Способ электроснабжения потребителей в жилых и коммерческих зданиях Российский патент 2025 года по МПК H02J3/06 G06Q10/04 G06Q50/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электроустановкам жилых и общественных зданий, и может быть использовано для снижения потерь в общедомовой части системы электроснабжения зданий, в частности для снижения потерь электроэнергии в нулевых рабочих проводниках.

Известен способ снижения потерь в электроустановках жилых и коммерческих зданий за счет снижения тока нулевой последовательности и, следовательно, равномерного распределения, потребляемого однофазными нагрузками токов при питании от трехфазной сети [1]. В электроустановках жилых и коммерческих зданий помещения отдельных потребителей (квартир, офисов, магазинов) являются преимущественно однофазными, а система электроснабжения здания трехфазная. Для равномерной загрузки фаз системы питания нагрузки должны быть распределены равномерно. В противном случае появляется ток нулевой и обратной последовательностей, что негативно влияет на энергоэффективность электроустановки здания и качество электроэнергии [2].

Недостатком этого технического решения является его низкая энергоэффективность связанная с тем, что не учитывают реального потребления мощности в системе.

При проектировании электроустановки здания стремятся равномерно распределить все однофазные нагрузки по фазам, исходя из предполагаемой загрузки помещений, их размеров и предназначения. Однако во время эксплуатации потребление обусловлено целым рядом факторов, которые невозможно учесть при проектировании (количество используемых приборов, суточный график пользования электроэнергией, мощность бытовой и офисной техники) [3].

Недостатком такого технического решения является отсутствие информации о реальном потреблении электрической энергии нагрузками, это приводит к тому, что появляются токи нулевой последовательности, которые вызывают значительный рост потерь в системе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ снижения потерь электроэнергии, в котором производят переключения нагрузок с более нагруженных фаз на менее нагруженные за счет использования выключателей управляющих микроконтроллером установленных на кабельных или воздушных линиях электропередач, соединяющих шины низкого напряжения трансформатора и нагрузки. Сигналы с датчиков передаются на аналоговые входы микроконтроллера. На основании полученных данных микроконтроллер осуществляет управление выключателями, подключающими и отключающими нагрузки к шинам понижающего трансформатора [Патент RU 2351049, МПК H02J 3/00, H02J 3/28, опубл. 27.03.2009, бюл. №9].

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность, связанная с тем, что потери компенсируются только на шинах трансформатора, а не на всей длине нулевого рабочего проводника, при этом регулярные переключения могут вызывать скачки напряжения в фазах, что неблагоприятно сказывается на работе потребителей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности электроснабжения потребителей.

Технический результат заключается в снижении потерь электроэнергии в общедомовой части электросети здания и питающей трансформаторной подстанции.

Это достигается способом электроснабжения потребителей, в котором измеряют параметры электроэнергии, осуществляют переключение нагрузок, согласно изобретению счетчики электроэнергии отдельных потребителей связывают в единую сеть передачи данных, параметры электроэнергии измеряют в течение заданного временного интервала на входе каждой однофазной нагрузки, передают результаты измерения в центр обработки информации, определяют количество потребленной электроэнергии, производят вычисление потерь в проводниках при различном распределении однофазных потребителей по фазам, выявляют и фиксируют распределение потребителей по фазам, при котором потери в электроустановке здания минимальны, а переключение нагрузок осуществляют в соответствии с выявленным распределением.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена система мониторинга электроустановки жилого здания, основанная на сборе информации с квартирных счетчиков и общедомового счетчика и принятии решения по переключению потребителей для снижения потерь в проводниках и приняты следующие обозначения:

трехфазный питающий трансформатор подстанции,

счетчики электроэнергии,

однофазные нагрузки отдельных потребителей (квартиры, магазины, офисы),

трехфазная линия питания здания,

интерфейс передачи данных,

линия передачи информации,

сервер диспетчерской,

сервер сбора и хранения данных.

Способ электроснабжения потребителей в жилых и коммерческих зданиях реализуют следующим образом:

- счетчики электроэнергии отдельных потребителей связывают в единую сеть передачи данных,

- в течение заданного временного интервала измеряют параметры электроэнергии на входе (потребляемый ток, фазное напряжение, потребляемую мощность) каждой однофазной нагрузки,

- передают результаты измерения в центр обработки информации,

- определяют количество потребленной электроэнергии,

- производят вычисление потерь в проводниках при различном распределении однофазных потребителей по фазам,

- выявляют и фиксируют распределение потребителей по фазам, при котором потери в электроустановке здания минимальны,

- осуществляют переключение нагрузок в соответствии с выявленным распределением.

В жилом или коммерческом здании есть отдельные потребители (квартиры, офисы, магазины и др.) разной площади и с разной максимальной потребляемой мощностью. Однако электропотребление каждого однофазной нагрузки значительно меняется в течении суток в зависимости от количества находящихся в помещении людей, их графика занятости, используемых электроприборов. Так, например, для квартир наиболее характерны тренды с пиковым потреблением в утренние и вечерние часы, и общим превышением дневного потребления по сравнению с ночным.

Реализация способа электроснабжения потребителей в жилых и коммерческих зданиях показана на примере использования системы мониторинга электроустановки жилого здания (см. фиг.).

Все элементы системы связаны между собой следующим образом.

Здание запитано от трехфазного трансформатора 1 по трехфазной линии 4, к линии 4 подключены однофазные нагрузки 3. Счетчики электроэнергии 2 отдельных потребителей связывают в единую сеть передачи данных через цифровой интерфейс 5 в виде цифровых конверторов сигналов и линию передачи информации 6 с использованием стандартных протоколов, например, беспроводного протокола GSM, в рамках Автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). Измеренные счетчиками 2 параметры электроэнергии на входе (потребляемый ток, фазное напряжение, потребляемая мощность) каждой однофазной нагрузки 3 передают в центр обработки информации - сервер диспетчерской 7, там полученную информацию используют для расчета количества потребленной электроэнергии, производят вычисления потерь в проводниках при различном распределении однофазных потребителей по фазам, и параллельно передают на сервер сбора и хранения данных 8, где определяют комбинацию распределения потребителей по фазам, обеспечивающую минимальные потери в элементах системы. Для определения этой комбинации, например, для каждого варианта распределения рассчитывают суммарные потери в проводниках, трансформаторной подстанции и коммутационных аппаратах с учетом реальных параметров электроустановки здания. Каждые сутки определяют распределение нагрузок по фазам дающее минимальное значение потерь. Расчеты проводят до тех пор, пока не будет найдена комбинация распределения нагрузок по фазам, дающая минимальное количество потерь электроэнергии. При обнаружении такого оптимума переключают потребителей в соответствии с оптимальным распределением.

Для подтверждения достижения технического результата заявленным способом было проведено компьютерное моделирование, которое показало существенную разницу в суммарных потерях в зависимости от распределения нагрузок по фазам.

Результаты проведенного моделирования (Таблица 1) показали, что для каждого сочетания распределения квартир по фазам общие потери в системе за сутки, колеблются от 1,62 до 2,23 кВт·час. Таким образом сокращение потерь при оптимальном распределении по фазам может составить около 0,6 кВт·час за одни сутки для одного подъезда из 16 квартир, т.е. 27%.

Использование изобретения позволяет снизить потери электроэнергии в общедомовой части электросети здания и питающей трансформаторной подстанции.

Список использованных источников

1. Масенко, А.В. Снижение потерь в низковольтной распределительной сети / А.В. Масенко // Год науки и технологий 2021: Сборник тезисов по материалам Всероссийской научно-практической конференции, Краснодар, 09-12 февраля 2021 года / Отв. за выпуск А.Г. Кощаев. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2021. - С. 147.

2. Чурин, А.В. Эффективность мероприятий по снижению несимметрии однофазных нагрузок в частном жилом доме / А.В. Чурин, С.В. Сукьясов // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК: материалы всероссийской студенческой научно-практической конференции: в IV томах, Иркутск, 17-18 февраля 2022 года. Том IV. - п.Молодежный: Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского, 2022. - С. 307-311.

3. Волынцева, О.А. Учет влияния несимметрии и несинусоидальности токов на расчет потерь электроэнергии в сети 0,4 кв / О.А. Волынцева, С.Н. Шелюг // Электроэнергетика глазами молодежи - 2018: Материалы IX Международной молодежной научно-технической конференции. В 3-х томах, Казань, 01-05 октября 2018 года / Ответственный редактор Э.В. Шамсутдинов. Том 1. - Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2018. - С.99-102.

4. Патент RU 2351049, МПК H02J 3/00, H02J 3/28, опубл. 27.03.2009, бюл. №9.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является снижение потерь электроэнергии в общедомовой части электросети здания и питающей трансформаторной подстанции. В способе измеряют параметры электроэнергии, осуществляют переключение нагрузок, причем счетчики электроэнергии отдельных потребителей связывают в единую сеть передачи данных, параметры электроэнергии измеряют в течение суток на входе каждой однофазной нагрузки, передают результаты измерения в центр обработки информации, определяют количество потребленной электроэнергии, производят вычисление потерь в проводниках при различном распределении однофазных потребителей по фазам, выявляют и фиксируют комбинацию распределения потребителей по фазам, при котором потери в электроустановке здания минимальны, а переключение нагрузок осуществляют в соответствии с выявленным распределением. 1 ил., 1 табл.

Способ электроснабжения потребителей, в котором измеряют параметры электроэнергии, осуществляют переключение нагрузок, отличающийся тем, что счетчики электроэнергии отдельных потребителей связывают в единую сеть передачи данных, параметры электроэнергии измеряют в течение суток на входе каждой однофазной нагрузки, передают результаты измерения в центр обработки информации, определяют количество потребленной электроэнергии, производят вычисление потерь в проводниках при различном распределении однофазных потребителей по фазам, выявляют и фиксируют комбинацию распределения потребителей по фазам, при котором потери в электроустановке здания минимальны, а переключение нагрузок осуществляют в соответствии с выявленным распределением.