Пути снижения потерь электроэнергии в питающих горные предприятия линиях

Высокий уровень значимости электроэнергетики определяется инфраструктурным характером отрасли и прямой зависимостью между экономическим ростом страны и уровнем эффективности ее развития. В РФ сложилась неблагоприятная ситуация с потреблением энергоресурсов: по данным Международного энергетического агентства, энергоемкость ВВП (внутренний валовой продукт) России в 2,5 раза выше среднемирового уровня и в 2,5–3,5 раза выше, чем в развитых странах: в целом по стране около 35–40 % всех потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) расходуется без отдачи, неэффективно: только прямые потери топливно-энергетических ресурсов достигают 25–30 %. Вследствие этого возрастает себестоимость производимой продукции, снижается ее конкурентоспособность, увеличиваются ежегодные затраты на поддержание в работоспособном состоянии и развитие ТЭК, возрастают издержки населения, бюджетной сферы и производственного сектора на потребляемые топливно-энергетические ресурсы. Все это приводит к снижению энергоэффективности экономики в целом [10].

Если ранее источники искажения качества электроэнергии, кроме частоты и отклонения напряжения, были присущи только промышленным потребителям и потребителям, приравненным к ним, то сейчас они активно появляются и у других видов потребителей [2].

Одним из эффективных мероприятий по энергосбережению, позволяющих экономить до 40–50 % электроэнергии, является использование частотно-регулируемых приводов в котельных, насосных, в том числе и систем горячего водоснабжения зданий, сооружений, а также в технологических установках предприятий, осуществляющих регулируемые виды деятельности [11].

Низкое качество электроэнергии – потенциал энергосбережения. Общеизвестно, что низкое качество электроэнергии приводит к увеличению потерь электроэнергии, а следовательно, к снижению энергетической эффективности электрических сетей. Необходимо определить, насколько велика доля потерь электроэнергии от низкого качества электроэнергии и есть ли смысл рассматривать их как потенциал энергосбережения. В электрических сетях среднего напряжения с мощными источниками высших гармоник технические потери мощности в силовых трансформаторах связи с энергосистемой существенно увеличиваются [4]. При коэффициенте искажения синусоидальности кривой напряжения, равном 5 % у коммунальнобытовых потребителей, питающихся от сети 0,4 кВ, они составляют 15 % нагрузочных потерь в силовом трансформаторе, а при коэффициенте искажения синусоидальности кри- вой напряжения 10 % эти потери увеличиваются от 20 до 60 %.

В качестве примера в табл. 1 приведены значения дополнительных потерь в силовом трансформаторе ТДН-16000/110 при следующих значениях показателя качества электрической энергии (ПКЭ): K ₂ и = 4 %; K u 5 = 5 %; K v7 = 7 %; K u 11 = 3 %; K u 13 = 1 %. Потери определялись по методике, приведенной в [4]. Здесь указана доля дополнительных потерь (в %) относительно номинальных потерь [3].

Таблица 1

Дополнительные потери при искажении качества электрической энергии в силовом трансформаторе Additional losses due to distortion of the quality of electric power in a power transformer

Параметр качества электроэнергии	Нагрузочные потери		Потери холостого хода		Суммарные потери
	%	кВт	%	кВт	%	кВт
Несимметрия напряжения	14,5	12,325	0,16	0,03	11,9	12,355
Несинусоидальность напряжения	8,86	7,53	0,84	0,16	7,39	7,69

В синхронных и асинхронных двигателях - доля таких потерь может достигать 1520 % в зависимости от соотношения показателей качества электроэнергии. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что дополнительные технические потери электроэнергии, вызываемые низким качеством электроэнергии, можно рассматривать в качестве потенциала энергосбережения [2].

Низкое качество электроэнергии приводит и к появлению дополнительных метрологических потерь электроэнергии, которые не учитываются в оценке экономической эффективности при установке приборов учета электроэнергии. Как известно, в зависимости от расположения источника несинусоидально-сти или несимметрии напряжений и токов в сети возможен как недоучет, так и переучет отпущенной или потребленной электроэнергии.

Последовательность решения задачи повышения энергоэффективности электрических сетей путем улучшения качества электроэнергии [1]

Первым этапом ее решения является выявление источников искажения качества электроэнергии и мест их расположения. Это возможно сделать следующими путями: энергоаудитом, контролем качества электроэнергии, расчетно-аналитическим путем. Затем по типу источников искажения определяются параметры качества электроэнергии и показатели качества электроэнергии, которые их описывают, либо измерениями, либо расчетом [7].

Производится расчет потенциала энергосбережения, обусловленного низким качеством электроэнергии в зависимости от его структуры. Далее выбираются узлы сети для реализации мероприятий по улучшению качества электроэнергии. Для выбранных узлов вначале определяется возможность применения организационных мероприятий как малозатратных, выбираются организационные мероприятия, набор которых зависит от показателей качества электроэнергии, не удовлетворяющих требованиям действующего стандарта на качество электроэнергии, производится оценка их экономической эффективности и определяется доля реализованного потенциала энергосбережения, т.е. процент снижения потерь от низкого качества электроэнергии [1].

Для тиражирования мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности сетей с низким качеством электроэнергии, целесообразно разработать типовые мероприятия по аналогии с существующим перечнем типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и создать библиотеку таких мероприятий [8].

Каждое мероприятие рекомендуется описывать в следующем порядке: аннотация, назначение мероприятия, тип мероприятия, область применения, краткая характеристика мероприятия, нормативные документы, методика оценки экономической эффективности, инструкция к применению [3].

Производство электрической энергии (ЭЭ) во всём мире неуклонно повышается, что обусловлено всё возрастающим её потреблением в различных отраслях хозяйственной деятельности человечества. Так, к 2020 г. количество производимой в мире ЭЭ должно вырасти до 30 трлн кВт∙ч, что соответствует темпам роста производства до 2,5–3 % в год в среднем.

Современная система электроснабжения является довольно сложным физикотехническим объектом и неотъемлемой частью Единой энергетической системы страны, регионов. В нынешней экономической ситуации вопрос рационального использования топливно-энергетических ресурсов стоит особо остро. При этом для получения наибольшей эффективности их использования необходимо рассмотреть весь процесс – от добычи первичных энергоресурсов до их потребления.

Электрическая энергия как сертифицируемая продукция обладает целым рядом особенностей, в числе которых неразрывность и одновременность процессов производства и потребления, когда искажающее влияние на показатели качества электроэнергии может быть оказано как электроприёмниками потребителя, так и принесено извне в виде кондуктивной электромагнитной помехи, распространяемой по общей электрической сети.

Учёт электроэнергии состоит из определения произведённого её количества, количества электроэнергии, потреблённой электроприёмниками, а также количества электроэнергии, потерянной при её передаче.

Электроэнергия является единственным видом продукции, транспортировка которой осуществляется за счёт расхода определённой части самой продукции, то есть потери электроэнергии при её передаче неизбежны.

Первоочередной задачей экономии ТЭР электроэнергетики является снижение потерь электроэнергии в электрических сетях, которые достигают 15–20 % от общего отпуска электроэнергии.

Анализ структуры потерь электроэнергии в действующих электрических сетях показывает, что потери в линиях 0,38 кВ составляют 31,33 % от общих потерь. С учётом потерь электроэнергии в трансформаторах 10/0,4 кВ потребительских ТП потери в электрических сетях 0,38 кВ составляют более 50 % от общих потерь. Поэтому снижение потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ позволит добиться снижения общих потерь в электрических сетях.

Исследованиями установлено, что в сетях с коммунально-бытовыми и смешанными нагрузками возникает значительная несим-метрия токов, т.е. режимы работы сельских сетей 0,38 кВ являются объективно несимметричными. Несимметрия токов в сети вызывает несимметрию напряжений на зажимах трёхфазных электроприёмников, которая во многих случаях превышает в 2–2,5 раза допустимое ГОСТ 13109–97 значение. При величине коэффициентов несимметрии токов обратной и нулевой последовательности в сети, равной 25–30 %, потери мощности и электрической энергии в линиях 0,38 кВ и трансформаторах потребительских ТП возрастают на 30–50 % по сравнению с симметричным режимом работы.

Кроме того, несимметрия токов и напряжений в сетях приводит к увеличению в узлах нагрузки отклонения напряжения от допустимого значения, сокращению срока службы электродвигателей агропромышленного комплекса и другим негативным явлениям в сетях и приёмниках электроэнергии.

Работа распределительных сетей с постоянной несимметрией нагрузки является причиной довольно значительного ущерба в хозяйственной деятельности. Это определяется дополнительными потерями электроэнергии в сетях и нагрузке, с одной стороны, и снижением эффективности использования оборудования и сокращением срока службы электрических установок – с другой.

Анализ проблемы несимметрии в сетях 0,38 кВ показал, что существующие методы расчёта показателей несимметрии и потерь электроэнергии в этих сетях не позволяют установить закономерности их изменения от параметров нагрузки и сети, провести анализ потерь при различных режимах работы электроприёмников и разработать наиболее эффективные способы и средства снижения не-симметрии и обусловленных ею потерь, так как в этих методах несимметрия токов в сетях учитывается приближёнными способами. Кроме того, большинство научных работ не рассматривают проблему качества электрической энергии в целом. Так, например, повышение качества напряжения за счёт снижения уровня несимметрии напряжений рассматривалось в отрыве от проблемы снижения потерь мощности и энергии в сети, и, наоборот, вопросы снижения потерь не затрагивали проблему несимметрии напряжений. Вместе с тем, до настоящего времени не разработаны общие методы расчёта сетей с несимметричными рассредоточенными нагрузками. От- сутствие комплексности в подходе к решению проблемы несимметрии приводило в отдельных случаях к недостаточно верным выводам и рекомендациям по способам и средствам для снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ, обусловленных несимметрией токов.

Недостаточность знаний об уровне не-симметрии токов и напряжений в низковольтных сетях 0,38 кВ, а также о способах и технических средствах её снижения, не позволяют составить достоверной картины о действительном характере изменения потерь электрической энергии в этих сетях, а без этого невозможно разработать и применить на практике мероприятия по снижению потерь электрической энергии и повышению её качества.

Таким образом, решение задач энергосбережения и улучшения качества электрической энергии в низковольтных сетях 0,38 кВ тесно связано с проблемой снижения несим-метрии токов в этих сетях. Поэтому актуальным и своевременным является рассмотрение вопросов, связанных с разработкой способов снижения несимметрии токов и подготовкой практических рекомендаций по эффективности использования МСП.

Выводы

• 1.    Показана целесообразность использования в качестве типовых мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности электрических сетей, мероприятия по улучшению качества электроэнергии.

• 2.    Разработан порядок реализации потенциала энергосбережения в электрических сетях, обусловленного низким качеством электроэнергии.

• 3.    Предложено создать библиотеку типовых мероприятий по повышению энергоэффективности электрических сетей путем улучшения качества электроэнергии, и показана методика ее реализации.

технологический университет