Энергоэффективность и энергосбережение

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Лекция 3
Нормирование и методы расчета потерь электроэнергии в силовых трансформаторах и линиях электропередачи

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Структура потерь электрической энергии

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Структура потерь АО-энерго

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Энергетические балансы

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Энергетические балансы цехов и предприятий
Состоят из приходной и расходной частей
1 кВт*ч = 0,123 т.у.т.;
10 м3 природного газа = 1,15 т.у.т.;
1 тонна бензина = 1,493 т.у.т.;
1 Гкал = 0,143 т.у.т.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Энергетические балансы цехов и предприятий

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Энергетические балансы цехов и предприятий
Разность между количеством полученной или произведенной электрической энергии и энергии, израсходованной на технологические нужды, дает потери энергии.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Энергетические балансы цехов и предприятий

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
1-я категория: Возможность и целесообразность устранения потерь
потери неустранимые, которые определяются особенностью технологического процесса и используемым оборудованием (пример: потери холостого хода трансформатора);
потери, устранение которых возможно (пример: нагрузочные потери в трансформаторе);
потери, устранение которых в данных технологических условиях невозможно;
потери, устранение которых нецелесообразно.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
2-я категория: Место возникновения потерь
при выработке энергии;
при транспортировке энергии;
при потреблении энергии.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
3-я категория: Физический принцип и характер потерь
Потери электрической энергии в линиях, трансформаторах, преобразователях и т.д.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Баланс электрической энергии для подстанции за 1 месяц

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Коммерческие потери электроэнергии
Одним из приоритетных направлений энергетических компаний является разработка мероприятий по снижению коммерческих потерь. К коммерческим потерям электрической энергии относят:
Недостоверный учет;
Ошибки в начислениях за отпущенную электрическую энергию;
Недоплата за электрическую энергию.
- выработанная или полученная электрическая энергия;
- электрическая энергия, отпущенная потребителю или затраченная на СН в энергосистеме;
- потери энергии в энергосистеме (технические потери);
- структура потерь, соответствует вышеописанным пунктам.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
ΔW1: Недостоверный учет электроэнергии
Работа приборов учета с отклонениями от нормативных характеристик;
Неправильное подключение цепей тока и напряжения, цепей электротехнических средств измерения;
Неисправность приборов учета и счетного механизма;
Ошибки при снятии показаний электрических счетчиков;
Ошибочное или умышленное изменение коэффициентов пересчета или сведений об учете электрической энергии;
Замена приборов учета без согласования с энергосбытовыми подразделениями;
Несанкционированное подключение электрических потребителей;
Подключение потребителей помимо счетчика;
Вмешательство в работу счетчика с целью изменения показаний;
Несообщение о неправильной работе счетчика;
Недостаточное обеспечение системами технического учета;
Не обеспечение единства и единовременности измерений.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
ΔW2: Ошибки в начислениях за электроэнергию
ошибочные и недостоверные сведения об электропотребителях;
невыставленные счета потребителям;
ошибки при передаче информации о потреблении электроэнергии;
расчеты по приборам учета, установленным не на границе балансовой принадлежности.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
ΔW3: Недоплата за электроэнергию
Возникает при ошибочной или умышленной неоплате электроэнергии потребителями, находящимися на самооплате.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Расчеты потерь электроэнергии

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Нормативные документы по расчету потерь электроэнергии
1. Методика ФЭК, утвержденная Постановлением ФЭК РФ 17.03.2000 № 14/10 «Об утверждении нормативов технологического расхода электрической энергии (мощности) на ее передачу (потерь), принимаемую для целей расчета и регулирования тарифов».
2. Методика расчета нормативов потерь электрической энергии в электрических сетях (утверждена приказом Минпромэнерго РФ т 03.02.2005 №21).
3. Методика расчета нормативных технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям в базовом периоде (утверждена приказом Минпромэнерго РФ от 04.10.2005 №267).
4. Методика расчета нормативных технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям в базовом периоде (утверждена приказом Минэнерго РФ от 30.12.2008 №326).

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Коэффициенты, характеризующие графики нагрузок
Максимальная активная (Рмакс, кВт), реактивная (Qмакс, квар) и полная (Sмакс, кВА) мощности.
Минимальная активная (Рмин), реактивная (Qмин) и полная (Sмин) мощности.
Период графика Тсут –сутки, Тмес-месяц, Тг –год.
Активная (W, кВт*ч), реактивная (V, квар*ч) и полная (Ws, кВА*ч) энергии.
Средняя активная (Рср), реактивная (Qср) и полная (Sср) мощности.
Рср = W/ Тсут; Qср= V/ Тсут; Sср = Ws/ Тсут; (1)
Эффективная (среднеквадратичная) мощность
T
Рэфф = (√ ∑ Рi2)/Т, кВт (2)
i=1
Коэффициент заполнения графика
Кзап = W/(Рмакс *Т) = Рср / Рмакс = Тмакс/Т (3)
Коэффициент формы графика
Кф = Рэфф/ Рср (4)
Квадрат коэффициента формы графика
Кф2 =(1 +2*Кзап)/3* Кзап (5)
Коэффициент максимума
Кмакс = Рмакс / Рср (6)
Коэффициент мощности средний
Tgφср = Qср / Рср (7)

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Коэффициенты, характеризующие графики нагрузок
Коэффициент мощности в максимум активной нагрузки
Tgφмакс = Qмакс/ Рмакс (8)
Число часов максимума нагрузки
Тмакс = W/ Рмакс , час (9)
Время наибольших потерь относительное
Т
τ0 = ∑ Рi2 /(P2макс*Т) ; (10)
i=1
τ0 = (Кзап +2* Кзап2)/3 (11)
Время наибольших потерь:
суточное τСУТ = (Кзап +2* Кзап 2)/3*Тсут (12)
годовое τГОД = (Кзап +2* Кзап2)/3*Тгод; (13)
τГОД = (0,124 + Тмакс /104)2*Тгод (14)

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Суточный график активной, реактивной и полной мощности

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Суточный график с изменением направления потоков мощности

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Годовой график активной мощности
Графики электрических нагрузок: а – суточный зимнего периода (213); б – суточный летнего периода (152); в – годовой график по продолжительности

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Годовой график активной мощности
Tma – число часов использования максимальной (активной) мощности

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Время наибольших потерь
Временем наибольших потерь τ называется время, за которое при передаче наибольшей нагрузки в сети возникнут те же потери электроэнергии, что и при работе сети по действительному графику нагрузки.
τГОД = (0,124 + Тма/104)2*Тгод

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Метод оперативных расчетов

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Аналитические методы

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Оценочные методы

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Потери электроэнергии в ЛЭП

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Расчет и оптимизация потерь электроэнергии в ЛЭП

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Влияние несимметрии нагрузок на величину потерь электроэнергии
Решим эту задачу на примере электроснабжения жилого дома кабельной линией от трансформаторной подстанции. Схема приведена на рис.
Рассмотрим два варианта:
- симметричная нагрузка током 120 А;
- несимметричная нагрузка, фаза «А»-60 А, фаза «В»-120 А, фаза «С»-180 А;
Удельное сопротивление жилы кабеля 0,447 Ом/км, Тма – число часов использования максимальной мощности 4500 ч (τ=2886,2 ч), расчетное время 1 год (8760 часов).

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Влияние несимметрии нагрузок на величину потерь электроэнергии
Симметричный режим
где Iф – ток фазы, А; ρ – удельное сопротивление фазного проводника, Ом/км; l – длина линии, км; τ – время максимальных потерь, ч.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Влияние несимметрии нагрузок на величину потерь электроэнергии
Несимметричный режим. Расчет ведем пофазно, учитывая потери от тока в нулевой жиле. Ток в нулевой жиле может быть определен как сумма векторов токов фаз.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Влияние несимметрии нагрузок на величину потерь электроэнергии
Суммарные потери в кабеле составят: В абсолютных единицах несимметрия нагрузок приведет к увеличению потерь на (9474,02-6688,06)=2785,96 кВт*ч. Полуторакратная несимметрия токов в фазах привела к росту потерь электроэнергии на 42 %.
Этот рост потерь не ограничивается потерями в кабеле, так как растут потери и в силовом трансформаторе.
Несимметрия нагрузок приводит к несимметрии напряжений фаз, характеризующейся в ГОСТ 32144-2013 коэффициентом несимметрии нулевой последовательности.
где IA, IB, IC – соответстветственно токи фаз A, B и C; ρ – удельное сопротивление фазного проводника, Ом/км; ρ0 – удельное сопротивление нулевого проводника, Ом/км; l – длина линии, км; τ – время максимальных потерь, ч.
Несимметричный режим

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Потери электроэнергии в силовых трансформаторах

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Расчет и оптимизация потерь электроэнергии в трансформаторах

2017
(с) Alyunov, Vologda State University

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Изменение потерь холостого хода в процессе эксплуатации
Исследовано:
1323 силовых трансформаторов
20-630 кВА, введенных
в эксплуатацию в период с 1941 года по 2004 год.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Сравнение режимов работы трансформаторов

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Условия параллельной работы трансформаторов
группы соединения обмоток трансформаторов одинаковы;
одинаковы напряжения как первичных, так и вторичных обмоток, т. е. коэффициенты трансформации равны или различаются не более чем на ± 0,5 %;
напряжения КЗ отличаются не более чем на ± 10 %;
Мощности трансформаторов отличаются не более чем в 3 раза;
произведена фазировка трансформаторов.

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Оптимальная загрузка трансформаторов
Нагрузку трансформатора, отвечающую максимально возможному коэффициенту полезного действия, можно найти по формулам:
Данной мощности будет соответствовать оптимальный коэффициент загрузки, равный
(1)
(2)

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Оптимальная загрузка трансформаторов
По формуле (1):

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Оптимальная загрузка трансформаторов
По формуле (2):

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Экономичный режим работы трансформаторов
Нагрузка SЭК, при которой целесообразно отключать один из трансформаторов и, обусловленная равенством потерь мощности при работе одного и двух трансформаторов, определяется по формуле:
Т1, Т2: ТМ-630;
ΔPX1=1.05 кВт;
ΔPK1=7.6 кВт;

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Экономический эффект при замене малонагруженного трансформатора

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Экономический эффект при замене малонагруженного трансформатора

2017
(с) Alyunov, Vologda State University
Список источников
Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов, - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.- 280 .: ил.
Методика ФЭК, утвержденная Постановлением ФЭК РФ 17.03.2000 № 14/10 «Об утверждении нормативов технологического расхода электрической энергии (мощности) на ее передачу (потерь), принимаемую для целей расчета и регулирования тарифов».
Методика расчета нормативов потерь электрической энергии в электрических сетях (утверждена приказом Минпромэнерго РФ т 03.02.2005 №21)
Методика расчета нормативных технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям в базовом периоде (утверждена приказом Минпромэнерго РФ от 04.10.2005 №267)
Методика расчета нормативных технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям в базовом периоде (утверждена приказом Минэнерго РФ от 30.12.2008 №326)
Промышленная энергетика, № 4, 2006.: Некоторые аспекты экономичной работы силовых трансформаторов./ Заугольников В. Ф., канд. техн. наук, Балабин А. А., Савинков А. А., инженеры РСК ОАО "Орелэнерго"
Новости электротехники, №1(31), 2005: Симметрирующее устройство для трансформаторов. Средство стабилизации напряжения и снижения потерь в сетях 0,4 кВ. / Анатолий Сердешнов, к.т.н., Иван Протосовицкий, к.т.н., Юрий Леус, Петр Шумра, БАТУ, г. Минск, Беларусь.