О потерях электроэнергии через изоляцию электропроводок Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

О ПОТЕРЯХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ ИЗОЛЯЦИЮ ЭЛЕКТРОПРОВОДОК

© 2010 г. М.А. Юндин, С.В. Нехаев, В.А. Труфанов

При расчете потерь через изоляцию электропровода установлено, что ток утечки зависит от срока службы изоляции внутренней электропроводки. С увеличением срока службы изоляции электропроводки ток утечки возрастает. Минутные потери мощности через изоляцию электропроводки со сроком службы изоляции от 10 до 40 лет изменяются в диапазоне от 1,28 до 6,47 Вт/мин.

Ключевые слова: электроэнергия, электропроводка, изоляция, потери, мощность, напряжение, ток.

Under calculating of losses through the electrical wiring isolation it is found out that leak current depends upon the working period of an internal wiring isolation. The longer working period of an internal wiring isolation the more leak current is. Minute losses of power through the electrical wiring isolation with the working period from 1,28 to 6,47 Vt/min.

Key words: electric power, electrical wiring, isolation, losses, power, voltage, current.

На нынешнем этапе развития электроэнергетики возникла необходимость повысить эффективность управления электропотреблением, так как это отвечает экономическим интересам поставщиков и потребителей электроэнергии.

По данным начальника отдела технического регулирования, экологической и энергосберегающей политики департамента электроэнергетики Минпромэнерго М. Соловьева [1], ежегодные потери электроэнергии в электрических сетях России составляют 150 млрд кВт-ч. Коммерческие потери в сетях находятся в пределах 20-30% от суммарной величины потерь. При этом 60% коммерческих потерь сосредоточено в сетях 0,38-10 кВ. Учитывая, что по объективным причинам загрузка электрических сетей 0,38 кВ увеличивается в связи с опережающим ростом бытового потребления электроэнергии, доля потерь в распределительных сетях в ближайшие годы также будет расти.

Одним из направлений решения данной задачи является организация достоверного контроля электроэнергии и уменьшение её потерь при электропотреблении коммунально-бытовыми потребителями.

Коммунально-бытовое хозяйство является на сегодня крупным потребителем топлива и энергии: на его долю приходится около 20% топливно-энергетических ресурсов. Потребление электроэнергии в жилом секторе достигает уже более 100 млрд кВт-ч, или 8% всей электроэнергии страны.

Для количественной оценки мощности потерь через изоляцию внутренних электропроводок были проведены экспериментальные исследования в действующих электрических сетях напряжением

0,38 кВ. Сертифицированным анализатором качества электроэнергии «Энергомонитор 3.3» контролировались суточные изменения фазного напряжения, полной и активной мощности, а также токов утечки в фазном и рабочем нейтральном проводнике. Ток утечки измерялся путем одновременного охвата токоизмерительными клещами фазного (Ь) и рабочего нейтрального (Ы) проводников, как показано на рисунке 1. Дискретность измерений устанавливалась равной 1 минуте.

Исследовались электропроводки со сроком службы до 10 лет, более 20 лет и более 30 лет. Изменение нагрузки происходило случайным образом.

Рис. 1. Схема включения энергомонитора при контроле тока утечки

По результатам экспериментальных исследований, массивы данных о токах утечки и об уровне напряжения на вводе узлов нагрузки статистически обрабатывались в программе ЗРББ 13.0 и для указанных величин определялись средние значения.

Характерные изменения тока утечки в узле нагрузки со сроком службы изоля-

ции 10 лет в течение суток показаны на рисунке 2. Частоты распределения тока утечки через изоляцию со сроком службы 10 лет в течение суток представлены гистограммой рисунка 3. Аналогичные распределения тока утечки через изоляцию электропроводки с другими сроками службы показаны на рисунках 4 и 5.

4:39 9:29

Время суток, ч Рис. 2. Характерное суточное изменение тока утечки через изоляцию электропроводки со сроком службы 10 лет

Рис. 3. Гистограмма распределения тока утечки в течение суток через проводку

со сроком службы изоляции 10 лет

Рис. 4. Гистограмма распределения тока утечки в течение суток через проводку

со сроком службы изоляции 20 лет

Рис. 5. Гистограмма распределения тока утечки в течение суток через проводку

со сроком службы изоляции 30 лет

Результаты статистической обработки полученных объемов выборок по токам небаланса в узлах нагрузки с различным сроком службы изоляции сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Статистические результаты по токам небаланса (утечки) в А

Название параметра Статистические результаты токов утечки в зависимости от сроков службы изоляции электропроводки

До 10 лет Свыше 20 лет Свыше 30 лет

Стати- стика Стан- дартная ошибка Стати- стика Стан- дартная ошибка Стати- стика Стан- дартная ошибка

Среднее 0,0053 0,000007 0,0088 0,000138 0,0273 0,00021

95%-ный доверительный интервал для среднего: - нижний - верхний 0,00538 0,00541 0,0086 0,0092 0,0269 0,0277

Медиана 0,0054 0,0079 0,0253

Дисперсия 0 0 0

Стандартное отклонение 0,0002 0,0059 0,0181

Минимум 0,0045 0,0052 0,0058

Максимум 0,0071 0,0408 0,185

Размах 0,0028 0,0356 0,179

Асимметрия 0,681 0,064 4,374 0,057 2,531 0,029

Мощность минутных потерь рассчитывалась в предположении, что в токе утечки преобладает ток проводимости через сопротивление изоляции проводки и приемника (ЯиІ^ЯиЗ) по следующему выражению:

ЛРу = и • 1у ,

где и - среднее значение напряжения на вводе узла нагрузки за минуту, В;

1У - средний ток утечки через изоляцию электропроводки за минуту, А.

Полученные статистические результаты приведены в таблице 2. По данным таблицы 2 построен график зависимости потерь мощности, обусловленный токами утечки от срока службы изоляции электропроводки (рис. 6).

Для экспериментально построенного графика в программе Excel рассчитано уравнение регрессии (рис. 6), у которого точность составила R=0,9623.

Таблица 2

Результаты статистических исследований в узлах нагрузки

Срок службы электропроводки, лет Объем выборки Среднее значение тока утечки, мА/мин Среднее значение напряжения в узле нагрузки, В/мин Средние значения минутных потерь мощности, Вт/мин

До 10 1451 5,8 221,1 1,28

Свыше 20 1866 8,9 244,7 2,18

Свыше 30 7321 27,3 237,0 6,47

£

5

£

"р

ой

I—

U

О

14

0

1 з

Q.

а>

I-

£ 2

а>

Л

х 1

л 1

5

5 о

1 ЛР„ = П <n9P°’081V

R2 = 0,9623 //

Ре ■рессионная

'А- { Эксперим ентальная

10 20 30

Срок службы электропроводки, лет

Рис. 6. Зависимость удельных потерь мощности через изоляцию от срока службы электропроводки

Относительно малые значения потерь электроэнергии через изоляцию электропроводок счетчики узлов нагрузки не всегда учитывают, а вот их суммарные значения достаточно точно регистрируют счетчики электроэнергии головных участков сети.

Решающее значение при выборе тех или иных мероприятий по совершенствованию учета и мест их проведения имеют расчеты и анализ допустимых и фактических небалансов электроэнергии в электрических сетях 0,38 кВ.

Выводы

На основании проведенных экспериментальных исследований установлено следующее.

• Ток утечки зависит от срока службы изоляции внутренней электропроводки, причем с увеличением срока службы изоляции электропроводки ток утечки, обусловленный проводимостью, возрастает.

• Минутные потери мощности через изоляцию электропроводки со сро-

Литература

1. Щербакова, М. Безопасность в электроэнергетике России [Текст] / М. Щербаков // Электроинфо. - 2007. - № 11. - С. 8-13.

Сведения об авторах

Юндин Михаил Анатольевич - канд. техн. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники и электроснабжения сельского хозяйства» АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Тел. 8(86359) 41-6-56.

Нехаев Сергей Викторович - канд. техн. наук, инженер Тихорецких электрических сетей АО «Кубаньэнерго» (г. Тихорецк Краснодарского края).

Труфанов Виктор Александрович - аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники и электроснабжения сельского хозяйства» Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Information about the authors

Yundin Mikhail Anatolyevitch - Candidate of Technical Sciences, professor of the department of theoretical basis of electrical techniques and agricultural electrical supply, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 41-6-56.

Nekhaev Sergey Viktorovitch - Candidate of Technical Sciences, engineer of Power network, AS “Kubanenergo” (Tukhoretsk, Krasnodar region).

Trufanov Viktor Alexandrovitch - post-graduate student of the department of theoretical basis of electrical techniques and agricultural electrical supply, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd).

ком службы изоляции от 10 до 40 лет изменяются в диапазоне от 1,28 до 6,47 Вт/мин.

• Ежеминутные потери мощности (Вт/мин) через изоляцию электропроводки можно рассчитывать в зависимости от срока службы изоляции по выражению

ЛР = 0,519е°’°8П (где I - срок службы изоляции электропроводки, лет).