3212
.pdf
Французской комиссии ANSES [4]. По этой причине их запрещено использовать в школах, детских садах и т.п.;
деградация кристалла светодиода, из-за чего он со временем теряет свои световые характеристики.
Как мы видим, достоинства данного типа освещения перевешивают недостатки, что подтверждает их популярность у потребителей. Доказательством может служить нижеприведённый график, представленный на рисунке.
Рисунок. Структура рынка светильников в нашей стране Литература
1.Основные характеристики российской энергетики
[Электронный ресурс]: Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/532 (дата обращения: 01.04.2020).
2.СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*: дата введения 2017-05-08.
3.Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 26.07.2019) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
4.French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.anses.fr/en/content/leds-blue-light (дата обращения: 13.08.2019).
Воронежский государственный технический университет
81
УДК 621.315
Д.В. Бондаренко, Д.А. Чаплынская, С. А. Горемыкин, Н.В. Ситников
КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ
ВСООТВЕТСТВИИ СО СТАНДАРТОМ МЭК61850
ИЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ
Рассматриваются история создания и содержание стандарта МЭК61850. Описывается основные особенности подстанций, реализованных в соответствии с концепцией цифровой подстанции. Формулируются требования, предъявляемые к архитектуре цифровой подстанции. Анализируются преимущества от внедрения цифровых подстанций.
Ключевые слова: цифровая подстанция, коммуникационные стандарты, цифровая информация.
Применяя понятие «цифровая подстанция» (ЦПС) обычно подразумевают современную подстанцию, на которой реализована передача и обработка информации в цифровом виде. Это означает, что силовое оборудование подстанции (ПС) оснащено интеллектуальными датчиками, выдающими цифровые сигналы, применяются телекоммуникационные технологии, реализованные в виде локальной вычислительной сети, а также организованы автоматизация и управление оборудованием подстанции.
Разработанный в 2003 году международный стандарт МЭК61850«Коммуникационные сети системы подстанций» содержит в себе единые правила в использовании коммуникационных стандартов (протоколов) и единых моделей, используемых при разработке и создании современной «цифровой подстанции». Предпосылки к созданию стандарта МЭК61850 возникли еще в 1980-х годах в США. Тогда впервые были разработаны и применены технологии управления роботизированными установками, собирающими автомобили. В основе управления ими лежал протокол MMS. Этот протокол лег в основу разработки концепции UCA2 (UtilityCommunicationArchitecture), который успешно применялся в электроэнергетических сетях и системах.
Стандарт МЭК61850 имеет десять частей, в которых последовательно дана терминология, сформулированы основные требования, описаны принципы управления системой и проектирование ЦПС, применяемые для связи микропроцессорных устройств ПС языки, представлена структура сетей связи, описаны используемые сервисы связи, даны требованию по проверке на совместимость.
Следует отметить, что в 2009 году на основе стандарта МЭК61850был разработан отечественный стандарт ГОСТ Р МЭК 61850-7-1-2009 «Сети и
82
системы связи на подстанциях. Часть 7. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Раздел 1. Принципы и модели».
На практике впервые концепцию ЦПС на основе стандарта МЭК61850 реализовал немецкий концерн Siemens в 2005 году. Запущенная в эксплуатацию ПС предназначалась для электроснабжения в Германии крупного месторождения угля. Тогда же в Швейцарии была запущена в эксплуатацию еще одна ПС, обеспечивающая питанием предприятие по производству автомобилей. Уже в 2006 году концерн Siemens реализовал более 130 проектов ЦПС, соответствующих стандарту МЭК61850.
Опыт внедрения концепции ЦПС позволил выявить следующие основные тенденции и дать рекомендации:
1)в качестве первичных источников сигналов целесообразно использовать оптические измерительные трансформаторы (трансформаторы напряжения, трансформаторы тока, а также комбинированные);
2)все силовое оборудование оснащается цифровыми датчиками, которые передают информацию о его состоянии, токах, напряжениях и т. д.
3)необходимо применять комплектные и компактные распределительные устройства;
4)для передачи информации используются локальные цифровые
сети.
Можно сформулировать следующие основные требования к архитектуре ЦПС.
1 В основе взаимодействия оборудования ПС должны лежать коммуникационные стандарты, изложенные в МЭК61850 (единство построения сетей, применения протоколов и информационных моделей).
2 Все серверное оборудование должно поддерживать те же протоколы и информационные модели (МЭК (IEC) 61850), а для обмена с внешними АСУ должны реализовываться протоколы IEC 60870-5-101 и IEC 60870-5-104.
3 Обмен информацией между вторичным и подстанционным оборудованием должен осуществляться по стандарту МЭК61850.
Следует отметить, что внедрение концепции ЦПС дает следующие преимущества по сравнению с обычными подстанциями.
1 Поскольку для передачи информации используются унифицированные телекоммуникационные технологии, то достаточно одной телекоммуникационной сети. В результате уменьшается общее количество оборудования для измерений, передачи сигналов и их обработки, тогда как в традиционной ПС используются индивидуальные устройства и технологии измерений и передачи сигналов.
2 Поскольку на ЦПС применяются измерительные устройства, выдающие цифровой сигнал, то резко снижается погрешность проводимых
83
измерений, так как в процессе передачи сигналов и их обработки не сказываются дополнительные погрешности. В результате обеспечивается высокая точность проводимых измерений.
3 Наличие единой телекоммуникационной сети и технологий позволяет легко добавить новое оборудование и интегрировать его в имеющуюся систему.
4 Применение на традиционных ПС медных кабелей создает проблемы по обеспечению электромагнитной совместимости технических средств, поскольку их необходимо экранировать и заземлять с двух сторон. Использование опто-волоконных кабелей на ЦПС позволяет исключить проблемы, вызванные несоблюдением электромагнитной совместимости. Кроме того, нет необходимости экранировать кабели.
5 Применение на ЦПС электронных измерительных устройств и преобразователей исключает проблемы, характерные обычным измерительным трансформаторам (несинусоидальность сигналов при насыщении сердечников, повреждения при КЗ, опасность взрыва масляных баков и т. д.).
6 Применение современных сетевых технологий позволяет уменьшить количество кабелей связи. Более того, использование оптоволоконных кабелей позволяет передавать большие потоки цифровой информации. В результате упрощается система вторичных кабелей по сравнению с традиционной подстанцией.
7 Поскольку все сигналы цифровые, то для ЦПС характерна высокая надежность, так как цифровые сигналы характеризуются высокой помехоустойчивостью. Оптические же сигналы, кроме того, не подвержены воздействию электромагнитных помех.
8 В соответствии со стандартом МЭК61850 все цифровое оборудование на ЦПС использует единые интерфейсы, протоколы передачи данных и информационные модели. Поскольку этот стандарт соблюдают все производители, то использование оборудования различных производителей, как правило, не вызывает проблем и сложностей. Тогда как на традиционных ПС существуют проблемы взаимодействия вторичного оборудования производства различных компаний.
9 Реализация концепции ЦПС позволяет в дальнейшем увеличивать уровень управления и автоматизации.
Следует предположить, что через некоторое время все вновь сооружаемые подстанции и объекты электроэнергетики будут проектироваться исключительно в соответствии с концепцией «цифровой подстанции», основанной на применении международного стандарта МЭК61850.
84
Литература 1. Прикладные задачи электромеханики, энергетики,
электроники: труды Всерос. студ. научно-технической конф. – Воронеж:
ВГТУ, 2020. – С. 53-57.
Воронежский государственный технический университет
85
УДК 621.317.784
Е.С. Бурлакова, А.В. Андриевский
АНАЛИЗ ЗАТРАТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СОВРЕМЕННЫМИ БЫТОВЫМИ ЭЛЕКТРОПРИБОРАМИ
В работе проводится анализ затрат электроэнергии некоторыми бытовыми электрическими приборами, которые часто применяются в современных хозяйствах. Делаются выводы по оптимизации расходов и экономии электроэнергии.
Ключевые слова: ваттметр цифровой, электрическая энергия, электрические приборы.
Одним из базовых параметров электрической сети является мощность, которая отображает величину работы, совершаемую электрическим током за определенное время. Мощность в электросетях измеряется ваттметром. Данное устройство служит для определения мощности приборов, которые включены в сеть, контроля режима работы электрического оборудования, а также помогает при учете потребляемой электроэнергии. Существует две разновидности ваттметров – аналоговый и цифровой. Сегодня все чаще используется цифровой ваттметр, ведь он имеет ряд достоинств: доступная цена, точность измерений, мобильность, простота подключения, функциональность. Однако, несмотря на довольно значительную достоверность измерений, некоторые модели чувствительны к внешним факторам, таким как воздействие наружных электромагнитных полей или провалы напряжения, и дают небольшую погрешность (1-2%), но этого достаточно для определения мощности и стоимости затрат электроэнергии. Именно цифровым ваттметром марки Intertek Cat II (Рис. 1) мы пользовались при выполнении исследования.
86
Рис. 1. Цифровой ваттметр марки Intertek Cat II
С увеличением потребностей человека в наших домах появились приборы нового поколения, которые могут потреблять существенный объем электрической энергии. Принимая во внимание данные Росстата [1], за последние 6 лет плата за электроэнергию в квартирах без электрических плит в Воронежской области увеличились на 31,3% (Рис. 2). Поэтому экономия электроэнергии является весьма актуальным вопросом на сегодняшний день.
Рис. 2. График роста тарифов на электроэнергию в Воронежской области
Цель работы заключается в определении объема потребления электроэнергии наиболее распространенных электрических приборов,
87
подключенных к электросети в рабочем, энергосберегающем и выключенном режимах, а также в вычислении финансовых затрат при использовании рассматриваемых устройств.
Для достижения цели рассмотрим один из приборов бытовой техники – электрический чайник. При расчете необходимо учесть, что в быту чайник объемом 1 литр используют не реже пяти раз в сутки, где разовое время закипания составляет 3 минуты, а за весь день – 15 минут, то есть 0,25 часа. Найдем годовое количество затрачиваемого времени на закипание чайника (tг) по формуле (1):
, |
(1) |
где tк – время закипания электрочайника в течение суток; n – количество дней в году.
Чтобы определить мгновенную мощность электрического чайника воспользуемся изученным цифровым ваттметром. Для этого в стандартную розетку вставим вилку ваттметра, а затем подадим нагрузку в виде рассматриваемого электроприбора. Мы можем наблюдать, что в режиме холостого хода чайник не потребляет мощность. Тогда выполним расчет средней мощности электрочайника (Рср), которую он потребляет при закипании, то есть за 0,05 часа работы по формуле (2):
(2)
– мощность электрочайника при закипании.
С помощью полученных данных вычислим годовое потребление электроэнергии электрического чайника (Wэ) по формуле (3):
(3)
Учитывая стоимость оплаты за электроэнергию в период с 01.07.2021 г. по 31.12.2021 г. [2], посчитаем конечную сумму затрат (С) при бытовом использовании электрочайника в год по формуле (4):
(4)
где Ц – стоимость оплаты за электроэнергию.
88
Аналогичные вычисления провели для остальных электроприборов и занесли в таблицу , которая содержит усредненную информацию, так как количество потребляемой электроэнергии и время работы устройств в каждом доме может отличаться.
Таблица
Энергопотребление бытовых приборов
Электрически |
Мощность, кВт |
Число часов работы в |
Потребление |
Расхо |
||||
е приборы |
|
|
год, ч |
|
электроэнергии в год, |
ды на |
||
|
|
|
|
|
кВт*ч |
электр |
||
|
р.х. |
х.х. |
р.х. |
х.х. |
р.х. |
х.х. |
оэнерг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ию в |
|
|
|
|
|
|
|
|
год, р |
Мобильный |
0,0117 |
0 |
730 |
– |
8,541 |
– |
36,214 |
|
телефон |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гирлянда |
0,00227 |
– |
112 |
– |
0,254 |
– |
1,077 |
|
Портативная |
0,0057 |
0 |
192 |
– |
1,094 |
– |
4,639 |
|
колонка |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вентилятор |
0,0384 |
0 |
360 |
– |
13,824 |
– |
58,614 |
|
Электрическа |
0,0031 |
0,0022 |
192 |
8712 |
0,595 |
19,166 |
|
83,787 |
я бритва |
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрически |
1,656 |
0 |
91,25 |
– |
151,11 |
– |
640,70 |
|
й чайник |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Настольная |
0,0138 |
0 |
730 |
– |
10,074 |
– |
42,714 |
|
лампа |
|
|
|
|
|
|
|
|
Стиральная |
Р1=0,0194 |
0,0003 |
Р1=30,295 |
8395 |
Р1=0,588 |
2,519 |
|
2273,3 |
машина |
Р2=1,413 |
|
Р2=182,5 |
|
Р2=257,8 |
|
|
35 |
|
Р3=1,8 |
|
Р3=152,205 |
|
73 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р3=275,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
84 |
|
|
|
Тостер |
0,5632 |
0 |
16,032 |
– |
9,03 |
– |
|
38,287 |
Блендер |
0,0142 |
0,0001 |
9 |
8751 |
0,128 |
0,875 |
|
4,253 |
Миксер |
0,1292 |
0,0001 |
9 |
8751 |
1,163 |
0,875 |
|
8,641 |
Мясорубка |
0,1041 |
0 |
18 |
– |
1,874 |
– |
|
7,946 |
электрическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
Телевизор |
0,0587 |
0,0003 |
1825 |
6935 |
107,128 |
2,081 |
|
463,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Утюг |
1,103 |
0 |
192 |
– |
211,776 |
– |
|
897,93 |
Выпрямитель |
Р1=0,3255 |
0 |
Р1=4,752 |
– |
Р1=1,547 |
– |
|
13,263 |
для волос |
Р2=0,0499 |
|
Р2=31,68 |
|
Р2=1,581 |
|
|
|
Холодильник |
Р1=0,0986 |
0,0032 |
Р1=1460 |
7178 |
Р1=143,9 |
22,971 |
|
717,97 |
|
Р2=0,0198 |
|
Р2=121,545 |
,455 |
56 |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
Р2=2,407 |
|
|
|
Пылесос |
1,03 |
0 |
31,968 |
– |
32,927 |
– |
|
139,61 |
Из выше представленной таблицы можно сделать вывод, что количество затрат на электроэнергию напрямую зависит от потребляемой мощности электроприборов. Есть множество мелочей, на которые мы редко обращаем внимание, например, оставленные в
89
розетках зарядные устройства, которые в режиме холостого хода потребляют достаточное количество электроэнергии. Чтобы снизить расход электрической энергии необязательно ограничивать себя в привычном образе жизни, достаточно более эффективно ее использовать. Для этого могут быть предложены следующие меры: помещать в холодильник только хорошо охлажденные продукты; не стоит перегружать и недогружать стиральную машину; следует своевременно чистить пылесборник и фильтры пылесоса; удалять накипь в электрочайнике, так как она обладает малой теплопроводностью; не оставлять бесполезно работающие электроприборы и тому подобное.
В ходе выполнения исследования была достигнута поставленная нами цель, а именно, выполнен расчет объема потребляемой электроэнергии электрических приборов, вычислены финансовые затраты при использовании оборудования, а также предложены некоторые меры по оптимизации затрат на электроэнергию. Применение данных мероприятий позволит уменьшить влияние потребляемой электроэнергии на финансовую составляющую населения, тем самым принесёт выгоду в экономическом плане.
\Литература
1.Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Воронежской области – Код доступа: https://clck.ru/Xx4Fv
2.ТНС энерго Воронеж – Код доступа: https://voronezh.tns- e.ru/population/tariffs/tariff-table/
Воронежский государственный технический университет
90