CC BY
37
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 621.371:621.311.4 Б01: 10.15587/2312-8372.2014.29965
Дорошенко О. I. ПРО ЕКОНОМ1ЧНИЙ ЕКВ1ВАЛЕНТ
РЕАКТИВНО! ПОТУЖНОСТ1 СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
У статтг запропоновано науково-методичний тдх1д до визначення економгчних втрат спо-живачгв електроенергп вгд власного реактивного навантаження гх систем електропостачання, який базуеться на розумтнг електроенергп як фгзичного явища. При цьому вважаеться, що робочим инструментом таког системи е гг електромагнгтне поле, а реактивна електроенерггя системи е гг внутршньою енерггею г нг до споживачгв, нг вгд них передаватись, фгзично, не може.
Клпчов1 слова: електроенерг1я, електропостачання, реактивне навантаження, економгчний еквгвалент реактивног потужностг.
1. Вступ
Цшком зрозумшо, що поняття eK0H0Mi4H0r0 eKBiBa-лента передбачае наявтсть певного коефщента подiбностi мiж реально кнуючими об'ектами, явищами або процеса-ми та !х вартiстю у грошовому вимiрi. Як вiдомо з [1], реактивно! потужностi як товарно! продукцп електрое-нергетично! системи (ЕЕС), фiзично, бути не може. Але, як фiзичне явище, вона спричиняе економiчний збиток i споживача, i електроенергетичнiй системi. Тому розумiння економiчного еквiвалента ц реактивно! потужностi (ЕЕРП) е актуальним i потребуе конкретного роз'яснення.
2. Анал1з л1тературних даних
За твердженням [2], робочим iнструментом ЕЕС е !! електромагнiтне поле, яке може шнувати тiльки у !! електропружному дiелектричному середовищi, що оточуе ус !! струмоведучi частини. В [3] енерпя цього поля представляеться енерпею поляризацп такого середовища одночасною дiею на нього напруги i струму провiдностi струмоведучих частин ЕЕС. За допомогою електрично! емностi згаданих частин напруга стискае !х дiелектрич-не середовище (переважно, у поперечному напрямку електропередачi), а струм провiдностi таких частин, за допомогою !х шдуктивносп, розтягуе свое дiелектричне оточення (переважно, у поздовжньому напрямку елек-тропередач^. Таким чином енергiю електромагнiтного поля електропередач^ як !! електричну енерпю, можна розкладати у двох напрямках до напрямку електропере-дачi: поздовжньо (активна складова) та поперечно (реактивна складова). На ввдмшу ввд активно! складово!, реактивна складова енергп електромагнiтного поля ш до споживачiв, нi вщ них передаватись, фiзично, не може. Можливий напрямок !! передачi — тшьки у середину струмоведучих частин ЕЕС, де електромагштного поля, через !х не пружне фiзичне середовище, бути не може. Але через явище електромагштно! шдукцп у ньому ство-рюеться електрорушiйна сила самошдукцп (ЕРС), пiд дiею яко! утворюеться струм самошдукцп (реактивний струм провщносп). Якщо такий струм мае шдуктивний характер, то загальний струм провщносп вiд генераторiв ЕЕС вiдстае за фазою змши вiд напруги, за емшсного
характеру реактивного струму загальний струм провщ-ностi випереджае за фазою напругу будь-яко! !! точки.
Незважаючи на фiзичну вiдсутнiсть в струмоведучих частинах ЕЕС електромагштного поля, математично, активш втрати в них вщ реактивного струму !х про-вiдностi можна визначити за вщомою формулою, кВт:
qp
APq = up Re 10-
(1)
де QP — розрахункова реактивна потужшсть електро-передачi, що розглядаеться, квар; U — номшальна напруга електрично! мережi, кВ; RE — е^валентний активний опiр мережi, приведений до !! номшально! напруги, Ом.
Таким чином, складаеться помилкове враження, шби електроенерпя ЕЕС (!! активна i реактивна складовi) передаються споживачам по !! струмоведучих частинах, для яких можна визначити ЕЕРП.
Вперше поняття про ЕЕРП наведено в [4]: «...Экономический эквивалент реактивной мощности численно равен уменьшению потерь активной мощности в сетях при уменьшении реактивной нагрузки на 1 квар.».
З урахуванням формули (1), його значення визна-чаеться, кВт/квар:
D =
(QPl - Qp2 )
(QpI - Qp 2 )u2
■ Re 10-3,
(2)
де QP1 — розрахункове реактивне навантаження спо-живачiв до застосування його компенсацп, квар; QP 2 — розрахункове реактивне навантаження споживачiв пiсля застосування його компенсацп, квар.
Але в дшчих нормативних документах Укра!ни [5-7] нормативне значення ЕЕРП розумiеться як еквiвалент збитку вщ перетiкання реактивно! потужностi по струмо-ведучим частинам з мереж електропостачальних оргатза-цiй до споживача i визначаеться за формулою, кВт/квар:
D=
APq
Q2
Qp U2Qp
Re
QP
■10-3 = UP Re 10-3.
(3)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/5(20], 2014, © Дорошенко О. I.
ISSN 222Б-3780
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Таке значення D у згаданих документах розгля-даеться як нормативне у будь-якш точцi електрично! мережi без урахування и належностi, а його чисельне значення в [7] встановлюеться у залежностi вiд кшь-кост трансформацiй при електропередачi i е таким, що економiчно не обгрунтоване.
3. Формування мети I задач дослщження
Метою дано! роботи е дослщження ступеня вщпо-вiдностi величини D, визначеного за формулою (3), поняттю норми при визначенш економiчностi величини реактивного навантаження системи електропостачання будь-якого споживача електроенергп i вироблення нау-ково-методичного тдходу при розрахунках економiчного для нього значення реактивного навантаження. Одиниця вимiру тако! норми повинна мати розмiрнiсть грн/квар.
У вiдповiдностi з [3], задачею дослщження е ство-рення реально-математично! моде.ш СЕП конкретного споживача ЕЕ, за допомогою яко! можна виршити поставлену задачу
1.0
-1.0
* • * p V Ox-. / \
u// // / v / /q \ \ \ \4 0,005 \ oW / 0.015 \ 0.(
/ j 1 \ v7 \ /\ у/ \ .A
- » \
20 t,
Рис. 1. CEna,qoBi енергИ ЕЕС
4. Результаты дослщження економ1чност1 реактивного навантаження СЕП конкретного споживача ЕЕ
З роби [8-11] можна бачити, що сьогод-ш в Украш вiдсутня едина точка зору на чике розумiння поняття про економiчний еквiвалент реактивно! потужност ЕЕС. Таке можна пояснити математичним формалiз-мом, який мае мкце в електроенергетицi i вiдсутнiстю в згаданих дшчих норматив-них документах розумшня фiзичноi сутностi електроенергп (ЕЕ).
За твердженням [3], хвилю енергп поля-ризацп електрично пружного дiелектричного середовища, яке оточуе всi струмоведучi час-тини системи, можна, умовно, розкладати за переважаючим напрямком дп напруги та струму провiдностi згаданих частин на ix дiелектрик.
Сшввщношення мiж складовими ЕЕ (активна, реактивна, повна), вщоме з [3], представлено на рис. 1. Як можна бачити, споживачевi може передаватись пльки активна складова ЕЕ, а ii реактивна складова мае коливний характер поперечно напряму електропередач^ е ii внутршньою енерпею i споживачам передаватись, фiзично, не може.
Але величина реактивного навантаження споживача суттево впливае на економiчнiсть режиму '!х активного електроспоживання: збшьшення активних втрат; зменшення пропускно'! спроможностi власних електрич-них мереж (ЕМ) i ЕМ електропередавальних оргаш-зацiй (ЕО); значний вплив на рiвнi напруги уах ЕМ. Очевидно, що визначення ЕЕРП, у першу чергу, необ-хщно проводити при визначеннi потужност пристро'ш компенсацii реактивного навантаження СЕП будь-якого споживача ЕЕ. При цьому, спиратися необхщно на кое-фщент ii реактивноi потужностi — tg j, в. о.
Принципову схему СЕП умовного споживача ЕЕ наведено на рис. 2, а. Можливу заступну схему, як ii реально-математичну модель представлено на рис. 2, б.
Рис. 2. Система електрапастачання умавнага споживача: а — принципава сема; б — схема замщення
При визначенш коефщента реактивно! потужност СЕП необхщно брати до уваги той факт, що активна потужшсть СЕП е дшче значення, а реактивна — ам-плиудне.
Тому (з урахуванням рис. 1, iз [3]), в. о.:
tg j =
Q
WQ
(4)
л/2 ■ Р л/2 ■WP'
де WP — активна ЕЕ СЕП за комерцшним облiком, кВт ■ год;WQ — реактивна ЕЕ СЕП за комерцшним облжом, квар ■ год.
При цьому комерцшний облiк ЕЕ встановлюють у точцi розподiлу балансово! належностi ЕМ (1-1).
Як вщомо, найбiльший економiчний вплив реактивне навантаження спричиняе через збшьшення втрат активно! електроенергп в активних опорах струмоведучих частин СЕП через !х реактивний струм. Потужшсть таких втрат можна визначити за вщомою формулою, кВт:
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
ISSN 2226-3780
P 2 Q 2
AP = APp + APQ = ^ ÄE-10-3 + Цт RE10-3,
(5)
де APP — потужнiсть активних втрат, що визначаеться активним навантаженням СЕП, кВт; APq — потужшсть активних втрат, що визначаеться реактивним навантаженням СЕП, кВт;и — номшальна напруга СЕП, кВ; Re — е^валентний умовний активний отр СЕП, приведений до ïï номiнальноï напруги, що визначаеться за вщомою формулою, Ом:
Re = ■
U2-103
Pp
(6)
Приймаючи за одиницю APP, рiвняння (5) можна переписати у вигляд^ в. о.:
i ! 1 1 \ перекомпенсащя 1 ДРо, % / ! недокомпенсацш /
\ 1 " \ 1 80- 1 / " 1 /
\ 1 \ 1 60- ! / i / 1 / i I
\ ' \ 1 40- ! / 1 / 1 /
\ 1 \ 1 \ 1 20- 1 / 1 / \ /
N.1 -tglj), В. О. > i i 1 4,6,25- \/ Я tgtp, В. О.
-1,00 -0,75 -0,50 -0,25 0 0,25 0,50 0,75 1,00 Рис. 3. Залежшсть Afp = f (tg фР)
AP* =
APP APq
APp +app
= 1 +
Q2 RE10-3 U2 U2 P2 Re10-3
= 1+tgj2. (7)
Спираючись на формулу (7), нормативний документ [7] у змоз^ цiлком обгрунтовано, призначати споживачам електроенергп директивне значення кое-фщента реактивноï потужностi — tg фд. Можливi значення такого коефщента наведено в табл. 1.
З урахуванням рiвняння (7), графiчно залежнiсть активних втрат вiд реактивного навантаження СЕП представлено на рис. 3. Як можна бачити, негативних значень директивного коефщента реактивного навантаження СЕП конкретних споживачiв допускати не можна. Тобто, перекомпенсащя реактивного навантаження споживачiв (як i його недокомпенсащя), економiчно, недопустим!
Як вщомо, за вимогою [7], у якост директивного значення для СЕП дтчих споживачiв ЕЕ при-ймаеться значення коефiцiента реактивноï потужност tg фд = 0,25 в. о.
Таблиця 1
М□жливi значения директивного к□ефiцiEнта tg фд
tg ф, о.е. APg, % с^ф, о.е. tg ф, о.е. APg, % с^ф, о.е.
0,00 0,00 1,000 0,35 12,25 0,944
0,10 1,00 0,995 0,40 16,00 0,928
0,20 4,00 0,981 0,45 20,25 0,912
0,21 4,41 0,979 0,50 25,00 0,894
0,22 4,84 0,977 0,60 36,00 0,857
0,23 5,29 0,974 0,70 49,00 0,819
0,24 5,76 0,972 0,80 64,00 0,781
0,25 6,25 0,970 0,90 81,00 0,743
0,26 6,76 0,968 1,00 100,00 0,707
0,27 7,29 0,965 1,25 156,25 0,625
0,28 7,84 0,963 1,50 225,00 0,555
0,29 8,41 0,960 1,75 306,25 0,496
0,30 9,00 0,958 2,00 400,00 0,447
Таким чином, для кожного конкретного споживача ЕЕ у розрахунковому перюд^ що продовжуеться TB годин вмикання, iснують такi розрахунковi параметри його СЕП:
WP — активна ЕЕ (за комерцшним облжом), кВттод.
WQ — реактивна ЕЕ (за комерцшним облжом), квар год.
CP — плата споживача за активну ЕЕ (з урахуванням ПДВ 20 %), грн.
CeP — плата споживача за активну ЕЕ без урахуванням вартост ïï втрат вщ реактивного навантаження, грн.
UHOM — номшальна напруга у точщ розподшу ба-лансовоï належностi ЕМ споживача та ЕО, кВ.
При цьому, можна визначити наступш параметри СЕП споживача:
Середне активне розрахункове навантаження спо-живача, кВт:
Pp =
WP
TB '
(8)
Середне реактивне розрахункове навантаження спо-живача, квар:
QP =
WQ <J2 Tb '
(9)
Середне розрахункове значення коефiцiента реактивного навантаження споживача, в. о.:
Q
tg фр = p- ■
(10)
Активний еквiвалентний отр СЕП, який визнача-еться за формулою (6).
Очевидно, що рiвняння (7) можна представити у ви-глядi, в. о.:
Aft Aft TB ce0 CP
г=^ =1+tg Ф^
APP APPTBce0 CeP Aft Aft TBce0 CP APp = APP TBce0 = CP = 1+tg фр,
(11)
де ce0 — питома вартшть активноï електроенергiï, грн/квт ■ год.
28
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/5(20], 2014
ISSN 222Б-3780
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
J
З рiвняння (11) можна визначити варпсть активно! ЕЕ, грн/piK:
Еквiвалентний активний onip СЕС, визначений за формулою (6):
CePp =
CP
1+tg jp2
62103
(12) Re = 21 248 = 1694,27711 Ом.
При цьому, варпсть активних втрат вщ реактивного навантаження споживача у розрахунковому пеpioдi становить, грн/рж:
Ваpтiсть активного електроспоживання при розрахунковому навантаженш споживача можна визначити за формулою (12):
CeQ = CP - CeP.
(13)
Директивне значення реактивного навантаження СЕП споживача, квар:
Од = Pp tg фд.
(14)
Варпсть активних втрат ЕЕ ввд директивного реактивного навантаження споживача, кВт:
СеОд = CeQ■
tg ф2
(15)
Очевидно, що ЕЕРП конкретного споживача у розрахунковому пеpioдi можна визначити за формулою, грн/квар■рж:
D =
CeQP - CeQд
Qp - Од "
(16)
У якoстi прикладу розглянемо СЕП споживча за рис. 1, б, для якого, за час вмикання протягом мину-лого року — TB = 8760 год.:
Активна ЕЕ (за комерцшним облжом) — WP = = 186132,0 кВт ■ год.
З урахуванням ПдВ = 20 % варпсть активно! ЕЕ — CeP = 224192,73 грн.
Реактивна ЕЕ (за комерцшним облшом) — WQ = = 256704,0 квар ■ год.
Розрахункова активна потужшсть споживача, за формулою (8):
186132,0 PP = 0-7gn = 21,248 кВт.
8760
224192,73
CePP =-;- = 114933,79 грн/рж.
P 1 + 0,9952 У ,v
При цьому, варпсть реактивно! ЕЕ, за формулою (13), становить:
CeQ = 224192,73 -114933,79 = 109258,94 грн/рк.
Якщо прийняти tg фд = 0,25 в. о., то за формулою (14):
Од = 21,248 0,25 = 5,312 квар.
Варпсть директивного значення реактивно! ЕЕ ви-значаеться за формулою (15) i складае величину:
0,252
CeQü = 109258,94 ■ ^ = 7183,36 гpн/piк.
За формулою (16), ЕЕРП споживача складае величину:
109258,94 - 7183,36 D = 20,721 -5,312 = 6624,41 грн/р^
Гpафiк залежнoстi ЕЕРП наведено на рис. 4.
10000
Розрахункова реактивна потужшсть споживача, за 6612,94 формулою (9): 5000
256704,0 Qp =-j=-= 20,721 квар.
V2 ■8760
Розрахункове значення кoефiцiента реактивного на-вантаження споживача, за формулою (10):
0,20 0,26 0,40 0,60 0,80 1,00
Рис. 4. Залежшсть D = i(tg фр) ЕЕС конкретного споживача ЕЕ
20,721
tg фР = 21^ = °,975 в. о.
Як можна бачити, ЕЕРП конкретно! СЕП лшшно залежить ввд кoефiцiента ïï реактивного навантаження, яке доцшьно зменшувати (компенсувати).
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
ISSN 222Б-3780
5. Висновки
1. В науково-техшчнш лiтеpатуpi з електроенерге-тики нема единого чггкого обгрунтування фiзики ро-зумшня екoнoмiчнoгo еквiвалента реактивно! потужносп (ЕЕРП) систем електропостачання спoживачiв електроенергп.
2. Оскшьки реактивна електpoенеpгiя — це внут-piшня енеpгiя системи електропостачання конкретного споживача тшьки активно! електроенергп, то матема-тичний зв'язок мiж ïï активним i реактивним наванта-женням можна установити за допомогою кoефiцiента реактивно! пoтужнoстi тако! системи.
3. З метою економп активних втрат електроенергп в системi електропостачання загального призначення, в системах електропостачання конкретних спoживачiв, що ïï створюють, неoбхiднo встановити единий норма-тивний (директивний) кoефiцiент реактивно! потужносп.
4. Екoнoмiчнiсть пoтужнoстi реактивного наванта-ження систем електропостачання конкретного споживача, у грошовому е^валенп, можна ощнити як piзницю ваpтoстi активних втрат в е^валентному активному oпopi його системи електропостачання вщ реактивного навантаження — реального i директивного.
5. Середнш, протягом року, ЕЕРП у грошовому е^валенп для системи електропостачання конкретного споживача електроенергГ! можна визначити ввд дшення, згадано! р1знищ на рГзницю розрахункового i директивного реактивного навантаження споживача.
6. ЕЕРП у грошовому е^валенп для СЕП конкретного споживача електроенергп може слугувати реаль-ним шструментом для визначення екoнoмiчнoстi вибору пристро!в компенсацп його реактивного навантаження.
Лггература
1. дорошенко, О. I. Про ф1зику електромагштного поля елек-троенергетично! системи [Текст] / О. I. дорошенко // Мате-р1али XI М1жнародно! конференци «Ф1зичш процеси та поля техшчних та бюлопчних об'екпв». — Кременчук, 2012. — С. 33-35.
2. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники [Текст]: учеб. / Л. А. Бессонов. — Изд. 6-е. — М.-Л.: Высш. школа, 1973. — 752 с.
3. дорошенко, О. I. Про моделювання електроенергетичних систем [Текст] / О. I. дорошенко // Технолопчний аудит та резерви виробництва. — 2014. — № 5/3(19). — С. 4-8. doi:10.15587/2312-8372.2014.27920
4. Литвак, Л. В. Повышение коэффициента мощности на промышленных предприятиях [Текст] / Л. В. Литвак. — Л.: Госэнергоиздат, 1957. — 191 с.
5. Методика обчислення плати за перетжання реактивно! електроенергп м1ж електропередавальною оргашзащею та ïï споживачами. Затверджена наказом Мшютерства палива та енергетики Украши № 19 вщ 17.01.2002 // Офщшний вюник Украши. — 2002. — № 48. — С. 71-147.
6. СОУ-Н МПЕ 40.1.20.510.:2006. Методика визначення еко-ном1чно дощльних обсяпв компенсацп реактивно! енергп, яка перетжае м1ж електричними мережами електропереда-вально! оргашзацп та споживача (основного споживача та субспоживача) [Текст]. — Ки!в, 2006. — 48 с.
7. Методика визначення нерацюнального (неефективного) ви-користання паливно-енергетичних ресурав [Текст]: Наказ Национального агентства Укра!ни з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурав. — Ки!в,
2009. — 13 с.
8. Банш, Д. Б. Економ1чш екв1валенти реактивно! потужность Математичний та чисельний анал1з [Текст] / Д. Б. Банш, О. С. Яндульський, М. Д. Банш, А. М. Боднар, А. В. Гна-товський // Промелектро. — 2004. — № 1. — С. 22-33.
9. Рогальський, Б. С. Про використання економ1чних екв1ва-ленПв реактивно! потужносп для визначення плати за пере-пкання реактивно! електроенергГ! м1ж енергопостачальними компашями I !х споживачами [Текст] / Б. С. Рогальський, О. М. Нанака // Промелектро. — 2004. — № 4. — С. 44-51.
10. Рогальський, Б. С. Економ1чш екв1валенти реактивно! потужносп (ЕЕРП) та !х використання [Текст] / Б. С. Рогальський, О. М. Нанака // Вюник ВП1. — 2005. — № 6.— С. 126-129.
11. Демов, О. Д. Про розрахунок економ1чного екв1валента реактивно! потужносп [Текст] / О. Д. Демов, Ю. А. Гри-гораш, О. П. Паламарчук, I. О. Бандура // Промелектро. —
2010. — № 2. — С. 3-7.
12. Дорошенко, О. I. Щодо питання «економ1чноси» економ1чного екв1валента реактивно! потужносп [Текст] / О. I. Дорошенко // Проблеми енергоресурсозбереження в електротехшчних системах. Наука, освПа I практика. Наукове видання. — Кре-менчук: КрНУ, 2014. — Вип. 1(2). — С. 249-251.
ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В статье предложен научно-методический подход к определению экономических потерь потребителей электроэнергии от собственной реактивной нагрузки их систем электроснабжения, который базируется на понимании электроэнергии как физического явления. При этом предполагается, что рабочим инструментом такой системы является её электромагнитное поле, а реактивная электроэнергия системы есть её внутренней энергией и ни к потребителям, ни от них передаваться, физически, не может.
Ключевые слова: электроэнергия, электроснабжение, реактивная нагрузка, экономический эквивалент реактивной нагрузки.
Дорошенко Олександр 1ванович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра електропостачання та енергоменеджменту, Одеський нащональний полтехтчний утверситет, Украта, e-mail: dai1938@yandex.ua.
Дорошенко Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра электроснабжения и энергоменеджмента, Одесский национальный политехнический университет, Украина.
Doroshenko Oleksandr, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: dai1938@yandex.ua
технологический аудит и резервы производства — № 6/5(20), 2014
