МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

4

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

УДК 621.315

А. М. Исупова

Isupova A. M.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

METHODOLOGICAL PROVISIONS FOR CALCULATING ELECTRICITY LOSSES IN RURAL ELECTRIC NETWORKS

В нашей стране энергосбережение является государственным приоритетом. В сельских электрических сетях вопрос энергосбережения напрямую связан с потерями электроэнергии при ее передаче хищениями. При этом технические потери могут быть рассчитаны по известным формулам.

Основой для проведения расчетов потерь является наличие информации о ее потреблении. Что касается сельских электрических сетей, то здесь с таким вопросом имеются определенные проблемы. В итоге результаты расчетов будут носить приближенный характер.

Для сельских электрических сетей напряжением 10 кВ наиболее приемлемым методом расчета является метод времени наибольших потерь. При его применении необходимо оперировать такими величинами, как время наибольших потерь и число часов использования максимума нагрузки. В технической литературе имеется аналитическое выражение, увязывающее величину активных потерь и время наибольших потерь, а взаимосвязь времени наибольших потерь и числа часов использования максимальной нагрузки может быть установлена по эмпирической формуле или путем использования графической зависимости. Приводится алгоритм проведения расчетов потерь электроэнергии с использованием такого метода и пример расчета.

Сложнее обстоят дела с электрическими сетями 0,38 кВ. Здесь рекомендовано применение двух методов: оценка по обобщенной информации о схеме и нагрузке сети и расчет с учетом величины потерь напряжения в начале и конце участка сети. Второй метод требует меньшего объема исходной информации, поэтому находит большее применение. В статье даны методические положения по использованию последнего метода. Методический подход подкреплен решением конкретной задачи.

Сделан обобщающий вывод о возможности использования предлагаемого методического аппарата в практике эксплуатационного обслуживания электрических сетей.

Ключевые слова: электрические сети, электроэнергия, технические и коммерческие потери, методы расчета, время потерь, алгоритм, неравномерность нагрузки, потеря напряжения.

In our country, energy conservation is a state priority. In rural electric networks, the issue of energy saving is directly related to the loss of electricity during its transmission by theft. At the same time, technical losses can be calculated using well-known formulas.

The basis for calculating losses is the availability of information about its consumption. As for rural electric networks, there are certain problems with this issue. As a result, the calculation results will be approximate.

For rural electric networks with a voltage of 10 kV, the most acceptable method of calculation is the method of the time of greatest losses. When using it, it is necessary to operate with such values as the time of the greatest losses and the number of hours of maximum load use. There is an analytical expression in the technical literature linking the amount of active losses and the time of the greatest losses, and the relationship between the time of the greatest losses and the number of hours of maximum load use can be established by an empirical formula or by using a graphical dependence. An algorithm for calculating electricity losses using this method and an example of calculation is given.

The situation is more complicated with 0.38 kV electrical networks. The use of two methods is recommended here: an assessment based on generalized information about the circuit and the load of the network and a calculation taking into account the magnitude of voltage losses at the beginning and end of the network section. The second method requires less initial information, so it finds more use. The article provides methodological guidelines for the use of the latter method. The methodical approach is supported by the solution of a specific task.

A generalizing conclusion is made about the possibility of using the proposed methodological apparatus in the practice of operational maintenance of electrical networks.

Key words: electric networks, electric power, technical and commercial losses, calculation methods, loss time, algorithm, load unevenness, voltage loss.

Исупова Александра Михайловна -

кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики и электротехники Азово-Черноморского инженерного института ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» г. Зерноград

РИНЦ SPIN-код: 6147-4333 Тел.: 8-938-164-23-97 E-mail: alsite1@rambler.ru

Isupova Alexandra Mikhailovna -

Candidate of Technical Sciences,

Associate Professor of the Department of Electric Power

and Electrical Engineering

of the Azov-Black Sea Engineering Institute

FSBEI HE «Don State Agrarian University»

RSCI SPIN-code: 6147-4333

Tel.: 8-938-164-23-97

E-mail: alsite1@rambler.ru

В нашей стране наряду со строительством новых электростанций серьезное внимание уделяется вопросам энергосбережения. Указанная ситуация объясняется достаточно просто. Экономи-

ческие затраты на реализацию мероприятий по энергосбережению существенно меньше, чем затраты на ввод в эксплуатацию новых энергоблоков.

в

№ 1(45), 2022

Агроинженерия

3000

т =(0Д24+Ттах10_4)2- 8760,

(2)

5

Что касается сельских электрических сетей, то здесь вопрос энергосбережения в первую очередь направлен на сокращение технических и коммерческих потерь электроэнергии. Технические потери в электрических сетях связаны с нагревом проводов при прохождении по ним электрического тока, а коммерческие потери - с наличием недобросовестных потребителей электроэнергии, занимающихся несанкционированным отбором ее из сети (хищениями электроэнергии). т ч

Технические потери в принципе допускают проведение аналитического 8000 расчета их величины по известным формулам. Но для этого необходимо иметь соответствующую исходную информа- 7000 цию, например суточные графики нагрузок. К сожалению, с наличием такой 6000 информации в электрических сетях напряжением 0,38-10 кВ имеются опре- 5000 деленные трудности. Так, для электрических сетей напряжением 10 кВ в 4000 большинстве случаев можно воспользоваться величинами нагрузки на головных участках линий электропередачи, а для сетей напряжением 0,38 кВ состояние дел с исходной информа- 2000 цией обстоит еще хуже. В такой ситуации для расчета потерь электроэнергии 1000 рассматриваемого класса напряжений приходится прибегать к использованию приближенных методов. Одним из таких 0 методов применительно к электрическим сетям 10 кВ является метод времени наибольших потерь [1-3].

При использовании такого метода приходится оперировать такими величинами, как значение максимальной нагрузки, время наибольших потерь и число часов использования максимальной нагрузки. Аналитическое выражение, по которому обычно ведутся расчеты активных потерь электроэнергии в линии электропередачи, выглядит следующим образом:

ДШ^Г^С^^^г, (1)

и2 { и2 тах

где Smax - наибольшие значения тока и мощности;

х - время наибольших потерь. Существует несколько вариантов получения величины т. Одним из них является использование эмпирической формулы, приводимой в технической литературе [2]:

Ттах = Мг/ртах, где Wr - годовое потребление электроэнергии, либо воспользоваться таблицами для ее значений в зависимости от вида потребителя, приводимых в технической литературе.

Располагая величиной Ттах, можно прейти к определению значения величины х. Для этого удобно применять графическую зависимость величин х и Ттах с учетом коэффициента мощности нагрузки сое ф (рис. 1).

/

л (

/

соэ ф_=0 ,6 // 7

V/

<р = 0,

С( V. № ф = 1

где Ттах - число часов использования максимума нагрузки.

Как видим, в аналитическом аппарате для расчета потерь электроэнергии появилась новая неизвестная величина Ттах - число часов использования максимальной нагрузки. Для ее установления возможно использовать два варианта - либо величину Ттах рассчитать по формуле

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Т ч

Рисунок 1 - Функциональная зависимость времени максимальной нагрузки от времени наибольших потерь

Практические расчеты потерь активной мощности линии электропередачи напряжением 10 кВ при наличии необходимых исходных данных не представляют серьезных трудностей и могут быть выполнены инженерно-техническим персоналом электрических сетей без особых проблем. Покажем это путем решения конкретного примера. Пусть требуется определить значение годовых потерь электроэнергии для воздушной линии электропередачи напряжением 10 кВ протяженностью 15 км, выполненной ста-леалюминиевым проводом сечением 70 мм2. К линии подключены потребители с максимальным током нагрузки 150 А и годовым потреблением электроэнергии 8000 кВгч. При этом коэффициент мощности нагрузки сое ф = 0,8.

Алгоритм проведения расчетов выглядит следующим образом:

1. Используя справочные данные [2], определяем удельное сопротивление проводов линии электропередачи г0 = 0,43 Ом/км и общее сопротивление линии Я = г01 = = 0,43-15 = 6,45 Ом.

2. По заданным исходным данным рассчитываем величину максимальной мощности нагрузки:

Р„

: = л/зшп

ф = 1,73-10-150-0,8 = 2076 кВт.

6

Ежеквартальный научно-практический журнал ^^^^^^^

В

3. Используя формулу Tmax = Wr/Pmax, определяем значение числа часов использования максимальной нагрузки:

Tmax = 8000-103/2076 = 3853 ч.

4. Располагая графиком зависимости т = f(Tmax, cos ф) (рис. 1), можно установить время максимальных потерьт=2600ч.

5. Далее переходим к расчету общих потерь электроэнергии в линии электропередачи:

ДШ = 3RimaxT-10-3= 34502-6,45-2600-10-3= 1132103кВт-ч.

6. И наконец, рассчитаем процентное значение потерь электроэнергии от общего ее расхода:

113240Ч00/8000403 = 14,15 %.

Сложнее решается вопрос расчета потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,38 кВ. Здесь возможно два принципиально отличных друг от друга варианта подхода. При этом оба метода являются приближенными.

Первый подход получил название метода оценки потерь электроэнергии в зависимости от обобщенной информации о схеме и нагрузке сети. Аналитическое выражение, которое при этом используется, выглядит следующим образом [3]:

'W„„„Yil-dH)2(l + tg^)ls i + 2k (3)

Awa38=ka38

0,38

N

S Д

rep1"1

3k

где

к038 - коэффициент, связанный с распределением нагрузок по длине линии электропередачи;

Ш038 - объем электроэнергии, передаваемой по линии;

N - количество рассматриваемых отходящих линий в сети 0,38 кВ; dн - удельное значение потребляемой электроэнергии, на трансформаторной подстанции;

tg ф - коэффициент реактивной мощности; 12 - общая протяженность линии электропередачи напряжением 0,38 кВ; sг ср - средняя величина сечения проводов на головном участке линии; Д - период времени, для которого ведется расчет;

кз - коэффициент, характеризующий заполнение графика нагрузки.

Как видим, при проведении расчетов необходимо располагать подробной информацией о конструктивных показателях рассматриваемой линии электропередачи (длина, сечение проводов, количество отходящих от магистрали участков), а также данными, характеризующими нагрузку. Такой метод целесообразно использовать для сложной разветвленной сети напряжением 0,38 кВ со значительным числом отходящих линий (более 100) при наличии достаточного объема исходной информации, что является его недостатком и ограничивает возможные области применения.

Более удобным в инженерной практике является метод расчета потерь, учитывающий величину потерь напряжения в начале и конце рассматриваемого фидера. Отличительной особенностью его является простота получения исходной информации и проведения расчетов, поскольку необходимые данные о потере напряжения в нескольких точках сети можно получить оперативно в кратчайшие сроки. Проблемным здесь является выбор периода времени или специальное создание режима максимальной нагрузки.

Рассмотрение методических положений для проведения расчетов с использованием такого метода удобно начинать с составлением ситуационной схемы рассматриваемого участка сети (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема участка сети

После проведения необходимых замеров величины фазных напряжений на шинах трансформаторной подстанции и в конце рассматриваемой линии электропередачи можно перейти к обработке полученных данных. Вначале следует определить относительную величину потери напряжения по следующей формуле:

ди = -^-100= исрТП ^ 100, (4)

иср тп иср тп

где иср ТП - среднее значение величины напряжения на шинах трансформаторной подстанции;

ит,„ - минимальное значение напряжения в конце магистральной линии электропередачи при режиме максимальной нагрузки.

Далее используется эмпирическая формула для расчета потерь электроэнергии следующего вида [4]:

AW = 0,7k AU—

' нер гр

(5)

где

кнер - коэффициент неравномерности нагрузки.

Отличительной особенностью электрических сетей напряжением 0,38 кВ сельскохозяй-

в

№ 1(45), 2022

ственного назначения является наличие значительной неравномерности нагрузок по фазам, которая учитывается с помощью коэффициента неравномерности, определяемого по выражению

Л

к =3

нер

I2 + I2 + I2

А В С

R

1 + 1,5

Мв+01 R

ФУ

где (IA+IB+IC) - токи нагрузки фаз;

I2 +12 +12

нер / \2

R

Л

1 + 1,5

Мв + О'1 R

ФУ

R

R

_?

R,

(6)

(7)

где (1А+1В+1С) - измеренные токи нагрузки фаз; Я

—^ - отношение сопротивления нулевого

ф

провода к сопротивлению фазного провода.

При отсутствии данных о токовой нагрузке фаз линии электропередачи для определения

Т>

соотношения можно воспользоваться следующими рекомендациями: для линий элек-р

тропередачи с _н_ = 1, кнер =1,13, а для линий Я,

Агроинженерия

7

с = 2 - кнер = 1,2 [5].

КФ

При этом для определения сопротивления нулевого и фазного провода можно использовать справочные данные.

Что касается соотношения т/Ттах в выражении (5), то здесь также имеется два варианта его установления: можно воспользоваться графиком на рисунке 1, если известно значение cos ф нагрузки, или данными, приводимыми в таблице.

Таблица - Соотношение т/Ттах

Т ч А max' А 2000 3000 4000 5000 6000

т/ Ттах 0,46 0,52 0,6 0,72 0,77

Покажем возможность использования предлагаемого математического аппарата для проведения инженерных расчетов по определению потерь напряжения в электрических сетях напряжением 0,38 кВ.

Допустим, что мы располагаем данными по величине напряжения в фазах трехфазной линии электропередачи: на шинах трансформаторной подстанции и в конце линии, а также имеем величину токовой нагрузки на шинах подстанции (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема участка сети с исходными данными для расчета

Линия выполнена алюминиевым проводом одинакового сечения для фазных и нулевого провода. Установлено, что время использования максимальной нагрузки Ттах = 4000 ч. Необходимо определить величину потерь электроэнергии при заданных исходных данных о значениях напряжения и токовой нагрузки в сети.

Расчет будем выполнять в следующей последовательности:

1. Вначале рассчитаем величину среднего значения напряжения на шинах трансформаторной подстанции:

228 + 236 + 240

U

^АТП +^ВТП +^СТП

= 234 В.

срТП з з

2. Затем установим там же величину потери

напряжения: U

ди=

сртп и^1оо = 234-220 = 6%.

U

срТП

234

3. По формуле (7) определим коэффициент неравномерности нагрузки:

, .210 +148 +86 / , ^ , ,

кнеР=3-Г(1+ 1,5-1)-1,5-1 = 1,29.

ер (210 + 148 + 86) 4 У

4. И наконец, используя базовую формулу (5) для расчета потерь электроэнергии, оценим значения потерь электроэнергии на участке сетикобщему ее количеству, поставляемому потребителям: ДШ = 0,7кнерДи;р— = 0,71,29-6 0,6= = 3,25 %. шах

Как видим, предлагаемый математический аппарат по расчету потерь электроэнергии как в сельских электрических сетях напряжением 10 кВ, так и в сетях напряжением 0,38 кВ не является сложным и инженерно-технический персонал предприятий может с успехом его использовать в практике эксплуатационного обслуживания электросетевого оборудования.

8

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

Литература

1. Шведов Г. В., Сипачева О. В., Савченко О. В. Потери электроэнергии при ее транспорте по электрическим сетям. М. : Издательский дом МЭИ, 2013.

2. Реконструкция и техническое перевооружение распределительных электрических сетей / В. Я. Хорольский, А. В. Ефа-нов, В. Н. Шемякин, А. М. Исупова. СПб. : Лань, 2021.

3. Лыкин А. В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в электрических сетях. Новосибирск : НГТУ, 2013.

4. Хорольский В. Я., Таранов М. А., Ефа-нов А. В. Экономия электроэнергии в сельских электроустановках. СПб. : Лань,

2017.

5. Технико-экономическая оценка эффективности энергосберегающих мероприятий в сельских электрических сетях / В. Я. Хорольский, И. В. Атанов, А. В. Ефа-нов, А. Б. Ершов. Ставрополь : АГРУС,

2018.

References

1. Shvedov G. V., Sipacheva O. V., Savchen-ko O. V. Losses of electricity during its transport via electric networks. M. : Publishing House of the MEI, 2013.

2. Reconstruction and technical re-equipment of distribution electric networks / V. Ya. Khorolsky, A. V. Efanov, V. N. Shemya-kin, A. M. Isupova. SPb. : Lan, 2021.

3. Lykin A. V. Energy saving and energy efficiency improvement in electric networks. Novosibirsk : NSTU, 2013.

4. Khorolsky V. Ya., Taranov M. A., Efanov A. V. Saving electricity in rural electrical installations. SPb. : Lan, 2017.

5. Technical and economic assessment of the efficiency of energy-saving measures in rural electric networks / V. Ya. Khorolsky, I. V. At-anov, A. V. Efanov, A. B. Ershov. Stavropol : AGRUS, 2018.