Втрата електроенергії в мережі

Електричні мережі являють собою перетворюючі і розподільні системи, з’єднані між собою силовими проводами і кабелями. Від місця виробництва електричної енергії кінцевий споживач знаходиться, як правило, на досить віддаленому відстані (сотні і тисячі кілометрів). На всьому цьому проміжку електромережі розташовуються безліч систем трансформації і розгалуження, які складаються зі спеціальних комутаційних пристроїв і провідників.

Як ми знаємо, електричний струм, поточний в твердих провідниках є впорядковане переміщення електронів, які при своєму русі зустрічають безліч перешкод в кристалічній структурі речовини. Після того як летить електрон натикається на перешкоду йому доводиться віддати частину своєї внутрішньої енергії на подолання перешкоди. Віддана енергія перетворюється в енергію тепла, що безповоротно розсіюється в навколишньому середовищі. За допомогою цього явища відбувається втрата електроенергії в мережах.

З огляду на вищесказане можна зробити простий висновок – чим більше електронів пройде крізь провідник, тим більше буде втрачено електроенергії з марно виділеним теплом. Що б це явище знизити (а, отже, зменшити втрату електроенергії в мережах) широко використовують спосіб передачі електричної енергії на відстань, при якому за коштами перетворення знижують силу струму і підвищують напругу (це відноситься до змінних електромереж). При передачі високої напруги і малої сили струму нам вдається раціонально використовувати електричну систему, в результаті чого втрата електроенергії в мережах зводиться до мінімуму. Але це не єдина причина втрати.

На довгому шляху переміщення електричної енергії стоять безліч комутаційних (переключающих) пристроїв. Кожне таке пристрій (реле, пускачі, контактори, електричні вимикачі і перемикачі і т.д.) має електричні силові контакти, які хоч і зроблені надійно, але все ж вони мають більший опір в порівнянні з однорідним провідником (проводом, кабелем). Згодом ці контакти старіють і зношуються, а це призводить до погіршення електричної провідності, і знову ж таки – додаткова втрата електроенергії в мережі.

Крім електричних контактів комутаційних пристроїв ще слід додати звичайні контакти на місцях під’єднання проводу та кабелю до різних систем, апаратів, пристроїв, елементів і т.д. У сумі ці всі місця електричного з’єднання дають досить значиму величину втрати електроенергії в мережах. Добре якщо певні ділянки електричних розподільних мереж час від часу проходять періодичну профілактику і контроль, і в разі виявлених несправностей оперативно наводяться в нормальний робочий стан. Але ж існує безліч ділянок, які не контролюються, поки щось зовсім не вийде з ладу.

До перерахованого списку факторів, що впливають на втрату електроенергії в мережах варто додати і ще одне. Яка б хороша діелектрична ізоляція струмопровідних провідників була, все одно існують певні величини струму витоку на землю. Це в разі нової токопроводящей частини мережі, а якщо брати до уваги старі місця, де захисна ізоляція постаріла і втратила свої первісні якості діелектрика. Результатом буде збільшення втрат електроенергії в мережі.

Існує ще одне явище, при якому відбувається значна втрата електроенергії в мережах. Це вплив реактивної потужності на окремі ділянки, де присутні індуктивні і ємнісні елементи. Зазвичай велика реактивна складова виникає там, де працюють електродвигуни. Для зниження впливу реактивної потужності застосовують різні компенсаційні системи і пристрої.

Втрати електроенергії в електричних мережах

Втрати електроенергії в електричних мережах неминучі, тому важливо щоб вони не перевищували економічно обґрунтованого рівня. Перевищення норм технологічних витрат говорить про виниклі проблеми. Щоб виправити ситуацію необхідно встановити причини виникнення нецільових витрат і вибрати способи їх зниження. Зібрана в статті інформація описує багато аспектів цього непростого завдання.

Види і структура втрат

Під втратами мається на увазі різниця між відпущеної споживачам електроенергії та фактично надійшла до них. Для нормування втрат і розрахунків їх фактичної величини, була прийнята наступна класифікація:

• Технологічний фактор. Він прямо залежить від характерних фізичних процесів, і може змінюватися під впливом навантаження складової, умовно-постійних витрат, а також кліматичних умов.
• Витрати, що витрачаються на експлуатацію допоміжного обладнання та забезпечення необхідних умов для роботи техперсоналу.
• Комерційна складова. До даної категорії відносяться похибки приладів обліку, а також інші фактори, що викликають недооблік електроенергії.

Нижче представлений середньостатистичний графік втрат типовий електрокомпаніі.

Орієнтовна структура втрат

Як видно з графіка найбільші витрати пов’язані з передачею по повітряних лініях (ЛЕП), це становить близько 64% ​​від загального числа втрат. На другому місці ефект коронування (іонізація повітря поряд з проводами ПЛ і, як наслідок, виникнення розрядних струмів між ними) – 17%.

Коронний розряд на ізоляторі ЛЕП

Виходячи з представленого графіка, можна констатувати, що найбільший відсоток нецільових витрат припадає на технологічний фактор.

Основні причини втрат електроенергії

Розібравшись із структурою, перейдемо до причин, що викликають нецільової витрати в кожній з перерахованих вище категорій. Почнемо з складових технологічного фактора:

1. Навантажувальні втрати, вони виникають в ЛЕП, обладнанні і різних елементах електромереж. Такі витрати безпосередньо залежать від сумарного навантаження. До цієї складову входять:

• Втрати в ЛЕП, вони безпосередньо пов’язані з силою струму. Саме тому при передачі електроенергії на великі відстані використовується принцип підвищення в кілька разів, що сприяє пропорційного зменшення струму, відповідно, і витрат.
• Витрата в трансформаторах, що має магнітну і електричну природу ( 1 ). Як приклад нижче наведено таблицю, в якій наводяться дані витрат на трансформаторах напруги підстанцій в мережах 10 кВ.

Втрати в силових трансформаторах підстанцій

Нецільової витрати в інших елементах не входить в дану категорію, зважаючи на складнощі таких розрахунків і незначного обсягу витрат. Для цього передбачена наступна складова.

1. Категорія умовно-постійних витрат. У неї входять витрати, пов’язані зі штатною експлуатацією електрообладнання, до таких належать:

• Холоста робота силових установок.
• Витрати в обладнанні, що забезпечує компенсацію реактивної навантаження.
• Інші види витрат в різних пристроях, характеристики яких не залежать від навантаження. Як приклад можна прівестісіловую ізоляцію, прилади обліку в мережах 0,38 кВ, змерітельние трансформатори струму, обмежувачі перенапруги і т.д.

1. Кліматична складова. Нецільової витрати електроенергії може бути пов’язаний з кліматичними умовами характерними для тієї місцевості, де проходять ЛЕП. У мережах 6 кВ та вище від цього залежить величина струму витоку в ізоляторах. В магістралях від 110 кВ велика частка витрат припадає на коронні розряди, виникнення яких сприяє вологість повітря. Крім цього в холодну пору року для нашого клімату характерно таке явище, як обмерзання на проводах високовольтних ліній, а також звичайних ЛЕП. Ожеледь на ЛЕП

З огляду на останній фактор, слід враховувати витрати електроенергії на розплавлення льоду.

Витрати на підтримку роботи підстанцій

До даної категорії віднесені витрати електричної енергії на функціонування допоміжних пристроїв. Таке обладнання необхідно для нормальної експлуатації основних вузлів, що відповідають за перетворення електроенергії та її розподіл. Фіксація витрат здійснюється приладами обліку. Наведемо список основних споживачів, що відносяться до даної категорії:

• системи вентиляції та охолодження трансформаторного обладнання;
• опалення та вентиляція технологічного приміщення, а також внутрішні освітлювальні прилади;
• освітлення прилеглих до підстанцій територій;
• зарядний обладнання АКБ;
• оперативні ланцюга і системи контролю і управління;
• системи обігріву зовнішнього обладнання, наприклад, модулі управління повітряними вимикачами;
• різні види компресорного обладнання;
• допоміжні механізми;
• обладнання для ремонтних робіт, апаратура зв’язку, а також інші пристосування.

Комерційна складова

Під даними витратами мається на увазі сальдо між абсолютними (фактичними) і технічними втратами. В ідеалі така різниця повинна прагнути до нуля, але на практиці це не реально. В першу чергу це пов’язано з особливостями приладів обліку відпущеної електроенергії та електролічильників, встановлених у кінцевих споживачів. Йдеться про похибки. Існує ряд конкретних заходів для зменшення втрат такого виду.

До цієї складової також відносяться помилки в рахунках, виставлених споживачу і розкрадання електроенергії. У першому випадку подібна ситуація може виникнути з наступних причин:

• в договорі на поставку електроенергії вказана неповна або неправильна інформація про споживача;
• неправильно вказаний тариф;
• відсутність контролю за даними приладів обліку;
• помилки, пов’язані з раніше відкоригованими рахунками і т.д.

Що стосується розкрадань, то ця проблема має місце в усіх країнах. Як правило, такими протизаконними діями займаються недобросовісні побутові споживачі. Зауважимо, що іноді виникають інциденти і з підприємствами, але такі випадки досить рідкісні, тому не є визначальними. Характерно, що пік розкрадань доводиться на холодну пору року, причому в тих регіонах, де є проблеми з теплопостачанням.

Розрізняють три способи розкрадання (заниження показань приладу обліку):

1. Механічний. Під ним мається на увазі відповідне втручання в роботу приладу. Це може бути пригальмовування обертання диска шляхом прямого механічного впливу, зміна положення електролічильника, шляхом його нахилу на 45 ° (для тієї ж мети). Іноді застосовується більш варварський спосіб, а саме, зриваються пломби, і проводиться розбалансування механізму. Досвідчений фахівець моментально виявить механічне втручання.
2. Електричний. Це може бути як незаконне підключення до повітряної лінії шляхом «накиду», метод інвестування фази струму навантаження, а також використання спеціальних приладів для його повної або часткової компенсації. Крім цього є варіанти з шунтуванням кола струму приладу обліку або перемикання фази і нуля.
3. Магнітний. При даному способі до корпусу індукційного приладу обліку підноситься неодимовий магніт.

Магніт може впливати тільки деякі старі моделі електролічильників

Практично всі сучасні прилади обліку «обдурити» вищеописаними способами не вдасться. Мало того, подібні спроби втручання можуть бути зафіксовані пристроєм і занесені в пам’ять, що призведе до сумних наслідків.

Поняття нормативу втрат

Під даним терміном мається на увазі установка економічно обґрунтованих критеріїв нецільового витрати за певний період. При нормуванні враховуються всі складові. Кожна з них ретельно аналізується окремо. За підсумком виробляються обчислення з урахуванням фактичного (абсолютного) рівня витрат за минулий період і аналізу різних можливостей, що дозволяють реалізувати виявлені резерви для зниження втрат. Тобто, нормативи не статичні, а регулярно переглядаються.

Під абсолютним рівнем витрат в даному випадку мається на увазі сальдо між переданої електроенергією і технічними (відносними) втратами. Нормативи технологічних втрат визначаються шляхом відповідних обчислень.

Хто платить за втрати електрики?

Все залежить від визначальних критеріїв. Якщо мова йде про технологічні чинники та витрати на підтримку роботи супутнього обладнання, то оплата втрат закладається в тарифи для споживачів.

Зовсім по іншому йде справа з комерційної складової, при перевищенні закладеної норми втрат, вся економічна навантаження вважається витратами компанії, що здійснює відпуск електроенергії споживачам.

Способи зменшення втрат в електричних мережах

Знизити витрати можна шляхом оптимізації технічної та комерційної складової. У першому випадку слід вжити таких заходів:

• Оптимізація схеми і режиму роботи електромережі.
• Дослідження статичної стійкості і виділення потужних вузлів навантаження.
• Зниження сумарної потужності за рахунок реактивної складової. В результаті частка активної потужності збільшиться, що позитивно відіб’ється на боротьбі з втратами.
• Оптимізація навантаження трансформаторів.
• Модернізація обладнання.
• Різні методи вирівнювання навантаження. Наприклад, це можна зробити, ввівши багатотарифні систему оплати, в якій в години максимального навантаження підвищена вартість кВт / год. Це дозволить істотно споживання електроенергії в певні періоди доби, в результаті фактичне напруга не буде «просідати» нижче допустимих норм.

Зменшити комерційні витрати можна наступним чином:

• регулярний пошук несанкціонованих підключень;
• створення або розширення підрозділів, що здійснюють контроль;
• перевірка показань;
• автоматизація збору та обробки даних.

Методика і приклад розрахунку втрат електроенергії

На практиці застосовують такі методики для визначення втрат:

• проведення оперативних обчислень;
• добовий критерій;
• обчислення середніх навантажень;
• аналіз найбільших втрат переданої потужності в розрізі доби-годин;
• звернення до узагальненими даними.

Повну інформацію по кожній з представлених вище методик, можна знайти в нормативних документах.

На завершення наведемо приклад обчислення витрат в силовому трансформаторі TM 630-6-0,4. Формула для розрахунку і її опис наведено нижче, вона підходить для більшості видів подібних пристроїв.

Розрахунок втрат в силовому трансформаторі

Для розуміння процесу слід ознайомитися з основними характеристиками TM 630-6-0,4.

Тепер переходимо до розрахунку.