергии и соответствующий экономический ущерб, вызванный отклонением показателей качества элект-ри че с кой энер гии от нор ма тив ных.

Экономический ущерб, обусловленный низким ка че ст вом эле к т ри че с кой энер гии, име ет две со став -ляющие: электромагнитную и технологическую. Электромагнитная составляющая определяется в основ ном из ме не ни ем по терь ак тив ной мощ но с ти и со -ответствующим изменением срока службы изоляции электрооборудования. Технологическая составляющая ущер ба обу слов ли ва ет ся вли я ни ем ка че ст ва эле к т ри че с кой энер гии на про из во ди тель ность тех -но ло ги че с ких ус та но вок и се бе с то и мость вы пу с ка е -мой про дук ции.

Для каждой электроустановки имеются техниче-с кие пре де лы от кло не ний по ка за те лей ка че ст ва эле -ктрической энергии от номинальных значений, при нарушении которых оборудование может быть повреждено или не сможет выполнить свои функции в полном объеме. В то же время, даже в указанных тех ни че с ких пре де лах из ме не ния по ка за те лей ка че -ства электрической энергии приводят к существенно му из ме не нию эко но мич но с ти ра бо ты ус та нов ки.

Та ким об ра зом, для каж дой эле к т ро ус та нов ки име ет ся но ми наль ное зна че ние по ка за те лей ка че ст -ва электрической энергии, оптимальное их значение, соответствующее минимуму потерь электрической

энер гии, и тех ни че с -кие пре де лы от кло -не ний от но ми наль -но го зна че ния.

Поддержание у всех эле к т ро ус та но -вок оп ти маль ных ка -че ст вен ных по ка за -те лей эле к т ри че с кой энер гии обес пе чит ми ни маль ное по -

треб ле ние эле к т ри -че с кой энер гии дан -ными электроустановками. Однако реализация вышеуказанного поло-же ния тре бу ет не о прав дан но боль ших за трат, так как подразумевает наличие более дорогих электри-че с ких се тей, очень боль шое чис ло спе ци аль ных ре -гулирующих устройств и другой аппаратуры, поэтому при хо дит ся до пу с кать от кло не ния от оп ти маль -ных зна че ний ка че ст вен ных по ка за те лей эле к т ри че -ской энергии для данной установки. Следует отметить, чем боль ше до пу с ка е мые от кло не ния по ка за те -лей ка че ст ва эле к т ри че с кой энер гии, тем мень ше за -тра ты в энер го си с те ме на их обес пе че ние, но тем боль ше по те ри эле к т ри че с кой энер гии в эле к т ро ус -та нов ках, сле до ва тель но, оп ти маль ные зна че ния от -клонения соответствуют минимуму суммарных затрат. Определение структуры потерь электрической энер гии при от кло не нии на пря же ния от оп ти маль но -го и но ми наль но го зна че ний, вы яв лен ное в про цес се обработки результатов инструментального обследо-ва ния си с те мы эле к т ро снаб же ния, яв ля ет ся весь ма актуальным. Полученные результаты необходимы для даль ней ше го вы бо ра и тех ни ко-эко но ми че с ко го обос но ва ния энер го сбе ре га ю щих ме ро при я тий по

Энергобезопасность в документах и фактах

сни же нию не ра ци о наль ных по терь эле к т ри че с кой энер гии в эле к т ро ус та нов ках.

Од на ве ли чи на мак си маль ных от кло не ний от оп -тимального значения качественного параметра еще не ха рак те ри зу ет до пол ни тель ные по те ри эле к т ри -че с кой энер гии в эле к т ро ус та нов ках. Со во куп ность числа и длительности каждого отклонения параметра являются очень важными показателями.

Дополнительные потери мощности электрической энергии от недостаточного качества напряжения определяются как разность потребляемой мощности электрической энергии при данном U (текущем) и оптимальном и0 значении напряжения. Разложив в ряд значения потребляемой мощности электрической энергии при данном напряжении и, мы получаем выражение потерь мощности элект-ри че с кой энер гии за не ко то рый ин тер вал вре ме ни при U=const:

(1)

где Э и Э0 — потребляемая мощность при напряжении и и оптимальная потребляемая мощность электрической энергии при и = и0, 8и = и-и0; частные производные определяются при и = и0.

Потери электрической энергии за данный интервал вре ме ни:

тогда

п = к(и-иоу.

(5)

(6)

(7)

Если известна характеристика и = f(t), то потери электрической энергии за период времени Т могут быть определены по формуле (7), преобразовав ее следующим образом:

(8)

Рассматривая напряжение как случайную величину, введем среднее значение напряжения иср, т.е. математическое ожидание, дисперсию ис2к (квадрат сред не ква д ра тич но го от кло не ния от сред не го) и среднеквадратичное значение иск:

+и2 ■

ср’

Если потери электрической энергии П при напряжении и = и0 действительно минимальны, то откуда 8Э/8и = 0, следовательно:

и- = .\~\игл-, и1=у\игл.

о(и)=и2„-г-и1+и1=и1-иг,р.

ср Ср Подставляя в (8), получим

Пре не бре гая выс ши ми чле на ми раз ло же ния, при малых значениях 5и и и-и0 получим:

(4)

Та ким об ра зом, ве ли чи на по терь эле к т ри че с кой энер гии про пор ци о наль на ква д ра ту от кло не ния на -пря же ния от оп ти маль но го зна че ния в дан ном ин тер -вале. Здесь предполагается, что в течение рассматриваемого интервала времени оптимальное значение на пря же ния не из ме ня ет ся. Обо зна чим ко эф фи ци -ент про пор ци о наль но с ти че рез

Суммарные потери электрической энергии за некоторый период времени Т определим по формуле:

где

Таким образом, потери электрической энергии представляют собой сумму двух составляющих. Одна пропорциональна дисперсии, т.е. среднеква-д ра тич но му от кло не нию от сред не го зна че ния, а другая — квадрату среднего отклонения и от оптимального значения и0. Поэтому уменьшить поте ри эле к т ри че с кой энер гии мож но дву мя пу тя ми: снижением «отклоняемости» напряжения от его сред не го зна че ния (дис пер сии) или сни же ни ем от -

намвиив

Энергосбережение

21 =

кло не ния сред не го зна че ния и от оп ти маль но го уров ня. Пер вое до сти га ет ся при ме не ни ем спе ци -аль ных ре гу ли ру ю щих ус т ройств, вто рое — ус та -нов кой пра виль но го ко эф фи ци ен та транс фор ма -ции транс фор ма то ра, а так же ре гу ли ров кой мощ -ности компенсирующих устройств. Если в разные ча сы пе ри о да Т оп ти маль ное на пря же ние так же из ме ня ет ся, то пе ри од нуж но раз бить на ряд ин -тер ва лов с по сто ян ным зна че ни ем оп ти маль но го на пря же ния.

Сле до ва тель но, ква д рат сред не ква д ра тич но го от -клонения напряжения от оптимального значения

Интеграл |(£/ —иа)с11, деленный на Т и возведен-

ныи в квадрат, используется для определения дис-пер сии

На рис. 1 представлены значения питающего на-пря же ния груп пы од но тип ных эле к т ро дви га те лей токарных станков.

Сред нее зна че ние от кло не ния на пря же ния от оптимального значения за промежуток времени Т =85 ч составляет Ьиср о = 2,91 В и определяется по фор му ле:

(11)

где N — количество измерений действительных зна-че ний на пря же ния;

и0 — оптимальное значение питающего напряжения (и0 = 225 В);

и — действительное значение напряжения.

Среднеквадратичное отклонение напряжения от оп ти маль но го зна че ния за про ме жу ток вре ме ни Т = 85 ч составляет Ьисро = 8,34 В и определяется по формуле:

где Ьиск о и Ьиср о — среднеквадратичное и среднее от кло не ния и от оп ти маль но го зна че ния.

Ес ли из ве ст ны зна че ния дис пер сии и сред не -ква д ра тич но го от кло не ния на пря же ния от оп ти -маль ных, то мож но оп ре де лить до лю по терь эле к -т ри че с кой энер гии, вы зван ных боль шой от кло ня е -мо с тью на пря же ния от сво е го сред не го зна че ния, т.е. боль шой дис пер си ей, а так же по те ри, свя зан -ные с от кло не ни ем сред не го зна че ния от оп ти -маль но го, а за тем ре шить, ка кие ме ро при я тия на -и бо лее ак ту аль ны для сни же ния этих по терь.

(12)

Доля потерь электрической энергии, вызванных боль шой от кло ня е мо с тью на пря же ния от сво е го сред не го зна че ния, т.е. боль шой дис пер си ей, со став -ляет 95,5%, а доля потерь, связанных с отклонением среднего значения от оптимального — 4,5%, следователь но, на и бо лее це ле со об раз ным яв ля ет ся вне д ре -ние специальных регулирующих устройств для снижения «отклоняемости» напряжения от его среднего зна че ния.

Ре а ли за ция дан но го ма те ма ти че с ко го ап па ра та в соответствующем программном продукте позво-ля ет энер го а у ди то ру в крат чай шие сро ки про ве с ти качественный анализ использования электрической энер гии кон крет ным по тре би те лем и дать обос -нованные предложения по оптимизации её расхода.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 Г,час

Рис. 1. Зна чения пи тающего напряжения электродвига телей за контролируемьй период