Методы расчета потерь в электрических сетях. Дипломная работа: Потери электроэнергии в распределительных электрических сетях

Особенности расчета нормативов потерь электроэнергии для территориальных сетевых организаций

Папков Б. В., доктор техн. наук, Вуколов В. Ю., инж. НГТУ им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород

Рассмотрены особенности расчета нормативов потерь для территориальных сетевых организаций в современных условиях. Приведены результаты исследования методов расчета потерь в сетях низкого напряжения.

Вопросы, связанные с транспортом и распределением электрической энергии и мощности по электрическим сетям, решаются в условиях естественного монополизма территориальных сетевых организаций (ТСО). Экономическая эффективность их функционирования во многом зависит от обоснованности материалов, предоставляемых в службы государственного регулирования тарифов. При этом серьезных усилий требует расчет нормативов потерь электрической энергии.

В остается нерешенным ряд проблем, возникающих на этапах подготовки обосновывающих материалов по нормативам потерь, их экспертизы, рассмотрения и утверждения. В настоящее время ТСО приходится преодолевать следующие трудности:

необходимость сбора и обработки достоверных исходных данных для расчетов нормативов потерь; недостаточное количество персонала для сбора и обработки данных измерений нагрузок электрических сетей, выявления бездоговорного и безучетного потребления электроэнергии; нехватка современных приборов учета электроэнергии для достоверного расчета балансов электроэнергии как по сети в целом, так и по отдельным ее частям: подстанциям, линиям, выделенным участкам сети и т. п.;

отсутствие приборов учета электроэнергии для разделения потерь электроэнергии от собственного потребления и на оказание услуг по передаче электроэнергии субабонентам; специализированного программного обеспечения у ряда ТСО; необходимых материальных, финансовых и людских ресурсов для практической реализации программ и мероприятий по снижению потерь; нормативно-правовой базы для борьбы с бездоговорным и безучетным потреблением электроэнергии;

сложность и трудоемкость расчетов нормативов потерь (особенно в распределительных электрических сетях 0,4 кВ), практическая невозможность достоверной оценки их точности;

недостаточность проработки методов достоверной оценки технико-экономической эффективности мероприятий и программ снижения потерь электроэнергии;

трудности разработки, согласования и утверждения сводных прогнозных балансов электроэнергии на регулируемый период из-за отсутствия соответствующих методик и достоверной статистики по динамике составляющих баланса.

Особое внимание следует уделить расчету потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ вследствие их исключительной социальной важности (по России в целом они составляют около 40 % суммарной протяженности всех электрических сетей). На этом напряжении осуществляется потребление электрической энергии конечными электроприемниками: в большой химии - 40 - 50 %, в машиностроении - 90-95 %, в коммунально-бытовой сфере - практически 100%. От надежности работы сетей 0,4 кВ и их загрузки в значительной степени зависят качество и экономичность электроснабжения потребителей.

Расчет нормативов потерь в сетях 0,4 кВ - один из наиболее трудоемких. Это связано со следующими особенностями:

разнородностью исходной схемотехнической информации и низкой ее достоверностью;

разветвленностью воздушных линий 0,4 кВ, при расчете потерь в которых требуется наличие поопорных схем с соответствующими параметрами;

динамикой изменения схемных и особенно режимных параметров;

исполнением участков сетей с различным числом фаз;

неравномерностью загрузки фаз; неодинаковостью фазных напряжений на шинах питающей ТП.

Необходимо подчеркнуть, что методы расчетов потерь мощности и электроэнергии в сетях 0,4 кВ должны быть в максимальной степени адаптированы к имеющимся в условиях эксплуатации сетей схемным и режимным параметрам с учетом объемов исходной информации.

Обследование 10 ТСО Нижегородской области, выполнение расчетов нормативов потерь, их экспертиза и утверждение позволяют структурировать создаваемые ТСО на следующие группы :

1. правопреемники АО-энерго;
2. создаваемые на базе служб главного энергетика промышленного предприятия в соответствии с ограничениями антимонопольного законодательства;
3. создаваемые с целью обеспечения эксплуатации электрооборудования, оказавшегося "бесхозным" в ходе реализации рыночной реформы в сфере промышленного и сельскохозяйственного производства.

Появление организаций - правопреемников ранее существовавших АО-энерго - связано с реструктуризацией и ликвидацией РАО "ЕЭС России". Расчет и утверждение нормативов потерь для ТСО данной группы требуют минимального вмешательства сторонних исследователей, поскольку для них эта задача неновая: имеются довольно долгая предыстория, персонал с большим опытом расчетов, максимальная информационная обеспеченность. Методические материалы ориентированы главным образом на особенности эксплуатации именно этой группы ТСО.

Анализ проблем, связанных с определением нормативов потерь для предприятий второй группы, показывает, что сегодня остро не хватает персонала, готового применять не адаптированную к реальным условиям работы таких ТСО существующую методику расчета нормативов потерь. В данном случае целесообразно привлекать для расчетов и утверждения нормативов потерь внешние специализированные компании. При этом отпадает необходимость в дорогостоящем специальном сертифицированном программном обеспечении, имеющемся у сторонних исследователей. Если же рассматривать задачу утверждения тарифа на услуги транспорта электроэнергии по заводским сетям как более общую, в которой расчет норматива потерь является всего лишь ее составляющей (хотя и важной), то возникает юридическая проблема правомерности применения ретроспективной технико-экономической информации в условиях изменения формы обслуживания электрооборудования.

При расчете потерь в сетях 0,4 кВ таких ТСО наиболее остро стоит проблема разделения единой системы электроснабжения на транспортную и технологическую части. Под последней подразумеваются участки транспортной сети, обеспечивающие непосредственно конечное преобразование электроэнергии в иные ее виды. Учитывая реальное распределение точек подключения сторонних потребителей, объемы полезного отпуска по уровням напряжения и сложности расчета потерь в сетях 0,4 кВ, практически во всех случаях целесообразно полностью отнести эти сети к технологической части.

ТСО, относимые к третьей группе, образуются в результате вынужденных мер, предпринимаемых государством и частным бизнесом для ликвидации недопустимого положения, когда из-за отказа от непрофильных видов деятельности или банкротства различных предприятий большое количество электроустановок (в основном напряжением 10-6-0,4 кВ) было брошено прежними владельцами. В настоящее время техническое состояние многих таких электроустановок можно охарактеризовать как неудовлетворительное. Однако вывод их из работы невозможен вследствие социальной значимости. С учетом этого в регионах реализуется программа восстановления ветхих и "бесхозных" сетей, финансирование которой осуществляется, в том числе и централизованно, из федерального бюджета. В большинстве случаев электрооборудование принимается на баланс органами местного самоуправления, которые и решают задачу обеспечения его нормального функционирования. На основании опыта Нижегородской области можно сделать вывод, что главное направление использования указанного оборудования - передача его в аренду государственным и частным специализированным компаниям.

Из-за рассредоточения сетей таких ТСО по разным административным районам для решения задач передачи и распределения электроэнергии, обеспечения работоспособности электрических сетей (монтаж, наладка, ремонт и техническое обслуживание электротехнического оборудования и средств защиты электрических сетей) возможны два пути: создание собственной эксплуатационно-ремонтной службы (что вследствие охвата большой территории приведет к увеличению длительности обслуживания оборудования) или заключение договоров на техническое обслуживание со службами АО-энерго. При этом оперативность будет обеспечена, но целесообразность существования организаций такого типа теряет смысл. В настоящее время ТСО третьей группы проводят работы по установке узлов учета электроэнергии, финансируемые в рамках областной программы восстановления ветхих сетей и из иных источников. Решаются вопросы организации системы сбора и обработки информации о показаниях счетчиков электрической энергии с привлечением специализированных организаций. Однако большие стоимость и объем необходимых работ, а также имеющиеся противоречия между участниками процесса формирования системы учета электроэнергии потребуют длительного времени на их полное завершение.

В условиях действующей системы тарифо- образования на транспорт электрической энергии основу расчета составляют информация о технико-экономических характеристиках используемого электрооборудования и ретроспективная информация о фактических издержках на осуществление функционирования ТСО в предыдущем (базовом) периоде. Для вновь создаваемых ТСО третьей группы это - труднопреодолимое препятствие.

С точки зрения расчета норматива электрических потерь ТСО данного класса создают наибольшие проблемы. Основные из них:

практически нет паспортных данных на электрооборудование;

отсутствуют однолинейные схемы электрических сетей, поопорные схемы воздушных линий электропередачи (BJI) и схемы трасс проложенных кабельных линий (КЛ);

часть участков ВЛ и КЛ таких сетей не имеют непосредственных связей с другим оборудованием рассматриваемых ТСО и являются элементами присоединений иных ТСО.

В данной ситуации можно использовать методы принятия решений в условиях недостатка и неопределенности исходной информации. Это позволяет достичь позитивных результатов уже потому, что дается обоснованное предпочтение тем вариантам, которые оказываются наиболее гибкими и обеспечивающими наибольшую эффективность. Один из них - метод экспертных оценок. Его применение для каждой конкретной ТСО третьей группы является единственно возможным способом количественной оценки показателей, необходимых для расчета потерь электроэнергии на начальном этапе функционирования сетевых организаций.

В качестве примера рассмотрим особенности расчета нормативов потерь электроэнергии для организации (условно названной ТСО-энер- го), электрооборудование которой рассредоточено на территории 17 районов Нижегородской области. Источниками исходной информации об электрооборудовании и режимах работы ТСО-энерго к моменту начала обследования были договоры аренды электрооборудования и сооружений, договоры на техническое и оперативное обслуживание, заключенные его администрацией с филиалами ОАО "Нижновэнерго" на местах и с гарантирующим поставщиком электроэнергии по региону. Ввиду невозможности на начальном этапе функционирования ТСО-энерго в качестве электросетевой организации осуществлять учет транспортируемой электрической энергии с помощью электрических счетчиков объемы передаваемой электроэнергии определяли расчетным путем.

В ходе обследования электроустановок была получена дополнительная информация о сетях 0,4 кВ, питающихся от ТП, арендуемых ТСО-энерго у администраций только двух районов области. В результате анализа полученных данных эксперты качественно определили конфигурацию сетей 0,4 кВ исследуемой организации, провели разделение общей длины (общего числа пролетов) фидеров 0,4 кВ на магистральные участки и ответвления (с учетом числа фаз), получили средние значения таких параметров, как число фидеров 0,4 кВ на одно ТП (2,3); сечение головного участка магистрали фидера ЛЭП 0,4 кВ (38,5 мм 2), сечения кабельных (50 мм 2) и воздушных (35 мм") ЛЭП 6 кВ.

Информация об электрических сетях 0,4 кВ всех 17 районов структурирована на основе экстраполяции результатов анализа поопорных схем электрических сетей по выборке из двух. Согласно экспертному заключению, данные районы являются типовыми для ТСО- энерго, и экстраполяция результатов выборки не искажает общую картину конфигурации сетей организации в целом. Ниже приведены полученные значения норматива потерь электроэнергии AW Hn3 , тыс. кВт ч (%), на период регулирования, равный 1 году, для сетей 6- 10 и 0,4 кВ:

6- 10 кВ 3378,33 (3,78)

0,4 кВ 12452,89 (8,00)

Всего 15831,22 (9,96)

В сложившейся ситуации с учетом состояния электроустановок большинства ТСО наи

более эффективным, а иногда и единственно возможным для расчета потерь в сетях 0,4 кВ был метод оценки потерь по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети. Однако согласно последней редакции его использование возможно лишь при питании сети низкого напряжения не менее чем от 100 ТП, что существенно ограничивает применение метода для расчета потерь в сетях ТСО. Здесь возможна ситуация, когда полученный расчетным путем и обоснованный наличием подтверждающих документов норматив потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения будет значительно ниже отчетных потерь в них ввиду сложности, а иногда и невозможности сбора исходной информации для расчетов. Это в дальнейшем может привести к банкротству ТСО и появлению "бесхозных" электрических сетей. Поэтому были исследованы разные методы расчета нормативов потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения с целью проведения сравнительного анализа точности расчета каждого из предлагаемых в подходов.

Для расчета нормативов потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ при известных их схемах применяются те же алгоритмы, что и для сетей 6-10кВ, которые реализуются по методу средних нагрузок или методу числа часов наибольших потерь мощности. Вместе с тем существующими методиками предусмотрены специальные оценочные методы, определяющие порядок расчета нормативов потерь в сетях низкого напряжения (метод оценки потерь по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети, а также метод оценки потерь с использованием измеренных значений потерь напряжения) .

Для проведения численного анализа точности расчетов указанными методами определены потери электрической энергии на основе схемы электроснабжения бытовых потребителей 0,4 кВ. Расчетная модель сети 0,4 кВ представлена на рисунке (где Н - нагрузка). Наличие полного объема информации о ее конфигурации и режиме позволяет рассчитать потери электроэнергии AW пятью методами. Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Промышленная энергетика №i, 2010

Таблица 1

Метод расчета	A W, кВт ч (%)	8 W, %
Метод характерных сезонных суток	11997,51 (3,837)
Метод средних нагрузок	12613,638 (4,034)
Метод числа часов наибольших потерь мощности	12981,83 (4,152)
Метод оценки потерь с использованием измеренных значений потерь напряжения	8702,49 (2,783)
Метод оценки потерь по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети	11867,21 (3,796)

Наиболее достоверны результаты, полученные поэлементным расчетом сети 0,4 кВ методом характерных сезонных суток. Однако при этом необходимо иметь полную информацию о конфигурации сети, марках и сечениях проводов, токах в фазных и нулевых проводах, получение которой весьма затруднительно. Более простым с этой точки зрения является расчет потерь электроэнергии методом средних нагрузок или методом числа часов наибольших потерь мощности. Но использование данных методов также требует весьма трудоемкого поэлементного расчета сети при наличии исходной информации о токах и потоках активной мощности по линиям, сбор которой для многих сетевых организаций также практически невозможен. Анализ результатов потерь в расчетной модели путем применения метода средних нагрузок и метода числа часов наибольших потерь мощности показывает завышение потерь электроэнергии по сравнению с результатом, полученным методом характерных сезонных суток.

Использование метода оценки потерь электроэнергии по измеренным значениям потерь напряжения в условиях рассматриваемой модели сети приводит к существенному занижению норматива рассматриваемых потерь. Потери напряжения в линиях 0,4 кВ не могут быть измерены в полном объеме, а их достоверность не может быть оценена при проверке результатов расчета. В связи с этим метод является скорее теоретическим, он неприменим для практических расчетов, результаты которых должны быть приняты регулирующим органом.

Поэтому согласно проведенным исследованиям наиболее эффективным представляется метод оценки потерь электроэнергии по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети. Он наименее трудоемок с точки зрения сбора достаточного для расчета количества исходной схемотехнической информации. Результаты при его использовании в расчетной модели имеют малое расхождение с данными поэлементного расчета даже на уровне определения потерь в двух фидерах, питающихся от одной ТП. С учетом реальных схем низкого напряжения существующих ТСО, в которых количество фидеров 0,4 кВ достигает нескольких десятков и сотен, погрешность применения данного метода оценки потерь будет еще меньше, чем на уровне рассмотренной расчетной модели. Другим достоинством этого метода является возможность определения потерь в произвольном количестве линий электропередачи одновременно. К основным его недостаткам следует отнести невозможность детального анализа потерь в сети 0,4 кВ и разработки на основании полученных данных мероприятий по их снижению. Однако при утверждении нормативов потерь электроэнергии в целом по сетевой организации в Министерстве энергетики РФ данная задача - не главная.

Положительный опыт обследования ряда сетевых организаций позволяет проанализировать динамику изменения нормативов потерь электрической энергии в сетях рассматриваемых ТСО. В качестве объектов исследования выбрали две организации второй группы (условно обозначенные ТСО-1 и ТСО-2) и шесть третьей группы (ТСО-3 - ТСО-8). Итоги расчета их нормативов потерь в 2008 - 2009 гг. представлены в табл. 2.

В результате было установлено, что невозможно выделить единые тенденции изменения нормативов потерь в целом для рассмотрен-

Таблица 2

Организация	Нормативы потерь в целом по ТСО, %
	в 2008 г.	в 2009 г.
ТСО-1
ТСО-2
ТСО-3
ТСО-4
ТСО-5
ТСО-6
ТСО-7
ТСО-8
В целом

ных организаций, поэтому необходима разработка мероприятий по снижению потерь для каждой ТСО в отдельности.

Выводы

1. Основными направлениями повышения обоснованности нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях являются разработка, создание и внедрение автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета для рынков электроэнергии, сетевых организаций и предприятий.
2. Наиболее простой и эффективный, а иногда и единственно возможный для использования на данном этапе развития сетевых организаций - метод оценки потерь по обобщенной информации о схемах и нагрузках сети.
3. Детальный анализ результатов расчета технических потерь в сетях 0,4 кВ обусловливает эффективность разработки мероприятий по их снижению, поэтому необходимо продолжение исследований методов расчета потерь в этих сетях.

Список литературы

1. Порядок расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям (утвержден приказом Мин- промэнерго России от 4 октября 2005 г. № 267). - М.: ЦПТИ и ТО ОРГРЭС, 2005.
2. Вуколов В. Ю., Папков Б. В. Особенности расчета нормативов потерь для электросетевых организаций. Энергосистема: управление, конкуренция, образование. - В кн.: Сб. докладов III международной научно-практической конференции. Т. 2. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008.

Для просмотра фотографий, размещённых на сайте, в увеличенном размере необходимо щёлкнуть кнопкой мышки на их уменьшенных копиях.

Методика расчёта технологических потерь электроэнергии
в линии электропередач ВЛ-04кВ садоводческого товарищества

До какого-то определённого времени необходимость расчёта технологических потерь в линии электропередач , принадлежащей СНТ, как юридическому лицу, или садоводам, имеющим садовые участки в границах какого-либо СНТ , была не нужна. Правление даже не задумывалось об этом. Однако дотошные садоводы или, скорее, сомневающиеся, заставили ещё раз бросить все силы на способы вычисления потерь электроэнергии в ЛЭП . Самый простой путь, безусловно - это тупое обращение в компетентную компанию, то бишь, электроснабжающую или мелкую фирмочку, которые и смогут рассчитать для садоводов технологические потери в их сети. Сканирование Интернета позволило разыскать несколько методик расчёта энергопотерь во внутренней линии электропередач применительно к любому СНТ. Их анализ и разбор необходимых значений для вычисления конечного результата позволил отбросить те из них, которые предполагали замер специальных параметров в сети с помощью специального оборудования.

Предлагаемая Вам для использования в садоводческом товариществе методика основана на знании основ передачи электроэнергии по проводам базового школьного курса физики. При её создании были использованы нормы приказа Минпромэнерго РФ № 21 от 03.02.2005 г. "Методика расчёта нормативных потерь электроэнергии в электрических сетях", а также книга Ю.С Железко, А.В Артемьева, О.В. Савченко "Расчёт, анализ и нормирование потерь элекроэнергии в электрических сетях", Москва, ЗАО "Издательство НЦЭНАС", 2008.

Величина годового потребления соответствует фактическому годовому потреблению электроэнергии в СНТ - 63000 кВт/ч;

Дело в том, что, если суммарно садоводы и электроустановки СНТ превышают выделяемое на всех количество электроэнергии, то соответственно расчёт технологических потерь должен уточняться для другого количества потребленных кВт/ч. Чем больше СНТ съест электроэнергии, тем больше будут и потери. Корректировка расчётов в этом случае необходима для уточнения величины платежа за технологические потери во внутренней сети , и последующего утверждения её на общем собрании.

К электрической сети, через 3 одинаковых по параметрам фидера (длина, марка провода (А-35), электрическая нагрузка), подключено 60 участков (домов).

Т.е. к распределительному щиту СНТ, где расположен общий трёхфазный счётчик, подключены 3 провода (3 фазы) и один нулевой провод. Соответственно к каждой фазе подключены равномерно по 20 домов садоводов, всего 60 домов.

Длина линии электропередач в СНТ составляет 2 км.

Расчёт потерь электроэнергии по суммарной длине линии.

Для расчёта потерь используется следующая формула:

ΔW = 9,3·W²·(1 + tg²φ)·K ф ²·K L .L
Д F

ΔW - потери электроэнергии в кВт/ч;

W - электроэнергия, отпущенная в линию электропередач за Д (дней), кВт/ч (в нашем примере 63000 кВт/ч или 63х10 6 Вт/ч );

К ф - коэффициент формы графика нагрузки;

К L - коэффициент, учитывающий распределённость нагрузки по линии (0,37 - для линии с рапределённой нагрузкой, т.е. на каждую фазу из трёх подключены по 20 домов садоводов);

L - длина линии в километрах (в нашем примере 2 км);

tgφ - коэффициент реактивной мощности (0,6 );

F - сечение провода в мм²;

Д - период в днях (в формуле используем период 365 дней);

К ф ² - коэффициент заполнения графика, рассчитывается по формуле:

K ф ² = (1 + 2К з)
3K з

где К з - коэффициент заполнения графика. При отсутствии данных о форме графика нагрузки обычно принимается значение - 0,3 ; тогда: K ф ² = 1,78 .

Расчёт потерь по по формуле выполняется для одной линии фидера. Их 3 по 2 километра.

Считаем, что общая нагрузка равномерно распределена по линиям внутри фидера. Т.е. годовое потребление по одной линии фидера равно 1/3 от общего потребления.

Тогда: W сум. = 3 * ΔW в линии .

Отпущенная садоводам электроэнергия за год составляет 63000 кВт/ч, тогда по каждой линии фидера: 63000 / 3 = 21000 кВт/ч или 21·10 6 Вт/ч - именно в таком виде значение присутствует в формуле.

ΔW линии =9,3· 21²·10 6 ·(1+0,6²)·1,78·0,37 . 2 =
365 35

ΔW линии = 573,67 кВт/ч

Тогда за год по трём линиям фидера: ΔW сум. = 3 х 573,67 = 1721 кВт/ч .

Потери за год в ЛЭП в процентах: ΔW сум. % = ΔW сум /W сум x 100% = 2,73%

Учёт потерь на вводе в дома.

При условии, что все приборы учета потребляемой энергии размещены на опорах ЛЭП, то длина провода от точки присоединения линии, принадлежащей садоводу до его индивидуального прибора учёта составит всего 6 метров (общая длина опоры 9 метров).

Сопротивление провода СИП-16 (самонесущий изолированный провод, сечением 16 мм²) на 6 метров длины составляет всего R = 0,02ом .

P ввода = 4 кВт (примем за расчётную разрешённую электрическую мощность для одного дома).

Рассчитываем силу тока для мощности 4 кВт: I ввода = P ввода /220 = 4000Вт / 220в = 18 (А) .

Тогда: dP ввода = I² x R ввода = 18² х 0,02 = 6,48Вт - потери за 1 час при нагрузке.

Тогда суммарные потери за год в линии одного подключённого садовода: dW ввода = dP ввода x Д (часов в год) х К исп.макс. нагрузки = 6,48 x 8760 x 0,3 = 17029 Вт/ч (17,029 кВт/ч) .

Тогда суммарные потери в линиях 60 подключённых садоводов за год составят:
dW ввода = 60 х 17,029 кВт/ч = 1021,74 кВт/ч

Учёт суммарных потерь в ЛЭП за год:

ΔW сум. итог = 1721 + 1021,24 = 2745,24 кВт/ч

ΔW сум. %= ΔW сум / W сум x 100%= 2745,24/63000 х 100%= 4,36%

Итого: Во внутренней воздушной ЛЭП СНТ протяжённостью 2 километра (3 фазы и ноль), проводе сечением 35мм², подключёнными 60 домами, при общем потреблении 63000 кВт/ч электроэнергии в год потери составят 4,36%

Важные замечания:

• Если в СНТ несколько фидеров, которые отличаются друг от друга протяжённостью, сечением провода и количеством проходящей через них электроэнергии, то подсчёт необходимо делать отдельно для одной линиии каждого фидера. Затем суммировать потери по всем фидерам для выведения общего процента потерь.
• При расчёте потерь на участке линии, принадлежащей садоводу, учитывался коэффициент сопротивления (0, 02ом) одного провода марки СИП-2х16 при 20°C протяжённостью 6 метров. Соответственно, если у Вас в СНТ счётчики висят не на опорах, то необходимо увеличивать коэффициент сопротивления пропорционально длине провода.
• При расчёте потерь на участке линии, принадлежащей садоводу, также следует учитывать разрешённую мощность для дома. При разном потреблении и разрешённой мощности потери будут разными. Правильным и целесообразным будет распределение мощности в зависимости от потребностей:
  для садовода-дачника - 3,5 кВт (т.е. соответствует ограничению по автомату защитного отключения на 16А);
  для постоянно проживающего в СНТ садовода - от 5,5 кВт до 7 кВт (соответственно автоматы защитного отключения при перегрузке на 25А и 32А).
• При получении данных по потерям для проживающих и для дачников целесообразно установить и различную оплату технологических потерь для этих категорий садоводов (см. пункт 3 расчёта, т.е. в зависимости от величины I - силы тока, у дачника при 16А потери будут меньше, чем у постоянно проживающего при 32А, а значит и расчёта потерь на вводе в дома должно быть два отдельных).

Пример: В заключении следует добавить то, что нашему СНТ "Пищевик" ЭСО "Янтарьэнерго" при заключении Договора на электроснабжение в 1997 г. установило рассчитанную ими величину технологических потерь от ТП до места установки общего прибора учёта электроэнергии равную 4,95% за 1 кВт/ч. Подсчёт потерь в линии составил по данной методике 1,5% максимум. С трудом верится в то, что потери в трансформаторе, который СНТ не принадлежит, составляют ещё почти 3,5%. А по Договору потери трансформатора не наши. Пора с этим разобраться. О результате Вы скоро узнаете.
Продолжим. Ранее наш бухгалтер в СНТ брал 5% к кВт/ч за потери, установленные "Янтарьэнерго" и 5% за потери внутри СНТ. Никто, естественно ничего не рассчитывал. Пример расчёта, который использован на странице, почти на 90% соответствует действительности при эксплуатации старой ЛЭП в нашем СНТ. Так вот этих денег хватало на оплату всех потерь в сети. Даже оставались и постепенно накапливались излишки. Это подчеркивает тот факт, что методика работает и вполне соответствует действительности. Сравните сами: 5% и 5% (идет постепенное накопление излишков) или 4,95% и 4,36% (нет излишков). Т.е., расчёт потерь электроэнергии соответствует действительным потерям.

Потери электроэнергии в электрических сетях неминуемы, поэтому важно чтобы они не превышали экономически обоснованного уровня. Превышение норм технологического расхода говорит о возникших проблемах. Чтобы исправить ситуацию необходимо установить причины возникновения нецелевых затрат и выбрать способы их снижения. Собранная в статье информация описывает многие аспекты этой непростой задачи.

Виды и структура потерь

Под потерями подразумевается разница между отпущенной потребителям электроэнергией и фактически поступившей к ним. Для нормирования потерь и расчетов их фактической величины, была принята следующая классификация:

• Технологический фактор. Он напрямую зависит от характерных физических процессов, и может меняться под воздействием нагрузочной составляющей, условно-постоянных затрат, а также климатических условий.
• Расходы, затрачиваемые на эксплуатацию вспомогательного оборудования и обеспечение необходимых условий для работы техперсонала.
• Коммерческая составляющая. К данной категории относятся погрешности приборов учета, а также другие факторы, вызывающие недоучет электроэнергии.

Ниже представлен среднестатистический график потерь типовой электрокомпании.

Как видно из графика наибольшие расходы связаны с передачей по воздушным линиям (ЛЭП), это составляет около 64% от общего числа потерь. На втором месте эффект коронированния (ионизация воздуха рядом с проводами ВЛ и, как следствие, возникновение разрядных токов между ними) – 17%.

Исходя из представленного графика, можно констатировать, что наибольший процент нецелевых расходов приходится на технологический фактор.

Основные причины потерь электроэнергии

Разобравшись со структурой, перейдем к причинам, вызывающим нецелевой расход в каждой из перечисленных выше категорий. Начнем с составляющих технологического фактора:

1. Нагрузочные потери, они возникают в ЛЭП, оборудовании и различных элементах электросетей. Такие расходы напрямую зависят от суммарной нагрузки. В данную составляющую входят:

• Потери в ЛЭП, они напрямую связаны с силой тока. Именно поэтому при передаче электроэнергии на большие расстояния используется принцип повышения в несколько раз, что способствует пропорциональному уменьшению тока, соответственно, и затрат.
• Расход в трансформаторах, имеющий магнитную и электрическую природу (). В качестве примера ниже представлена таблица, в которой приводятся данные затрат на трансформаторах напряжения подстанций в сетях 10 кВ.

Нецелевой расход в других элементах не входит в данную категорию, ввиду сложностей таких расчетов и незначительного объема затрат. Для этого предусмотрена следующая составляющая.

1. Категория условно-постоянных расходов. В нее входят затраты, связанные со штатной эксплуатацией электрооборудования, к таковым относятся:

• Холостая работа силовых установок.
• Затраты в оборудовании, обеспечивающем компенсацию реактивной нагрузки.
• Другие виды затрат в различных устройствах, характеристики которых не зависят от нагрузки. В качестве примера можно привестисиловую изоляцию, приборы учета в сетях 0,38 кВ, змерительные трансформаторы тока, ограничители перенапряжения и т.д.

Учитывая последний фактор, следует учитывать затраты электроэнергии на расплавление льда.

Расходы на поддержку работы подстанций

К данной категории отнесены затраты электрической энергии на функционирование вспомогательных устройств. Такое оборудование необходимо для нормальной эксплуатации основных узлов, отвечающих за преобразование электроэнергии и ее распределение. Фиксация затрат осуществляется приборами учета. Приведем список основных потребителей, относящихся к данной категории:

• системы вентиляции и охлаждения трансформаторного оборудования;
• отопление и вентиляция технологического помещения, а также внутренние осветительные приборы;
• освещение прилегающих к подстанциям территорий;
• зарядное оборудование АКБ;
• оперативные цепи и системы контроля и управления;
• системы обогрева наружного оборудования, например, модули управления воздушными выключателями;
• различные виды компрессорного оборудования;
• вспомогательные механизмы;
• оборудование для ремонтных работ, аппаратура связи, а также другие приспособления.

Коммерческая составляющая

Под данными затратами подразумевается сальдо между абсолютными (фактическими) и техническими потерями. В идеале такая разница должна стремиться к нулю, но на практике это не реально. В первую очередь это связано с особенностями приборов учета отпущенной электроэнергии и электросчетчиков, установленных у конечных потребителей. Речь идет о погрешности. Существует ряд конкретных мероприятий для уменьшения потерь такого вида.

К данной составляющей также относятся ошибки в счетах, выставленных потребителю и хищения электроэнергии. В первом случае подобная ситуация может возникнуть по следующим причинам:

• в договоре на поставку электроэнергии указана неполная или некорректная информация о потребителе;
• неправильно указанный тариф;
• отсутствие контроля за данными приборов учета;
• ошибки, связанные с ранее откорректированными счетами и т.д.

Что касается хищений, то эта проблема имеет место во всех странах. Как правило, такими противозаконными действиями занимаются недобросовестные бытовые потребители. Заметим, что иногда возникают инциденты и с предприятиями, но такие случаи довольно редки, поэтому не являются определяющими. Характерно, что пик хищений приходится на холодное время года, причем в тех регионах, где имеются проблемы с теплоснабжением.

Различают три способа хищения (занижения показаний прибора учета):

1. Механический . Под ним подразумевается соответствующее вмешательство в работу прибора. Это может быть притормаживание вращения диска путем прямого механического воздействия, изменение положения электросчетчика, путем его наклона на 45° (для той же цели). Иногда применяется более варварский способ, а именно, срываются пломбы, и производится разбалансирование механизма. Опытный специалист моментально обнаружит механическое вмешательство.
2. Электрический . Это может быть как незаконное подключение к воздушной линии путем «наброса», метод инвестирования фазы тока нагрузки, а также использование специальных приборов для его полной или частичной компенсации. Помимо этого есть варианты с шунтированием токовой цепи прибора учета или переключение фазы и нуля.
3. Магнитный . При данном способе к корпусу индукционного прибора учета подносится неодимовый магнит.

Практически все современные приборы учета «обмануть» вышеописанными способами не удастся. Мало того, подобные попытки вмешательства могут быть зафиксированы устройством и занесены в память, что приведет к печальным последствиям.

Понятие норматива потерь

Под данным термином подразумевается установка экономически обоснованных критериев нецелевого расхода за определенный период. При нормировании учитываются все составляющие. Каждая из них тщательно анализируется отдельно. По итогу производятся вычисления с учетом фактического (абсолютного) уровня затрат за прошедший период и анализа различных возможностей, позволяющих реализовать выявленные резервы для снижения потерь. То есть, нормативы не статичны, а регулярно пересматриваются.

Под абсолютным уровнем затрат в данном случае подразумевается сальдо между переданной электроэнергией и техническими (относительными) потерями. Нормативы технологических потерь определяются путем соответствующих вычислений.

Кто платит за потери электричества?

Все зависит от определяющих критериев. Если речь идет о технологических факторах и расходах на поддержку работы сопутствующего оборудования, то оплата потерь закладывается в тарифы для потребителей.

Совсем по иному обстоит дело с коммерческой составляющей, при превышении заложенной нормы потерь, вся экономическая нагрузка считается расходами компании, осуществляющей отпуск электроэнергии потребителям.

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Снизить затраты можно путем оптимизации технической и коммерческой составляющей. В первом случае следует принять следующие меры:

• Оптимизация схемы и режима работы электросети.
• Исследование статической устойчивости и выделение мощных узлов нагрузки.
• Снижение суммарной мощности за счет реактивной составляющей. В результате доля активной мощности увеличится, что позитивно отразится на борьбе с потерями.
• Оптимизация нагрузки трансформаторов.
• Модернизация оборудования.
• Различные методы выравнивания нагрузки. Например, это можно сделать, введя многотарифную систему оплаты, в которой в часы максимальной нагрузки повышенная стоимость кВт/ч. Это позволит существенно потребление электроэнергии в определенные периоды суток, в результате фактическое напряжение не будет «проседать» ниже допустимых норм.

Уменьшить коммерческие затраты можно следующим образом:

• регулярный поиск несанкционированных подключений;
• создание или расширение подразделений, осуществляющих контроль;
• проверка показаний;
• автоматизация сбора и обработки данных.

Методика и пример расчета потерь электроэнергии

На практике применяют следующие методики для определения потерь:

• проведение оперативных вычислений;
• суточный критерий;
• вычисление средних нагрузок;
• анализ наибольших потерь передаваемой мощности в разрезе суток-часов;
• обращение к обобщенным данным.

Полную информацию по каждой из представленных выше методик, можно найти в нормативных документах.

В завершении приведем пример вычисления затрат в силовом трансформаторе TM 630-6-0,4. Формула для расчета и ее описание приведены ниже, она подходит для большинства видов подобных устройств.

Расчет потерь в силовом трансформаторе

Для понимания процесса следует ознакомиться с основными характеристиками TM 630-6-0,4.

Теперь переходим к расчету.

При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя около 12-18% всей вырабатываемой электроэнергии теряется в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках силовых трансформаторов.

При проектировании нужно стремиться к уменьшению потерь электроэнергии на всех участках энергосистемы, поскольку потери электроэнергии ведут к увеличению мощности электростанций, что в свою очередь влияет на стоимость электроэнергии.

В сетях до 10кВ потери мощности в основном обусловлены нагревом проводов от действия тока.

Потери мощности в линии.

Потери активной мощности (кВт) и потери реактивной мощности (кВАр) можно найти по следующим формулам:

где I расч – расчетный ток данного участка линии, А;

R л – активное сопротивление линии, Ом.

Потери мощности в трансформаторах.

Потери мощности в силовых трансформаторах состоят из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери активной мощности (кВт) в трансформаторе можно определить по следующей формуле:

Потери активной мощности в трансформаторе

где ?Рст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении. Зависят только от мощности трансформатора и приложенного к первичной обмотке трансформатора напряжения. ?Рст приравнивают ?Рх ;

?Рх — потери холостого хода трансформатора;

?Роб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт; ?Роб приравнивают ?Рк .

?Рк – потери короткого замыкания;

?=S/Sном – коэффициент загрузки трансформатора равен отношению фактической нагрузки трансформатора к его номинальной мощности;

Потери реактивной мощности трансформатора (кВАр) можно определить по следующей формуле:

где ? Qст – потери реактивной мощности на намагничивание, кВАр. ? Qст приравнивают ? Qх .

? Qх – намагничивающая мощность холостого хода трансформатора;

? Qрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке.

Значения ? Рст(? Рх) и ? Роб(? Рк) приведения в каталогах производителей силовых трансформаторов. Значения ? Qст(? Qх) и ?Qрас определяют по данным каталогов из следующих выражений:

где Iх – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк – напряжение короткого замыкания, %;

Iном – номинальный ток трансформатора, А;

Xтр – реактивное сопротивление трансформатора;

Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Потери электроэнергии.

На основании потерь мощности можно посчитать потери электроэнергии. Здесь следует быть внимательными. Нельзя посчитать потери электроэнергии умножив потери мощности при какой либо определенной нагрузке на число часов работы линии. Этого делать не стоит, т.к в течение суток или сезона потребляемая нагрузка изменяется и таким образом мы получим необоснованно завышенное значение.

Время максимальных потерь ? – условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий в линии, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии в год.

Временем использования максимальной нагрузки или временем использования максимума Тмах называют условное число часов, в течение которых линия, работая с максимальной нагрузкой, могла бы передать потребителю за год столько энергии, сколько при работе по действительному переменному графику. Пусть W (кВт*ч) – энергия переданная по линии за некоторый промежуток времени, Рмах (кВт) -максимальная нагрузка, тогда время использования максимальной нагрузки:

Тмах=W/Рмах

На основании статистических данных для отдельных групп электроприемников были получены следующие значения Тмах :

• Для внутреннего освещения – 1500—2000 ч;
• Наружного освещения – 2000—3000 ч;
• Промышленного предприятия односменного – 2000—2500 ч;
• Двухсменного – 3000—4500 ч;
• Трехсменного – 3000—7000 ч;

Время потерь ? можно найти по графику, зная Тмах и коэффициент мощности.

Потери энергии в трансформаторе:

Потери энергии в трансформаторе

где ? Wатр –общая потеря активной энергии (кВт*ч) в трансформаторе;

? Wртр –общая потеря реактивной энергии (кВАр*ч) в трансформаторе.

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.