CC BY
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.316.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-532-533
СООТВЕТСТВИЕ ФАКТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЕ УДЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
С.Ш. Таваров, А.И. Сидоров, А.Б. Святых
Статья посвящена выявления причин несоответствия фактического электропотребления величине удельной нагрузки, приводящего к нарушению режимных параметров распределительной электрической сети. На основе данных среднемесячного электропотребления с усреднением на 1 квартиру за 2020-2023 год проведены исследования соответствия фактических нагрузок с нормируемыми удельными нагрузками. Результаты исследования показывают значительное расхождение между данными ними. Для повышения точности прогнозирования ожидаемой нагрузки предлагается исходить из электропотребления, а не действующих удельных нагрузок.
Ключевые слова: удельная нагрузка, электропотребление, распределительные электрические сети.
Введение. Изменение фактического электропотребления МКД (многоквартирных жилых домов) и его несоответствия нормируемым удельным нагрузкам, создает в последние годы неопределенность [1-3]. Данная неопределенность проявляется в том, что из-за разнородности применяемых электроприемников и различного материального положения бытовых потребителей, в период эксплуатации в большинстве случаев фактическое электропотребление не соответствует проектным значениям.
Все это приводит к изменению режимных параметров распределительной электрической сети и, как следствие, к увеличению вероятности снижению надежности системы электроснабжения у потребителей, степени несимметрии токов и сроков службы элементов распределительной электрической сети.
Для решения данной проблемы рядом авторов предлагаются различные пути, в частности, за счёт измерения нагрузок в узлах потребителей в часы максимума [4-9].
В краткосрочном прогнозе данные результаты имеют высокую точность [4]. Но в долгосрочном прогнозе (даже через год) они могут отличаться от измеренных значений [3].
Как известно, большая часть стран мира, в том числе и Россия, переходит к выполнению условия декарбонизации и к 2030-40 году эти условия должны быть выполнены, что может привести к значительному изменению электрических нагрузок и электропотреблению в сторону увеличения.
Однако из-за разновременности включения электроприемников из-за ряда причин, одной из которых, как отмечено выше, является материально-финансовое состояние потребителя, величина измеренной нагрузки в одни и те же месяцы, но в последующих годах, не соответствуют значениям, которые были получены в результате измерений.
Следовательно, более точную информацию об ожидаемом изменении электрической нагрузки можно получить за счёт точного прогноза электропотребления, который должен охватывать все возможные факторы и иметь наименьшую погрешность между фактическими и прогнозными значениями. Это, в свою очередь, позволит решит проблемы, на которые было указано выше.
Методы исследования. Для проведения исследования соответствия фактического электропотребления величине нормируемых удельных нагрузок были использованы следующие формулы. При этом необходимо отметить, что все расчеты будут представлены в относительных единицах, поскольку это позволит нам более наглядно описать проблему.
1. Для определения удельной расчетной нагрузки для менее 100 потребителей согласно [10] используем следующую формулу.
Ркв = 10,838 • п-0'544 (1)
где п - количество квартир, не входящих в диапазоны, указанные в таблице 6.1 [10].
2. Для определение коэффициента соответствия фактического электропотребления величине удельной нагрузки используем следующую формулу:
г = иу720 = рудф Руд.н. Руд.н
где - отношение фактического к удельной нагрузки.
Руд.н
3. Для наглядности величину тока представим в относительных единицах через следующую формулу:
Руд.ф.
Т* _ Руд.н. _ Руд.ф. • ^н (3)
и* р гг* ^ у
_Ф Руд.н. ^ф
ин
где иф и УН - фактическое и номинальное напряжения сети в относительных единицах.
Результаты исследования и обсуждение. С использованием полученных данных из автоматизированной системы контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ) за период 2020-2023 г.г. для ряда потребителей Челябинской области был построен среднемесячный график электропотребления с усреднением на 1 квартиру рис.1.
isas
QQOOC0QO
^ 3 S S в о о о
I Г-1 р-1 fS
Г1 Г-1 ÍN и
ГЧ г-1 I
Г1 fS С 4 <
8 SS 3!
Г-1 (N fS I
Г-1 tr. — >г, г-- » Ф О - W ■ OOQOQOQQ—H—HI—> 1 rt ri r-i гч м r¿ г i М М I
3SS33EISS33EI!
(Ч СЧ <4
tN CN CN (v;
Рис. 1. Среднемесячное электропотребление с усреднением на 1 квартиру за период 2020-2023 г.г.
Как видно из рис. 1 разница в электропотреблении одних и тех же потребителей в те же месяцы, но в разные годы имеют существенное различие.
С использование формулы (1) определим электрическую нагрузку, соответствующую нормируемой удельной нагрузке для 34 квартир.
Ркв = 10,838 • 33-0'544 = 1,618 кВт
С применением формулы (2) был определен коэффициент соответствия фактической нагрузки удельной, а по (3) были рассчитаны токи. Результаты представлены в виде точечной зависимости - (рис. 2) и гистограммы -(рис. 3).
г
2,5
■¡а ♦
В 2 % 11,5 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
р* i 1 Jí 0,5 ' И ** и ♦♦ # ♦ ♦ ♦ ♦♦ ♦♦ ♦ ♦
О
0 5 10 15 20 25 30 35
Количество квартир
Рис. 2. Соответствие фактической электрической нагрузки кудельному
На рис. 2. представлены значения разности фактической и удельной нагрузок превышения обозначены -красными точками, зеленными - значения, находящиеся на границе с нормируемой удельной нагрузкой, а черными точками - ниже нормируемой.
Как видно из полученных данных (см. рис. 2), наблюдается большое расхождение фактического и нормируемого значения.
Количество квартир
Рис. 3. Гистограмма изменения токов нагрузки
533
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 7
Из рис. 3 видно, что у большинства потребителей превышение по току не наблюдается.
Полученные результаты позволяют утверждать о том, что применение действующих удельных нагрузок [10] хотя из рис. 2 видно иная картина не даёт возможность точно оценивать состояние распределительной электрической сети с МКД. Так как из рис. 1. и 2 видно иная картина.
Следовательно, для наиболее точного определения фактического электропотребления и электрической нагрузки нужен иной подход, одним из которых может быть предложенный нами метод прогнозирования и расчета электрических нагрузок в условиях неопределенности [11].
Применение метода, описанного [11], позволить решить задачу управления режимными параметрами городской электрической сети с учетом переменных факторов [12].
Таким образом, в очередной раз подтверждается, что применение в долгосрочном прогнозе действующих удельных электрических нагрузок не позволяет дать точную информацию о режиме работы распределительной электрической сети.
Выводы:
1. Применение действующих удельных электрических нагрузок создает определённую неопределенность в электропотреблении.
2. Для повышения точного определения соответствия фактической нагрузки необходимо использовать данные электропотребления.
Список литературы
1. Ахметшин А.Р. Исследование электропотребления объектов индивидуального жилищного строительства разной этажности и площади // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2023. Т. 31. № 4 (80). С. 34-48.
2. Надтока И.И. Влияние длительности интервала измерений потребления электроэнергии на точность определения максимальной нагрузки по нагреву / И.И. Надтока, И.А. Звозникова, С.Ю. Туруткин, И.И. Обыденко // Промышленная энергетика. 2022. № 12. С. 21-25.
3. Надтока И.И. Анализ основных закономерностей в электропотреблении жилой части многоквартирных домов в Московском регионе / И.И. Надтока, И.А. Звозникова, Г.П. Васильев, А.А. Бурмистров, С.Ю. Туруткин, И.И. Обыденко // Промышленная энергетика. 2023. № 11. С. 21-27.
4. Валеев Р.Г. Корректировка удельных мощностей электрических нагрузок электроприемников квартир в условиях ограниченного объема данных / Р.Г. Валеев, М.А. Дзюба, В.И. Сафонов, М.В. Валеева, А.Г. Мурдид, Е.А. Кочетов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2024. Т. 24. № 1. С. 26-35.
5. Солуянов В.И. Разработка изменений в строительный свод правил в части актуализации удельных расчетных электрических нагрузок многоквартирных жилых домов / В.И. Солуянов, Ю.И. Солуянов, А.И. Федотов, А.Р. Ахметшин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2023. Т. 25. № 6. С. 89-100.
6. Солуянов Ю.И. Результаты статистического анализа электрических нагрузок многоквартирных домов г. Москвы / Ю.И. Солуянов, А.И. Федотов, А.Р. Ахметшин, Н.В. Чернова // Электрические станции. 2023. № 2 (1099). С. 22-28.
7. Солуянов Ю.И. Актуализация удельных электрических нагрузок многоквартирных жилых домов Москвы и Московской области / Ю.И. Солуянов, А.И. Федотов, А.Р. Ахметшин, Н.В. Чернова, В.И. Солуянов // Электричество. 2023. № 7. С. 52-65.
8. Соловьева А.С. Сравнительный анализ зимних и летних графиков электрической нагрузки рабочих и выходных дней многоквартирных домов с электроплитами в системах электроснабжения крупных городов / А.С. Соловьева, Г.В. Шведов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2023. Т. 23. № 1. С. 27-37.
9. Надтока И.И. Повышение точности расчета электрических нагрузок многоквартирных домов с электроплитами / И.И. Надтока, А.В. Павлов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2015. № 2. С. 45-48.
10. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа: СП 256.1325800.2016.
11. Таваров С.Ш. Метод прогнозирования и расчёта электрической нагрузки коммунально-бытовых потребителей в условиях неопределённости / С.Ш. Таваров, А.И. Сидоров, И.Ф. Суворов, А.Б. Святых // iPolytech Journal. 2023. Т. 27. № 3. С. 565-573.
12. Таваров С.Ш. Управление режимными параметрами городской электрической сети при несоответствии соотношения удельной нагрузки от электропотребления бытовыми потребителями с учетом переменных факторов // Энергобезопасность и энергосбережение. 2023. № 1. С. 51-58.
Таваров Саиджон Ширалиевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Челябинск, Южно-Уральский государственный университет (национально исследовательского университета),
Сидоров Александр Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедры, sidorovai@susu. ru, Россия, Челябинск, Южно-Уральский государственный университет (национально исследовательского университета),
Святых Андрей Борисович, канд. техн. наук, первый заместитель генерального директора, [email protected], Россия, Челябинск, ООО «Уралэнергосбыт»
COMPLIANCE OF ACTUAL ELECTRIC CONSUMPTION WITH THE SPECIFIC LOAD AMOUNT AND ITS INFLUENCE ON THE OPERATING PARAMETERS OF THE ELECTRICAL DISTRIBUTION NETWORK
S.S. Tavarov, A.I. Sidorov, A.B. Svyatykh 534
The article is devoted to identifying the reasons for the discrepancy between the actual power consumption and the specific load, leading to a violation of the operating parameters of the electrical distribution network. Based on data on average monthly electricity consumption, averaging per apartment for 2020-2023, studies were carried out on the correspondence of actual loads with standardized specific loads. The results of the study show a significant discrepancy between these two. To increase the accuracy of forecasting the expected load, it is proposed to proceed from power consumption, rather than current specific loads.
Key words: specific load, power consumption, electrical distribution networks.
Tavarov Saidjon Shiralievich, candidate of technical sciences, docent, tabarovsaid@mail. ru, Russia, Chelyabinsk, South Ural State University (National Research University),
Sidorov Alexander Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, si-dorovai@susu. ru, Russia, Chelyabinsk, South Ural State University (National Research University),
Svyatov Andrey Borisovich, candidate of technical sciences, first deputy general director, svyatykh@,mail. ru, Russia, Chelyabinsk, LLC «Uralenergosbyt»
УДК 621.311
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-535-536
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ НА КРУПНЫХ ПОДСТАНЦИЯХ
В.И. Бирюлин, И.В. Ворначева, Д.В. Куделина
На современных энергетических объектах происходит широкое внедрение современных микропроцессорных терминалов. Авторами статьи проведено исследование работы релейной защиты на крупной подстанции с подключенными к ней кабельными линиями напряжением 20 кВ. Выполнена проверка возможности блокировки логической защиты секций шин при значительных емкостных токах этих кабельных линий, что может привести к ложным отключениям защит. Наиболее важным результатом является обоснование возможности применения значений токов обратной последовательности для блокирования возможного срабатывания логической защиты шин при отсутствии повреждения секции шин, не имеющей повреждения.
Ключевые слова: подстанция, секция шин, выключатель, кабельная линия, релейная защита, блокировка
защит.
Бурное развитие крупных городов и мегаполисов неизбежно сопровождается увеличением их роли в экономических и социально-политических системах многих стран в современном мире. Такие процессы объясняются все большей концентрацией экономических и финансовых ресурсов в них, а также значительным политическим влиянием на общественную жизнь той или иной страны.
Постоянные рост потребления электроэнергии и увеличение электрических нагрузок требуют постоянного развития крупных городских электроэнергетических комплексов [1-3]. Поэтому в настоящее время происходит увеличение мощности энергетического оборудования, в том числе и пропускной способности линий электропередач для обеспечения возрастающего спроса на электроэнергию [4]. Простое увеличение пропускной способности электрических сетей за счет ввода новых линий в дополнение к уже имеющимся не всегда может быт реализовано, в первую очередь, из-за большой стоимости земли в городских условиях, что делает прокладку новых линий практически невозможной. Также нужно учитывать тот факт, что в районах нового строительства следует сооружать электрические сети, позволяющие передавать значительно большие мощности, чем ранее созданные электрические сети
[4].
Для повышения пропускной способности распределительных кабельных сетей, особенно в условиях возрастания длины такой сети, отходящей от одного источника питания по сравнению с уже существующими электрическими сетями необходимо использовать переход от применяемых ранее в городских сетях напряжений 6 или 10 кВ к более высокому значению напряжения, равному 20 кВ. Применение такого повышенного напряжения в распределительных сетях рассматривалось во многих научных публикациях [5-10].
Внедрение перечисленных мероприятий приводит к значительным изменениям в схемные решения и режимы работы городских электрических сетей [10-12]. В последнее время развитие городской кабельной сети 20 кВ достигло таких объемов, что суммарные емкостные токи этих сетей приблизились к значению тока резистора, определяемого условием селективного отключения защит отходящих кабельных линий при возникновении повреждения [13, 14].
Рассмотрим условия работы релейной защиты на мощной подстанции, питающей разветвленную кабельную сеть напряжением 20 кВ - рис.1 (показана только часть этой подстанции с одним трансформатором и двумя секциями шин).
Для обеспечения быстрого отключения повреждений, возникающих на секциях шин, применяется логическая защита шин (ЛЗШ), обеспечивающая отключение вводных выключателей напряжением 20 кВ. В эксплуатации фиксировались случаи ложной работы данной защиты секций шин 20 кВ при замыканиях на землю [15]. Действием защиты отключалась неповрежденная секция, что снижало надежность электроснабжения потребителей. Секции шин защищаются ЛЗШ. При рассмотрении условий селективной работы данной защиты в случае возникновения однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) на какой-либо отходящей кабельной линии необходимо учитывать возможность протекания больших емкостных токов подпитки от соседней секции шин, которые могут привести к ложному срабатыванию ЛЗШ.
