Энергосбережение и энергоэффективность в энергетике

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ  

И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ 

В ЭНЕРГЕТИКЕ 
 
 

Утверждено Редакционно-издательским советом университета 

в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

НОВОСИБИРСК 

2018 

УДК 621.311.16(075.8) 

Э 653 
 
 

Коллектив авторов: 

В.П. Луппов, Т.В. Мятеж, Ю.М. Сидоркин,  

Н.А. Стрельников, Д.Е. Шевцов 
 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доцент А.В. Лыкин 

канд. техн. наук, доцент М.Е. Вильбергер 
 
 

Работа подготовлена БОЦ «Энергоцентр НГТУ» для студентов  

факультета энергетики, обучающихся по направлению 

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» 

и слушателей повышения квалификации 
 
 

Э 653      Энергосбережение и энергоэффективность в энергетике: 

учебное пособие / В.П. Луппов, Т.В. Мятеж, Ю.М. Сидоркин, 
Н.А. Стрельников, Д.Е. Шевцов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 
2018. – 107 с. 

ISBN 978-5-7782-3634-9 

Рассмотрены способы повышения энергоэффективности и снижения потерь электрической и тепловой энергии, а также энергосберегающие режимы работы оборудования. 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.311.16(075.8) 
 

ISBN 978-5-7782-3634-9 
© Коллектив авторов, 2018 

 
© Новосибирский государственный 

 
технический университет, 2018 

 
 
 
 
 
 
 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ  
 

Предисловие ............................................................................................................ 4 
1. Компенсация реактивной мощности ................................................................. 6 
2. Энергетическая эффективность  источников света ....................................... 19 
3. Качество электрической энергии..................................................................... 33 
4. Тепловизионный анализ  свойств различных теплоизоляционных 

материалов ......................................................................................................... 61 

5. Исследование режимов работы  теплового пункта ........................................ 75 
Приложение ......................................................................................................... 100 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
При изучении дисциплины «Энергосбережение и энергоэффективность в энергетике» большое внимание уделяется вопросам энергоэффективности электрических и тепловых сетей городов и промышленных предприятий и энергоустановок. 
Настоящее учебное пособие предназначено для изучения способов 
повышения энергоэффективности и уменьшения потерь электрической 
и тепловой энергии в электрических и тепловых сетях и обеспечения 
энергосберегающих режимов работы оборудования. 
В пособие включены описания лабораторных работ, выполняемых 
на физических лабораторных установках, что позволяет проводить 
натурные эксперименты с целью выявления оптимальных режимов 
работы оборудования, диагностировать неисправности установок и 
вести сравнительный анализ различных способов освещения и теплоизоляции. 
Для получения оптимальных результатов предлагается следующий 
алгоритм выполнения лабораторных работ. 
1. Подготовка к лабораторной работе (чтение задания и методических указаний, заготовка таблиц для заполнения результатами опытов). 
2. Допуск к лабораторной работе (беседа с преподавателем, который проверяет знание студентом цели работы, ее содержания; представление об объекте исследования; понимание технологии и порядка 
проведения опытов). 
3. Проведение эксперимента (в соответствии с заданием выполнение ряда опытов в эксперименте с помощью физического лабораторного стенда). 
4. Обработка результатов эксперимента (проверка на наличие 
грубых ошибок, построение графиков и диаграмм, формулировка выводов). 
 

5. Оформление отчета по работе (отчет оформляется в соответствии с правилами, оговоренными преподавателем в печатном или рукописном виде). 
6. Подготовка к защите лабораторной работы (изучение теоретического материала по вопросам, представленным в методических указаниях, и сопоставление результатов теоретического анализа с экспериментальными данными, полученными в работе). 
7. Защита лабораторной работы (коллективное или индивидуальное 
собеседование с преподавателем по заданным вопросам). 
 
 

1. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 

Анализ актуальности, общих принципов и технических средств 
компенсации реактивной мощности для повышения энергоэффективности электрических сетей городов, промышленных предприятий и 
объектов электроэнергетики. 

ЗАДАЧИ РАБОТЫ 

1. Рассмотрение физических основ и понятий реактивной мощности. 
2. Изучение современных устройств компенсации реактивной 
мощности в низковольтных электрических сетях. 
3. Изучение и выполнение процедуры настройки регулятора реактивной мощности конденсаторной установки. 
4. Регистрация параметров электрической сети до и после компенсации реактивной мощности. 
5. Расчет эффективности компенсации реактивной мощности. 
6. Анализ эффективности компенсации реактивной мощности для 
снижения потерь мощности в электрической сети. 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

Общеприняты понятия, что реактивности индуктивного характера 
являются потребителями реактивной энергии, а реактивности емкостного характера – источниками реактивной энергии. Установка источников реактивной мощности непосредственно у потребителей или в 
узлах электрической сети носит название компенсации реактивной 
мощности (КРМ). 

Компенсация реактивной мощности представляет собой одно из 
наиболее важных и ответственных мероприятий по повышению энергоэффективности. В комплексе вопросов, посвященных передаче, распределению и потреблению электроэнергии, проблема КРМ всегда 
находилась на одном из наиболее важных мест.  
При нормальных рабочих условиях все электрические приемники 
электрической энергии, режим которых сопровождается электромагнитными процессами (например, индукционные двигатели, оборудование для сварки), потребляют из сети не только активную, но и индуктивную реактивную мощность. Эта реактивная мощность необходима для работы оборудования и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка сети. При передаче 
мощности по электрической сети реактивная часть ее должна быть по 
возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться не передать через сеть 
общего электроснабжения, а выработать непосредственно в месте ее 
потребления. Тем самым: 
 снижаются потери электроэнергии и мощности в силовых 
трансформаторах и линиях электропередачи; 
 уменьшается загрузка силовых трансформаторов и линий электропередачи; 
 появляется возможность подключения дополнительных потребителей в пределах заявленной мощности; 
 повышается качество электрической энергии, нормализуется 
уровень напряжения. 
В современных условиях для компенсации реактивной мощности в 
низковольтных промышленных и городских электрических сетях 
наибольшее распространение получили отдельные конденсаторы или 
конденсаторные установки из-за простоты их эксплуатации и меньшей 
стоимости. 
Конденсаторные батареи вырабатывают реактивную мощность, необходимую потребителю. Таким образом, передаваемая по электрической сети реактивная мощность может быть снижена или вообще удалена. Но чаще всего реактивная мощность полностью не компенсируется (до cos
1),
 
 так как появляется риск перекомпенсации (из-за 
переменных величин активной мощности нагрузки, а также иных случайных факторов). В основном пытаются достичь значения cos  в 
диапазоне 0,90...0,95. На рис. 1 показан баланс реактивной мощности 
без конденсаторных установок и с их применением. 

Рис. 1. Баланс мощности 

Вырабатывая реактивную мощность, конденсаторные батареи 
повышают величину напряжения в точке их установки, поэтому они 
применяются не только для снижения потерь электроэнергии, но и 
для регулирования напряжения у потребителей. Например, если потребитель находится на значительном удалении от узла питания, то 
за счет падения напряжения в сети напряжение у потребителя может 
снизиться ниже нормально допустимого для работы оборудования. 
Эффективным решением будет установка у потребителя с пониженным напряжением конденсаторной батареи для повышения напряжения. 
Отдельные конденсаторы для компенсации реактивной мощности 
выпускаются на напряжения 220, 380 и 660 В в трехфазном исполнении мощностью от 1 до 10 квар и на напряжения 1,05; 3,15; 6,3 и 
10,5 кВ – в однофазном исполнении мощностью от 13 до 75 квар. 
Так как мощность отдельных конденсаторов сравнительно невелика, то обычно их соединяют параллельно в батареи, размещаемые в 
комплектных шкафах.  
В зависимости от способа исполнения различают нерегулируемые 
и регулируемые конденсаторные установки. Регулируемые установки 
всегда выполняются многоступенчатыми и оснащаются автоматиче

скими микропроцессорными регуляторами для исключения перекомпенсации реактивной мощности в минимальном режиме и, как следствие, повышения напряжения у потребителей. Принципы регулирования могут быть различными: по времени суток, по величине реактивной мощности, по напряжению, по величине полного тока, коэффициенту мощности, а также комбинированные. Использование регулируемых установок является более эффективным способом реализации 
КРМ, но и более дорогостоящим. 
В последнее время повсеместное внедрение силовой преобразовательной техники в промышленности, например, частотно-регулируемых электроприводов, ставит перед потребителями проблему 
искажения кривой питающего напряжения высшими гармониками. 
В этом случае необходимо использовать конденсаторные установки, 
оснащенные дросселями. Дроссели предназначены для работы в составе конденсаторных установок, включаются последовательно с 
конденсаторами и служат для отстройки от частоты превалирующей 
в сети гармоники и предотвращения повреждения конденсаторной 
установки.  
В зависимости от подключения и формы применения конденсаторных установок или отдельных конденсаторов различают несколько 
видов компенсации. 
 Централизованная компенсация (рис. 2, а, б), при которой 
определенное число конденсаторов подключается к распределительному устройству подстанции. Конденсаторы управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают конденсаторы, с помощью которых компенсируется реактивная 
мощность общей нагрузки, что уменьшает суммарную потребность 
сети. Размещение конденсаторных установок в РУ 0,4 кВ окупается 
за 2,5…4,5 года. 
 Групповая компенсация (рис. 2, в), при которой аналогично централизованной компенсации для нескольких одновременно работающих потребителей подключается совместный конденсатор. Здесь также разгружается подводящая линия, правда, только до распределителя 
на отдельные потребители. Размещение конденсаторных установок в 
распределительных пунктах 0,4 кВ. Срок окупаемости этого вида компенсации ориентировочно равен 1,5…4,5 года. 
 Индивидуальная, или постоянная, компенсация (рис. 2, г), при 
которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непо

средственно в месте ее потребления, что ведет к разгрузке подводящих линий электропередач по реактивной мощности. Такая компенсация применяется для отдельных работающих потребителей с постоянной или относительно большой мощностью (свыше 20 кВт): 
асинхронных двигателей, трансформаторов, сварочных инструментов, разрядных ламп и др. Этот вид компенсации наиболее эффективен, а срок окупаемости по среднестатистическим данным составляет 
от 0,3 до 0,7 года. 
 

 

а 
 
            б  
              в 
              г 

Рис. 2. Виды компенсации реактивной мощности 

Основные преимущества использования конденсаторных установок: 
 малые удельные потери активной мощности (собственные потери современных низковольтных косинусных конденсаторов не превышает 0,5 Вт на 1000 вар); 
 отсутствие вращающихся частей; 
 простой монтаж и эксплуатация (не нужно фундамента); 
 относительно невысокие капиталовложения; 
 возможность подбора любой необходимой мощности компенсации; 
 возможность установки и подключения в любой точке электросети; 
 отсутствие шума во время работы. 

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ 

Учебно-лабораторный стенд состоит из трех основных элементов: 
блока нагрузки, блока управления нагрузкой, регулируемой конденсаторной установки. 
Конденсаторная установка (рис. 3) предназначена для выдачи реактивной мощности в электрическую сеть. Она представляет собой металлический шкаф, в котором размещены конденсаторы, контакторы, 
предохранители, рубильник, микропроцессорный регулятор реактивной мощности (далее регулятор). Конденсаторная установка состоит из 
трех конденсаторов, мощностью 2,5, 2,5 и 5 квар. В зависимости от 
комбинации включенных конденсаторов установка имеет четыре ступени регулирования мощности: 2,5, 5, 7,5 и 10 квар. 
Блок нагрузки (рис. 4) моделирует активно-индуктивную нагрузку 
в пределах от 0 до 10 кВ · А с помощью комбинации дросселей и резисторов. 
 

Рис. 3. Конденсаторная установка 
Рис. 4. Блок нагрузки 

Блок управления нагрузкой (рис. 5) позволяет дискретно изменять 
активно-индуктивную нагрузку. На панели управления блока размещены органы управления и элементы сигнализации. 
Для регулирования выдаваемой реактивной мощности конденсаторной установки в работе используется регулятор FCR05 производства фирмы BMR. Он обеспечивает управление реактивной мощностью установки в зависимости от заданного пользователем cosφ.