Статьи и аналитикаБиблиотекаОбразованиеМероприятия  
Каталог

О методах расчета потерь во внутридомовых электрических сетях

Комлев Ю. М., к.т.н., предприятие «УралОРГРЭС» ОАО «ИЦЭУ», E-mail: komlev@uralorgres.ru

Собов М.Л., ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»

Новые Правила предоставления коммунальных услуг гражданам, утвержденные постановлением Правительства РФ от 23 мая 2006 г. № 307, регламентируют расчет за потребленную электроэнергию бытовыми потребителями в цепочке «абонент – управляющая компания – электроснабжающая организация». Расчет между абонентом и управляющей компанией осуществляется по абонентскому прибору учета электроэнергии, между управляющей компанией и электроснабжающей организацией – по общедомовому прибору учета. В связи с этим особую актуальность приобретают работы по совершенствованию методов расчета потерь электроэнергии во внутридомовых сетях и составлению балансов электроэнергии в этих сетях. Проведенные в 2007 году работы продолжили начатые двумя годами ранее исследования этого вопроса, показавшие необходимость проведения обследования как можно большего количества различных типов жилых многоквартирных домов.

Работы включали в себя три этапа:

1.      Получение недельного графика электропотребления жилых домов разных типов и измерение падения напряжения от вводного распределительного устройства (ВРУ) до удаленной точки внутридомовой сети.

2.      Совершенствование метода расчета потерь электроэнергии в низковольтных трехфазных сетях с учетом особенности схем внутридомовых сетей и режимов их работы.

3.      Определение фактических показателей энергетической эффективности передачи и распределения электроэнергии во внутридомовых электрических сетях

Измерение режимных параметров внутридомовых сетей

С целью определения режимных характеристик внутридомовых сетей проведено энергетическое обследование внутридомовых сетей в 4-х жилых многоквартирных домах, которые представляют собой типовые 5, 9, 12 и 16-ти этажные дома, характерные для Ленинского района г. Екатеринбурга. Измерения производились в течение декабря 2007 г. В ходе обследования произведены измерения фазных токов, мощностей и напряжений на шинах ВРУ дома и измерения фазных напряжений в наиболее электрически удаленных точкахвнутридомовой сети в режиме максимальной нагрузки сети. Измерения фазных токов, мощностей и напряжений на вводах в дома производились на недельных отрезках времени с интервалом измерений в 15 минут. Для определения падений напряжения во внутридомовой сети производилось несколько серий одновременных измерений фазных напряжений на ВРУ и в удаленных точках сети по каждому дому. Для измерения параметров электропотребления использовался анализатор электрических сетей CIRCUTORAR5.

Перечень исходной информации и результаты измеренийжил по обследуемой внутридомовой сети 0,4 кВ каждого жилого дома включает в себя следующие данные:

·         структурные схемы внутридомовых сетей с указанием на них удаленных потребителей (УП), марок, сечений и длин фазного и нулевого проводов;

·         недельные графики значений фазных напряжений на шинах ВРУ, значения фазных токов на головных участках (ГУ) внутридомовых сетей, активной и реактивной мощности, записанные с 15-ти минутными интервалами.

·         серии одновременных замеров фазных напряжений и токов на головном участке и фазных напряжений в удаленных точках внутридомовой сети  UУП  в часы максимальных нагрузок сети.

Основные характеристики обследованных жилых домов приведены в таблице 1. В качестве примера представлены некоторые результаты измерений для жилого многоквартирного дома по адресу Громова, 140. Структурная схема электроснабжения жилого многоквартирного дома по ул. Громова 140 приведена на рисунке 1. Недельные графики фазных напряжений, токов, активной и реактивной мощностей на головном участке сети приведены соответственно на рисунках 2-4. В таблице 2 представлены результаты измерений фазных напряжений и токов на ГУ и фазных напряжений в удаленной точке внутридомовой сети в часы максимальной нагрузки.

Таблица 1 

Основные характеристики обследованных многоквартирных домов

Многоквартирный дом Год постройки /капремонта Кол-во этажей Кол-во подъездов Кол-во квартир Удаленная точка в сети Стояки
Чкалова, 117 (электроплиты) 1979 12 1 96 12 этаж, правый и левый стояки АПВ 3х25+1х16
Чкалова, 129 (газовые плиты) 1975 9 6 216 9 этаж, 6 подъезд АПВ 4х10
Громова, 140 (газовые плиты) 1973/2005 5 6(12)* 74(149)* 5 этаж, 6 подъезд ПВ 4х10
Онуфриева, 22 (электроплиты) 1984 16 1 128 16 этаж, правый и левый стояки АПВ 3х35+1х25
 

* обследована сеть половины дома, имеющего два ВРУ. В графах количество подъездов и квартир приведены данные по обследованной части жилого дома, в скобках указаны данные по всему дому.

    

 

Рис. 1  Структурная схема внутридомовой сети 5-ти этажного жилого дома ул. Громова, 140

 

Таблица 2

 Результаты замеров напряжений и токов на ГУ и в удаленной точке сети жилого дома на ул. Громова, 140 в часы максимальной нагрузки

Громова 140
Время
Фазные напряжения в удаленной точке сети, В
Фазные напряжения и токи на головном участке сети, В/А
U1
U2
U3
UA
UB
UC
IA
IB
IC
Суббота
19.22
209
214
213
213
215
224
47
56
42
19.23
208
213
214
213
216
221
46
65
53
19.24
207
215
213
214
216
221
49
65
52
19.25
207
212
214
213
216
221
45
64
52
19.26
207
213
214
213
216
222
48
65
51
19.27
209
211
215
212
216
224
48
65
42
19.28
210
211
213
211
214
224
44
64
40
19.29
208
214
214
213
216
222
45
65
46
19.30
208
212
215
213
217
222
44
68
49
19.31
207
214
215
215
216
221
46
71
47
Воскресенье
19.14
204
212
212
215
215
219
46
80
51
19.15
205
214
211
214
214
220
53
82
53
19.16
204
213
211
215
216
219
52
73
51
19.17
206
213
211
213
215
218
54
75
53
19.18
204
212
212
213
216
217
61
76
52
19.19
205
213
212
213
217
217
57
74
54
19.20
204
215
212
216
216
217
55
73
53
19.21
202
216
211
217
216
215
59
73
61
19.22
205
212
210
214
214
218
60
72
56
19.23
205
209
213
210
216
217
68
65
58
Вторник
20.21
210
202
215
215
213
215
48
76
65
20.22
211
203
212
213
213
215
46
79
64
20.23
209
203
210
211
214
216
44
79
64
20.24
207
202
213
212
211
214
45
82
80
20.25
204
203
213
213
209
215
44
83
82
20.26
203
203
213
214
209
216
48
91
76
20.27
209
205
211
211
213
217
43
81
74
20.28
209
203
212
212
213
215
43
86
75
20.29
209
203
212
213
213
216
43
86
80
20.30
207
204
212
213
211
216
43
86
74

 

 

Рис.2  График фазных напряжений на шинах ВРУ многоквартирного дома на Громова, 140

 

Рис. 3  График фазных токов на головном участке внутридомовой сети многоквартирного дома на Громова, 140

 

Рис. 4 График активной и реактивной мощности многоквартирного дома на Громова, 140

 

Методика расчета нагрузочных потерь электроэнергии во внутридомовой сети

Расчет нагрузочных потерь электроэнергии во внутридомовых сетях выполнен в соответствии с "Порядком расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям", утвержденным приказом Минпромэнерго России № 267 от 04.10.2005 г., с учетом конструктивных особенностей внутридомовых сетей  и режимов их работы.

Нагрузочные потери электроэнергии во внутридомовой сети рассчитываются в зависимости от величины падения напряжения до наиболее электрически удаленной точки сети в режиме максимальной нагрузки.

Относительные потери электроэнергии во внутридомовой сети определяются по формуле

                 (1)

где KHM - коэффициент связи между относительными значениями потерь напряжения в максимум нагрузки сети   и потерями  мощности  ;

KHEP - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по фазам;

 - относительное число часов наибольших потерь мощности в сети.

 

Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по фазам распределительной линии, определяется по формуле:

                        (2)

 

где  IA, IB, IC - измеренные токовые нагрузки фаз;

RH/RФ - отношение удельных активных сопротивлений нулевого и фазного проводов.

Относительная величина потерь напряжения, вычисляется, как  разность между  средним  значением  фазных напряжений  на шинах ВРУ  и  минимальным из трех измеренных фазных напряжений в удаленной точке сети, отнесенная к величине среднего напряжения на шинах ВРУ:

 %,                                                  (3)

где UВРУ = (UА+UВ+UС)/3 - среднее значение фазного напряжения на шинах ВРУ;

U УП МИН -  минимальное напряжение из трех измеренных фазных напряжений в удаленной точке сети.

В дальнейшем коэффициент связи между относительными потерями напряжения и потерями мощности называется коэффициентом связи, а коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по фазам распределительной линии, называется коэффициентом неравномерности.

В качестве расчетной модели низковольтной сети для определения коэффициента связи между относительными значениями потерь напряжения и потерями  мощности использовалась схема с равномерно распределенной нагрузкой вдоль линии. Равномерное распределение нагрузки вдоль магистральных линий характерно для кабельной внутридомовой сети.

Коэффициент связи между относительными потерями напряжения и потерями мощности для схемы с равномерно распределенной нагрузкой вдоль линии равен

                                 (4)

где  отношение удельного реактивного сопротивления к удельному активному сопротивлению кабельной линии.

            Внутридомовая сеть выполнена медными и алюминиевыми кабелями сечением 10-35 мм2. Диапазон значений соотношения реактивного сопротивления к активному сопротивлению внутридомовых сетей составляет 0,04-0,17. Значения коэффициента реактивной мощности нагрузки домов лежат в диапазоне 0,9-0,99.

Величина второго слагаемого в скобках последнего выражения   значительно меньше (на порядок и более) , поэтому в дальнейших расчетах им пренебрегаем. В этом случае коэффициент связи между относительными потерями напряжения и потерями мощности для кабельной низковольтной линии с равномерно распределенной нагрузкой равен

                                                                (5)

Погрешность расчета потерь электроэнергии во внутридомовой сети определяется погрешностью задания (расчета) коэффициентов KHM, KHEP, потерь напряжения  и числа часов наибольших потерь ,  входящих в выражение (1). В дальнейших расчетах погрешность числа часов наибольших потерь не учитывается.

Расчет коэффициентов  KHM, KHEP выполняется по недельным графикам нагрузок на головных участках внутридомовых сетей. Потери напряжения определяются по фазным напряжениям на ГУ и в удаленных точках внутридомовой сети, полученным в сериях одновременных измерений. В этих условиях целесообразно коэффициенты связи, коэффициенты неравномерности и относительную величину потерь напряжения рассматривать как случайные величины , тогда результаты расчета потерь электроэнергии представляются в виде среднего значения потерь и доверительного интервала с заданным уровнем надежности.

Коэффициент связи обусловлен характером распределения нагрузок в низковольтной сети. Коэффициент неравномерности зависит от степени неравномерности распределения нагрузок по фазам и обусловлен тем, как однофазные нагрузки подключены к трехфазной сети. Величина потерь напряжения зависит от режима сети. Поскольку потери напряжения изучаются в режимах наибольших нагрузок сети, то изменение потерь напряжения в этих режимах обусловлено случайными факторами. Таким образом, рассматриваемые коэффициенты зависят от различных по физической природе слабо зависимых между собой факторов. Поэтому разумно предположить, что случайные величины, описывающие указанные коэффициенты, являются также независимыми.

Дальнейшие статистические оценки потерь электроэнергии во внутридомовой сети приводятся для случая независимости случайных величин  между собой.

Выборочное среднее значение потерь электроэнергии во внутридомовых сетях определяется по выборочным средним значениям коэффициентов связи, неравномерности и относительных потерь напряжения до удаленной точки в сети

    .                               (6)

Выборочная дисперсия потерь электроэнергии  определяется с использованием выборочных средних значений и дисперсий случайных величин  по формуле

(7)

где  - выборочная дисперсия произведения независимых случайных величин  и , рассчитывается по формуле

              (8)

Выборочные средние значения и дисперсии коэффициентов связи и неравномерности рассчитываются на недельных отрезках времени. Выборочные среднее значение и дисперсия относительных потерь напряжения рассчитываются по данным всех серий одновременных измерений фазных напряжений на ВРУ и в удаленной точке внутридомовой сети.       Доверительный интервал для выборочного среднего значения потерь электроэнергии определяется соотношением

  ,                                                                               (9)

где выборочное стандартное отклонение потерь электроэнергии, равно ;

tß - число стандартных отклонений, которое нужно отложить вправо и влево от центра рассеивания для того, чтобы попадание выборочного среднего потерь электроэнергии в полученный участок было с уровнем надежности ß;

n - размер выборки, равен числу измерений фазных напряжений в удаленной точке сети.

Результаты расчета потерь электроэнергии во внутридомовых сетях

По формулам (5) и (2) выполнен расчет коэффициентов связи между относительными значениями потерь напряжения и потерями  мощности, коэффициентов неравномерности распределения нагрузок по фазам на недельных отрезках времени. На рисунках 5, 6 приведены недельные графики коэффициента связи между потерями напряжения и потерями мощностии коэффициента неравномерности фазных токов в сети жилого дома на Громова, 140.

По приведенной методике расчета потерь электроэнергии во внутридомовых сетях  рассчитаны статистические оценки основных режимных параметров внутридомовой сети. Выборочные средние значения и дисперсии коэффициентов связи между потерями напряжения и потерями мощности, коэффициентов неравномерности распределения нагрузок по фазам, относительных потерь напряжения и коэффициентов корреляции между случайными величинами ,  приведены в таблице 3

Таблица 3

Статистические оценки основных режимных параметров внутридомовой сети

Жилой дом

M ()

M ()

D ()

D ()

Чкалова, 117

0,695

1,072

0,0277

0,000346

0,004181

0,000110

0,193

Чкалова, 129

0,705

1,025

0,0844

0,000776

0,000557

0,000173

0,012

Громова, 140

0,705

1,135

0,0475

0,000324

0,009795

0,000050

0,061

Онуфриева, 22

0,690

1,057

0,0788

0,000422

0,004725

0,001232

-0,036

 

Значения коэффициентов корреляции между случайными величинами укладываются по абсолютной величине в диапазон от 0,012 до 0,193, что свидетельствует о слабой зависимости между коэффициентом связи и коэффициентом неравномерности. Расчет выборочных средних значений и дисперсий потерь электроэнергии выполнен при допущении независимости случайных величин  между собой.

Рис. 5 График коэффициента неравномерности фазных токов многоквартирного жилого дома на Громова, 140

Рис.6 График коэффициента связи между потерями напряжения и потерями мощности во внутридомовой сети многоквартирного жилого дома на Громова, 140

 

Расчет годового числа часов использования максимальной нагрузки и числа часов наибольших потерь выполнен по недельным графикам активной мощности. Результаты расчета приведены в таблице 4

Таблица 4

Результаты расчета числа часов наибольших потерь мощности

Жилой дом

p ср, кВт

p макс ,кВт

Tмакс, час

t, час

 t / Tмакс

Чкалова, 117

36,6

68,4

4685

3076

0,656

Чкалова, 129

69,2

141,3

4289

2678

0,624

Громова, 140

23,4

42,9

4782

3177

0,664

Онуфриева, 22

45,4

99,5

4001

2406

0,601

 

Результаты расчета потерь электроэнергии в обследуемых внутридомовых сетях 4-х жилых многоквартирных домов приведены в таблице 5.

Таблица 5

Результаты расчета потерь электроэнергии во внутридомовых сетях

Жилой дом

Доверительный интервал  при уровне надежности 0,9

Чкалова, 117

1,35%

0,52%

0,16%

(1,20%; 1,51%)

Чкалова, 129

3,81%

0,62%

0,19%

(3,63%; 4,00%)

Громова, 140

2,52%

0,44%

0,13%

(2,39%; 2,66%)

Онуфриева, 22

3,46%

1,56%

0,47%

(2,99%; 3,93%)

 

Выводы и рекомендации

1.      Усовершенствован метод расчета потерь электроэнергии в низковольтных линиях в зависимости от величины падения напряжения применительно к внутридомовым сетям, позволяющий  учесть особенности схем внутридомовых сетей и режимов их  работы. Результаты расчета потерь представляются в виде доверительного интервала значений потерь со статистическим средним потерь электроэнергии. По предложенному методу выполнен расчет потерь во внутридомовых сетях четырех жилых многоквартирных домов Ленинского района г. Екатеринбурга. Среднее значение потерь электроэнергии в обследуемых сетях составило от 1,35% в доме по ул. Чкалова 117 до 3,81% в доме по ул. Чкалова 129.

2.      Число часов использования максимальной нагрузки жилых многоквартирных домов составляет 4000-4700 часов в год.

3.      Суточные графики активной нагрузки жилых многоквартирных домов имеют ярко выраженный максимум, приходящийся на 19-21 часов. Минимальная активная нагрузка наблюдается в ночные часы суток. Максимум активной нагрузки в 4-5 раз больше минимальной активной нагрузки. Суточный график реактивной нагрузки домов более сглажен, максимум реактивной нагрузки в 2 раза больше минимума и приходится на часы максимальной активной нагрузки. Среднее значение коэффициента реактивной мощности жилых домов с электроплитами составляет 0,98, для жилых домов с газовыми плитами 0,97.

4.      Коэффициент связи между относительными значениями потерь напряжения и потерь мощности изменяется незначительно. Оценки средних значений коэффициента связи по всем обследуемым внутридомовым сетям изменяются от 0,69 до 0,71.

5.      Наибольшее значение коэффициента,  учитывающего неравномерность распределения нагрузок по фазам, равно 1,58 и наблюдаются в сети жилого дома на Онуфриева 22. Оценки средних значений коэффициента неравномерности фазных нагрузок по всем обследуемым сетям изменяются от 1,03 до 1,14.

6.      В жилых домах с электроплитами относительная величина потерь напряжения до удаленной точки внутридомовой сети в режиме максимальной нагрузки изменяется в большей степени, чем в домах с газовыми плитами. Наибольший диапазон изменения относительных потерь напряжения наблюдается в доме на ул. Онуфриева 22, от 5% до 12%.

7.      В одном из жилых домов, по ул. Чкалова 129, имеется существенный перекос фазных напряжений в удаленной точке внутридомовой сети. В разных сериях измерений перекос напряжений перемежается по фазам, при этом на вводном устройстве существенного перекоса фазных напряжений не наблюдается. В отдельных режимах напряжение одной из фаз снижается до 200 вольт, что соответствует предельно допустимому отклонению напряжения на зажимах электроприемников. Данное обстоятельство свидетельствует о перегрузке внутридомовой сети и ее не соответствию квартирным нагрузкам, что обуславливает высокий уровень потерь электроэнергии во внутридомовой сети, 3,8% от отпуска электроэнергии в сеть. Необходимо усиление сети жилого дома на ул. Чкалова 129.

Следует продолжить работы по обследованию внутридомовых сетей жилых многоквартирных домов в г. Екатеринбурге для дальнейшего совершенствования методики расчета потерь электроэнергии во внутридомовых сетях и получения надежных статистических данных по потерям электроэнергии в этих сетях.

Источник: http://portalenergetika.com/

Категории статьи:
Перспективные вопросы развития энергетики | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия
Нормативная база в электроэнергетике | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия | Сбытовые компании
Рынок электроэнергетики | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия | Сбытовые компании
Энергоэффективность и энергосбережение | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия | Сбытовые компании
Метрология и учет в электроэнергетике | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия
Эту страницу просмотрели 13182 раза