Расчет потерь электроэнергии в электросетях

Чтобы понять, что представляют собой потери электроэнергии в электрических сетях, потребуется разобраться с самой системой электроснабжения. Она состоит из ряда конструктивных элементов, каждый из которых в определенных условиях вносит вклад в непроизводительные издержки. Кроме того, они могут быть связаны с необходимостью удовлетворения собственных потребностей на вспомогательное оборудование подстанций. Из этого следует вывод, что без потерь в электрических цепях обойтись практически невозможно.

Виды и структура

Потери в электросетях с точки зрения энергосбережения – это разница между отпущенным поставщиком объемом электричества и той энергией, которую по факту получает потребитель. С целью нормирования и подсчета их реальной величины была принята следующая классификация:

• потери технологического характера;
• эксплуатационные (коммерческие) издержки;
• фактические непроизводительные расходы.

Технические потери обусловлены особенностями прокладки линий электроснабжения, а также рассеянием энергии на контактах. Сюда же входит отбор части поставляемой электрической энергии на нужды вспомогательного оборудования. Технологическая составляющая включает расходы в нагрузочных цепях и климатическую компоненту.

Второй фактор – коммерческий – обычно увязывается с такими неустранимыми причинами, как погрешность приборов, измеряющих контролируемые параметры. В нем также учитывается ряд нюансов, касающихся ошибочных снятий показаний по потреблению и хищений энергии.

Проведенные исследования убедительно доказывают, что максимальный уровень издержек приходится на передачу энергии высоковольтными линиями ЛЭП (до 64 процентов).

Большую их часть составляют расходы на ионизацию воздуха из-за коронарного разряда (17%). Фактическими называют потери, которые были определены в самом начале – разница между отпущенным продуктом и его потребленным объемом. При их упрощенном расчете иногда две описанные составляющие просто складываются. Однако на практике техника вычисления этого показателя оказывается несколько иной. Для его определения применяется проверенная временем методика расчета потерь в проводах с учетом всех остальных компонентов.

Фактическая их величина согласно специальной формуле равна притоку энергии в сеть за минусом следующих составляющих:

• полученный частным потребителем объем;
• перетоки в другие ветви энергосистемы;
• собственные технологические нужды.

Затем полученный результат делится на поступающий в сеть объем электроэнергии минус потребление в нагрузках, где потери отсутствуют, минус перетоки и собственные нужды. На завершающем этапе расчетной операции итоговая цифра умножается на 100%. Если требуется получить результат в абсолютных значениях, при использовании этого метода ограничиваются расчетами одного только числителя.

Определение нагрузки, обходящейся без непроизводительных расходов (перетоки)

В рассмотренной ранее формуле введено понятие нагрузки без потерь, определяемой посредством приборов коммерческого учета, устанавливаемых на подстанциях. Любое предприятие или государственная организация самостоятельно оплачивают потери в электрической сети, фиксируемые отдельным счетчиком в точке подключения. «Перетоки» также относят к категории расходов энергии без потерь (так удобнее вести расчет). Под ними понимается та ее часть, которая из одной энергосистемы перенаправляется в другую. Для учета этих объемов также применяются отдельные измерительные приборы.

Собственные нужды

Собственные нужды обычно относят к особой категории, классифицируемой как фактические потери. В этом показателе принято фиксировать затраты на поддержание работоспособности следующих объектов:

• подстанций с установленными в них трансформаторами;
• административных строений, вспомогательных зданий и т. п.

Каждая из статей входит в итоговую сумму в пропорции, нормируемой для данного вида потребителя.

Самый весомый вклад вносят районные подстанции, поскольку в них размещается основное обслуживающее оборудование. Оно обеспечивает нормальные режимы эксплуатации узлов, ответственных за преобразование электроэнергии, а также ее доставку к потребителю.

Для фиксации величины этих затрат на подстанциях устанавливаются собственные приборы учета.

Список потребителей, традиционно относящихся к рассматриваемой категории:

• вентиляционные системы, гарантирующие полноценное охлаждение комплекта трансформаторного оборудования;
• системы отопления и вентиляции для технологических помещений, а также смонтированные в них осветительные сети;
• приборы освещения, располагающиеся на прилегающих к подстанциям секторах и территориях;
• оборудование помещений для зарядки АКБ;
• системы обогрева установок наружного размещения (для управления воздушными коммутаторами, в частности);
• компрессоры и вспомогательные механизмы.

К этому же типу оборудования относят приспособления и инструменты, используемые для проведения ремонтных работ, а также при восстановлении вспомогательной аппаратуры.

Коммерческая составляющая

В первую очередь эта составляющая касается характеристик приборов учета, принадлежащих конечным потребителям (их погрешности, в частности). Для снижения этого типа потерь разработан ряд конкретных мер, успешно применяемых на практике. К категории коммерческих относят не только ошибки при выписывании счетов конкретному потребителю, но и неучтенные хищения электроэнергии. В первом случае они чаще всего возникают по следующим причинам:

• в договоре на поставку электроэнергии приведена неполная или не совсем корректная информация о потребителе и балансовой принадлежности закрепленного за ним объекта;
• ошибка в указании выбранного тарифа;
• отсутствие контроля работы приборов учета (этот случай характерен для садовых кооперативов и СНТ, в частности);
• неточности, возникающие при корректировке выписанных ранее счетов и т. п.

Характерные ошибки, вызванные спорным определением границ балансовой принадлежности объекта, решаются в порядке, установленном законодательством РФ.

Проблема хищений с трудом решается во всех цивилизованных странах. Эти противозаконные действия постоянно пресекаются соответствующими органами, дела по ним направляются в местные судебные инстанции. Пик таких хищений традиционно приходится на зимнюю пору и именно в тех регионах страны, где бывают проблемы с централизованным теплоснабжением.

Это только подтверждает взаимосвязанность коммерческих составляющих издержек по каждой из категорий энергоресурсов.

Основные причины утечек электроэнергии

Грамотный подход к расчету потерь электроэнергии подразумевает учет причин, по которым они возникают. При исследовании проблемы следует разделять источники непроизводительных расходов в соответствии с уже знакомой классификацией. Начать следует с технической составляющей, которую обычно увязывают с такими элементами:

• трансформаторы;
• высоковольтный кабель или воздушная линия;
• обслуживающее линию оборудование.

У любого силового трансформатора имеется несколько обмоток, каркас которых крепится на ферромагнитном сердечнике. В нем и теряется большая часть электроэнергии, трансформируемой в тепло (оно затем просто рассеивается в пространство).

На величину потерь в различных элементах электросети также влияет режим ее работы: холостой ход или «под нагрузкой». В первом случае они оцениваются как постоянные, не зависящие от внутренних и сторонних факторов. При подключении потребителя уровень потерь зависит от величины нагрузочного тока в цепи, который каждый день меняется. Поэтому для его оценки проводятся статические наблюдения за определенный период (за месяц, например).

Потери в ВВ линиях электропередач образуются при транспортировке энергоносителя из-за утечек, связанных с коронным разрядом, а также из-за нагрева проводников. К категории обслуживающего оборудования относят установки и приборы, участвующие в генерации, транспортировке, а также в учете и потреблении отпускаемой энергии. Величины сверхнормативных потерь этой категории в основном не меняются со временем или же учитываются посредством электросчетчиков.

Понятие нормативного показателя

Под этим термином понимается подтвержденная на практике и экономически обоснованная величина потерь за определенный промежуток времени. При утверждении норматива учитываются все рассмотренные ранее составляющие, для каждой из которых проводится отдельный анализ. По их результатам вычисляется фактическое (абсолютное) значение и рассматриваются возможные варианты снижения этого показателя.

Нормируемое значение не остается все время постоянным – непрерывно корректируется.

Под абсолютными показателями в данном случае понимается разница между переданной потребителю мощностью и технологическими (переменными) потерями. Нормативные значения для последнего параметра вычисляются по соответствующим формулам.

Кто платит за потери электричества

Чтобы определиться с тем, кто должен оплатить непроизводительные расходы электроэнергии в сети, следует учитывать конкретную ситуацию, а также ряд дополнительных критериев. Когда речь заходит о расходах на восполнение технологических потерь, их оплата ложится на плечи потребителей – частных или юридических лиц.

Она учитывается не напрямую, а закладывается в существующие тарифы.

Каждый потребитель при оплате счетов за электричество рассчитывается с сетевой организацией за всевозможные потери в линиях передач и трансформаторах. В случае с коммерческой составляющей за всякое превышение показателя сверх нормируемого значения платить приходится компании, отпускающей энергоресурс клиенту.

Способы снижения потерь

Сократить непроизводительные расходы удается за счет снижения коммерческой и технологической составляющих суммарных потерь. Во втором случае сделать это можно прнятием следующих особых мер:

• оптимизация схемных решений и режимов работы электросети;
• изучение статистических данных и выявление узлов максимальных нагрузок;
• снижение суммарной перекачиваемой по сети мощности за счет увеличения реактивной составляющей;
• оптимизация трансформаторных нагрузочных линий;
• обновление оборудования и применение различных подходов к выравниванию нагрузок.

Указанные меры позволяют заметно снизить суммарное потребление и потери и обеспечить высокое качество напряжения в сети (оно не будет «проседать»).

Методика и пример расчета

Известны следующие методики приблизительного подсчета потерь в линиях электропередач:

• оперативные расчеты;
• посуточные вычисления;
• определение максимальных потерь за определенный промежуток времени;
• использование обобщенных данных.

С полной информацией об официально утвержденных методиках определения этого параметра можно ознакомиться в соответствующей нормативной документации.

В качестве примера рассмотрим расчет потерь в фидере высоковольтной линии с трансформатором ТП 6-20/04кВ.

При реализации метода оперативного расчета издержек в зависимости от линейного падения напряжения сначала измеряются величины фазных потенциалов на шинах трансформаторной подстанции в самой удаленной точке при максимальной нагрузке. По результатам проведенных измерений узнается абсолютное и относительное снижение DU в процентах: оно берется по отношению к его среднестатистическому фазному значению на шинах 0,4 кВ ТП 6-20.

Потери энергии W в линии напряжением 0,4 кВ (в процентах от отгрузки электроэнергии в сеть) можно узнать по следующей формуле:

W = 0,7 Kн х DU х t /T, где

• Кн – коэффициент, учитывающий перекос фаз или неравномерность распределения по потребителям;
• U – потери напряжения в нагрузке (в самой удаленной точке линии, то есть по вычисленные максимуму);
• T – время наблюдения (в часах);
• t – величина временной размерности, характеризующая заполнением графика проверки передачи полезной мощности потребителю.

Выбрав значения параметров для конкретного фидера по одной из выложенных в Интернете таблиц (ТП-4) и подставив их в формулу, с помощью калькулятора получим значение 11,4 процента.

Для фидеров других марок искомую величину технологических потерь удается посчитать с помощью тех же таблиц с приведенными в них данными.

В Интернете широко представлены самые различные методы онлайн расчетов, которыми при необходимости может воспользоваться любой желающий.