CC BY
111
УДК 621.3:017
Л.Г. ЕФРЕМОВ, Д.Е. ИВАНОВ, Г.М. МИХЕЕВ
О СТРУКТУРЕ ПОТЕРЬ ПРИ ВЫРАБОТКЕ И ПЕРЕДАЧЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Ключевые слова: электрическая энергия, потери, замыкание на землю, методика.
Приведена структура потребителей электроэнергии в различных отраслях промышленности Чувашской Республики. Рассмотрены возможные пути снижения потерь в электрических сетях. Поставлены задачи по учёту потерь в электрических сетях.
L.G. EFREMOV, D.E. IVANOV, G.M. MIKHEEV ABOUT THE LOSS STRUCTURE AT THE ELECTRIC ENERGY OUTPUT AND TRANSFER Key words: electric energy, loss, earth (ground) fault, technique.
The electrical customers structure in the different national economy sectors of the Chuvash Republic is presented The possible ways to reduce the loss in the electric networks are considered. The loss accounting tasks in the electric networks are assigned.
В России около 60% вырабатываемой электроэнергии потребляется промышленными предприятиями [2]. Суммарные потери электроэнергии в сетях промпредприятий составляют до 11%, а при передаче от производителя до предприятия - около 20% (см. рис. 1). При общей выработке электроэнергии в России, например, за 2009 г. 992 млрд кВт-ч потери только в электрических сетях составили 101 млрд кВт-ч, что равносильно выработке электроэнергии в год пятидесяти гидроэлектростанций, подобных по мощности Чебоксарской ГЭС [4]. Приведённые цифры наглядно показывают необходимость оптимизации режимов потребления электроэнергии.
Развитие электроэнергетики требует глубокого исследования потерь электроэнергии как эволюционным, так теоретико-эмпирическими методами. Кроме того, следует использовать специальные экономико-статистические методы (классификационный, факторный и регрессивный).
т 1 л 11П n U=6-10 кВ
Г Т-1 U=110 кВ и выше т 2 т 3 U=0 4 кВ
Рис. 1. Распределение потерь при доставке электроэнергии от производителя к потребителю
В соответствии с [1] фактические потери в электрических сетях могут быть разделены на четыре составляющие: 1) технические; 2) расход электроэнергии на собственные нужды подстанций; 3) инструментальные потери;
4) коммерческие потери.
Технические потери обусловлены физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сети. В технические потери входят: нагрузочные (потери в линиях, силовых транс-
форматорах, трансформаторах тока, высокочастотных заградителях, токоограничивающих реакторах и т.д.), холостого хода (в силовых трансформаторах, компенсирующих устройствах, трансформаторах напряжения, счётчиках и устройствах высокочастотной связи, изоляции кабельных линий и т.д.), климатические (на корону, от токов утечки по изолятору и т.д.). Хотя в лабораторных условиях они легко поддаются измерению, во время текущей эксплуатации электрических сетей в определении потерь возникают большие трудности. Поэтому на сегодняшний день на практике технические потери в энергетике не измеряют. Их значения получают расчётным путём на основе известных законов электротехники.
Расход электроэнергии на собственные нужды подстанций регистрируется счётчиками, установленными на трансформаторах собственных нужд.
Инструментальные потери получают расчётным путём на основе данных о метрологических характеристиках и режимах работы используемых приборов.
Коммерческие потери обусловлены хищениями электроэнергии, несоответствием показаний счётчиков по оплате за электроэнергию бытовыми потребителями и другими причинами в сфере организации учета за потреблением энергии. Они не имеют самостоятельного математического описания и, как следствие, не могут быть рассчитаны автономно. Их значения определяют как разницу между фактическими (отчётными) потерями и суммой потерь первых трёх составляющих.
На наш взгляд, основными факторами, влияющими на величину потерь в сетях промышленных предприятий, являются:
- ухудшение показателей качества электроэнергии;
- издержки проектных решений;
- коэффициент загрузки трансформаторов;
- класс точности измерительных трансформаторов и электроизмерительных приборов;
- отсутствие учёта потерь электроэнергии от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ;
- отсутствие аналитического учёта электроэнергии (учёт электроэнергии на стороне потребителя);
- отсутствие регулярного электроаудита;
- отсутствие или ненадлежащее регулирование напряжения;
- электроприёмники с истекшим сроком службы;
- низкий технологический процесс;
- длина пути утечки внешней изоляции;
- некачественный или несовершенный класс изоляции;
- износ проводов и токопроводов в сетях и на подстанциях и т.д.
Проделанный нами анализ потребления электроэнергии на промпред-
приятии требует проведения обширных экспериментов с целью получения статистического материала.
В последнее время применяют методы, где эксперименты на реальном объекте (промпредприятии) заменяются имитацией поведения систем электроснабжения на ЭВМ, т.е. моделируются динамические сети. Для большей наглядности приведём данные (см. табл. 1) по потреблению электроэнергии и потерям в динамике за 1990-2009 гг. в субъекте РФ - Чувашская Респуб-
лика [5. С. 295]. Здесь потери в сетях общего пользования (сети 6-110 кВ ОАО МРСК-Волги филиала «Чувашэнерго» и сети ФСК - 220 кВ и выше) определяются как разница между произведённой и полученной за пределами республики электроэнергии и электроэнергии, потреблённой и отпущенной за её пределы. Потери электроэнергии в сетях общего пользования колеблются от 4,52% до 8,07%.
Таблица 1
Производство и потребление электроэнергии в Чувашской Республике, млн кВ-ч
Показатели Годы
1990 1995 2000 2005 2008 2009
Произведено электроэнергии, Ш1 7451,3 5768,1 4304,9 4401,7 5146,2 4743,9
Получено за пределами республики, Ш2 3021,4 2345,3 2761,5 1799,8 1986,3 1785,1
Потреблено электроэнергии, Ш3 6400,3 4297,9 4477,8 4753,4 4951,7 4667
Отпущено за пределы республики, 3598,8 3160,9 2063,8 979,6 1761,8 1507,5
Потери в сетях общего пользования, Ш5 473,6 654,6 524,8 468,5 419 354,5
Потери в процентах, АШ5 „ю0% Ш 4,52 8,07 7,43 7,55 5,88 5,43
Пример: В 2009 г. произведено электроэнергии Щ = 4743,9 млн кВт-ч, получено за пределами республики Щ2 = 1785,1 млн кВт-ч. Сумма составляет 6529,0 млн кВт-ч. Потреблено электроэнергии Щ3 = 4667,0 млн кВт-ч, отпущено за пределы республики Щ = 1507,5 млн кВт-ч. Данная сумма составляет 6174,5 млн кВт-ч. Абсолютные потери электроэнергии составляют разницу (Щ + Щ2) - (Щ + Щ) = 6529,0 - 6174,5 = 354,5 млн кВт-ч. Относительные потери электроэнергии в сетях общего пользования составили 354,5/6529,0 х 100% = = 5,43%.
Острую необходимость увеличения внимания к вопросам снижения её потерь демонстрирует рис. 2.
Потери электроэнергии в торговле и прочих отраслях промышленности занимают третье место. В прочие отрасли входят: частные
предприятия, детские и дошкольные учреждения, школы, высшие учебные заведения, образовательные учреждения, кооперативные гаражи, коллективные сады и т.д.
Система АСКУЭ подстанций напряжением 6 кВ и выше должна охватывать все точки расчётного и технического учёта активной и реактивной электроэнергии с целью получения полного баланса электроэнергии на объекте. Однако из табл. 1 видно, что в региональной системе не проводится скоординированная работа по представлению статистических данных по потреблению электроэнергии, отсутствуют экономические механизмы, стимулирующие потребителей к электросбережению. Вышеприведённый анализ по-
по отраслям промышленности Чувашской Республики в 2010 г. (розничный рынок)
требления электроэнергии в республике позволяет ориентировать энергетиков на выполнение следующих мероприятий, влияющих на потери электроэнергии:
1) замена измерительных трансформаторов на трансформаторы более высокого класса точности;
2) проведение сертификации качества электроэнергии;
3) оптимальная загрузка силовых трансформаторов;
4) проведение регулярного электроаудита (один раз в 3 года, а не один раз в пятилетие, как записано в ФЗ-261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [6];
5) внедрение АСУ ТП на всех распределительных устройствах 6-500 кВ;
6) ведение учёта потерь электроэнергии от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ.
В последние годы на предприятиях электроэнергетики на выполнение первого пункта (замена измерительных трансформаторов на трансформаторы более высокого класса точности) уделяется большое внимание. Согласно нормативным документам класс точности трансформаторов тока и напряжения для присоединения счётчиков коммерческого учёта электроэнергии класса точности 0,2 принимается не ниже 0,2(0,28), для счётчиков класса точности 0,5 и 1 - не ниже 0,5(0,58) и для счётчиков класса точности 2 - не ниже 1,0 (см. табл. 2) [3].
Таблица 2
Классы точности счётчиков коммерческого учёта активной электроэнергии
Объект учёта электроэнергии Класс точности счётчиков, не ниже
Линии электропередачи напряжением 220 кВ и выше 0,2
Трансформаторы мощностью 63 МВ-А и более 0,2 (0,5)
Линии электропередачи напряжением 35-150 кВ 0,5
Линии электропередачи и вводы напряжением 6-10 кВ с присоединённой мощностью 5 МВт и выше 0,5
Прочие объекты 1(2)
В частности, в ОАО МРСК-Волги филиала «Чувашэнерго» взамен трансформаторов тока (ТТ) типа ТВЛМ классом точности 2,0 8 устанавливаются ТТ типа ТОЛ производства предприятия «Самарский электрощит» с классом точности 0,58.
Выполнение второго пункта (проведение сертификации качества электроэнергии) можно считать завершённым. Выполнение остальных пунктов по тем или иным причинам остаётся проблематичным. К примеру, ведение учёта потерь электроэнергии от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ в настоящее время, по нашим данным, не производится ни на одном электросетевом или промышленном предприятии. Основной причиной этой проблемы является отсутствие методики измерения данных потерь. Будем надеяться, что в скором времени эта задача будет решена.
Литература
1. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчёт, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. 280 с.
2. Немцев А.Г., Немцев Г.А. Качество электроэнергии и режимы её потребления в системах электроснабжения. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2010. 440 с.
3. Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. 80 с.
4. Российский статистический ежегодник. 2010: стат. сб. / Росстат. М., 2010. 813 с.
5. Статистический ежегодник Чувашской Республики. 2010: стат. сб. / Чувашстат. Чебоксары, 2010 490 с.
6. Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменении в отдельные законодательные акты РФ» // Российская газета. 2009. N° 5050, 27 нояб.
ЕФРЕМОВ ЛЕОНИД ГЕОРГИЕВИЧ - доктор экономических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (efremov1@chuvsu.ru).
EFREMOV LEONID GEORGIEVICH - doctor of economics sciences, professor of Electric Power Industry Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
ИВАНОВ ДЕНИС ЕВГЕНЬЕВИЧ - инженер, ООО «НПП Инженерный центр», Россия, Чебоксары.
IVANOV DENIS EVGENEVICH - engineer, Scientific Industrial Enterprise «Engineering Centre», Russia, Cheboksary.
МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (mikheevg@rambler.ru).
MIKHEEV GEORGI MIHAYLOVICH - doctor of technical sciences, professor of Electric Power Industry Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
УДК 621.318.563
Ю.М. ЗАЙЦЕВ, Н.Н. НИКОЛАЕВ, Ю.В. СОФРОНОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРКОНА С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ВИТКОМ
Ключевые слова: геркон, реле переменного тока, вибрация, короткозамкнутый виток, коэффициент возврата.
Приведены оптимальные соотношения между параметрами короткозамкнутого витка и геометрическими размерами экранированной и неэкранированной частей контактных сердечников геркона. Показана низкая эффективность применения короткозамкнутых витков для устранения вибрации геркона, а также якоря малоинерционных электромагнитных реле переменного тока. Причина заключается в переходных процессах, протекающих в магнитной цепи реле. Расширение диапазона оптимальных соотношений геометрических размеров в зоне расщепления полюсных наконечников электромагнитов переменного тока возможно изменением немагнитного зазора неэкранированной части полюсного наконечника.
Yu.M. ZAYCEV, N.N. NIKOLAEV, Yu.V. SOFRONOV REED-SWITCH RESEARCH MITH SHORT-CIRCUIT LOOP
Key words: reed-switch, AC relay, vibration, short-circuited loop, reset ratio.
The optimum relationship between the characteristics of short-circuited loop and geometrical measures of shielded and unshielded parts of contact core of reed-switch are given. The low efficiency of the application of short-circuited loops for the reed-switch vibration elimination and also the armature of fast-response electromagnetic AC усrelay is shown. The reason is the number of transient processes which take place in the magnetic circuit of the relay. The broadening of the range of the optimum relationship of geometrical measures in the area of cleavage ofpole heads of AC electromagnets with massive armatures can occur by means of changing of the nonmagnetic gap of the unshielded part of the pole head.
Для получения высокого коэффициента возврата герконового реле необходимо обеспечить определенный уровень пульсации магнитного потока или электромагнитного усилия между контактными сердечниками геркона [6]. При протекании по обмотке управления переменного тока пульсация электромагнитной силы выше допустимой и геркон вибрирует с удвоенной частотой тока управления. В обычных электромагнитах переменного тока для устранения вибрации якоря путем снижения пульсации силы широко применяются короткозамкнутые витки из хорошо проводящего электрический ток
