Расчет потерь электроэнергии в электросетях

Устройство и принцип действия

В статическом оборудовании, которое предназначено для преобразования частоты и напряжения тока, а также количества фаз, отсутствуют движущиеся элементы конструкции, что исключает возникновение потерь механического характера. Но в процессе передачи нагрузки с первичного контура на вторичный не вся мощность доходит до приемника энергии, выступающего конечным потребителем.

Электромагнитное статическое оборудование без вращающихся деталей преобразует энергию и работает от электросети. Силовой агрегат представляет собой прибор, основными элементами которого служат стальной магнитопровод стержневого или броневого исполнения и катушки – несвязанные электрически изолированные провода.

Трансформаторное оборудование бывает однофазного и многофазного типа, соответственно, состоящего из двух или более контуров. По типу исполнения различают приборы с броневым, стержневым или бронестержневым магнитопроводом. Принцип действия оборудования на примере простого однофазного прибора:

• К источнику переменного тока подключена первая катушка, а вторичный контур соединен с приемником электроэнергии (конечным потребителем).
• Переменный ток проходит по виткам первичной обмотки, и его величина соответствует значению нагрузки I1.
• Магнитный поток Ф пронизывает оба контура и индуцирует в проводниках электродвижущую силу.
• При подключении второго контура к источнику электроэнергии в цепи под действием ЭДС возникает ток нагрузки I2.
• Трансформаторный узел работает на холостом ходе, если на вторичную обмотку прибора не подается нагрузка.

Особенности

Величина показателя электродвижущей силы тесно связана с числом витков провода на катушках. Соотношение ЭДС в обмотках, называемое коэффициентом трансформации, соответствует числу витков медных катушек. Изменяя количество витков в контурах, можно регулировать напряжение в приемнике электроэнергии.

Обмотки связаны между собой магнитными линиями, а на степень их взаимосвязи влияет близость/дальность расположения катушек. Из-за изменения силы тока в первой обмотке, обе цепи пронизывает магнитный поток, постоянно меняющий свою величину и направленность. Соединение концов вторичной обмотки с приемником передает ему ток, а средством передачи энергии выступает переменный магнитный поток – катушки не связаны друг с другом гальваническим способом.

Стоит также учесть, что нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора.

Одноэлементный расчет потерь электроэнергии

Пример Расчета технологических потерь электроэнергии при ее передаче из сетей Сетевой организации в сети Потребителя:

Наименование организации Потребителя: ОАО «***» Адрес объекта:________ ТП №453 (счетчик №797198)

Расчет потерь в силовом трансформаторе и кабельной линии

1. Потери электроэнергии в трансформаторе рассчитываются по формуле:

∆Wт = ∆Wхх + (∆Wн1 х Wт/100) , кВт*час, где∆Wxx = ∆Рxx х То х (Ui /Uном)2 — потери холостого хода силового трансформатора, кВт*час; ∆Wн1 = (∆Wн / Wт) х 100% — относительные нагрузочные потери силового трансформатора, %;∆Wн = Кк х ∆Рср х Тр х Кф2 — нагрузочные потери силового тр-ра, кВт*час; Кф2 = (1+2Кз)/3Кз ― квадрат коэффициента формы графика за расчетный период, у.е.; Кз = [Wт / (Sн х Тр х cosφ)] х 10-3 — коэффициент загрузки тр-ра ( заполнения графика), у.е.; ∆Рср = 3 х I2ср х R х 10-3 — потери мощности в силовом тр-ре, кВт; Iср=Wт /(√3 х Uср х Тр х cos φ) – средняя нагрузка за расчетный период, А; R = (∆Ркз х U2ном /S2ном) х 10-3 — активное сопротивление силового тр-ра, Ом; Кк ― коэффициент, учитывающий различие конфигураций графиков активной и реактивной нагрузки (справочная величина, принимается равным 0,99), у.е.

ТМ 630/6/0,4	Тип трансформатора
Sнт	номинальная мощность трансформатора, МВА;	0,63
Uном	номинальное напряжение, кВ;	6
Wт	потребленная активная электроэнергия за месяц, кВт*час;	37108
∆Рхх	потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;	1,31
∆Ркз	потери мощности короткого замыкания, кВт;	7,6
Тр	число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчетный период, час;	720
То	время присоединения трансформатора за расчетный период к сети, час;	720
Кк	коэффициент различия конфигураций;	0,99
cosφ	среднезвешенный коэффициент мощности для трансформатора.	0,9

Расчет потерь в трансформаторе: ∆Wхх =1001 кВт*ч; Кф2 =4,3338; Кз = 0,0909; R =0,6893 Ом; ∆Wн = 182,2 кВт*час; Iср=5,3407; ∆Рср = 0,0590; %потерь ∆Wн1 =0,49 Итого: ∆Wт = 1001 кВт*час +0,491%

2. Потери электроэнергии в линии электропередачи (Тип силового кабеля — 6кВ АСБ 3*240мм2) рассчитываются по формуле:

∆Wкл =1,1*n*p*I2*Lg*0,001*T , гдеn — число фаз линии = 3p — удельное сопротивление материала, Ом*мм2/м = 0,0271I — среднеквадратичный ток линии, А =5,3407L — длина линии, м =50g — сечение провода, мм2 = 240T — время работы за расчетный период, час-=7201,1 — коэфф. учитывающий сопрот конт.,скрутку жил и способ прокладки линийСправочно удельные сопративления меди, алюминия и стали:

р Cu	0,0189	Ом*мм2/м
р Al	0,0271	Ом*мм2/м
р Сталь	0,14	Ом*мм2/м

Потери ∆Wкл =0,38 кВт*ч; %потерь ∆Wкл =0,001

ИТОГО: общий % потерь=0,492; ВСЕГО ∆W = 1001 кВт*час +0,492%

Произвести расчет можно с помощью удобного калькулятора, выполненного в формате Exel-таблицы

Произвести более сложный расчет с большим количеством объектов электросетевого хозяйства, можно осуществить с помощью специализированного программного комплекса (РТП-3, либо Програсс++), оставив заявку в форме обратной связи с приложением необходимых первичных документов.

Где выполняется расчет?

Расчет потерь электроэнергии в электрических сетях выполняется по следующим направлениям:

1. Для предприятий, генерирующих энергию и отдающих в сеть. Уровень зависит от технологии производства, правильности определения собственных нужд, наличия технических и коммерческих учетов. Потери генерации ложатся на коммерческие организации (включаются в стоимость) или добавляются в нормативы и фактические величины на районы или предприятия электрических сетей.
2. Для высоковольтной сети. Передача на дальние расстояния сопровождается высоким уровнем потерь электроэнергии в линиях и силовом оборудовании подстанций 220/110/35/10 кВ. Рассчитывается путем определения норматива, а в более совершенных системах через приборы электронного учета и автоматизированных систем.
3. Распределительные сети, где происходит разделение потерь на коммерческие и технические. Именно в этой области сложно прогнозировать уровень величины из-за фактора сложности обвязки абонентов современными системами учета. Потери при передаче электроэнергии рассчитываются по принципу поступило за минусом платы за потребленную электрическую энергию. Определение технической и коммерческой части выполняется через норматив.

Коммерческие потери: основное направление повышения эффективности в электроэнергетике

Коммерческие потери электроэнергии считаются сложно прогнозируемой величиной, так как зависят от потребителей, от их желания обмануть предприятие или государство. Основой указанных проблем являются:

1. Сезонная составляющая. В представленное понятие вкладывается недоплата физических лиц по реально отпущенной электрической энергии. К примеру, в Республике Беларусь существует 2 причины появления «сезонки» – это наличие льгот по тарифам и оплата не на 1, а на 25 число.
2. Несовершенство приборов учетов и их неправильная работа. Современные технические средства для определения потребленной энергии значительно упростили задачу абонентской службе. Но электроника или неправильно налаженная система учета может подвести, что и становится причиной рост коммерческих потерь.
3. Воровство, занижение показаний счетчиков коммерческими организациями. Это отдельная тема для разговора, которая предполагает различные ухищрения физических и юридических лиц по сокращению расходов на электрическую энергию. Все это сказывается на росте потерь.

Основные причины утечек электроэнергии

Большая часть энергии, произведенная трансформатором, рассеивается Грамотный подход к расчету потерь электроэнергии подразумевает учет причин, по которым они возникают. При исследовании проблемы следует разделять источники непроизводительных расходов в соответствии с уже знакомой классификацией. Начать следует с технической составляющей, которую обычно увязывают с такими элементами:

• трансформаторы;
• высоковольтный кабель или воздушная линия;
• обслуживающее линию оборудование.

У любого силового трансформатора имеется несколько обмоток, каркас которых крепится на ферромагнитном сердечнике. В нем и теряется большая часть электроэнергии, трансформируемой в тепло (оно затем просто рассеивается в пространство).

На величину потерь в различных элементах электросети также влияет режим ее работы: холостой ход или «под нагрузкой». В первом случае они оцениваются как постоянные, не зависящие от внутренних и сторонних факторов. При подключении потребителя уровень потерь зависит от величины нагрузочного тока в цепи, который каждый день меняется. Поэтому для его оценки проводятся статические наблюдения за определенный период (за месяц, например).

Потери в ВВ линиях электропередач образуются при транспортировке энергоносителя из-за утечек, связанных с коронным разрядом, а также из-за нагрева проводников. К категории обслуживающего оборудования относят установки и приборы, участвующие в генерации, транспортировке, а также в учете и потреблении отпускаемой энергии. Величины сверхнормативных потерь этой категории в основном не меняются со временем или же учитываются посредством электросчетчиков.

Оплата электроэнергии в СНТ: основная проблема

Практическая сторона заключается в том, что на границе внутренней сети СНТ установлен прибор учета электроэнергии. Он показывает, сколько электроэнергии было поставлено садоводческому объединению. Весь этот объем СНТ обязано оплатить.

Средства на оплату объединение собирает со своих членов, а так же лиц, ведущих хозяйство на территории СНТ в индивидуальном порядке, и членами объединения не являющимися(назовем их для простоты«индивидуалами»). И члены СНТ, и«индивидуалы» учет потребления на своих участках ведут с помощью индивидуальных счетчиков электроэнергии.

Проблема, однако, в том, что сумма показаний всех индивидуальных счетчиков в любом случае окажется ниже, чем потребление электроэнергии, учтенное общим счетчиком на«входе» в СНТ.

Первая причина тому – технологические потери в сетях товарищества. Они могут составлять от нескольких процентов до 10% от«входящих» объемов электроэнергии. Зависит эта цифра от состояния инфраструктуры товарищества: трансформаторов, проводов линий электропередач, приборов учета.

Помимо технологических потерь, разница между показаниями индивидуальных и общего счетчика возникает так же по причине неучтенного потребления(считай – воровства) электроэнергии, а так же задержки с передачей показаний счетчиков.

Результат таков: СНТ, исходя из показаний общего прибора учета электроэнергии, должно энергосбытовой компании одну сумму. А собрать с членов СНТ, исходя из действующих тарифов и показаний их счетчиков, может другую, заметно меньшую.

И даже если удастся справиться с воровством и добиться одновременного снятия показаний счетчиков, проблема технологических потерь остается. Решить ее можно двумя путями:

— увеличить тариф, по которому садоводы платят за свет, сделать его выше официально утвержденного для населения данного региона

— ввести дополнительный взнос, за счет которого оплачиваются потери в сетях.

И хотя действующее законодательство и не содержит прямых разъяснений на этот счет, исходя из актуальной судебной практики, правильным является второй путь.

Формула расчета

Коэффициент нагрузки в представленной методике будет определяться по следующей формуле:

К = Эа/НМ*ОЧ*cos φ, где Эа – количество активной электроэнергии.

Какие потери происходят в трансформаторе в период загрузки, можно просчитать по установленной методике. Для этого применяется формула:

П = ХХ * ОЧ * ПКЗ * К² * НЧ.

Расчет для трехобмоточных трансформаторов

Представленная выше методика применяется для оценки работы двухобмоточных трансформаторов. Для аппаратуры с тремя контурами необходимо учесть еще ряд данных. Они указываются производителем в паспорте.

В расчет включают номинальную мощность каждого контура, а также их потери короткого замыкания. При этом расчет будет производиться по следующей формуле:

Э = ЭСН + ЭНН, где Э – фактическое количество электричества, которое прошло через все контуры; ЭСН – электроэнергия контура среднего напряжения; ЭНН – электроэнергия низкого напряжения.

Способы снижения потерь

Сократить непроизводительные расходы удается за счет снижения коммерческой и технологической составляющих суммарных потерь. Во втором случае сделать это можно принятием следующих особых мер:

• оптимизация схемных решений и режимов работы электросети;
• изучение статистических данных и выявление узлов максимальных нагрузок;
• снижение суммарной перекачиваемой по сети мощности за счет увеличения реактивной составляющей;
• оптимизация трансформаторных нагрузочных линий;
• обновление оборудования и применение различных подходов к выравниванию нагрузок.

Указанные меры позволяют заметно снизить суммарное потребление и потери и обеспечить высокое качество напряжения в сети (оно не будет «проседать»).

Методика и пример расчета

Известны следующие методики приблизительного подсчета потерь в линиях электропередач:

• оперативные расчеты;
• посуточные вычисления;
• определение максимальных потерь за определенный промежуток времени;
• использование обобщенных данных.

С полной информацией об официально утвержденных методиках определения этого параметра можно ознакомиться в соответствующей нормативной документации.

Расчет потерь в силовом трансформаторе

В качестве примера рассмотрим расчет потерь в фидере высоковольтной линии с трансформатором ТП 6-20/04кВ.

При реализации метода оперативного расчета издержек в зависимости от линейного падения напряжения сначала измеряются величины фазных потенциалов на шинах трансформаторной подстанции в самой удаленной точке при максимальной нагрузке. По результатам проведенных измерений узнается абсолютное и относительное снижение DU в процентах: оно берется по отношению к его среднестатистическому фазному значению на шинах 0,4 кВ ТП 6-20.

Потери энергии W в линии напряжением 0,4 кВ (в процентах от отгрузки электроэнергии в сеть) можно узнать по следующей формуле:

W = 0,7 Kн х DU х t /T, где

• Кн – коэффициент, учитывающий перекос фаз или неравномерность распределения по потребителям;
• U – потери напряжения в нагрузке (в самой удаленной точке линии, то есть по вычисленные максимуму);
• T – время наблюдения (в часах);
• t – величина временной размерности, характеризующая заполнением графика проверки передачи полезной мощности потребителю.

Выбрав значения параметров для конкретного фидера по одной из выложенных в Интернете таблиц (ТП-4) и подставив их в формулу, с помощью калькулятора получим значение 11,4 процента.

Для фидеров других марок искомую величину технологических потерь удается посчитать с помощью тех же таблиц с приведенными в них данными.

Коммерческие потери электроэнергии

Потери электроэнергии – главный показатель эффективности функционирования электрических сетей. Приемлемым считается уровень потерь в 4-5 %, максимально допустимым по техническим причинам – 10 %. Увеличение этого показателя сигнализирует о нарастающих проблемах, требующих своевременного решения: • моральный износ оборудования; • неэффективность управления; • недостаточный контроль над оплатой электроэнергии потребителями; • сокращение инвестиций; • физический износ электросетей; • неправильная эксплуатация оборудования. Можно сделать вывод, что в связи с кризисом в стране и энергетической сфере эти проблемы не только не решаются, но и прогрессируют. Поэтому вопрос об уменьшении потерь электроэнергии приобретает всё большую актуальность. Используемые определения • Абсолютные потери – разница между произведённой электроэнергией и продуктивно потреблённой. • Технические потери – формируются расчётным путём, связаны с физическими процессами, протекающими в электрических сетях. Возникают во время транспортировки электроэнергии по линиям передач, её распределения и трансформации. • Коммерческие потери – разность между абсолютными потерями электроэнергии и техническими. Составляющие коммерческих потерь Теоретически коммерческие потери обязаны стремиться к нулю. Однако в реальности отпущенная электроэнергия, абсолютные и технические потери рассчитываются с определёнными допусками. С помощью специальных и вовремя произведённых операций данные погрешности должны быть сведены к минимуму. Потери, связанные с занижением показателей полезно потребленной энергии Включают в себя потери от кражи электроэнергии и потери, связанные с неуплатой по счетам. Потери от кражи электроэнергии – важная составляющая коммерческих потерь. Хищение в основном осуществляется бытовыми потребителями и носит сезонный характер. Прослеживается чёткая тенденция к их увеличению осенью и весной. В это время на улице низкая температура, а жилые помещения ещё (или уже) не отапливаются. Неуплата по счетам может возникать при следующих обстоятельствах: • отсутствие точной информации по поставляемой электроэнергии потребителю; • возникновение ошибок в расчётах; • недостаточная проработанность договоров на поставку электроэнергии; • не осуществляется полный контроль над процессом выставления счетов. Наличие незарегистрированных потребителей В связи с кризисными явлениями, которые происходили ранее в стране, появились квартиры, дома и даже целые деревни, не относящиеся ни к каким организациям, поставляющим электроэнергию. Естественно, что оплата от потребителей не поступает. Отключение таких потребителей от электрических сетей неэффективно, потому что через некоторое время жильцы самостоятельно подключаются к ним. При этом обслуживанием трансформаторов и линий передач никто не занимается, что нередко приводит к пожарам и другим негативным последствиям. Сезонная составляющая коммерческих потерь В зимний период потребляется больше электроэнергии, чем в летний. Однако оплата счетов производится не в то же время, что и регистрация показаний потребления. Возникает ситуация, когда задержка по таким уплатам может достигать нескольких месяцев, а фактически электроэнергия уже затрачена. В докризисный период в целом наблюдался баланс в потреблённой энергии и оплате за неё в течение года. Однако в последнее время сезонная составляющая вносит существенный вклад в величину коммерческих потерь. Задолженности по оплате у некоторых крупных потребителей могут достигать кварталов и года. Потери, связанные с погрешностями измерения поданной и потребляемой электроэнергии Причины таких погрешностей могут быть самыми разнообразными, но они мешают точно оценить величину коммерческих потерь

Поэтому крайне важно свести их к минимуму. Погрешность расчёта технических потерь Коммерческие потери электроэнергии нельзя напрямую измерить, они рассчитываются косвенно с помощью технических

Поэтому крайне важно иметь точный расчёт физической части электрических потерь и должна производится разработка программ энергосбережения. Это позволит оценить структуру коммерческой составляющей, а затем выяснить, какой комплекс мероприятий окажет большую экономическую эффективность.

Перейти в раздел Энергоаудит

Онлайн расчет потерь напряжения

Проблема с потерями напряжения в линии, сети или кабеле возникают обычно в следующих ситуациях:

• при значительной длине прокладываемой линии;
• в случае большой рассеиваемой мощности;
• при высоких токовых нагрузках.

Если при покупке кабельной продукции допущены ошибки в выборе сечения входящих в его состав проводных жил – они при протекании больших токов начинают перегреваться. А это приводит к повышению их внутреннего сопротивления и увеличению потерь напряжения на распределенных элементах цепи.

За счет этого каждый участок кабеля определенной длины может быть представлен как резистор с некоторой удельной проводимостью (величиной, обратной сопротивлению). Так что на данном участке по закону Ома будет падать определенная часть приложенного ко всему кабелю напряжения. Это значение вычисляется по следующей формуле:

U=I*R провода

При обследовании цепей постоянного тока учитывается только активное распределенное сопротивление, обозначаемое просто R. В линиях с действующим переменным напряжением к активной составляющей добавляется реактивная часть, так что обе они составляют полный импеданс Z. Величина этих потерь обязательно учитывается при расчетах цепей переменного тока, поскольку они нередко достигают 20 процентов от всей расходуемой мощности.

Как при ручном, так и при онлайн расчете для определения распределенного сопротивления проводника используется следующая формула:

R=p*L/S

где: p – удельное сопротивление, приходящееся на единицу длины; L – общая длина измеряемого участка; S – площадь сечения.

Из формулы видно, что сопротивление, а, следовательно, и падение напряжения определяется длинной данного участка и площадью его поперечного сечения. Длинный и тонкий проводник обладает большим сопротивлением R. Чтобы его снизить – нужны толстые жилы со значительным поперечным сечением.

Производим расчет потери напряжения линии в случае с активной нагрузкой с помощью следующего выражения:

dU=I*R пров

Для того чтобы учесть комплексные потери на импедансе цепей переменного тока вводится поправка в виде коэффициента реактивности.

В реальной ситуации кабель содержит несколько проводников, каждый из которых должен учитываться при калькуляции. При пользовании онлайн калькулятором потерь напряжения в предложенные формы потребуется ввести следующие параметры:

1. Общую длину провода.
2. Площадь сечения каждой из жил;
3. Значение потребляемой мощности;
4. Общее количество проводников;
5. Средний показатель температуры.

Также следует указать значение комплексного коэффициента COS Ф (он, как правило, выбирается из диапазона 0,94-0,98).

В результате вычислений онлайн калькулятор потерь напряжения выдаст следующие рабочие показатели:

• Величину потерь напряжения и мощности.
• Сопротивление участка кабеля.
• Реактивные потери в нем.

Также в итоговой форме должно появиться значение остаточного напряжения на комплексной нагрузке.

Работа с картами 1С 4 в 1: Яндекс, Google , 2ГИС, OpenStreetMap(OpenLayers) Промо

С каждым годом становится все очевидно, что использование онлайн-сервисов намного упрощает жизнь. К сожалению по картографическим сервисам условия пока жестковаты. Но, ориентируясь на будущее, я решил показать возможности API выше указанных сервисов:
Инициализация карты
Поиск адреса на карте с текстовым представлением
Геокодинг
Обратная поиск адреса по ее координатами
Взаимодействие с картами – прием координат установленного на карте метки
Построение маршрутов по указанным точками
Кластеризация меток на карте при увеличении масштаба
Теперь также поддержка тонкого и веб-клиента

1 стартмани

Как пользоваться таблицей выбора сечения?

Пользоваться таблицей 2 очень просто. Например, нужно запитать некое устройство током 10А и постоянным напряжением 12В. Длина линии — 5 м. На выходе блока питания можем установить напряжение 12,5 В, следовательно, максимальное падение — 0,5В.

В наличии — провод сечением 1,5 квадрата. Что видим из таблицы? На 5 метрах при токе 10 А потеряем 0,1167 В х 5м = 0,58 В. Вроде бы подходит, учитывая, что большинство потребителей терпит отклонение +-10%.

Но. ПрОвода ведь у нас фактически два, плюс и минус, эти два провода образуют кабель, на котором и падает напряжение питания нагрузки. И так как общая длина — 10 метров, то падение будет на самом деле 0,58+0,58=1,16 В.

Иначе говоря, при таком раскладе на выходе БП 12,5 Вольт, а на входе устройства — 11,34. Этот пример актуален для питания светодиодной ленты.

И это — не учитывая переходное сопротивление контактов и неидеальность провода («проба» меди не та, примеси, и т.п.)

Поэтому такой кусок кабеля скорее всего не подойдет, нужен провод сечением 2,5 квадрата. Он даст падение 0,7 В на линии 10 м, что приемлемо.

А если другого провода нет? Есть два пути, чтобы снизить потерю напряжения в проводах.

1. Надо размещать источник питания 12,5 В как можно ближе к нагрузке. Если брать пример выше, 5 метров нас устроит. Так всегда и делают, чтобы сэкономить на проводе.

2. Повышать выходное напряжение источника питания. Это черевато тем, что с уменьшением тока нагрузки напряжение на нагрузке может подняться до недопустимых пределов.

Например, в частном секторе на выходе трансформатора (подстанции) устанавливают 250-260 Вольт, в домах около подстанции лампочки горят как свечи. В смысле, недолго. А жители на окраине района жалуются, что напряжение нестабильное, и опускается до 150-160 Вольт. Потеря 100 Вольт! Умножив на ток, можно вычислить мощность, которая отапливает улицу, и кто за это платит? Мы, графа в квитанции «потери».