Совершенствование методики оценки потерь электроэнергии во внутризаводских электрических сетях

DOI:

*Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия; e-mail: , ORCID:

Петров А. Р. и др. Совершенствование методики оценки потерь электроэнергии во внутризаводских электрических сетях. Вестник МГТУ. 2024. Т. 27, № 4. С. 511–520. DOI: 10.21443/1560-9278-2024-27-4-511-520.

Petrov, A. R. et al. 2024. Improvement of the methodology for assessing power losses in in-plant power grids. Vestnik of MSTU, 27(4), pp. 511–520. (In Russ.) DOI:

Современные темпы развития технологий промышленной отрасли и рост потребления электроэнергии (ЭЭ) обусловливают необходимость повышения качества учета потерь ЭЭ в низковольтных сетях промышленных систем электроснабжения ( Grigoras et al., 2018 ). В условиях экономических санкций актуализируется проблема разработки эффективных методов энергосбережения в электроэнергетике и промышленности РФ ( Jizhou et al., 2021; Петрова и др., 2023; Рахимов и др., 2021; Абдуллазянов и др., 2021 ).

Оценка эффективности функционирования систем электроснабжения производится на основе анализа их схемных и режимных параметров. Определение потерь ЭЭ в низковольтных цеховых сетях является более сложной задачей по сравнению с расчетом потерь в сетях высоких напряжений, что объясняется особенностями электрических сетей напряжением до 1 кВ:

• –    большим объемом схемной и режимной информации с низкой достоверностью;

• –    большой протяженностью линий и разветвленностью схем сетей электроснабжения;

• –    различным исполнением участков (двух/трех/четырех/пятипроводные участки);

• –    неравномерностью загрузки участков сети и пр.

Перечисленные особенности необходимо учитывать при оценке и моделировании потерь активной мощности в низковольтных электрических сетях ( Грачева и др., 2018; Ivanov et al., 2019; Наумов и др., 2023 ). Реализуемые современные модели эффективны и при асимметричной нагрузке с применением балансировки нагрузки по фазам в низковольтной электрической сети ( Atanasov et al., 2022; Oramas-Piero et al., 2018 ).

При выборе параметров линий цеховых сетей необходимо учитывать основные характеристики эксплуатации – условия окружающей среды, загрузку линий и т. д. Компоновка оборудования цеховых сетей определяется следующими техническими факторами:

• 1)    числом, плотностью, характером размещения и мощностью приемников ЭЭ;

• 2)    числом участков цеховой сети и длиной линий схемы;

• 3)    температурой окружающей среды;

• 4)    подвижностью приемников при применении троллейных токопроводов или гибких проводов и кабелей.

Точное определение величины потерь ЭЭ при проектировании важно для оптимизации структуры схемы сети, выбора мест и количества распределительных устройств, а также определения сечений кабелей и проводов. Статистические данные показывают, что потери ЭЭ в низковольтных распределительных сетях составляют примерно от 4 до 20 % от общего электропотребления ( Armas et al., 2019; Абдуллазянов и др., 2021; Грачева и др., 2018 ).

На основе расчетных данных величины потерь ЭЭ сотрудники отделов эксплуатации проводят анализ имеющихся "очагов наибольших потерь" для эффективного внедрения мероприятий по экономии ЭЭ ( Shengyan et al., 2011 ) . Для эффективного снижения потерь в системе электроснабжения и повышения эффективности эксплуатации оборудования в настоящее время используются нейронные сети на основе алгоритма кластеризации графов ( Chen et al., 2023 ). Возможно уточнение топологии низковольтных сетей при использовании программного обеспечения для расчета потерь в кабельных линиях ( Wang et al., 2023; Hasan et al., 2020 ).

Для повышения достоверности величины потерь ЭЭ в сетях 0,4 кВ следует определять потери в низковольтных коммутационных аппаратах (НКА). Техническое состояние НКА в значительной степени определяет надежность системы электроснабжения ( Петров и др., 2023 ). Для уменьшения финансовых расходов на эксплуатацию электрооборудования необходимо построение рациональных схем цеховых сетей низкого напряжения ( Kerckhove et al., 2023 ).

Целью настоящего исследования является определение эквивалентного сопротивления цеховой сети с учетом влияния основных параметров электрооборудования: загрузки линий; температуры окружающей среды; температуры нагрева проводников и сопротивлений НКА.

Материалы и методы

Величина потерь мощности или ЭЭ в электрической сети определяется произведением квадрата среднеквадратичного тока головного участка сети и эквивалентного сопротивления R_ekv схемы. Погрешность расчета R_ekv может быть сопоставима с погрешностью определения величины среднеквадратичного тока.

Объектом исследования является участок цеховой сети системы электроснабжения промышленного предприятия.

Схема участка цеховой сети для установления эквивалентного сопротивления R_ekv схемы без учета основных параметров электрооборудования показана на рис. 1, где использованы следующие обозначения: Т – трансформатор; АВ – автоматический выключатель; ПМ – пускатель магнитный; К – контактор; Д – электродвигатель.

Рис. 1. Схема электроснабжения участка цеховой сети

Fig. 1. Electricity supply scheme of the workshop network section

Значения основных параметров электрооборудования участка цеховой сети приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные параметры электрооборудования участка цеховой сети Table 1. Main parameters of electrical equipment of the workshop network section

Кабельная линия			Kz *	Электродвигатель	н CQ и * * X	Автоматический выключатель	Магнитный пускатель	Контактор
ft к	Тип	§ к к й
1ʹ	–	–	–	–	–	ВА57-31-80А	–	–
1	АВВГ 3х10	20	0,75	АИР160M2	18,5	ВА57-31-40А	ПМЛ-3100-40А	–
2	АВВГ 3х6	18	0,45	АИР132M2	11,0	ВА57-31-25А	–	КМ-22510-25А
3	АВВГ 3х4	12	0,55	АИР112M2	7,5	ВА57-31-16А	–	ПМ12-016150-16А
4	АВВГ 3х2,5	10	0,7	АИР100S2	4,0	А63-М-10А	ПМЛ-1100-10А	–
5	АВВГ 3х2,5	10	0,75	АИР100S2	4,0	А63-М-10А	ПМЛ-1100-10А	–
6	АВВГ 3х4	12	0,6	АИР112M2	7,5	ВА57-31-16А	–	ПМ12-016150-16А

7	АВВГ 3х25	18	0,5	АИР200M2	37	ВА57-31-80А	–	КМ-48012-80А
8	АВВГ 3х10	15	0,75	АИР160M2	18,5	ВА57-31-40А	–	ПМ12-040150-40А
9	АВВГ 3х25	12	0,65	АИР180M2	30,0	ВА57-31-63А	ПМЛ-4100-63А	–
10	АВВГ 3х16	23	0,85	АИР180S2	22,0	ВА57-31-50А	–	КМ-35012-50А
11	АВВГ 3х10	15	0,75	АИР160M2	18,5	ВА57-31-40А	ПМЛ-3100-40А	–