ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

LOSS OF ELECTRICITY IN URBAN ELECTRIC NETWORKS

Shiryayev Nikita Evgenievich,

Student, Kavminvody Energy College,

Russia, Pyatigorsk

Zabrovsky Andrey Vladimirovich

Student, Kavminvody Energy College,

Russia, Pyatigorsk

Zaytsev Daniil Aleksandrovich,

Student, Kavminvody Energy College,

Russia, Pyatigorsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены причины технических потерь электроэнергии в городских электрических сетях. В ходе исследования сделаны выводы о необходимости и объемах внедрения энергосберегающих мероприятий, реконструкции электрических сетей, их модернизации, замене или новом строительстве, а также нами подготовлены предложения по снижению электрических потерь.

ABSTRACT

The article discusses the causes of technical losses of electricity in urban electrical networks. The study concluded on the need and volumes of implementation of energy-saving measures, reconstruction of electrical networks, their modernization, replacement or new construction, and we have prepared proposals for reducing electrical losses.

Ключевые слова: электрические сети; потери; трансформатор.

Keywords: electrical networks; losses; transformer.

Снижение потерь в городских электрических сетях всегда была одной из важнейших задач сетевых компаний. Потери складываются из технических потерь (нагрев проводов, потери в трансформаторах, износ электрооборудования, погрешности измерений) и так называемых коммерческих потерь – проще говоря хищений. В данной статье мы рассмотрим технические потери.

Потери в сетях общего пользования, или городских электрических сетях, могут достигать 10-12%, а в отдельных случаях даже выше, и зависят от состояния электротехнического оборудования, протяженности линий электропередачи, организации эффективных методов учета электроэнергии.

Основная часть технических потерь приходится на нагрузочные потери в распределительных сетях 0,4 кВ и потери в силовых понижающих трансформаторах. Нагрузочные потери в проводах определяются в соответствии с законами физики, и зависят от величины проходящего по проводнику тока, сечения проводника и сопротивления материала, из которого он сделан. Общая формула для потерь Р = I² х R, где Р – мощность потерь, I² – квадрат тока протекающий по проводнику, R – сопротивление материала проводника [1].

В городских электрических сетях объем фактических потерь, обычно определяют при помощи приборов учета. Разность между электроэнергией, поступившей в сеть и отпущенной из сети потребителям (полезный отпуск) – это и есть потери. В структуре городских электрических сетей можно выделить две крупные составляющие потерь: как уже было сказано выше, наибольшую долю потерь электрической энергии составляют нагрузочные потери в линиях электропередачи напряжением 6(10) и 0,4кВ (8,9% от отпуска электроэнергии в городскую сеть), что составляет 76% от общих потерь, если их взять за 100%. Большая часть из них, приходится на линии 0,4кВ. Это следствие большой протяженности линий 0,4кВ, низкой пропускной способностью этих линий, увеличением мощности потребителей. Особенно снижается качество электрической энергии в случае подключения к существующим старым сетям новых потребителей. Технические потери на таких участках наиболее высокие.  Кроме того, снижаются электротехнические показатели линий в результате их эксплуатации в режиме перегрузки.

Вторая крупная составляющая – это потери в силовых понижающих трансформаторов напряжением 6(10)/0,4кВ, установленных в городских трансформаторных пунктах (ТП). Они составляют примерно 14 - 15% от всех потерь электроэнергии. Величина потерь электрической энергии в трансформаторах, обусловлена, как правило, неоптимальными режимами их работы, и длительным сроком эксплуатации. Современные трансформаторы гораздо более экономичные и имеют меньший процент постоянных и переменных потерь [2].

Рассмотрим варианты снижения потерь по этим двум основным составляющим потерь в городских электрических сетях. Как уже было сказано выше, на потери в линиях значительно влияет протяженность сети 0,4кВ. Для снижения потерь в таких сетях, необходимо рассматривать несколько вариантов действий и выбрать наименее затратный. Один из вариантов, переключить часть потребителей на другую линию, менее загруженную. В условиях города, это вполне возможно, так как сети довольно разветвленные и находятся сравнительно близко друг от друга. Как правило, это самый экономичный метод. Второй способ – реконструкция или модернизация существующей линии электропередачи путем увеличения сечения проводов по всей линии, а также равномерное перераспределение нагрузки по фазам. Это более затратный метод, но часто без альтернативы. Еще один метод снижение потерь в сети 0,4кВ – строительство новых линий к существующим потребителям. Это самый затратный метод, который помимо прочего, требует еще и много согласований с городскими властями.

Для снижения потерь, предприятия городских электрических сетей часто переводят линии электропередачи с 6кВ на 10кВ, так как потери электрической энергии напрямую зависят от напряжения в электрической сети.  Физику этого процесса мы рассматривать не будем, скажу только, что для снижения потерь при передаче электрической энергии на дальние расстояния (100 и более км), используются напряжения 110; 220; 330; 500 кВ и выше [3].

Вторая основная составляющая потерь – потери в силовых понижающих трансформаторах. Они состоят из потерь холостого хода – это так называемые постоянные потери, которые зависят от материала и конструкции обмоток трансформатора и переменные потери и называются потерями короткого замыкания. Потери короткого замыканий трансформатора зависят от тока нагрузки. Чем больше ток нагрузки на трансформаторе, тем выше потери. Наиболее экономичный режим работы трансформатора в диапазоне – 70-80 % от его номинальной мощности. Диспетчер сетевого предприятия обязан соблюдать требования экономичной работы трансформатора. Если трансформатор систематически перегружается, для снижения потерь необходима его замена на более мощный. И наоборот, если трансформатор не догружен, его необходимо заменить на менее мощный. Также важную роль в вопросе снижение потерь электроэнергии, играет организованный сетевой компанией график замеров нагрузок трансформаторов в зимний и летний режимные дни. По результатам таких замеров, диспетчерская служба составляет график отключения в некоторых двух трансформаторных ТП одного из трансформаторов. Как правило, летом отключается один из трансформаторов, зимой включается. В результате, потери в таких ТП, значительно снижаются.

На основании определения участков с наибольшим уровнем потерь электрической энергии, можно сделать выводы о необходимости и объемах внедрения энергосберегающих мероприятий, реконструкции электрических сетей, их модернизации, замене или новом строительстве.

Нами подготовлены предложения по снижению электрических потерь. Одной из важнейших научных задач в развитии электроэнергетики является исследование и разработка высокоэффективных методов преобразования и транспортировки электроэнергии. Особое внимание уделяется вопросам минимизации тепловых потерь в проводниках и созданию высокотемпературных сверхпроводников, которые позволят значительно сократить затраты на транспортировку энергии на большие расстояния. Другим важным направлением исследований становится совершенствование алгоритмов прогнозирования нагрузок и управления балансировкой мощности в условиях массового подключения возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергетика. Эти научные достижения помогут создать устойчивую и эффективную систему энергоснабжения, способствующую исключить большую часть потерь в будущем.

Список литературы:

1. Иванов А.С., Кузьмичев В.А., Ленев С.Н, Ширинский С.В., Гонсалес Гонсалес Я.Х. // «Генераторы электростанций. Книга-билингва: учебное пособие. 2025г. – C. 16-18.
2.  Майоров А.В., Львов М.Ю., Кулюхин С.А., Львов Ю.Н., Лютько Е.О. // Оценка технического состояния силовых трансформаторов и автотрансформаторов напряжением 110 кВ и выше. 2022г. – С.68-70.
3. Снижение потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях. Сравнительный анализ зарубежного и отечественного опыта: монография / В. Э. Воротницкий, А. В. Могиленко ; под общ. ред. В. Э. Воротницкого. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023г. – С.40-45.