Разработка мероприятий по электроснабжению в электрических сетях напряжением 0.4 -10 кВ.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Рязанский государственный радиотехнический университет»
Кафедра промышленной электроники
							
Институт магистратуры и аспирантуры
«К ЗАЩИТЕ»
Зав. кафедрой ПЭлКруглов С. А.
«____» ____________2018г.



ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ 
РАБОТА МАГИСТРА 
на тему
«Разработка мероприятий по электроснабжению в электрических сетях напряжением 0.4 -10 кВ»
Номер ВКРМ 2018.624М.04
Направление подготовки: 11.04.04 Электроника и наноэлектроника
ОПОП: Силовая электроника и электроэнергетика


Студент 				___________________	(    Баженов Д. А.         )

Научный руководитель		___________________	(      Васильева Т. Н. )

Руководитель ОПОП		___________________	(      Васильева Т. Н. )
     
     
     Рязань, 2018 г
     
     
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Рязанский государственный радиотехнический университет»
Кафедра промышленной электроники

«УТВЕРЖДАЮ»			
Заведующий кафедрой 		
Круглов С.А.
«___» 			2017 г. 

ЗАДАНИЕ
на выпускную квалификационную работу магистра

Студенту: Баженову Дмитрию Александровичу.
1. Тема ВКР «Разработка мероприятий по электроснабжению в электрических сетях напряжением 0.4 – 10 кВ»
2. Срок представления законченной ВКР к защите: «14»     июня      2018 г.
3. Научный руководитель:  Васильева Татьяна Николаевна, доктор технических наук, профессор
(фамилия, имя, отчество полностью, место работы, должность)
4. Исходные данные к ВКР: данные потребления электрической энергии
ТП-677, показания качества отходящей линии трансформаторной подстанции,принципиальная электрическая схема сети, устройства АВР.
5. Содержание 
Введение
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1.	Определение потерь электроэнергии в сетях напряжением 10(6) кВ
1.2.	Определение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах напряжением 10(6)/0,4 кВ
1.3.Определение величины потерь электрической энергии в сети напряжением 0,4 кВ
1.4. Задачи работы
2.  АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
2.1. Методика определения электрических нагрузок
2.2.Анализ электрических нагрузок  по годам
2.3. Суточные графики электрических нагрузок
2.4.Электрические нагрузки в мае-августе 2016года
2.5. Построение графиков нагрузки подстанции
2.5.1. Суточные графики нагрузок
2.5.2. Месячные графики нагрузок
2.5. 3. Годовые графики нагрузок
3. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
3.1. Выбор числа и мощности трансформаторов и расчет на перегрузочную способность
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ СХЕМЫ
4.1.	Мероприятия по снижению потерь электрической энергии в РГРТУ
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
6. Техника безопасности и экология
6.1. Общие требования
6.2. Меры защиты от прямого прикосновения
6.3. Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений
6.4. Меры защиты при косвенном прикосновении
6.5. Экология
Заключение
Список литературы:	93Приложения
Приложения

Дата выдачи задания: «____» ____________ 2017 г.


Научный руководитель   ________________________
                       (подпись)


Руководитель ОПОП   ________________________
                        (подпись)



Задание принял к исполнению «___» ____________2017 г.

Студент ________________
(подпись)
     
     
     
     
     
     

     Аннотация
   
Баженов Дмитрий Александрович( ФИО студента)
Направление подготовки  11.04.04 Электроника и наноэлектроника
ОПОП Силовая электроника и электроэнергетика

 Тема выпускной квалификационной работы:Разработка мероприятий по электроснабжению в электрических сетях напряжением 0.4 – 10 кВ.
   
Руководитель ВКР: Васильева Татьяна Николаевна, доктор технических наук, профессор
                                                     (Фамилия Имя Отчество, ученая степень, ученое звание)


101 страниц, 12 таблиц, 25 рисунков, 62 источников, 2 приложений.
   
     Объектом исследования является сеть электроснабжения питающая потребителей  федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Рязанского государственного радиотехнического университета. 
     Цельданной работы заключается в анализе электрических нагрузок потребителей РГРТУ и разработке оптимальных  вариантов по снижению потерь электроэнергии при её передаче и распределении.
     Методикаисследования включает в себя построение функции и плотности распределения случайных значений нагрузки, расчет значения математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения случайной величины. Графическое представление нагрузок. Методы системного анализа потери электроэнергии.
     Научная новизна работы заключается в рациональном построении  электрической сети с минимальными потерями. Особо внимание уделено правильному определению точек деления в замкнутых сетях, экономичному распределению активных и реактивных мощностей, внедрению замкнутых и полузамкнутых схем сети 0,4 -10 кВ.
     Научная и практическая ценность ожидаемых результатов: Практическая значимость и применение заключается в экономии и разработке оптимальных  вариантов по снижению потерь электроэнергии при её передаче и распределении.
     Апробация результатов исследования производилась на конференциях:Принималось участие в третьей магистерской научно-технической конференции РГРТУ с опубликованием тезисов доклада  «Электрические нагрузки Рязанского государственного радиотехнического университета за май-август 2016 года» в сборнике  Материалы III научно-технической конференции магистрантов Рязанского государственного радиотехнического университета. – Рязань: РГРТУ,2017 - 326 с.
     Принималось участие в четвертой магистерской научно-технической конференции РГРТУ с опубликованием тезисов доклада  «Энергоэффективность обеспечения электрической энергией объектов Рязанского государственного радиотехнического университета».
     
     Результаты исследования опубликованы в 2 статьях,   Васильева Т. Н., Пушкин В. А., Баженов Д. А. Электрические нагрузки Рязанского государственного радиотехнического университета за май-август 2016 года // Молодой ученый. — 2017. — №3. — С. 62-66. 
     «Энергоэффективность обеспечения электрической энергией объектов Рязанского государственного радиотехнического университета»  в сборнике статей Международной научно-практической конференции: ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ: ПРОБЛЕМЫ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ПЕРСПЕКТИВЫ: сборник статей Международной научно-практической конференции / Под общ.ред. Г.Ю. Гуляева – Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». – 2017. – 142 с. 
     
     Исследование проводилось на основе фактических данных ФГБОУ ВО РГРТУ, статистической информации о потребляемых нагрузках.


Abstract
Bazhenov Dmitry Alexandrovich
(Full name of the student)
Direction of training: 11.04.04 "Electronics and nanoelectronics"
OPOP: Power electronics and power engineering
Theme of the final qualifying work: "Development of measures for electricity supply in 0.4-10 kV electric networks".

Head of the WRC: 
Vasilieva Tatyana Nikolaevna, Doctor of Technical Sciences, Professor of PEL Department                                                             (Full name, patronymic, academic degree)

101 pages, 12 tables, 25 figures, 62 sources, 2attachment.

The object of the research is the electric power supply network feeding consumers of the federal state budgetary educational institution of higher education of the Ryazan State Radio Engineering University.
The purpose of this work is to analyze the electrical loads of consumers RGRTU and the development of optimal options for reducing energy losses during its transmission and distribution.
The research methodology includes the construction of a function and density distribution of random load values, the calculation of the value of mathematical expectation, variance and the standard deviation of the random variable. Graphical representation of loads.Methods of system analysis of power loss.
The scientific novelty of the work is the rational construction of an electrical network with minimal losses. Particular attention is paid to the correct determination of fission points in closed networks, to the economical distribution of active and reactive capacities, to the introduction of closed and semi-closed network schemes of 0.4-10 kV.
Scientific and practical value of the expected results: Practical significance and application consists in saving and developing optimal options for reducing energy losses during transmission and distribution.
Approbation of the results of the research was carried out at conferences: Participation in the third master scientific and technical conference of the RGRTU with the publication of the theses of the report "Electric loads of the Ryazan State Radio Engineering University for May-August 2016" in the collection Materials of the III scientific and technical conference of undergraduates of Ryazan State Radio Engineering University. - Ryazan: RGRTU, 2017 – 326 p.
Participated in the fourth master scientific and technical conference of the RGRTU with the publication of the theses of the report "Energy Efficiency of Providing Electric Power to the Ryazan State Radio Engineering University Facilities".
The results of the research are published in 2 articles:
 Vasilyeva TN, Pushkin VA, Bazhenov DA Electrical loads of the Ryazan State Radio Engineering University for May-August 2016 // Young Scientist. - 2017. - № 3. - P. 62-66.
 "Energy Efficiency of Providing Electricity for Facilities of Ryazan State Radio Engineering University" in the collection of articles International Scientific and Practical Conference: INNOVATIVE DEVELOPMENT OF CONTEMPORARY SCIENCE: PROBLEMS, REGULARITIES, PROSPECTS: a collection of articles International Scientific and Practical Conference. Ed. G.Yu. Gulyaeva - Penza: MCS "Science and Education". - 2017. - 142 p.
The research was carried out on the basis of actual data of the FGBEU in the RGRTU, statistical information on the loads consumed












Содержание
ВВЕДЕНИЕ	11
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ	14
1.1.	Определение потерь электроэнергии в сетях напряжением 10(6) кВ	14
1.2.	Определение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах напряжением 10(6)/0,4 кВ	20
1.3.Определение величины потерь электрической энергии в сети напряжением 0,4 кВ	22
1.4. Задачи работы	26
2.  АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК	27
2.1. Методика определения электрических нагрузок	27
2.2.Анализ электрических нагрузок  по годам	29
2.3. Суточные графики электрических нагрузок	33
2.4.Электрические нагрузки в мае-августе 2016года	34
2.5. Построение графиков нагрузки подстанции	40
2.5.1. Суточные графики нагрузок	41
2.5.2. Месячные графики нагрузок	44
2.5. 3. Годовые графики нагрузок	47
3. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ	52
3.1. Выбор числа и мощности трансформаторов и расчет на перегрузочную способность	52
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ СХЕМЫ	65
4.1.	Мероприятия по снижению потерь электрической энергии в электрических сетях РГРТУ	65
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЯ	80
6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ	91
6.1. Общие требования	91
6.2. Меры защиты от прямого прикосновения	92
6.3. Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений	94
6.4. Меры защиты при косвенном прикосновении	95
6.5. Экология	97
Заключение	100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	102
Приложения	109

      

    ВВЕДЕНИЕ

     Актуальность работы.Снижение потерь электроэнергии при её передаче и распределении является актуальной задачей энергоснабжающих организаций и одним из основных направлений энергосбережения.
     Период нерационального использования невозобновляемых энергоресурсов с учетом ограниченности их запасов ограничен. Кроме того, происходит постепенное их удорожание за счет усложнения добычи. Одним из способов экономии ценных энергоресурсов в рамках проведения активной энергосберегающей политики является уменьшение доли их общего расхода на электрических станциях, идущей на компенсацию потерь электроэнергии в электрических сетях. Таким образом, снижение этих потерь является одним из основных мероприятий по энергосбережению в электроэнергетике.
     Потери электроэнергии в электрических сетях неизбежны. Становится актуальной задача их снижения до рационального или экономически обоснованного уровня.
     Технические потери электроэнергии в электрических сетях зависят от структуры самой электрической сети, взаимного расположения источников и потребителей электроэнергии и принципов проектирования электрических сетей. Эти параметры «уникальны» для каждого предприятия. Рациональный уровень технических потерь может быть определен только на основе расчетов для конкретной сети.
     Объектом исследования является сеть электроснабжения питающая потребителей  федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Рязанского государственного радиотехнического университета. 
     Предметом исследования является мероприятия по снижению потери электрической энергии электрических сетях напряжением 0.4 – 10 кВ потребителей РГРТУ.
     Цель данной работы заключается в анализе электрических нагрузок потребителей РГРТУ и разработке оптимальных  вариантов по снижению потерь электроэнергии при её передаче и распределении. 
     Задачи ВКР:
     1. Анализ электрических нагрузок потребителей РГРТУ 
     2. Расчёт потерь электроэнергии в сетях напряжением 10(6) кВ
     3. Разработка мероприятий по снижению потерь электрической энергии.
     Методика исследования включает в себя построение функции и плотности распределения случайных значений нагрузки, расчет значения математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения случайной величины. Графическое представление нагрузок. Методы системного анализа потери электроэнергии.
     Новизна работы заключается в рациональном построении  электрической сети с минимальными потерями. Особо внимание уделено правильному определению точек деления в замкнутых сетях, экономичному распределению активных и реактивных мощностей, внедрению замкнутых и полузамкнутых схем сети 0,4 -10 кВ.
     Снижение потерь электроэнергии позволяет пользоваться автоматическими переключениями  в распределительных сетях 0,4 – 10 кВ при аварийных повреждениях в них. Основной целью организации автоматических переключений в распределительных сетях является: ? увеличение оперативности переключений при аварийном отключении участков сети; ? снижение эксплуатационных затрат на поиск и локализацию аварийного повреждения; ? увеличение надежности электроснабжения конечных потребителей; ? снижение влияния человеческого фактора.
     Практическая значимость.Практическая значимость и применение заключается в экономии иразработке оптимальных  вариантов по снижению потерь электроэнергии при её передаче и распределении.
     Основные положения исследования, имеющие теоретическое и прикладное значение, отражены в двух публикациях автора в двух конференциях: 
     Васильева Т. Н., Пушкин В. А., Баженов Д. А. Электрические нагрузки Рязанского государственного радиотехнического университета за май-август 2016 года // Молодой ученый. — 2017. — №3. — С. 62-66. 
     «Энергоэффективность обеспечения электрической энергией объектов Рязанского государственного радиотехнического университета»  в сборнике статей Международной научно-практической конференции: ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ: ПРОБЛЕМЫ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ПЕРСПЕКТИВЫ: сборник статей Международной научно-практической конференции / Под общ.ред. Г.Ю. Гуляева – Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». – 2017. – 142 с. 
     Принималось участие в третьей магистерской научно-технической конференции РГРТУ с опубликованием тезисов доклада  «Электрические нагрузки Рязанского государственного радиотехнического университета за май-август 2016 года» в сборнике  Материалы III научно-технической конференции магистрантов Рязанского государственного радиотехнического университета. – Рязань: РГРТУ,2017 - 326 с.
     Принималось участие в четвертой магистерской научно-технической конференции РГРТУ с опубликованием тезисов доклада  «Энергоэффективность обеспечения электрической энергией объектов Рязанского государственного радиотехнического университета».
Структура работы. Работа состоит из введения, 6 глав, 19 подпунктов, заключения, списка использованной литературы и приложений, количество формул – 61, таблиц – 12, рисунков – 25. Общий объем работы составляет 101 страница.

     
      

    1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

      Определение потерь электроэнергии в сетях напряжением 10(6) кВ
     
     Исходными данными для расчета потерь электрической энергии в сети напряжением 10кВ являются:
     общее количество активной электроэнергии Wп (кВт-ч), поступившей в распределительную сеть за расчетный период;
     количество активной WA (кВт-ч) и реактивной Wр (кВАр?ч) энергии, поступившей в каждую линию напряжением 10кВ за расчетный период;
     суточные почасовые графики нагрузки I(t) (А) на шинах ЦП для рабочих суток зимнего максимума и летнего минимума нагрузок, выбранные для контрольных замеров в расчетный период;
     сведения о продолжительности отключения линий в течение расчетного периода, ч;
     данные о фактической величине расхода электрической энергии за расчетный период (кВт?ч, %) на передачу ее и распределение.
      Расчет потерь электрической сети 10 кВ по программам на ЭВМ выполняется для каждого участка линии, отходящей от шин ЦП до абонента. До внедрения программ расчетов потерь на ЭВМ уровень потерь электрической энергии в электрических сетях может быть определен по нижеприведенным формулам.[1]
      Потери электроэнергии в каждой линии сети можно определить по формуле [2;56]:
     
        
     ((1)
     где ?W'A - потери активной энергии в активном сопротивлении линии (ф-2);
     ?W"A - потери активной энергии в активном сопротивлении линии при передаче реактивной мощности
     
        (2)
     
      Потери активной и реактивной электроэнергии в распределительной линии за расчетный период времени t(3):
     
        
     
(3)
        
(4)
     
     где Kэ - коэффициент эквивалентности сопротивления распределительной линии;
     R?, X? - активное и реактивное сопротивления распределительной линии, Ом;
     t - расчетный период (за вычетом продолжительности отключения линии), ч;
     Iмин, Iмакс - соответственно минимальное и максимальное значение нагрузки на головном участке линии, взятые из суточных графиков нагрузки, снятые в зимний максимум и летний минимум, приходящихся на период контрольных замеров, А;
     ? - коэффициент формы графика нагрузки.
     Коэффициент эквивалентности сопротивления позволяет для упрощения расчета заменить разветвленную распределительную линию некоторым эквивалентным сопротивлением, по которому протекает ток головного участка линии, при условии сохранения неизменными потери мощности для определенного момента.
     Коэффициент эквивалентности Kэ определяется по графикурис. 1в зависимости от отношения Rг.у/R? и места сосредоточения мощной нагрузки (номинальной мощности ТП) вдоль распределительной линии (Rг.у - активное сопротивления головного участка распределительной линии, Ом)
     
        
(5) 
     
     где ro - удельное расчетное активное сопротивление 1 км кабеля (провода) головного участка, Ом/км;
     IГ.У - длина кабеля (провода) головного участка от ЦП до места присоединения суммарной нагрузки, км.
     Для определения места сосредоточения мощной нагрузки вдоль распределительной линии можно поступить следующим образом. Количество нагрузок (ТП) распределительной линии делят пополам. По обе стороны предполагаемого сечения определяют суммарную установленную мощность трансформаторов ТП. В зависимости от того, по какую сторону сечения (в начале или в конце линии) суммарная установленная мощности больше, используются кривые 1 и 2 на графикерис. 1. Если имеется ответвление, то его условно заменяют сосредоточенной нагрузкой и суммарной установленной мощностью в месте присоединения ответвления[5;58-60].
     
Рисунок 1. Зависимость коэффициента эквивалентности сопротивления распределительной линии
1 - мощная нагрузка сосредоточена в начале линии;
     2 - мощная нагрузка сосредоточена в конце или середине линии.
     
     При выполнении расчетов на ЭВМ с использованием программных средств замена разветвленных линий эквивалентной нагрузкой не требуется, расчет потерь на ЭВМ выполняется для каждого участка сети 10(6) кВ.
     Активное и индуктивное сопротивления распределительной линии можно определить по следующим формулам [6;61-62]:
     
         (6)
        
(7) 
     
     где roi, хoi - условное активное и индуктивное сопротивления 1 км кабеля (провода) одного сечения i-го участка, Ом?км;
     Ii - длина i-го участка, км;
     k - число участков распределительной линии.
     Средний ток нагрузки для каждой линии за расчетный период (год) определяется(8):
     
        
(8) 
     
     где Ucp - среднее напряжение на шинах ЦП за расчетный период.
     При наличии суточных графиков напряжения, снятых на шинах ЦП, можно определить наиболее вероятное (мода распределения U(М)) значения напряжения.
     Относительное значение среднего тока нагрузки для каждой линии определяют следующим образом(8):
     
        
(9)
     
     где Iмин, Iмакс - минимальный и максимальный ток, взятый из суточных графиков замеров нагрузок в период контрольных замеров в расчетный период.
     Из усредненного графика ?Iср = ?(?) по значению ?Iср находится коэффициент формы годового графика нагрузки ? рис. 2 (9)
     
Рисунок 2. Зависимость коэффициента формы графика ?Iср = ?(?)
     Что бы определить потери электроэнергии для всей сети определяются потери электроэнергии для каждой линии по следующей формуле (1) и затем суммируются(10):
     
        
     ((10)
     
     где m - число распределительных линий.
     Относительные потери электроэнергии в сети 10(6) кВ за расчетный период(11):
        
     ((11)


 Определение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах напряжением 10(6)/0,4 кВ

          Изначальными данными для расчета потерь электрической энергии в силовых трансформаторах являются:
     тип трансформаторов, мощность;
     номинальный ток, потери холостого хода и короткого замыкания (по паспортным данным);
     сведения об отключении трансформаторов в течение расчетного периода;
     средний максимальный рабочий ток трансформатора, взятый из суточных графиков нагрузки в период контрольных замеров(12):
     
        
      (12)
     
     количество активной энергии, поступившей в силовые трансформаторы, Wтр, количество активной энергии, поступившей в абонентские трансформаторы Wтр.а (кВт?ч) за расчетный период.
     Годовые потери электроэнергии в силовом трансформаторе определяются(13):
     
        
(13)
     
     где t - число часов работы трансформатора за расчетный период;
     ? - время максимальных потерь (условное время, в течение которого потери в активном сопротивлении элемента сети при постоянной максимальной нагрузке были бы равны потерям энергии в том же элементе за расчетный период времени при действительном графике нагрузки), ч;
     ?Рх.х.i, ?Рк.з.i - потери мощности холостого хода и короткого замыкания, кВт;
     Kз - коэффициент загрузки трансформатора (14):
     
        
(14)
     
     где Iнi - номинальный ток i-го трансформатора, А;
     Iср.макс - средний максимальный ток .
     Приближенно величину т определяют по следующей формуле(15):
     
        
(15)
     
     где Т- число часов использования максимальной нагрузки, ч.
      Число часов использования максимальной нагрузки Т определяется по формуле(16):
     
        
(16)
     
     где Uтр.н. - номинальное линейное напряжение трансформатора на низкой стороне.
     На основании расчетных величин Т и ? можно построить график зависимости ? = ?(Т) .
     Годовые потери электроэнергии во всех трансформаторах определяются(17):
     
        
(17)
     
     где n - число трансформаторов в электрической сети.
     Относительная величина потерь электроэнергии в силовых трансформаторах(18):
     
        
(18)
     
     
        
(19)
     где Wтр - количество электроэнергии поступившей в силовые трансформаторы, кВт?ч(19):

1.3.Определение величины потерь электрической энергии в сети напряжением 0,4 кВ
     
     Исходными данными для определения потерь электроэнергии в целом по сети 0,4 кВ:
     количество электроэнергии Wн.н (кВт?ч), поступившей в сеть напряжением 0,4 кВ за расчетный период;
     фазные напряжения на всех трех фазах отходящей линии U1а, U1б, U1в и токи Iа, Iб, Iв, измеренные на шинах ТП;
     фазные напряжения U2а, U2б, U2в измеренные в конце линии [20].
     Измерения выполняются в дни контрольных замеров в расчетный период.
     Потери электроэнергии в линиях 0,4 кВ рассчитываются по формулам:
     для кабельной линии [21]:
     
        
(21)
     
     для воздушной линии [22]:
     
        
(22)
     
     где ?Uсрi - среднее падение напряжения в конце распределительной линии, В;
     Iсрi, - средний ток линии 0,4 кВ в ее начале на ТП в момент замера ?Uсрi.
      Относительные потери электроэнергии в кабельной сети с коммунально-бытовой нагрузкой определяются [23]:
     
        
(23)
     где Kд.п.ср - коэффициент дополнительных потерь, возникших из-за неравномерной загрузки фаз;
     ?Uср - средние относительные потери напряжения для сети низкого напряжения, %.
      Определение относительных потерь напряжения (в %) для сети напряжением 0,4 кВ производится по измерениям фазных напряжений в начале и в конце линии и подсчитывается как среднее фазное значение напряжения в начале и в конце линии в дни контрольных замеров [24]:
     
        
(25)
     
     среднее значение потери напряжения в линиях [25]:
     
        
(26)
     
     средний процент потерь напряжения для одной ТП [26]:
     
        
(27)
     
     средний процент потерь напряжения для всех ТП, на которых проводились замеры [27]:
     
        
(28)
     
     где n - число ТП, на которых были выполнены контрольные замеры.
     Средний процент потерь мощности в сети 0,4 кВ [28]:
     
        
(29)
     
     где Kм/н - коэффициент, определяющий отношение потери мощности к потери напряжения (для приближенных вычислений принимать Kм/н = 0,75).
      Число часов максимальных потерь ? рекомендуется определять по формуле 13 или из графика ? = ?(T) [29].
     Средний коэффициент дополнительных потерь для сети напряжением до 0,4 кВ равен [30]:
     
        
(30)
     
     где n - число распределительных линий, включенных в расчет;
     Kд.пi - коэффициент дополнительных потерь при неравномерной нагрузке фаз распределительной линии определяют [31]:
     
        
(31)
     
     где Ro, Rф - соответственно активные сопротивления нулевого и фазного проводов, Ом;
     Kнi - коэффициент неравномерности нагрузки фаз распределительной линии, который равен:
     
        
     ((32)
     
     где Iаi, Iвi, Ici - соответственно значения токов (А) фаз А, В, С головного участка распределительной линии 0,4 кВ;
     Iсрi - среднее значение токов (А) фаз А, В, С.
     Коэффициенты K2нi и Kд.п можно определить по приложениям 3 и 4.
     Для двухпроводной линии Kд.п = 1, для трехпроводной линии Kд.п = K2нi
     Относительная величина потерь электроэнергии в сети с воздушными линиями и коммунально-бытовой нагрузкой определяется [32]:
     
        
(33)
     
     Относительная величина потерь электроэнергии в линии с одной нагрузкой равна:
        
(34)
     
        
(35)
     Потери электроэнергии в сети напряжением 0,4 кВ будут рассчитываться по формуле (35) [33]:

1.4. Задачи работы

     Актуальность для университетаразработка возможных мероприятий по сбережению электроэнергии после изучения электрических нагрузок зданий и сооружений Рязанского государственного радиотехнического университета (РГРТУ). Днем во время проведения занятий нагрузка возрастает, ночью снижается до минимума. Значительные изменения её наблюдаются в течение года, семестра, экзаменационной сессии, каникул и особенно при проведении специальных ремонтных работ.
      Также необходимо исследование нагрузок для расчета ипрогнозирования возможных скачков нагрузки в сети и колебаний уровня напряженияи удержания их в допустимых значенияхдля потребления электрической энергии с наибольшей экономической выгодой.
     Задачи ВКР:
     1. Анализ электрических нагрузок потребителей РГРТУ.
     2. Расчёт потерь электроэнергии в сетях напряжением 10(6) кВ.
     3. Разработка мероприятий по снижению потерь электрической энергии.


    2.  АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

2.1. Методика определения электрических нагрузок
     
     Электрическая нагрузка величина непрерывно изменяющаяся, так как потребители системы электроснабжения включаются или отключаются. Мощность, потребляемая электроприемниками, меняется с изменением загрузки рабочих машин. В зависимости от степени электрификации учебного процесса с течением времени изменяется общая электрическая нагрузка университета. Эти изменения, как правило, носят случайный характер, однако они подчиняются вероятностным законам, которые могут быть установлены с большой точностью при большом количестве опытных данных. Поэтому для анализа нагрузки использовали математический аппарат теории вероятностей.
     Первоначально строили функцию и плотность распределения случайных значений нагрузки. При этом предполагалось, что результаты исследований подчиняются нормальному закону распределения. 
     Рассчитали значения математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения случайной величины, [1].
     Среднее значение случайной величины  ,  определяли как среднее взвешенное значение (математическое ожидание), [2], то есть сумму произведений всех её значений и их вероятности:
     ,			(36)
     Учитывая, что:   	(37)
     формула (2) соответствует:
     
                             .      (38)
     
     Рассеивание случайной величины оценивали по значению дисперсии. Отклонение случайной величины от ее математического ожидания это есть  математическое ожидание квадрата соответствующей центрированной величины, [2]:
     
   Xо = x - M[x] .               (39)
     
     Значение дисперсии определяли как:
     
     		(40)
     или по формуле:
     ,(41)
     
     где:  n - число опытов;
     k - число интервалов вариационного ряда;
     xi- случайная величина;
      - среднее значение случайной величины;
     mk- число отказов в интервале .
     Квадратный корень из дисперсии (среднее квадратическое отклонение) определяли по выражению, [3]:
     
         .(42)
     
     Среднее квадратическое отклонение характеризует разброс значений случайных величин относительно математического ожидания. Рассеивание значений случайных величин от математического ожидания приводит к большим значениям дисперсии и среднего квадратического отклонения.
     Характеристику рассеивания случайной величины  (коэффициент вариации) рассчитывали по формуле,[2]:
     ,(43)
     
     где ?  - среднее квадратическое отклонение;
      -  среднее значение случайной величины.
     
     (44)

     Соответствие результатов исследования электрических нагрузок предполагаемому теоретическому закону распределения  проверяли методом Пирсона (?2).
2.2.Анализ электрических нагрузок  по годам

     Фундаментом рациональной и экономически выгодной, энергоэффективной системы электроснабжения предприятий и бытовых потребителей является режим их работы и предполагаемая величина электрических нагрузок.
     Под электрической нагрузкой будем понимать активную составляющую мощности, потребляемую электроустановкой в определенный момент времени. 
     Электрическая нагрузка Рязанского государственного радиотехнического университета в течение суток неравномерна. Она складывается преимущественно из освещения помещений и работы лабораторных установок и бытовых приборов. Днем во время проведения занятий нагрузка возрастает, ночью снижается до минимума. Значительные изменения её наблюдаются в течение года, семестра, экзаменационной сессии, каникул и особенно при проведении специальных ремонтных работ. 
     Целью исследования является изучение электрических нагрузок зданий и сооружений Рязанского государственного радиотехнического университета (РГРТУ) за предыдущие 4 года для разработки мероприятий по сбережению электроэнергии (рис. 3). 
     
Рисунок 3. Изменение потребляемой годовой активной энергии
     
     Изменение потребляемой годовой активной мощности аппроксимируется уравнением 3-ей степени для полиномиальной линии тренда,[3]:
     
     y = 48996x3 - 389094x2 + 898606x + 2E+06(45)
     
     Минимальные значения нагрузки по данным муниципального унитарного предприятия по электроснабжению потребителей были в 2015 и 2016 году и составляли 2888418,078кВтч и 2876217,942кВтч соответственно, а максимальные в 2013 и 2014 годах. Нагрузка за 2013  год составила  2930063,046кВтч , а в 2014 году-  3004358,592ч кВт.  Последние три года нагрузка за год уменьшалась. 
     Суммарная потребленная электроэнергии в по сведениям  РГРТУ составила:
     ??W?_2013=2873,18 МВт·ч;
     ??W?_2014=2785,55МВт·ч;
     ??W?_2015=2511,59 МВт·ч;
     ??W?_2016=2573,18 МВт·ч .
     
     Максимальное значение нагрузки за соответствующий год составляло:
     P_(max 2013)=1051 кВт;
     P_(max 2014)=1116 кВт;
     P_(max 2015)=907 кВт;
     P_(max 2016)=909 кВт.
     
     Рассчитаны значения времени максимального использования нагрузки для каждого года по формуле
   T_(max )=(?W)/P_(max ) ;(46)
     
     T_(max 2013)=??W?_2013/P_(max 2013) =(2873,18 )/1051=2734ч;
     T_(max 2014)=??W?_2014/P_(max 2014) =(2785,55 )/1116=2496 ч;
     
     T_(max 2015)=??W?_2015/P_(max 2015) =(2511,59 )/907=2769 ч;
     
     T_(max 2016)=??W?_2016/P_(max 2016) =(2573,18 )/909=2830ч.
     
     График изменения нагрузки по месяцам года имеет явно выраженный минимум нагрузки, который приходится на июль и август месяцы, когда студенты университета находятся на каникулах. Получены уравнения 4-ой степени для полиномиальных линий тренда, аппроксимирующих изменение нагрузок по месяцам года.
     

Рисунок 4. Зависимость электропотребления объектами 
РГРТУ от месяца
     
     Нагрузка по месяцам за 2013 и 2014 год была чаще всего больше, чем за 2015 и 2016 года по одним и тем же месяцам. Отметим минимум, приходящийся на 7 и 8 месяц, это июль и август, летние не учебные месяцы. А максимальная нагрузка приходится  на  9, 10, 11, 12 месяцы, когда идет учебный процесс.  
     

Рисунок 5. Зависимость нагрузки РГРТУ от года и месяца
     Изменение активной составляющей мощности по годам от месяца года (рис.5) показывает, что максимальная нагрузка, возникающая в зимний период,  в средне.......................