Про методи розрахунку втрат у внутрішньобудинкових електричних мережах

Комлєв Ю. М. к.т.н. підприємство «УралОРГРЕС» ВАТ «ІЦЕУ», E-mail: [email protected]

Собов М.Л., ГОУ ВПО «УГТУ-УПІ»

Роботи включали в себе три етапи:

1. Отримання тижневого графіка електроспоживання житлових будинків різних типів і вимір падіння напруги від вступного розподільного пристрою (ВРП) до віддаленої точки внутрішньобудинкової мережі.

2. Удосконалення методу розрахунку втрат електроенергії в низьковольтних трифазних мережах з урахуванням особливості схем внутрішньобудинкових мереж і режимів їх роботи.

3. Визначення фактичних показників енергетичної ефективності передачі і розподілу електроенергії у внутрішньобудинкових електричних мережах

Вимірювання режимних параметрів внутрішньобудинкових мереж

Перелік вихідної інформації і результати ізмеренійжіл по обследуемой внутрішньобудинкової мережі 0,4 кВ кожного житлового будинку включає в себе наступні дані:

· Структурні схеми внутрішньобудинкових мереж із зазначенням на них віддалених споживачів (УП), марок, перерізів і довжин фазного і нульового проводів;

· Тижневі графіки значень фазних напруг на шинах ВРУ, значення фазних струмів на головних ділянках (ГУ) внутрішньобудинкових мереж, активної і реактивної потужності, записані з 15-ти хвилинними інтервалами.

· Серії одночасних замірів фазних напруг і струмів на головному ділянці і фазних напруг в віддалених точках внутрішньобудинкової мережі UУП в години максимальних навантажень мережі.

Основні характеристики обстежених багатоквартирних будинків

Мал. 3 Графік фазних струмів на головному ділянці внутрішньобудинкової мережі багатоквартирного будинку на Громова, 140

Мал. 4 Графік активної і реактивної потужності багатоквартирного будинку на Громова, 140

Методика розрахунку навантажувальних втрат електроенергії у внутрішньобудинкової мережі

Навантажувальні втрати електроенергії у внутрішньобудинкової мережі розраховуються в залежності від величини падіння напруги до найбільш електрично віддаленій точки мережі в режимі максимального навантаження.

Відносні втрати електроенергії у внутрішньобудинкової мережі визначаються за формулою

де KHM - коефіцієнт зв'язку між відносними значеннями втрат напруги в максимум навантаження мережі і втратами потужності;

KHEP - коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантажень по фазах;

- відносне число годин найбільших втрат потужності в мережі.

Коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантажень по фазах розподільної лінії, визначається за формулою:

де IA. IB. IC - виміряні струмові навантаження фаз;

RH / RФ - відношення питомих активних опорів нульового і фазного проводів.

Відносна величина втрат напруги, обчислюється, як різниця між середнім значенням фазних напруг на шинах ВРУ і мінімальним з трьох виміряних фазних напруг в віддаленій точці мережі, віднесена до величини середньої напруги на шинах ВРУ:

де UВРУ = (UА + UВ + UС) / 3 - середнє значення фазної напруги на шинах ВРУ;

U УП МІН - мінімальна напруга з трьох виміряних фазних напруг в віддаленій точці мережі.

Надалі коефіцієнт зв'язку між відносними втратами напруги і втратами потужності називається коефіцієнтом зв'язку, а коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантажень по фазах розподільної лінії, називається коефіцієнтом нерівномірності.

В якості розрахункової моделі низьковольтної мережі для визначення коефіцієнта зв'язку між відносними значеннями втрат напруги і втратами потужності використовувалася схема з рівномірно розподіленим навантаженням уздовж лінії. Рівномірний розподіл навантаження вздовж магістральних ліній характерно для кабельної внутрішньобудинкової мережі.

Коефіцієнт зв'язку між відносними втратами напруги і втратами потужності для схеми з рівномірно розподіленим навантаженням уздовж лінії дорівнює

де відношення питомої реактивного опору до питомої активного опору кабельної лінії.

Для будинків мережа виконана мідними і алюмінієвими кабелями перерізом 10-35 мм 2. Діапазон значень співвідношення реактивного опору до активного опору внутрішньобудинкових мереж становить 0,04-0,17. Значення коефіцієнта реактивної потужності навантаження будинків лежать в діапазоні 0,9-0,99.

Величина другого доданка в дужках останнього виразу значно менше (на порядок і більше). тому в подальших розрахунках їм нехтуємо. У цьому випадку коефіцієнт зв'язку між відносними втратами напруги і втратами потужності для кабельної низьковольтної лінії з рівномірно розподіленим навантаженням дорівнює

Похибка розрахунку втрат електроенергії у внутрішньобудинкової мережі визначається похибкою завдання (розрахунку) коефіцієнтів KHM. KHEP. втрат напруги і числа годин найбільших втрат. що входять у вираз (1). У подальших розрахунках похибка числа годин найбільших втрат не враховується.

Розрахунок коефіцієнтів KHM. KHEP виконується за тижневими графіками навантажень на головних ділянках внутрішньобудинкових мереж. Втрати напруги визначаються по фазним напруженням на ГУ й у віддалених точках внутрішньобудинкової мережі, отриманим в серіях одночасних вимірювань. У цих умовах доцільно коефіцієнти зв'язку, коефіцієнти нерівномірності і відносну величину втрат напруги розглядати як випадкові величини, тоді результати розрахунку втрат електроенергії представляються у вигляді середнього значення втрат і довірчого інтервалу із заданим рівнем надійності.

Коефіцієнт зв'язку обумовлений характером розподілу навантажень в низьковольтної мережі. Коефіцієнт нерівномірності залежить від ступеня нерівномірності розподілу навантажень по фазах і обумовлений тим, як однофазні навантаження підключені до трифазної мережі. Величина втрат напруги залежить від режиму мережі. Оскільки втрати напруги вивчаються в режимах найбільших навантажень мережі, то зміна втрат напруги в цих режимах обумовлено випадковими чинниками. Таким чином, отримані коефіцієнти залежать від різних по фізичній природі слабо залежних між собою факторів. Тому розумно припустити, що випадкові величини, що описують зазначені коефіцієнти, є також незалежними.

Подальші статистичні оцінки втрат електроенергії у внутрішньобудинкової мережі наводяться для випадку незалежності випадкових величин між собою.

Вибіркове середнє значення втрат електроенергії у внутрішньобудинкових мережах визначається за вибірковими середніми значеннями коефіцієнтів зв'язку, нерівномірності і відносних втрат напруги до віддаленої точки в мережі

Вибіркова дисперсія втрат електроенергії визначається з використанням вибіркових середніх значень і дисперсій випадкових величин за формулою

де - вибіркова дисперсія твори незалежних випадкових величин і. розраховується за формулою

Вибіркові середні значення і дисперсії коефіцієнтів зв'язку та нерівномірності розраховуються на тижневих відрізках часу. Вибіркові середнє значення і дисперсія відносних втрат напруги розраховуються за даними всіх серій одночасних вимірювань фазних напруг на ВРУ і в віддаленій точці внутрішньобудинкової мережі. Довірчий інтервал для вибіркового середнього значення втрат електроенергії визначається співвідношенням

де вибіркове стандартне відхилення втрат електроенергії, так само;

tß - число стандартних відхилень, яке потрібно відкласти вправо і вліво від центру розсіювання для того, щоб потрапляння вибіркового середнього втрат електроенергії в отриману ділянку було з рівнем надійності ß;

n - розмір вибірки, дорівнює числу вимірювань фазних напруг в віддаленій точці мережі.

Результати розрахунку втрат електроенергії у внутрішньобудинкових мережах

За формулами (5) і (2) виконаний розрахунок коефіцієнтів зв'язку між відносними значеннями втрат напруги і втратами потужності, коефіцієнтів нерівномірності розподілу навантажень по фазах на тижневих відрізках часу. На малюнках 5, 6 наведені тижневі графіки коефіцієнта зв'язку між втратами напруги і втрати потужності коефіцієнта нерівномірності фазних струмів в мережі житлового будинку на Громова, 140.

За наведеною методикою розрахунку втрат електроенергії у внутрішньобудинкових мережах розраховані статистичні оцінки основних режимних параметрів внутрішньобудинкової мережі. Вибіркові середні значення і дисперсії коефіцієнтів зв'язку між втратами напруги і втратами потужності, коефіцієнтів нерівномірності розподілу навантажень по фазах, відносних втрат напруги і коефіцієнтів кореляції між випадковими величинами, наведені в таблиці 3

Статистичні оцінки основних режимних параметрів внутрішньобудинкової мережі

Значення коефіцієнтів кореляції між випадковими величинами. укладаються за абсолютною величиною в діапазон від 0,012 до 0,193, що свідчить про слабку залежності між коефіцієнтом зв'язку та коефіцієнтом нерівномірності. Розрахунок вибіркових середніх значень і дисперсій втрат електроенергії виконано при допущенні незалежності випадкових величин між собою.

Мал. 5 Графік коефіцієнта нерівномірності фазних струмів багатоквартирного житлового будинку на Громова, 140

Рис.6 Графік коефіцієнта зв'язку між втратами напруги і втратами потужності в внутрішньобудинкової мережі багатоквартирного житлового будинку на Громова, 140

Розрахунок річного числа годин використання максимального навантаження і числа годин найбільших втрат виконаний по тижневим графіками активної потужності. Результати розрахунку наведені в таблиці 4

Результати розрахунку числа годин найбільших втрат потужності

висновки та рекомендації

1. Удосконалено метод розрахунку втрат електроенергії в низьковольтних лініях залежно від величини падіння напруги стосовно до внутрішньобудинкових мереж, що дозволяє врахувати особливості схем внутрішньобудинкових мереж і режимів їх роботи. Результати розрахунку втрат представляються у вигляді довірчого інтервалу значень втрат зі статистичними середнім втрат електроенергії. За запропонованим методом виконано розрахунок втрат у внутрішньобудинкових мережах чотирьох житлових багатоквартирних будинків Ленінського району м Запорожьеа. Середнє значення втрат електроенергії в обстежуваних мережах склало від 1,35% в будинку по вул. Чкалова 117 до 3,81% в будинку по вул. Чкалова 129.

2. Число годин використання максимального навантаження житлових багатоквартирних будинків становить 4000-4700 годин на рік.

3. Добові графіки активного навантаження житлових багатоквартирних будинків мають яскраво виражений максимум, який припадає на 19-21 годин. Мінімальна активне навантаження спостерігається в нічні години доби. Максимум активного навантаження в 4-5 разів більша за мінімальну активного навантаження. Добовий графік реактивного навантаження будинків більш згладжений, максимум реактивного навантаження в 2 рази більше мінімуму і доводиться на години максимального активного навантаження. Середнє значення коефіцієнта реактивної потужності житлових будинків з електроплитами становить 0,98, для житлових будинків з газовими плитами 0,97.

4. Коефіцієнт зв'язку між відносними значеннями втрат напруги і втрат потужності змінюється незначно. Оцінки середніх значень коефіцієнта зв'язку за всіма обстежуваним внутрішньобудинкових мереж змінюються від 0,69 до 0,71.

5. Найбільше значення коефіцієнта, що враховує нерівномірність розподілу навантажень по фазах, так само 1,58 і спостерігаються в мережі житлового будинку на Онуфрієва 22. Оцінки середніх значень коефіцієнта нерівномірності фазних навантажень по всьому обстежуваним мереж змінюються від 1,03 до 1,14.

6. У житлових будинках з електроплитами відносна величина втрат напруги до віддаленої точки внутрішньобудинкової мережі в режимі максимального навантаження змінюється в більшій мірі, ніж в будинках з газовими плитами. Найбільший діапазон зміни відносних втрат напруги спостерігається в будинку на вул. Онуфрієва 22, від 5% до 12%.

7. В одному з житлових будинків, по вул. Чкалова 129, є істотний перекіс фазних напруг в віддаленій точці внутрішньобудинкової мережі. У різних серіях вимірювань перекіс напруг перемежовується по фазах, при цьому на ввідному пристрої істотного перекосу фазних напруг не спостерігається. В окремих режимах напруга однієї з фаз знижується до 200 вольт, що відповідає гранично допустимому відхиленню напруги на затискачах електроприймачів. Дана обставина свідчить про перевантаження внутрішньобудинкової мережі і її не відповідності квартирним навантажень, що обумовлює високий рівень втрат електроенергії у внутрішньобудинкової мережі, 3,8% від відпуску електроенергії в мережу. Необхідне посилення мережі житлового будинку на вул. Чкалова 129.

Слід продовжити роботи по обстеженню внутрішньобудинкових мереж житлових багатоквартирних будинків в м Запоріжжя для подальшого вдосконалення методики розрахунку втрат електроенергії у внутрішньобудинкових мережах і отримання надійних статистичних даних по втратах електроенергії в цих мережах.