CC BY
87
ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
13-14 ноября 2015 г.
УДК 621.317
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В УНИВЕРСИТЕТСКИХ КОМПЛЕКСАХ
В. А. Волкова, Е. А. Дюба, Е. К. Семенова
«Актуальность проблемы энергосбережения в вузах Российской Федерации связана с тем, что образовательные учреждения являются крупнейшими потребителями энергоресурсов среди всех государственных учреждений России. При этом потребление энергоресурсов в них на 1 м2 площади в 2-4 раза выше, чем в странах Западной Европы, США и Канады. Кроме того удельные затраты на коммунальные услуги в образовательных учреждениях ежегодно возрастают на 25-30%». [13]
Статистика бюджетных учреждений Ханты-Мансийского автономного округа - Югры показала, что ежегодно растет энергопотребление, также как и тарифы на энергоресурсы, и общие коммунальные платежи. [5] Югорский государственный университет (ЮГУ) является одним из самых больших образовательных учреждений высшего профессионального образования в Югре, и соответственно крупным потребителем энергетических ресурсов.
В связи с требованиями закона «Об энергосбережении и повышении эффективности использования энергии» и ростом затрат на коммунальные услуги в университете утверждена целевая программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Югорский государственный университет» на период 2010-2015 годы и на перспективу до 2020. [4,6]
Проблемы неэффективного и нерационального расходования ресурсов требует комплексного подхода к управлению энергосбережением и энергоэффективностью образовательного учреждения, основными составляющими которого являются энергоменеджмент, энергоаудит и мониторинг.
Основным инструментом при исследовании вопроса энергосбережения и энергоэффективности является ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», который введен в России взамен ГОСТ 13109-97 с 1.07.2014г. [2,3]
В связи с вступлением России в ВТО в 2011 году все его требования должны соответствовать требованиям международных стандартов.
В предисловии к действующему стандарту указано, что в нем учтены основные нормативные положения европейского стандарта EN 50160- 2010. [1] Однако анализ показывает, что структура этих стандартов одинаковая, а нормы по отдельным показателям качества электроэнергии (ПКЭ) немного различаются. Это обусловлено тем, что в новом ГОСТ оставлена часть прежних показателей из ГОСТ 13109-97. Рассмотрим эти показатели подробнее:
Отклонение частоты.
Согласно ГОСТ 32144-2013 в синхронизированных системах они не должны превышать ± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала измерения частоты в одну неделю и ± 0,4 Гц в течение 100 % времени измерения в одну неделю, а в изолированных системах отклонения должны быть не более ± 1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 5 Гц в течение 100 % времени.
В стандарте же Е№0160 установлено, что в синхронизированных системах отклонения частоты не должны превышать ± 0,5 Гц в течение 95 % времени и должны находиться в диапазоне от + 2 Гц до - 3 Гц в течение 100% времени, а в изолированных системах должны быть не более ± 1 Гц в течение 95 % времени и ± 7,5 Гц в течение 100 % времени.
Ужесточение требований к отклонению частоты в отечественном стандарте по сравнению с европейским требует глубокого, всестороннего теоретического, экономического и экспериментального обоснования.
«Имеющиеся исследования по влиянию отклонений частоты на различные электроприемники показывают, что ущербы от отклонений частоты в пределах ± 2 % от номинальной частоты 50 Гц минимальны и ими можно пренебречь. Авторы действующего стандарта, очевидно, не учитывая этого, установили норму в синхронизированных системах, которая была принята еще в ГОСТ 13109-87, а затем - и в ГОСТ 13109-97». [7]
Таблица 1
Значения гармонических составляющих напряжения
Нечетные гармоники Четные гармоники
некратные 3 кратные 3 Номер гармоники п ию%
Номер гармоники п ип,% Номер гармоники п ит%
5 6 3 5 2 2
7 5 9 1,5 4 1
11 3,5 15 0,5 6-10 0,5
13 3 21 0,5 12 0,2
17 2 >21 0,2 >12 0,2
19-25 1,5 - - - -
>25 - - - - -
Медленные изменения напряжения.
В действующем ГОСТ они допускаются в пределах ± 10 % от ином (или согласно договорным условиям) в течение 100 % времени интервала измерения в одну неделю, а в стандарте EN 50106 - в пределах ± 10 % от Цном в течение 95 % времени в неделю, т. е. в новом стандарте требования к этому ПКЭ ужесточены по сравнению с требованиями европейского стандарта.
Доза фликера.
В стандарте ГОСТ 32144-2013 нормируется кратковременная доза фликера Р§г<1,38, а также длительная доза фликера Рц<1,0 в течение 100% времени интервала измерения в неделю, в то время как в стандарте EN 50106 - только длительная доза фликера Рц<1,0 в течение 95% времени измерения в неделю.
Ужесточение нормируемой дозы фликера в России по сравнению с установленной в европейском стандарте требует создания доказательной базы и однозначно ведет к увеличению затрат на средства снижения колебаний напряжения.
Несинусоидальность напряжения.
В стандарте EN 50106 нормируются:
- значения гармонических составляющих напряжения Цп до 40-го порядка (в % от первой
гармоники) - (Таблица 1);
- значения полного коэффициента гармоник напряжения до 40-го порядка Ки(п), %.
Значения ип в течение 95 % времени измерения в неделю не должны превышать указанных в таблице 1 значений для сетей напряжением от 0,23 до 35 кВ, значения Ки(п) для этих же сетей в течение 95 % времени измерения в неделю должны быть не более 8%.
В ГОСТ 32144-2013 также нормируются значения ип и Ки(п) до 40-го порядка (в % от первой гармоники) - (Таблицы 2-4). Результаты сравнения норм действующего ГОСТ и EN 50106 по несинусоидальности напряжения свидетельствуют о том, что в стандарте Евросою-
за приняты единые значения ип и Ки(П) для сетей как низкого, так и среднего напряжения (от 0,23 до 35 кВ).
Таблица 2
Значения гармонических составляющих ^ и Ки(п)
Номер гармоники п Значение ^ в % от и1
0,38 кВ 6-25 кВ 35 кВ 110-220 кВ
Нечетные некратные 3
5 6 4 3 1,5
7 5 3 2,5 1
11 3,5 2 2 1
13 3,0 2 1,5 0,7
17 2,0 1,5 1 0,5
19 1,5 1 1 0,4
23-25 1,5 1 1 0,4
>25 - - - -
Четные
2 2 1,5 1 0,5
4 1 0,7 0,5 0,3
1 2 3 4 5
6 0,5 0,3 0,3 0,2
8 0,5 0,3 0,3 0,2
10 0,5 0,3 0,3 0,2
12 0,2 0,2 0,2 0,2
>12 0,2 0,2 0,2 -
«Подходы к нормированию ип и КцП) принятые в EN 50106, более лояльны. Это объясняется тем, что наибольший ущерб от высших гармоник (в системах управления, защиты, измерения, в электронной технике, на электроприемниках и т.д.) наблюдается в сетях низкого напряжения. Поэтому требованиях к ип и Ки(П) в них должны быть довольно жесткими. В сетях среднего напряжения (6, 10, 35 кВ) несинусоидальность напряжения в основном влияет на электроприемники, которых там относительно мало. В сетях высокого напряжения (110 кВ и выше) ужесточение требований к ип и КцП) необходимо, так как они являются системообразующими с весьма чувствительной релейной защитой и автоматикой». [7]
Таблица 3
Значения гармонических составляющих ^
Номер гармоники« Значение ип в % от и1
0,38 кВ 6 - 35 кВ 110 - 220 кВ
Нечетные кратные 3
3 5 3 1,5
9 1,5 1 0,4
15 0,3 0,3 0,2
21 0,2 0,2 0,2
> 21 0,2 0,2 0,2
Таблица 4
Значения Ки(п), в % при напряжениях
Значения Ки(п), в % при напряжениях
0,38 кВ 6-20 кВ 35 кВ 110-220 кВ
8,0х 5,0: 4,0: 2,0:
12,02 8,02 6,02 3,02
1 При 95% интервала измерения в неделю
2 При 100% интервала измерения в неделю
Таким образом, по всем основным критериям действующий стандарт требует некоторых изменений и доработок в соответствии с нормами европейского стандарта EN 50106. [8]
По статистике, в большинстве работ, посвященных измерениям в рамках обязательной сертификации и периодического контроля качества электроэнергии, соответствие качества электроэнергии в ГОСТ 32144-2013 по отклонениям напряжения было подтверждено в части предельно допускаемых значений.
Для электрической сети служебного здания, точкой передачи электрической энергии (ТПЭ), которой являются шины 0,4 кВ ВРУ или ГРЩ, при уровне напряжения на шинах 90% ином (5 и = -10%) и ненулевых потерях напряжения в ней, без средств регулирования напряжения в сети 0,4 кВ обеспечить отклонение напряжения на выводах электроприемников уровня 5и = -10% для ближайших, и для наиболее удаленных, невозможно.
Средства регулирования напряжения в сети 0,4 кВ бытового потребителя - вводные вольтодобавочные трансформаторы либо устройства «выпрямитель-инвертор» (ИБП-опНпе) встречаются чрезвычайно редко.
В связи с вышеизложенным считаем, что нормы отклонения напряжения в требуемом ГОСТ 32144-2013 диапазоне 5и = ±10% должны действовать не только для «промежуточных ТПЭ сетевых организаций», но и для всех ТПЭ электрической сети, в том числе и для ТПЭ бытовому потребителю (электроприемнику). [8]
Ряд специалистов [11,12] считает целесообразным внести следующие рекомендации изменений в ГОСТ 32144-2013:
Таблица 5
Рекомендуемые редакции в ГОСТ 32144-2013
Текст ГОСТ 32144-2013 Рекомендуемая редакция ГОСТ 32144-2013
Пункт 3.1.6: «Точка передачи электрической энергии: Точка электрической сети, находящаяся на линии раздела объектов электроэнергетики между владельцами по признаку собственности или владения на ином предусмотренном федеральными законами основании, определенная в процессе технологического присоединения». Пункт 3.1.6: «Точка передачи электрической энергии: Точка электрической сети, находящаяся на линии раздела объектов электроэнергетики между владельцами по признаку собственности или владения на ином предусмотренном федеральными законами основании, определенная в процессе технологического присоединения, а также на линии раздела электроприемников бытового потребителя и коммунальной электрической сети».
Пункт 4.2.2 (абзац 5): «Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю». Пункт 4.2.2 (абзац 5): «Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения от номинального или согласованного значения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10%либо граничных значений диапазонов, установленных в договорах на передачу (поставку) электрической энергии, в течение 100% времени интервала в одну неделю».
«Считаем также, что в ГОСТ 32144-2013 рекомендуется добавить Приложение со значениями норм для 5Ц-), 5Ц+) с дифференциацией их по уровням напряжения в ТПЭ и виду передачи электроэнергии: от сетевой организации к сетевой организации, либо от сетевой организации к потребителю (Таблица 6)». [8]
Таблица 6
Рекомендуемые значения 6U(-), 6U(+) в ТПЭ
ином сети в ТПЭ, кВ Рекомендуемые значения 6U(_), 6U(+) в ТПЭ
СО ^ СО СО ^ Потребитель
0,4 +5...+10% Для шин 0,4 кВ ВРУ (ГРЩ): -4,5...+10% Для шин 0,4 кВ РУ ТП: -2,5...+12%1)
6, 10 +1...+15% -5...+10%
Качество электроэнергии является одним из основных требований, обеспечивающих нормальную работу систем электроснабжения в сложных климатических условиях. Одной из причин несоответствия качества электрической энергии у потребителей требованиям стандарта является невысокий уровень управления качеством электрической энергии, что в ряде случаев приводит к тому, что суммарная нагрузка городских объектов может содержать 85 -90 % несимметричной нагрузки.
В результате проделанного анализа рекомендуемых поправок в ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», можно поставить следующие задачи в области исследования показателей качества электроэнергии в служебных зданиях, на примере высшего учебного заведения:
1. Провести мониторинг энергопотребления высшего учебного заведения;
2. Провести исследование отклонений напряжения в точках раздела энергоснабжающих организаций и различных городских потребителей электроэнергии;
3. Провести исследование несинусоидальности напряжения в точках раздела и выявить соответствие полученных результатов с пределами допустимых значений ГОСТ 32144-2013;
4. Провести исследование несимметрии напряжения в точках раздела питания;
5. Провести исследование колебаний напряжения в точках раздела и проанализировать значения уровня фликера на соответствие допустимым пределам в ГОСТ 32144-2013.
6. Проанализировать данные, полученные в ходе исследования показателей качества электроэнергии в служебных зданиях, на примере высшего учебного заведения.
7. Разработать и внедрить «Систему энергоменеджмента» в Югорский государственный университет, необходимую для улучшения энергетической результативности, включая энергетическую эффективность, использование и потребление энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. EN 50160-2010. Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks.
2. ГОСТ 13109-97. «Электрическая энергия. Совмес-тимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в систе-мах электроснабжения общего назначения».
3. ГОСТ 32144-2013. «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
4. Федеральный закон №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
5. Целевая программа Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре на 2011 - 2015 годы и на перспективу до 2020 года».
6. Целевая программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в ФГБОУ ВПО «Югорский государственный университет» на период 2010-2015 годы и на перспективу до 2020 года».
7. Романов К. К. Нормативная база в области кон-троля и анализа качества электрической энергии (Материалы IX науч.-техн. семинара "Контроль, анализ качества и учет электроэнергии"). - Пенза: НПО "Энерготехнологии", 2010, апрель (www.entp.ru).
8. Вагин Г.Я. Комментарии к новому стандарту на качество электрической энергии ГОСТ Р 54149-2010 и сопровождающим его стандартам // Промышленная энергетика. 2013 -№ 01, стр.39-43.
9. Ковалев, В.З. Математическое моделирование электротехнических комплексов нефтегазодобычи в задачах энергосбережения: монография / В.З. Ковалев, Г.В. Мальгин, О.В. Архипова; - Ханты-Мансийск: Департамент образования и науки Ханты-мансийского авт. окр. - Югры, Югорский гос. ун-т, 2008.
10. Ковалёв, В.З. Моделирование электротехнических комплексов и систем как совокупности взаимодействующих подсистем различной физической природы: Дис... докт. техн. наук / В.З. Ковалев. - Омск, 2000. - 312 с.
11. Степанова Е.Ю., Рыжикова Е.Ю. Управление энергосбережением в многоуровневых университетских комплексах / ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК». - Орел, 2011.
12. Суднова В.В., Карташев И.И., Тульский В.Н., Козлов В.В. Диапазоны отклонений напряжений в точках передачи электроэнергии. Необходимость дифференцирования // Новости ЭлектроТехники. 2014 - № 2 (86).
13. Шурыгина А.В. Мониторинг энергопотребления и реализация потенциала энергосбережения высших учебных заведений [Электронный ресурс] /А.В. Шурыгина. - Режим доступа: http://econf.rae.ru/pdf/2013/06/shurigina.pdf
14. Официальный сайт Городских электрических сетей г. Ханты-Мансийска [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.хм-гэс.рф/
