CC BY
134
УДК 621.3
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ СИСТЕМ
И.М. Базыль, А.Ю. Ключникова
Рассмотрены основные виды потерь электрической энергии и способы их снижения для повышения эффективности электропитающих систем. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях до минимального уровня является одним из важных направлений энергоэффективности.
Ключевые слова: электроэнергия, источники энергии, электрическая сеть, нагрузки сети, мощность энергии, потери электроэнергии.
Электрическая энергия является единственным видом продукции, при перемещении которого от генерации до потребителя не используются другие ресурсы. Потери неизбежны, задача состоит в их уменьшении для повышения эффективности функционирования электроэнергетических систем.
Потери электроэнергии - это электрическая энергия, расходуемая в элементах электрической системы на нагрев токопроводящих частей, коронный разряд в ЛЭП, на намагничивание и нагрев сердечников трансформаторов, статоров и роторов электрических машин, а также поглощаемая в диэлектриках кабелей и конденсаторов [1].
Потери электрической энергии в электропитающих системах вызваны в основном характеристиками гармонических составляющих электрической энергии и провалами напряжений, которые формируют электропотребители промышленных предприятий и городского электрохозяйства. Величина потерь электрической энергии достигает 25-30 %, что приводит к снижению эффективности технологического и электромагнитного характера, а, следовательно, к сокращению срока службы электрооборудования и нарушению нормального хода технологических процессов потребителей [2].
Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях до минимального уровня является одним из важных направлений энергоэффективности. Основными объективными закономерностями, при которых происходит рост потерь энергии в электрических сетях являются: тенденция к концентрации производства электроэнергии на крупных электростанциях; непрерывный рост нагрузок электрических сетей, который связан с естественным ростом нагрузок потребителей и отставанием темпов прироста пропускной способности сети от темпов прироста потребления электроэнергии. Потери электроэнергии в электрических сетях являются экономическим показателем состояния сетей, определяющиеся тремя основными факторами:
- за счёт уменьшения полезного отпуска в результате технических потерь;
- за счёт погрешности измерений фактически отпущенной в сеть энергии;
- за счёт неучтённых подключений потребителей (в частности, хищений электроэнергии).
Международные эксперты, в области энергетики постановили, что относительные потери электроэнергии при передаче в электрических сетях не должны превышать 4 %. Максимально допустимыми являются потери электроэнергии на уровне 10%. На основании уровня потерь электрической энергии, сделаем выводы о необходимости внедрения энергосберегающих мероприятий.
Фактические потери определяют, разностью электроэнергий, которая поступает в сеть отпущенной из сети потребителям. Их можно разделить на три составляющие: 1) технические потери электроэнергии, которые обусловлены физическими процессами
в проводах и электрическом оборудовании, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям, включающие в себя расход электроэнергии на собственные нужды подстанций; 2) потери электроэнергии, обусловленные погрешностью системы учета, представляющие недоучет электроэнергии, который обусловлен режимами работы техническими и характеристиками приборов учета электроэнергии на объекте; 3) коммерческие потери, обусловленные неразрешенным отбором мощности электроэнергии, несоответствием оплаты за электроэнергию бытовыми потребителями и другими причинами в сфере организации контроля за потреблением энергии. Коммерческие потери не имеют самостоятельного математического описания и, следовательно, не могут быть рассчитаны автономно. Их значение определяются разницей между фактическими потерями и суммой первых двух составляющих, представляющих технологические потери.
14%
18%
I Печем холостого хода в трансформаторах
Потрери эл.энергии на корону I (агрузочные потери
Расход электроэнергии на собс венные нужды ПС
П01сзи обусловленные
по1 решностями приборов учета
Рис. 1. Экономические показатели потерь в процентном соотношении
Чаще всего потери электроэнергии происходят при передаче электроэнергии на большие расстояния. Одной из причин может являться напряжение, используемое потребителем, т.е. 220В или 380В. Чтобы передать электроэнергию такого напряжения от электростанций понадобятся провода с большим диаметром сечения. Для этого используют высоковольтные ЛЭП. Если повысить напряжение при передаче электроэнергии, то ток снизится, и провода с большим диаметром не понадобятся. Но в тоже время, в трансформаторах образуются потери, которые нужно оплачивать. При передаче энергии с таким напряжением, происходят большие потери еще из-за износа поверхностей проводников, т.к. сопротивление увеличивается. Такие же потери несут погодные условия (влажность воздуха), утечка тогда происходит на изоляторах и на корону.
Для использования электроэнергии потребителями ее необходимо конвертировать сначала в напряжение 6...10 кВ, а после в 0.4кВ, и здесь появляются потери в трансформаторе. Потребителям электроэнергия поставляется с напряжением 220В или 380В. Нужно отметить, что трансформаторы работают под определенной нагрузкой, и если мощность электропотребителей больше или меньше заявленной, то потери будут расти.
В настоящее время существуют различные способы снижения потерь электрической энергии. Ток течет по двум проводам: нулевому и фазному, поэтому сопротивление нулевого провода можно снизить достаточно просто и дешево, так как увеличение сечения фазного провода достаточно затратное (стоимость алюминия или меди, работы по демонтажу и монтажу). Первый способ снижения потерь состоит из повторного заземления нулевого провода на каждом столбе электрической линии или на каждой нагрузке. В данном случае параллельно сопротивлению нулевого провода подключают
сопротивление земли между нулем трансформатора подстанции и нулем потребителя. Этот способ использовался при прокладки первых линий электропередач, но в наше время его едко используют.
Второй способ - это замена старой воздушной линии на новую.
Третий способ основан на снижении сопротивления, при котором необходимо проверять оба провода: ноль и фазу. В процессе использования воздушных линий из-за обрыва проводов образуется места локального повышения сопротивления — скрутки, сростки и т.д. В процессе работы в этих местах происходит разогрев и дальнейшая деградация провода, которая грозит его разрывом. Эти места видны в темное время из-за свечения и искрения. Чтобы этого не происходило необходимо регулярно визуально проверять электролинию и заменять плохие ее отрезки или линию полностью. Для ремонта лучше всего применять самонесущие алюминиевые изолированные кабели СИП. Такие кабели называются самонесущими, так как для них не требуются стальной трос для подвеса, и они не рвутся под тяжестью снега и льда. Данные кабели долговечны.
Понижающий трансформатор
Рис. 2. Схема передачи электроэнергии от электрической станции до потребителя
Четвертый способ основан на применении специальных стабилизаторов напряжения на входе в дом или другой объект. Такие стабилизаторы могут быть однофазного и трехфазного типа. Они увеличивают cos ф и обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе в пределах ±5 %, при изменении напряжения на входе ±30 %. Их мощностной ряд может быть от сотен Вт до сотен кВт.
Пятый способ - компенсация потерь электроэнергии. Он представляет собой использование устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная (различные электромоторы), то это конденсаторы, если емкостная - специальные индуктивности. Наиболее эффективным решением является вынос электросчетчика из здания и установка его на опоре линии электропередачи в специальном герметичном боксе. В боксе устанавливают разрядники защиты от перенапряжений и вводный автомат с пожарным УЗО. Данный способ снижения потерь за счет использования трехфазного подключения. При таком подключении уменьшаются токи по каждой фазе, следовательно, потери в линии и можно равномерно распределить нагрузку.
Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях - сложная комплексная проблема, требующая значительных капиталовложений, необходимые для оптимизации развития электрических сетей, внедрения новых информационных технологий в энергетической сбытовой деятельности и управления режимами сетей, совершенствования системы учета электроэнергии, обучения персонала и его оснащения средствами поверки средств измерений электроэнергии.
Список литературы
1. Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.
160
2. Базыль И.М. Повышение эффективности функционирования электротехнических устройств электропитающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии: диссертация канд. техн. наук. Тула, 2015. 108 с.
3. Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. С. 280.
4. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009. С. 56.
5. Шойимова С.П. Потери электроэнергии и способы борьбы с ними // Молодой ученый, 2015. №23. С. 278-280.
Базыль Илья Михайлович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ключникова Алина Юрьевна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
REDUCTION OF ELECTRICAL ENERGY LOSS AS MEANS OF INCREASING THE EFFICIENCY OF ELECTRIC PO WER SYSTEMS
I.M. Bazyl, A. Y. Klyuchnikova
The main types of electric energy losses and ways to reduce them to improve the efficiency of power supply systems are considered. Reducing energy losses in electrical networks to a minimum level is one of the important areas of energy efficiency.
Key words: electric power, energy sources, electric network, network loads, energy power, electric power loss.
Bazyl Ilya Mikhailovich, candidate of technical science, docent, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University,
Klyuchnikova Alina Yurievna, student, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University
УДК 621.3
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ТАБЛИЦЕЙ
Е.П. Зацепин
Дается описание представления системы электроснабжения в виде многоуровневой таблицы, которая позволяет четко описать функционирование не только отдельной единицы оборудования, но и всей системы в целом.
Ключевые слова: системы электроснабжения, уровни, электрическое оборудование, наработка на отказ, электродвигатель, выключатель, трансформатор, линия.
Системы электроснабжения отображаются в виде схем. Когда необходимо оценивать эффективность функционирования систем, устанавливать их безотказность, а это связано с делением систем на уровни, то более приемлемым является
161
