CC BY
56
УДК 621.317
Сотшк Ольга BacaiiBHa, канд. техн. наук, доцент
Харшвський нацюнальний техшчний ушверситет сшьського господарства 1мет Петра Василенка, м. Харшв, Украша, вул. Артема, 44, м. Харшв, Украша, 61002, (097) 466-42-57, o.sotnik@list.ru
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВТРАТ ЕЛЕКТРОЕНЕРГИ В МЕРЕЖАХ СШЬСЬКИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТ1В В УМОВАХ ВЩХИЛЕННЯ НАПРУГИ
Показано, що при застосувант техтчних заход1в для тдтримки р1вня напруги, а саме регулювання к1лькост1 витюв на високш сторонi розподшьного трансформатора, змтюються параметри трансформатора, що викликае змту та утворення додаткових втрат електроенерги в даних мережах.
Ключовi слова: альсьш електричш мережi комунально-побутового призначення, вiдхилення рiвня напруги, силовий розподтьний трансформатор, коефщент трансформацИ, втрати електричног енергИ.
Сотник Ольга Васильевна, канд. техн. наук, доцент
Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко, г. Харьков, Украина, ул. Артема, 44, г. Харьков, Украина, 61002, (097) 466-42-57, o.sotnik @ list.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕТЯХ СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ В УСЛОВИЯХ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Показано, что при применении технических мероприятий для поддержания уровня напряжения, а именно регулирования количества витков на высокой стороне распределительного трансформатора, изменяются параметры трансформатора, что вызывает изменение и образования дополнительных потерь электроэнергии в данных сетях.
Ключевые слова: сельские электрические сети коммунально-бытового назначения, отклонения уровня напряжения, силовой распределительный трансформатор, коэффициент трансформации, потери электрической энергии.
Olga Sotnik, Candidate of Technical Sciens, Associate Professor
Kharkiv National Technical University of Agriculture named Petro Vasilenko, Kharkiv, Ukraine, Artem, 44, Kharkiv, Ukraine, 61002, (097) 466-42-57, o.sotnik @ list.ru
DISCOVERING ENERGY LOSSES IN NETWORK OF RURAL SETTLEMENTS UNDER
VOLTAGE REJECTION
In applications of technical measures to maintain the level of voltage, such as adjusting the number of turns on the high side of the distribution transformer, chavaing transformoton parameters change that causes a change in the formation of additional power losses in these networks.
Key word: rural electric networks, deviation of voltage power distribution transformer, loss es of electricity.
Постановка проблема
Сучасний стан в1тчизняно'1 електроенергетики такий, що споживач1 не завжди забезпечеш надшним електропостачанням та яюсною електроенерпею. Особливо це стосуеться сшьських споживач1в, де ввдхилення напруги на затискачах електроприймач1в у 34 рази можуть перевищувати допустим! значення, а тривалють споживання неякюно!' енерги складае близько 45 % вщ загального часу роботи [1]. В Укрш'ш майже 50 % вс1е! електроенерги використано'1 споживачами в сшьському господарсга витрачаеться в житловому сектор1 i сфер1 культурно-побутового обслуговування населення. Споживання електроенерги у комунально-побутовому сектор1 села зростае з кожним роком. Тому, гостро постае проблема дослщження втрат електроенерги та покращення и якост в сшьських мережах комунально-побутового призначення [1-4].
Анaлiз останшх дослщжень
На даний час опубл1кована значна кшьюсть праць з питань електронавантаження та анал1зу режим1в навантаження енергосистем, але для сшьських мереж комунально-побутового призначення даш питання недостатньо вщображеш в науково-техшчнш л1тератур1 [1-3]. Змши величини та якосп сшьського комунально-побутового
електронавантаження потребують перегляду iснуючих положень, як в теорп розрахунку i проектування сiльських мереж, так i в питаннях оптимiзащi експлуатацiйних ршень.
Формулювання мети статт1
Дослiдження втрат потужносп при п передачi по сшьським комунально-побутовим мережам та знаходження простих способiв для зменшення даного виду втрат.
Основна частина
Вплив якосп електроенергп на роботу електроприймачiв визначаеться рядом факторiв [5]. Електричш мережi 0,4 кВ е останньою дiлянкою при передачi i розподшу електроенергп вiд електростанцп до споживачiв. Вiд надiйностi роботи даних мереж та 1'х завантаження залежать надшшсть, якiсть i економiчнiсть електропостачання споживачiв. Показники якостi електроенергп в Укрш'ш регламентуе Держстандарт. Одним iз основних показниюв якостi електроенергп е величина напруги та п вiдхилення вiд номiнального значення. Вiдхилення напруги вщ номiнального значення вiдбуваеться через: добовi сезоннi та технологiчнi змiни електронавантажень споживачiв; змiну потужностi компенсуючих пристро'в; регулювання напруги генераторами електростанцiй i на пiдстанцiях енергосистем; змiну схеми та параметрiв електромережi.
Змiна напруги вщбиваеться на роботi рiзних видiв електроприймачiв, найбiльш чутливою е радюапаратура. Так, вiд'емне вiдхилення напруги попршуе зображення телевiзорiв, додатне - скорочуе термш служби [5]. Дуже чутливi до змiни напруги конденсатори, 1'х потужнiсть залежить вiд квадрату напруги. Таким чином, при зниженi напруги до 0,9 ин, потужнiсть конденсатора понижуеться до 81 %. Пщвищення напруги призводить до збiльшення реактивно! потужносп конденсатора, а, отже, викликае його перевантаження. При частих перевищеннях напруги за номiнальну, спостерiгаеться масовий вихщ iз ладу конденсаторiв. З шшого боку, високу чутливiсть до змши напруги мають i осв^лювальш прилади. 1з зниженням напруги найбшьш помiтно падае свiтловий потiк. Так, при 0,95 ин св^ловий попк зменшуеться на 18 %, а вже при 0,9 ин - бшьше шж на 30 %. При тдвищенш напруги за номшальну рiзко зменшуеться термiн служби ламп: при 1,1 ин -термш служби ламп зменшуеться втричь При тдвищенш напруги св^лова ввддача люмшесцентних ламп на вiдмiну вiд ламп розжарювання зменшуеться, а при зменшенш напруги навпаки збiльшуеться. Вiдхилення напруги негативно впливае на яюсть роботи i термiн служби i шшо!' побутово!' технiки.
Проблема якостi електроенергп псно пов'язана з И втратами, оскшьки причини, якi призводять до попршення й якостi призводять також i до збiльшення втрат, а це, в свою чергу, викликае вщповщний збиток. Мiж тим, втрати потужносп i якiсть електроенергп визначають пропускну спроможнiсть мереж. Тому, вс заходи зi зниження втрат електроенергп i стабшзацп параметрiв напруги направлеш на пiдвищення пропускно!' спроможностi електричних мереж [2, 5].
Одшею з найбшьш поширених проблем якостi у робоп електричних мереж 0,4 кВ - е проблема зi зниженою напругою у найбiльш вiддалених споживачiв. Для рiшення дано!' проблеми можна здшснити заходи для пiдвищення якосп електроенергii та зменшення втрат при експлуатацп мереж. 1снують способи, яю дозволяють покращити якiсть електроенергп у проблемних споживачiв шляхом змiни: ЕРС джерела живлення; потужносп трансформатора i (чи) його коефiцiента трансформацii; опору лшп живлення; схеми приеднання навантаження (реконструкщя схеми) [6-8].
Для тдтримки рiвня напруги у споживача передбачено регулювання коефщента трансформацii силового трансформатора за допомогою перемикача напруги у межах ± 5 %. Параметри трансформатора, для яких визначаються втрати, як у живлячш, так i у мереж^ що живиться надаються при номшальному режимi, тобто, при номшальному коефiцiентi трансформацii. Втрати енергп у силовому трансформаторi зазвичай подшяють на двi частини i визначаються виразом [8]:
AW = AWxx + AWhe = АРххТ + АРк
Ac \2
S max
y Shom y
(1)
де Т - час роботи трансформатора; т - час максимальних втрат.
В мереж^ для компенсаци втрати напруги на отр в лЫях, приходиться збшьшувати номiнальну напругу, для чого зменшуеться коефщент трансформаци силового трансформатора шляхом зменшенням числа виткiв первинно'' обмотки. У даному випадку виникае змша втрат потужносп як в лЫях 10 кВ i 0,4 кВ, так i в обмотках i в магнiтопроводi трансформатора.
Вiдповiдно до [8, 9] втрати потужносп холостого хода в силовому трансформаторi визначаються з урахуванням прикладено'' напруги на основi наведених у паспорт трансформатора втрат потужносп АРхх та визначаються за формулою:
m Ui 2
AWхх = АРхх Е Tpi(-^)2, (2)
i = i Uhom
де Tpi - число часiв роботи в i - тому режиму
Ui - напруга в i - тому режиму
Uhom - номшальна напруга трансформатора.
Якщо Ui = Uhom , то AWхх = АРхх • Троб . Однак, якщо положення перемикача напруги мае положення ± 5 %, то розрахунок втрат за номшальними параметрами призводить до значних похибок через те, що втрати в трансформаторi i мережi змiнюються у порiвняннi з номiнальним режимом, а це в свою чергу призводить i до того, що:
1. Змшюються втрати холостого хода у трансформатора, так як змшилась кшькють витав первинно'1 обмотки на 5 % при тому як тдведена напруга в обмотщ вищо'' напруги залишилася незмiнною. Через це на 5 % змшиться значення магштно'' шдукци в осердi трансформатора. Можна вважити, що збшьшення втрат у електротехнiчнiй d^i пропорцiйно квадрату збiльшення шдукцп, тодi при зменшеннi на 5 % числа витав [8, 9]:
АР + 0,05 = АРхх, ном
С \2
' В+ 0,05 4
Вном
v y
, 2
= АРхх,ном( 1,05 • Вн0М i = 1,052 АРхх,ном. (3) v Вном y
2. Змiнюються також навантажувальш втрати у обмотках трансформатора.
W
Номшальний коефiцiент трансформацГ' трансформатора Кн.= —-. При змЫ кiлькостi виткiв
W
2
первинно'' обмотки поточний коефiцiент трансформаций
W + AW
к= -= К (1 ±ß), (4)
W н
2
де ß = - вщносне збiльшення числа виткГв обмотки W1.
/ W
/ 1
Навантажувальш втрати в обмотках трансформатора при номшальному шефоденл трансформаци визначаються виразом:
АР = I2(r + К2r ) , (5)
кз 11 н 2
т
де Г1 1 г2 - активш опори первинно'' та вторинно'' обмоток;
и / 2
I = у + К (2 + Ъ ) - первинний струм навантаження;
1 / Ъу н 2 нв
Ъу, Ъ2 - повш опори обмоток трансформатора.
При перемикання числа витюв первинно'1 обмотки для змши коефiцieнта трансформаци змшюються приведенi значення опорiв вторинно'1 обмотки Ъ2 i навантаження трансформатора Ънв. Змiнюeться також активний опiр гу i повний опiр Ъу первинно'1 обмотки. Якщо змiна параметрiв первинно'1 обмотки пропорцшна змiнi числа витюв, то величину навантажувальних втрат тсля перемикання можна визначити за виразом:
и2[г(1 ±р) + К2г (1 ±р)2]
АР' =-LJ-^-. (6)
кз [Ъ(1 ±р) + К2(Ъ + Ъ )(1 ±р)2]2
1 н 2 нв
При припущенш Ъ + К2Ъ «К2Ъ для величини навантажувальних втрат буде:
1 н 2 н нв
и2[г + К2г (1±р)] 0 г К2г
АР' = -н2-= ! 2[-1— + —]. (7)
кз К 4Ъ2НВ (1 ±р)3 1 (1 ±р)3 (1 ±р)2
н
Так як для силових трансформаторiв прийнято вважати г »К2г = 0,5г , то
1 н 2 тр
отримаемо:
АР' = АР 2±Р , (8)
кз 2 (1 ± р)3 кз 2(1 ± р)2
де —2 ~ р— - показуе ступень змши навантажувальних втрат трансформатора при 2(1 ± р)2
змЫ його коефiцiента трансформаций
Таким чином, розрахунок навантажувальних втрат силового трансформатора з урахуванням змши коефщента трансформаци можна звести до формули:
АР' = АР ном 2±р (-^)2К , (9)
кз кз (1 + р)2 Б кзпер
ном
де Ккзпер - коефщент змiни коефiцiента трансформаци (у межах ± 5 %).
Проведений аналiз показав, що перемиканнi коефiцiента трансформаци у межах ± 5 % втрати в обмотках трансформатора змшюються на 12-14 %.
Також змша коефщента трансформаци призводить до змЫ втрат у розподшьнш мережi. Збшьшення номшально'' напруги призводить до нерозрахункового збшьшення споживання електроенерги.
Висновок
При ввдхиленш вiд Держстандарту у споживачiв електроенерги величини вхвдно'' напруги, використання техшчних заходiв для пiдтримки напруги призводить до збшьшення
втрат: у силовому трансформатора в лшп 0,4 кВ, у споживачiв, якi знаходяться бiля силового трансформатора. Тому, застосування вольтододаткових автотрансформаторiв, застосування додатково'1 лшп або живлення сшьських комунально-побутових споживачiв вiд лшп вищо'1 напруги через окремi трансформатори забезпечили б покращення якостi у даного виду споживачiв та зменшення втрат електроенергп у даних мережах.
Список використаноТ л^ератури:
1. Сотшк О. В. Тенденцп розвитку сшьського побутового електроспоживання / О. В. Сотшк, О. В. Лугова, В. Д. Стрижак // Науков1 пращ Кременчуцького державного полггехшчного ушверситету. В1сник КДПУ - Кременчук: КДПУ, 2005. - Вип. 6/2005 (35). - С. 23-26.
2. Сотшк О. В. Питання прогнозування побутового електронавантаження / О. В. Сотшк // В1сник ХНТУСГ 1м. Петра Василенка, "Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК Украi'ни" - Харк1в: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 57. - Т. 1. - С. 165-169.
3. Дерзкий В. Г. Потребление электроэнергии населением / В. Г. Дерзкий, В. Ф. Скиба // Электрические сети и системы. К.: - 2008. - № 3. - С. 12-17.
4. Дерзский В. Г. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях. / В. Г. Дерский, В. Ф. Скиба // Энергосберение • Энергетика • Энергоаудит, № 6, 2009. - С. 20-21.
5. Автоматизоваш системи облжу та якосп електричноi' енергп в оптовому ринку / [Праховник А. В., Тесик Ю. Ф., Жаршн А. Ф. и др.]; тд ред. О. Г. Гриба - Харьков: ПП «Ранок-НТ», 2012. - 516 с.
6. Conservation voltage reduction: estimating methodology for large regional application. De Steese J. G., Kennedy B. W., Merrick S. B. // Proc.Amer.Power Conf., Vol. 54, Pt. 1, 54th Annu.Meet. Amer. Power Conf., Chicago, 1992. - P. 625-632.
7. Rural power quelity / Kaval D. O. at all // IEEE. Trans Ind. Application. - 1992. № 4. - P. 761-766.
8. Имшенецкий В. Н. Сельские электрические сети / В. Н. Имшенецкий, С. М. Рожавский. - М.: Колос, 1970. - 392 с.
9. Богдан A. В., Способ повышения качества электроэнергии в линии распределительной сети 0,4 кВ / А. В. Богдан, В. В. Папуков, В. В. Савиных // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники питания для АПК: сб.науч.трудов / КубГАУ. - 2006. - Вып. № 421 (151).
Referenses:
1. Sotnik O. V. Lughova O.V. Stryzhak V. D., (2005) Trends in the rural household power consumption. Proceedings of the Kremenchug State Polytechnic University, [Tendentsii rozvytku silskogo electrospozhuvannya] -No. 6/2005 (35), P. 23-26.
2. Sotnik O. V., (2007) Household electricity load forecasting Questions. KHNTUA Peter Vasilenko, "The problems of energy supply and energy efficiency in agriculture of Ukraine", [Pytannya prognozuvannya pobutovogo elektropotrebleniya] No. 57, P. 165-169.
3. Derskij V. G. Skiba V. F., (2008) Electricity consumption population. Electrical networks and systems, [Potreblenie elektroenergii naseleniem] No. 3, P. 12-17.
4. Derskij V. G. Skiba V. F., (2009) Selection measures for reduction of energy losses in distribution networks. Energysaving. Energy. Energy audit, [Vybor meropriyatiy po snizheniyu poter elektroenergii v raspredelitelnykh setyakh] No. 6, P. 20-21.
5. Prakhovnik A. V. Tesyk Y. F. Zharkin A. F.,(2012) Automated systems ofaccounting and quality of electricity in the wholesale market, [Avtomatyzovani systemy obliku ta yakosti elektroenergii v optovomu rynku] p. 516.
6. Conservation voltage reduction: estimating methodology for large regional application. De Steese J. G., Kennedy B. W., Merrick S. B. // Proc.Amer.Power Conf., Vol. 54, Pt. 1, 54th Annu.Meet. Amer. Power Conf., Chicago, 1992. - P. 625-632.
7. Rural power quelity / Kaval D. O. at all // IEEE. Trans Ind. Application. - 1992. № 4. - P. 761-766.
8. Imshenetskiy V. N. Rozhavskiy S. M., (1970) Rural Electric Networks, [Silskie elektricheskie seti] p. 392.
9. Bogdan O. V., (2006) Method for improving the power quality in the line of 0.4 kV distribution network, [Sposob povysheniya kachestva elektroenergii v raspredelitelnykh setyakh 0.4kV] No. 421 (151).
Поступила в редакцию 28.10 2014 г.
