Введение

Обзор литературы

1.2 Нагрузочные потери электроэнергии

1.3 Потери холостого хода

1.4 Климатические потери электроэнергии

2. Методы расчета потерь электроэнергии

2.1 Методы расчета потерь электроэнергии для различных сетей

2.2 Методы расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,38-6-10 кВ

3. Программы расчета потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях

3.1 Необходимость расчета технических потерь электроэнергии

3.2 Применение программного обеспечения для расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 - 10 кВ

4. Нормирование потерь электроэнергии

4.1 Понятие норматива потерь. Методы установления нормативов на практике

4.2 Нормативные характеристики потерь

4.3 Порядок расчета нормативов потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 - 10 кВ

5. Пример расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях 10 кВ

Заключение

Список литературы

Введение

Электрическая энергия является единственным видом продукции, для перемещения которого от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы. Для этого расходуется часть самой передаваемой электроэнергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях до этого уровня - одно из важных направлений энергосбережения .

В течение всего периода с 1991 г. по 2003 г. суммарные потери в энергосистемах России росли и в абсолютном значении, и в процентах отпуска электроэнергии в сеть.

Рост потерь энергии в электрических сетях определен действием вполне объективных закономерностей в развитии всей энергетики в целом. Основными из них являются: тенденция к концентрации производства электроэнергии на крупных электростанциях; непрерывный рост нагрузок электрических сетей, связанный с естественным ростом нагрузок потребителей и отставанием темпов прироста пропускной способности сети от темпов прироста потребления электроэнергии и генерирующих мощностей.

В связи с развитием рыночных отношений в стране значимость проблемы потерь электроэнергии существенно возросла. Разработка методов расчета, анализа потерь электроэнергии и выбора экономически обоснованных мероприятий по их снижению ведется во ВНИИЭ уже более 30 лет. Для расчета всех составляющих потерь электроэнергии в сетях всех классов напряжения АО-энерго и в оборудовании сетей и подстанций и их нормативных характеристик разработан программный комплекс, имеющий сертификат соответствия, утвержденный ЦДУ ЕЭС России, Главгосэнергонадзором России и Департаментом электрических сетей РАО "ЕЭС России".

В связи со сложностью расчета потерь и наличием существенных погрешностей, в последнее время особое внимание уделяется разработке методик нормирования потерь электроэнергии.

Методология определения нормативов потерь еще не установилась. Не определены даже принципы нормирования. Мнения о подходе к нормированию лежат в широком диапазоне - от желания иметь установленный твердый норматив в виде процента потерь до контроля за "нормальными" потерями с помощью постоянно проводимых расчетов по схемам сетей с использованием соответствующего программного обеспечения.

По полученным нормам потерь электроэнергии устанавливаются тарифы на электроэнергию. Регулирование тарифов возлагается на государственные регулирующие органы ФЭК и РЭК (федеральную и региональные энергетические комиссии). Энергоснабжающие организации должны обосновывать уровень потерь электроэнергии, который они считают целесообразным включить в тариф, а энергетические комиссии - анализировать эти обоснования и принимать или корректировать их .

В данной работе рассмотрена проблема расчета, анализа и нормирования потерь электроэнергии с современных позиций; изложены теоретические положения расчетов, приведено описание программного обеспечения, реализующего эти положения, и изложен опыт практических расчетов.

Обзор литературы

Проблема расчета потерь электроэнергии волнует энергетиков уже очень долго. В связи с этим, в настоящее время выпускается очень мало книг по данной теме, т.к мало что изменилось в принципиальном устройстве сетей. Но при этом выпускается достаточно большое количество статей, где производится уточнение старых данных и предлагаются новые решения проблем, связанных с расчетом, нормированием и снижением потерь электроэнергии.

Одной из последних книг, выпущенных по данной теме, является книга Железко Ю.С. "Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях" . В ней наиболее полно представлена структура потерь электроэнергии, методы анализа потерь и выбор мероприятий по их снижению. Обоснованы методы нормирования потерь. Подробно описано программное обеспечение, реализующее методы расчета потерь.

Ранее этим же автором была выпущена книга "Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов" . Здесь наибольшее внимание было уделено методам расчета потерь электроэнергии в различных сетях и обосновано применение того или иного метода в зависимости от типа сети, а также мероприятиям по снижению потерь электроэнергии.

В книге Будзко И.А. и Левина М.С. "Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов" авторы подробно рассмотрели проблемы электроснабжения в целом, сделав упор на распределительные сети, питающие сельскохозяйственные предприятия и населенные пункты. Также в книге даны рекомендации по организации контроля за потреблением электроэнергии и совершенствованию систем учета.

Авторы Воротницкий В.Э., Железко Ю.С. и Казанцев В.Н. в книге "Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем" рассмотрели подробно общие вопросы, относящиеся к снижению потерь электроэнергии в сетях: методы расчета и прогнозирования потерь в сетях, анализ структуры потерь и расчет их технико-экономической эффективности, планирование потерь и мероприятий по их снижению.

В статье Воротницкого В.Э., Заслонова С.В. и Калинкини М.А. "Программа расчета технических потерь мощности и электроэнергии в распределительных сетях 6 - 10 кВ" подробно описана программа для расчета технических потерь электроэнергии РТП 3.1 Ее главным достоинством является простота в использовании и удобный для анализа вывод конечных результатов, что существенно сокращает трудозатраты персонала на проведение расчета.

Статья Железко Ю.С. "Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях и программное обеспечение расчетов" посвящена актуальной проблеме нормирования потерь электроэнергии. Автор делает упор на целенаправленное снижение потерь до экономически обоснованного уровня, что не обеспечивает существующая практика нормирования. Также в статье выносится предложение использовать нормативные характеристики потерь, разработанные на основе детальных схемотехнических расчетов сетей всех классов напряжений. При этом расчет может производится при использовании программного обеспечения.

Целью другой статьи этого же автора под названием "Оценка потерь электроэнергии, обусловленных инструментальными погрешностями измерения" не является уточнение методики определения погрешностей конкретных измерительных приборов на основе проверки их параметров. Автором в статье проведена оценка результирующих погрешностей системы учета поступления и отпуска электроэнергии из сети энергоснабжающей организации, включающей в себя сотни и тысячи приборов. Особое внимание уделено систематической погрешности, которая в настоящее время оказывается существенной составляющей структуры потерь.

В статье Галанова В.П., Галанова В.В. "Влияние качества электроэнергии на уровень ее потерь в сетях" уделено внимание актуальной проблеме качества электроэнергии, что оказывает существенное влияние на потери электроэнергии в сетях.

Статья Воротницкого В.Э., Загорского Я.Т. и Апряткина В.Н. "Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях" посвящена уточнению существующих методов расчета потерь электроэнергии, нормированию потерь в современных условиях, а также новым методам снижения потерь.

В статье Овчинникова А. "Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,38 - 6 (10) кВ" делается упор на получение достоверной информации о параметрах работы элементов сетевого хозяйства, и прежде всего о загрузке силовых трансформаторов. Данная информация, по мнения автора, поможет существенно снизить потери электроэнергии в сетях 0,38 - 6 - 10 кВ.

1. Структура потерь электроэнергии в электрических сетях. Технические потери электроэнергии

1.1 Структура потерь электроэнергии в электрических сетях

При передаче электрической энергии в каждом элементе электрической сети возникают потери. Для изучения составляющих потерь в различных элементах сети и оценки необходимости проведения того или иного мероприятия, направленного на снижение потерь, выполняется анализ структуры потерь электроэнергии.

Фактические (отчетные) потери электроэнергии ΔW Отч определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпущенной из сети потребителям. Эти потери включают в себя составляющие различной природы: потери в элементах сети, имеющие чисто физический характер, расход электроэнергии на работу оборудования, установленного на подстанциях и обеспечивающего передачу электроэнергии, погрешности фиксации электроэнергии приборами ее учета и, наконец, хищения электроэнергии, неоплату или неполную оплату показаний счетчиков и т.п.

Длина линии (м) / Материал кабеля:		Медь Алюминий
Сечение кабеля (мм?):	0,5 мм? 0,75 мм? 1,0 мм? 1,5 мм? 2,5 мм? 4,0 мм? 6,0 мм? 10,0 мм? 16,0 мм? 25,0 мм? 35,0 мм? 50,0 мм? 70,0 мм? 95,0 мм? 120 мм?
Мощность нагрузки (Вт) или ток (А):
Напряжение сети (В):		Мощность	1 фаза
Коэффициент мощности (cos?):		Ток	3 фазы
Температура кабеля (°C):

Во время проектирования электрических сетей и систем со слабыми токами довольно часто требуются расчеты потерь напряжения в кабелях и проводах. Данные вычисления необходимы для того чтобы выбрать кабель с наиболее оптимальным . При неправильном выборе проводника система электроснабжения очень быстро выйдет из строя или вообще не запустится. Чтобы избежать возможных ошибок, рекомендуется использовать онлайн калькулятор расчета потерь напряжения. Данные, полученные с помощью калькулятора, обеспечат устойчивую и безопасную работу линий и сетей.

Причины энергопотери при передаче электроэнергии

Существенные потери происходят в результате излишнего рассеивания. Из-за лишнего тепла кабель может сильно нагреваться, особенно при больших нагрузках и неправильных расчетах потерь электричества. Под действием избыточного тепла наступает повреждение изоляции, создается реальная угроза здоровью и жизни людей.

Потери электроэнергии нередко происходят из-за слишком большой протяженности кабельных линий, при большой мощности нагрузки. В случае продолжительной эксплуатации, существенно возрастают расходы на оплату электричества. Неправильные расчеты способны вызвать сбои в работе оборудования, например, охранной сигнализации. Потери напряжения в кабеле приобретают важное значение, когда источник питания оборудования имеет низкое напряжение постоянного или переменного тока, номиналом от 12 до 48В.

Как рассчитать потери напряжения

Избежать возможных проблем поможет калькулятор расчета потери напряжения, работающий в онлайн режиме. В таблицу исходных данных помещаются данные о длине кабеля, его сечении и материале, из которого он изготовлен. Для расчетов потребуются сведения о мощности нагрузки, напряжении и токе. Кроме того, учитывается коэффициент мощности и температурные показатели кабеля. После нажатия кнопки появляются данные о энергопотерях в процентах, показатели сопротивления проводника, реактивной мощности и напряжения, испытываемого нагрузкой.

Основной формулой расчета является следующая: ΔU=IхRL, в которой ΔU означает потери напряжения на расчетной линии, I является потребляемым током, определяемым преимущественно параметрами потребителя. RL отражает сопротивление кабеля, в зависимости от его длины и площади сечения. Именно последнее значение играет решающую роль при потере мощности в проводах и кабелях.

Возможности для снижения потерь

Основным способом снижения потерь в кабеле, является увеличение площади его сечения. Кроме того, можно уменьшить длину проводника и снизить нагрузку. Однако последние два способа не всегда можно использовать, в силу технических причин. Поэтому во многих случаях единственным вариантом остается снижение сопротивления кабеля за счет увеличения сечения.

Существенным недостатком большого сечения считается заметный рост материальных затрат. Разница становится ощутимой, когда кабельные системы растягиваются на большие расстояния. Поэтому на стадии проектирования нужно сразу же подбирать кабель с нужным сечением, для чего понадобятся расчеты потери мощности с помощью калькулятора. Данная программа имеет большое значение при составлении проектов на электромонтажные работы, поскольку ручные вычисления занимают много времени, а в режиме онлайн калькулятора подсчет занимает буквально несколько секунд.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

При передаче электроэнергии с шин электростанций до потребителей часть электроэнергии расходуется на нагрев проводников, создание электромагнитных полей и другие эффекты, сопутствующие переменному току. Бόльшая часть этих расходов, которые в дальнейшем будем называть потерями электроэнергии, приходится на нагрев проводников.

Термин “потери энергии” следует понимать как технологический расход электроэнергии на её передачу. Именно по этой причине вместо термина “потери электроэнергии” в отчётных документах энергосистем используется термин “технологический расход электроэнергии при передаче по электрическим сетям ”.

В линии, работающей с постоянной нагрузкой и имеющей потери активной мощности ΔР , потери электроэнергии за время t составят

Если же нагрузка в течение года изменяется, то потери электроэнергии можно рассчитать различными способами.

Наиболее точный метод расчёта потерь электроэнергии ΔW – это определение их по графику нагрузок ветви, причём расчёт потерь мощности производится для каждой ступени графика. Этот метод называют методом графического интегрирования. При расчёте за каждый час получается почасовой расчёт потерь электроэнергии.

Различают суточные и годовые графики нагрузок. На рис. 7.3 приведены летний и зимний суточные графики активной и реактивной нагрузок.

Рис. 7.3. Графики нагрузок: а – зимний суточный; б – летний суточный;

в – по продолжительности

Годовой график строится на основе характерных суточных графиков за весенне-летний и осенне-зимний периоды. Это пример упорядоченного графика, т.е. такого, в котором все значения нагрузки расположены в порядке убывания (рис. 7.3). В результате получают годовой график нагрузки, который показывает продолжительность работы при данной нагрузке. Поэтому такой график называется графиком по продолжительности .

По годовому графику нагрузок можно определить потери электроэнергии за год. Для этого определяют потери мощности и электроэнергии для каждого режима.

После подсчета потерь мощности в каждом режиме получают суммарные потери электроэнергии за год, суммируют все потери при различных режимах

, (7.7)

где ΔР i – потери мощности на i -ой ступени графика нагрузок;

Δt i – длительность i -ой ступени графика нагрузок.

Величина потери мощности находится по соотношению

где S i – полная мощность на i- ой ступени графика нагрузок;

U i – линейное напряжение на i- ой ступени графика нагрузок.

Потери мощности и электроэнергии в трансформаторе за время Δt i:

;

,

где ΔР к и ΔР x – потери соответственно в меди и стали трансформатора;

S 2 i – нагрузка на вторичной стороне трансформатора на i -ой ступени графика;

S ном – номинальная мощность трансформатора.

При k параллельно работающих идентичных трансформаторах

. (7.9)

Потери электроэнергии за год

. (7.10)

В зависимости от степени равномерности графика нагрузок число параллельно включенных трансформаторов k может быть различным.

Достоинством метода определения потерь по графику нагрузки является высокая точность. Недостатком метода следует считать отсутствие информации о графиках нагрузок для всех ветвей сети. Кроме того, стремление к точности расчёта вызывает увеличение числа ступеней в графике нагрузки, а это, в свою очередь, приводит к повышению трудоемкости расчёта.

Одним из наиболее простых методов определения потерь является расчёт потерь электроэнергии по времени наибольших потерь . Из всех режимов выбирается режим, в котором потери мощности наибольшие. Рассчитывая этот режим, получают потери мощности в нём ΔР нб. Потери энергии за год находят умножением этих потерь мощности на время наибольших потерь τ :

Время наибольших потерь – это время, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потери электроэнергии были бы те же, что и при работе по действительному графику нагрузки:

где N – число ступеней нагрузки.

Можно установить связь между потерями электроэнергии и электроэнергией, полученной потребителем.

Энергия, полученная потребителем за год, равна

где Р нб – наибольшая потребляемая нагрузкой мощность;

Т нб – это время в часах, за которое при работе с наибольшей нагрузкой потребитель получал бы то же количество электроэнергии, что и при работе по реальному графику.

Рис. 7.4. Определение ΔW по графику нагрузок и по τ :

а – схема замещения линии; б, г – трехступенчатый и многоступенчатый графики нагрузок; в, д – трехступенчатый и многоступенчатый графики S 2

Из графиков, приведённых на рис. 7.4 видно, что значения τ и Т нб в общем случае не совпадают. Например, Т нб представляет собой абсциссу прямоугольника, площадь которого равна площади трёхступенчатого графика на рис. 7.4,б или многоступенчатого графика на рис. 7.4,г.

Построим график S 2 = f(t) (рис. 7.4,в). Предположим, что потери мощности i -ой ступени графика приближённо определяются по номинальному напряжению, т.е. вместо (7.8) будем использовать следующее выражение

Учитывая, что r л / = соnst, следует заметить, что потери электроэнергии за время Δt i в определённом масштабе равны .

Потери электроэнергии за год в определённом масштабе равны площадям фигур на рис. 6.4, в и д.

Время наибольших потерь τ представляет собой абсциссу прямоугольника, площадь которого равна площади трёхступенчатого графика на рис. 7.4,в или многоступенчатого графика на рис. 7.4,д. Аналогично (7.13) получаем

.

Время наибольшей нагрузки из (7.13)

.

Потери электроэнергии в трансформаторах рассчитывают по формуле

, (7.14)

где

Т = 8760 ч – число часов в году.

Выражение можно применять лишь при постоянном числе включённых на параллельную работу трансформаторов, т.е. К = const .

Поскольку мощность потребления Р ~ I×cosφ , а потери мощности ΔР ~ I 2 , то становится очевидным несовподение значений времени наибольшей нагрузки Т нб и времени наибольших потерь τ (рис. 7.4). Существуют эмпирические формулы, связывающие между собой τ и Т нб . Для ряда характерных нагрузок можно расчётным путём построить зависимости τ = f (Т нб, cosφ ), приведённые на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Зависимости τ от Т нб и cosφ

Порядок расчёта потерь по методу τ, т.е. по времени наибольших потерь, следующий:

1) находят время наибольшей нагрузки, используя годовой график;

2) из графических зависимостей τ = f (Т нб, cosφ) , приведённых в справочной литературе, находят время наибольших потерь;

3) определяют потери в режиме наибольшей нагрузки ΔР нб ;

4) по соотношению ΔW = ΔР нб × τ находят потери энергии за год.

Метод расчёта по времени наибольших потерь был одним из самых распространённых до широкого внедрения ЭВМ. В основу метода положены допущения, что максимальные потери энергии в элементе сети соответствуют максимуму нагрузки системы и графики активных и реактивных мощностей подобны, т.е. cosφ = const. При использовании эмпирических зависимостей τ от Т нб и cosφ лишь частично учитывается конфигурация графиков нагрузки. Сделанные допущения приводят к большим погрешностям этого метода. Кроме того, по методу τ нельзя рассчитывать потери в линиях со стальными проводами, сопротивление которых переменно.

Дальнейшее повышение точности расчёта потерь привело к разработке метода τ P и τ Q . При этом методе в величине ΔР нб разделяются потери мощности от протекания по сети активной и реактивной мощностей.

Расчётное соотношение имеет вид

ΔW = ΔP P × τ P + ΔP Q × τ Q ,

где ΔР р, ΔР Q – составляющие потерь мощности от протекания по сети активной и реактивной мощностей.