VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Потеря электроэнергии в электрических сетях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Баклажко Е.С. 1

---

1Калиновский Филиал Государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения Республики Крым «Джанкойский профессиональный техникум»

Ибрагимова А.Р. 1

---

1Калиновский Филиал Государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения Республики Крым «Джанкойский профессиональный техникум»

Работа в формате PDF

230 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Объект исследования: математическая статистика – как практическая наука.

Предмет исследования: статистические данные по некоторым направлениям электроэнергии в Республике Крым.

Гипотеза: результаты статистических исследований широко используются для практических и научных выводов.

Методы исследования: поисковый с использованием научной и учебной литературы, а также поиск необходимой информации в сети Интернет;

-сбор информации, анализ полученных в ходе исследования данных.

Цель работы: собрать статистические данные по электроэнергии, потери электроэнергии в электрических сетях, обработать полученную информацию и представить ее в виде диаграмм, а также сделать анализ исследования.

Задачи:

-изучить литературные источники и Интернет- источники, в которых описывается понятие «математическая статистика» и ее основные характеристики;

-собрать и обработать данные о потери электроэнергии в электрических сетях, познакомить с выводами;

-создать диаграммы для описания результатов потери электроэнергии в Республике Крым;

-развить навыки самостоятельной работы: поиск информации, отбор и оформление найденного материала;

-сделать вывод о подтверждении или опровержении выдвинутой гипотезы.

Актуальность данной темы состоит в том, что статистика позволяет увидеть связь математики с конкретными жизненными ситуациями, формирует у обучающихся по профессии «Электромонтер устройств СЦБ» также важные в современном обществе умения, как понимание и интерпретация результатов статистических исследований, широко представленных в средствах массовой информации, позволяет сделать прогноз на будущее.

Предлагаемая вниманию исследовательская работа посвящена потери электроэнергии в электрических сетях. Задумывались ли вы когда- нибудь над тем, почему идет потеря электроэнергии в электрических сетях? Задумался я над этим вопросом, когда рассматривали тему «Математическая статистика». Поэтому выбрал именно эту тему для исследования. В будущем я хотел бы связать свою жизнь с электричеством. Поэтому уже сейчас интересуюсь, так как без электроэнергии жизнь цивилизации практически невозможна. Даже если на сутки в больших городах планеты исчезнет электроэнергия- начнется хаос.

Электрическая энергия.

Историческая справка

Промышленное использование электроэнергии во всем мире началось не ранее второй половины XIX века, и, соответственно, история электроэнергетики России начинается примерно в этот же период. Электроэнергетика постепенно развивалась, были построены мощные электростанции. К концу советской власти, в 1991 году, функционировало уже 28 энергоблоков общей номинальной мощностью 20 242 МВт.

Обзор литературы

Проблема расчета потерь электроэнергии волнует нас всех, но почему- то выпускают очень мало книг по данной теме, т.к. мало что изменилось в принципиальном устройстве сетей.

Одной из последних книг, выпущенных по данной теме, является книга Железко Ю.С. «Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях». В этой книге наиболее полно представлена структура потерь электроэнергии, методы анализа потерь и выбор мероприятий по их снижению. Обоснованы методы нормирования потерь. Подробно описано программное обеспечение, реализующее методы расчета потерь.

В статье Галанова В.П., Галанова В.В. «Влияние качества электроэнергии на уровень ее потерь в сетях» уделено внимание актуальной проблеме качества электроэнергии, что оказывает существенное влияние на потери электроэнергии в сетях.

Статья Воротницкого В.Э., Загорского Я.Т. и Апряткина В.Н. «Расчет , нормирование и снижение потерь электроэнергии в городских электрических сетях» посвящена уточнению существующих методов расчета потерь электроэнергии, нормированию потерь в современных условиях, а также новым методам снижения потерь.

Типы электростанций.

Основную часть электрической энер­гии вырабатывают:

1) тепловые станции (ТЭС); 2) атомные электрические станции (АЭС);

3) гидравлические электрические станции (ГЭС) и гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

Незначительную часть энергии выра­батывают дизельные электростанции (ДЭС), а также ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ).

Особое место занимают электростан­ции, работающие на возобновляемых источниках энергии: солнечные (СЭС), ветровые (ВЭС), геотермальные (ГЕОТЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Однако суммарная мощность этих станций незначительна.

Мощность электрических станций различного типа зависит от наличия и размещения на территории страны теплоэнергетических и гидроэнерге­тических ресурсов, их технико-экономи­ческих характеристик, включая затраты на транспорт топлива, и от технико-экономических показателей станций.

Структура потерь электроэнергии в электрических сетях

При передаче электрической энергии в каждом элементе электрической сети возникают потери. Для изучения составляющих потерь в различных элементах сети и оценки необходимости проведения того или иного мероприятия, направленного на снижение потерь, выполняется анализ структуры потерь электроэнергии.

Фактические (отчетные) потери электроэнергии  определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпущенной из сети потребителям. Эти потери включают в себя составляющие различной природы: потери в элементах сети, имеющие чисто физический характер, расход электроэнергии на работу оборудования, установленного на подстанциях и обеспечивающего передачу электроэнергии, погрешности фиксации электроэнергии приборами ее учета и, наконец, хищения электроэнергии, неоплату или неполную оплату показаний счетчиков и т.п.

Разделение потерь на составляющие может проводиться по разным критериям: характеру потерь (постоянные, переменные), классам напряжения, группам элементов, производственным подразделениями и т.д. Учитывая физическую природу и специфику методов определения количественных значений фактических потерь, они могут быть разделены на четыре составляющие:

1) технические потери электроэнергии ;2) расход электроэнергии на собственные нужд подстанций ;3) потери электроэнергии, обусловленные инструментальными погрешностями их измерения (инструментальные потери) ;4) коммерческие потери ,

В настоящее время по каждому РЭС и ПЭС энергосистем технические потери в сетях 0,38 - 6 - 10 кВ рассчитываются ежемесячно и суммируются за год. Полученные значения потерь используются для расчета планируемого норматива потерь электроэнергии на следующий год.

Климатические потери электроэнергии.

Способы борьбы с потерямиэлектроэнергии.

Первый и самый простой методзаключается в уменьшении сопротивления нулевого провода.

Второй метод борьбы с потерями. Этот способ также заключается в уменьшении сопротивления ЛЭП.

Третий метод борьбы с потерями.

Этот метод прост и понятен всем: банальная замена изношенного провода на новый, возможно с лучшими эксплуатационными характеристиками. Четвертый метод борьбы с потерями.

Для уменьшения потерь можно использовать специальные стабилизаторы напряжения, устанавливаемые на входе в дом или другое сооружение. Пятый метод.

Также можно использовать компенсаторы реактивной мощности.

Шестой метод – борьба с воровством.

В данном случае оптимальным решением будет вынос прибора учета (электросчетчика) из дома и монтаж его на опорном столбе ЛЭП в особом защитном кожухе.

Выводы.

Электрическая энергия, передаваемая по электрическим сетям, для своего перемещения расходует часть самой себя. Часть выработанной электроэнергии расходуется в электрических сетях на создание электрических и магнитных полей и является необходимым технологическим расходом на ее передачу. Для выявления очагов максимальных потерь, а также проведения необходимых мероприятий по их снижению необходимо проанализировать структурные составляющие потерь электроэнергии. Наибольшее значение в настоящее время имеют технические потери, т.к именно они являются основой для расчета планируемых нормативов потерь электроэнергии.

В зависимости от полноты информации о нагрузках элементов сети для расчета потерь электроэнергии могут использоваться различные методы. Также применение того или иного метода связано с особенностью рассчитываемой сети. Таким образом, учитывая простоту схем линий сетей 0,38 - 6 - 10 кВ, большое количество таких линий и низкую достоверность информации о нагрузках трансформаторов, в этих сетях для расчета потерь используются методы, основанные на представлении линий в виде эквивалентных сопротивлений. Применение подобных методов целесообразно при определении суммарных потерь во всех линиях или в каждой, а также для определения очагов потерь.

Процесс расчета потерь электроэнергии является достаточно трудоемким. Для облегчения подобных расчетов существуют различные программы, которые имеют простой и удобный интерфейс и позволяют произвести необходимые расчеты гораздо быстрее.

Практическая часть.

Баланс электрической энергии и мощности ГУП РК «Крымэнерго». Покупка и продажа электроэнергии (2016 г. )

Дается выборка цены на электроэнергию. Составим вариационный ряд, т.е. расположим все элементы упорядоченно по возрастанию величины:

803,14; 803,14; 803,14; 803,14; 1073,95; 1073,95; 1073,95; 1073,95; 1073,95; 1073,95; 1073,95; 1242,24.

Найдем моду вариационного ряда, т.е. то значение варианты, встречается в вариационном ряду чаще всего:

М_о= 1073,95

Найдем медиану, т.е. ту варианту, которая лежит посредине вариационного ряда:

М_е= = 1073,95

Найдем размах вариационного ряда, т.е. разность между последним и первым членом вариационного ряда:

R= x_max-x_min=1242,24-803,14=439,1

Н айдем среднее выборочное х_о:

Х_о= = 11972,45

Покажем количественную характеристику в виде таблицы:

цена	803,14	1073,95	1242,24
Кол-во	4	7	1

Наглядно изобразить эти данные можно с помощью столбчатой диаграммы, которые наз. в статистике гистограммами.

Информация об объемах фактического полезного отпуска электрической энергии (мощности) ГУПРК «Крымэнерго» за 2017 г.

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Использованные в примере расчета параметры электрической сети и режима ее работы приняты по реальному объекту, имеющему сети напряжением 6 и 0,4 кВ, 6 ЦП и 14 отходящих линий. Схема питания потребителей - петлевая, в нормальном режиме - разомкнутая. Электрическая сеть имеет 9 РП и 168 ТП.

Через электросеть потребителя передано за предыдущий год 4488444 МВт.ч электроэнергии; отчетные потери - 8%.

Расчет потерь электроэнергии в сети напряжением 6 кВ

1. Для расчета потерь электрической энергии в сети напряжением 6 кВ составляются таблицы 1, 2, в которые из принципиальной схемы сети заносятся марки, сечения, длина проводов и кабелей всех участков питающей и распределительной сети.

2. По суточным графикам нагрузок всех распределительных линий, отходящих от ЦП, заполняется таблица 3.

3. Расчет выполняется для одной распределительной линии, отходящей от ЦП (фидер L) (рис. 1.).

4. Активное сопротивление всей распределительной линии фидера L определяется суммированием данных, приведенных в таблицах 1 и 2.

R = 0,208 + 0,647 + 0,196 + 0,05 + 0,07 + 0,07 + 0,141 +

+ 0,087 + 0,086 + 0,131 = 1,686 Ом.

5. Активное сопротивление участка распределительной линии фидера L,

R = 0,208 Ом., К = 0,19.

6. Для определения моды распределения напряжения U(М) используются суточные графики напряжения, снятые на шинах L за зимний и летний рабочие дни, и данные таблицы 4.

Таблица 4

ВАРИАЦИОННЫЙ РЯД

i = 0,1 - значение интервала (0,1 кВ) между максимальным и

минимальным напряжением интервала;

U_мо - нижняя граница интервала с наибольшим количество значений, в котором лежит мода;

r¹ _мо - частота, соответствующая этому интервалу;

r¹ _мо-1 - частота соответственно по предыдущему и последующему

r¹ _мо+1

интервалам.

25/50 - 12/50

U_м = 6,35 + -------------------------------- x 0,1 = 6,38 кВ.

2 x 25/50 - 12/50 - 0/50

7. Количество активной энергии переданной в распределительную линию:

W_a = 5954076 кВтч

Количество реактивной энергии в распределительной линии:

W_p= 1120500 кВАрч

8.Средняя величина тока линии за расчетный период - год (8760 ч):

, А

9. Значения минимального годового тока I_мин = 30 А и максимального годового тока I_м = 145 А берутся из суточных графиков нагрузки для летнего и зимнего рабочих дней на шинах L (таблица 3 ).

10. Относительное значение средней величины нагрузки:

По графику (рис. 2) определяем  = 0,22

11. Потери электроэнергии в распределительной линии L за расчетный период (год) равны:

W_L = 30,191,6868760[30² + (145² - 30²)0,22]10^-3 = 40607 кВтч

Расчет потерь электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ

14. В качестве исходных данных для расчета потерь электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ (табл. 6) приняты:

24 ТП, имеющие наиболее протяженные распределительные линии; падение напряжения в конце каждой линии:

U_cp = U_{cp ф1} - U_{cp ф2};

фазные токи отходящих от ТП распределительных линий; количество электроэнергии, поступившей в сеть 0,4 кВ

96063354-3000500 = 93062854 кВтч;

15. Процент потерь электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ определяется по формуле 20:

W_н.н% = 0,781,0844,3%2700/4600 = 2,14% или

W_н.н = 930628540,0214 = 1991545 кВтч,

где 1,084= - средний коэффициент дополнительных потерь из-за равномерной нагрузки фаз ;

4,3% = среднее значение потери напряжения в (%%) в сети 0,4 кВ (таблица 5).

16. На распределительных линиях, отходящих от ТП 56, ТП 6, необходимо провести мероприятие по выравниванию нагрузки фаз, так как величина коэффициента дополнительных потерь значительно отличается от единицы.

Данные для расчета потерь электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ

17. Структура потерь электроэнергии в городской электрической сети:

Общие потери электроэнергии по сети 6 кВ

18. Небаланс потерь электроэнергии составил величину:

НБ = 8% - 6,74% = 1,26%

Далее выясняются причины небаланса потерь свыше 1% и принимаются меры к их устранению.

Вывод.

Снижение потерь электроэнергии при передаче и распределении является актуальной задачей энергоснабжающих организаций и одним из основных направлений энергосбережения.

Основным условием работы электрической сети с минимальными потерями является ее рациональное построение. При этом особое внимание должно быть уделено правильному определению точек деления в замкнутых сетях, экономичному распределению активных и реактивных мощностей, внедрению замкнутых и полузамкнутых схем сети 0,4 кВ.

В моих расчетах потери энергии в рационально построенных и нормально эксплуатируемых сетях по городу 4,3%, по району 6,74 % не превышают обоснованного технологического расхода энергии при ее передаче и распределении.

Мероприятия по снижению потерь (МПС) могут быть условно разделены на три группы:

- организационные, к которым относятся МПС по совершенствованию эксплуатационного обслуживания электрических сетей и оптимизации их схем и режимов (малозатратные и беззатратные МПС);

- технические, к которым относятся мероприятия по реконструкции, модернизации и строительству сетей (МПС, требующие капитальных затрат);

- мероприятия по совершенствованию учета электроэнергии, которые могут быть как беззатратные, так и требующих дополнительных затрат (при организации новых точек учета).

В состав мероприятий по совершенствованию учета следует предусматривать:

- применение приборов учета (электросчетчики, измерительные трансформаторы) более высокого класса точности измерения;

- осуществление мер по предупреждению несанкционированного доступа к клеммам средств измерений;

- внедрение автоматизированных систем учета, сбора и передачи информации;

- проведение организационных и технических мероприятий по предупреждению выявления и устранению безучетного потребления электрической энергии.

Характерной особенностью режима работы электрических сетей 0,4 кВ является неравномерность загрузки фаз.

Величина потерь мощности при неравномерной нагрузке фаз Р_н может быть выражена как

Р_н = К_д.пР_с,

где Р_с - потери мощности при симметричной нагрузке фаз, кВт;

К_д.п - коэффициент дополнительных потерь при неравномерной нагрузке.

Выравнивание нагрузок производится переключением нагрузки с более загруженной фазы на менее загруженные после проведения замеров нагрузок по фазам линии и анализа результатов.

Заключение. Перспективы дальнейшего исследования.

Потерями в электросетях считают разность между переданной электроэнергией от производителя до учтенной потребленной электроэнергией потребителя. Потери происходят на ЛЭП, в силовых трансформаторах, за счет вихревых токов при потреблении приборов с реактивной нагрузкой, а также из-за плохой изоляции проводников и хищения неучтенного электричества.

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

Что еще важно знать?

Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов. Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi. Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный. Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно. Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

В Крыму построили две новые электростанции – Севастопольская ПГУ-ТЭС и Симферопольская ПГУ-ТЭС. Первый блок мощностью 235 МВт запущен в работу в пусконаладочном режиме 1 октября 2018 года. Ввод второго блока в эксплуатацию ожидается в начале ноября.

Цель строительства — снизить нагрузку на передающие сети, что позволит повысить надёжность и сократит затраты на реконструкцию ЛЭП.

В своей исследовательской работе узнал о потери электроэнергии в электрических сетях. Научился находить потерю электроэнергии по формуле, потерю активной и реактивной электроэнергии в распределительной линии за расчетный период времени. А также находить средний ток нагрузки и коэффициенты.

Исследование может быть полезным и интересным для студентов, обучающихся по специальности «Электромонтер устройств СЦБ», а также работникам, занятым в области электроэнергетики.

Работа рассматривает лишь один из аспектов проблемы. Исследования в этом направлении могут быть продолжены.

Это могло бы быть изучение не только потери электроэнергии в электрических сетях, но и сколько стоит экономия электроэнергии? (снижение финансовых затрат, повышение комфорта, бережное отношение к природе, сохранение топливно-энергетических ресурсов.)

Список литература:

1.Артемьев А. В., Савченко О. В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. — С. 280.: ил.
2.Воротницкий В.Э., Загорский Я.Т., Апряткин В.Н., Западнов А.А. Расчеты, нормирование и снижение потерь электрической энергии в городских электрических сетях - ж-л "Электрические станции", № 5, 2000.

3.Железко Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов. — М.: ЭНАС, 2009. — С. 456. 

4. Муров А.Е., Мольский А.В., Воротницкий В.Э., Лозенко В.К. и др. Система энергетического менеджмента в электросетевом комплексе. ИПК «Платина», 2014.

5.Об утверждении статистического инструментария для организации федерального статистического наблюдения за деятельностью предприятий. Приказ Росстата № 470 от 29.08.2012.

6. Современные методы и средства расчета, нормирования и снижения технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях (информационно-методические материалы международного научно-технического семинара, 20-24.11.2000, г. Москва).

7.Стратегия развития электросетевого комплекса Российской Федерации (утв. Распоряжением Правительства РФ № 511-р от 03.04.2013).

8. Г.В. Савицкая. Анализ хозяйственной деятельности предприятия: Учебное пособие / 7-е изд. Испр.. – Мн.: Новое знание, 2002.- 704с.;

9. П.Н. Шуляк. Финансы предприятия: Учебник – М.: Изд-1 Дом «Дашков и К», 2000. – 752с.;

Интернетресурсы:

Electric power transmission and distribution losses (% of output) // http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.LOSS.ZS

Приложение

Таблица 1

ЗНАЧЕНИЯ АКТИВНОГО И ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ .

Таблица 2

ЗНАЧЕНИЯ АКТИВНОГО И ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ И НАГРУЗКИ УЧАСТКОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ФИДЕРА L.

Таблица 3

По суточным графикам нагрузок всех распределительных линий, отходящих от ЦП.

Таблица 4

ВАРИАЦИОННЫЙ РЯД

Таблица 5

Расчет потерь электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ