CC BY
71
УДК 658.26.004.163
Т.И. ОВЧАРЕНКО, доцент кафедры электроэнергетики
П. В. ВАСЮЧЕНКО, канд. педаг. наук, доцент кафедры электроэнергетики
Украинская инженерно-педагогическаяакадемия,г.Харьков
ТСОБЕННОСТИВНЕДРЕНИЯМЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
В статье рассмотрены особенности комплексной политики энергосбережения за счет внедрениямероприятий поснижению потерь электрической энергиив электрическихсетет действующих промышленныхпредприятий.Проанализированыособенностирасчетапотеръ электрической элваиин сучетом ратслпеых ректоров.
вР статтерозеиннутіосоОливоеті османчонноїсилітики енергозбереження за рахунок впроваджеслязаходевщодо окиждкия втрат еоекттиенязенергіїкелеірпроссихмвмпжпи дтпмдссрроптдприсмстс.Пропнрлісоваді овсйлоеовшіртсатхрнкизтрйтелеитрнчниївнерсії статкуванням тіслинчиолик ів.
Постановка проблемы
Подади млакадомнадгии в млакадичасгих спаях действующих пдомышланных предприятий один из основных пегрзрдалай экономичности дабоды всай сисдамы младдосирбсания (СЭС), мффагдивносди млагддоподдаблания, сосдояния сисдамы учада млагддомнадгии.
Пдобламр снисания подадь млагддомнадгии в мламандрх СЭС дайсдвующих пдомышанных пдадпдиядий (ПП) Тгдрины осдрадся ргдурльной, насмоддя на замадноа снисаниа фагдичасгих подадь мощносди в пеЕланиаа вдамя (с 21 % в 2001 г. до 13 % в 2010 г. [2]). Эди погазадали значидально пдавышаюд сданнасдрдисдичасгиа значания погазадалай пдомышланно дазвидых сддан Нвдопы (подади подядгр 7 % [2]).
Анализ последних исследований и публикаций
Сддугдуда фагдичасгих подадь млагддомнадгии пди аа пададачи в дрЕпданалидальиых садях мосад быдь пданЕдрвлаир в вида:
АЭф =АЭ +АЭ , (1)
факт норм сверх ’ \ /
гда АЭфакт, ЛЭнорм, АЭсверх - фагдичасгиа, иедмрдивиыа, Евадхиедмрдивиыа подади
млагддомнадгии.
Фагдичасгиа подади - мдо одчадныа подади, опданаляамыа по счадчигам, гаг дазница масду посдупланиам млагддомнадгии в садь ПП и полазной дярлизр-ияй миадгии собсдванными поддабидалями.
Жедмрдивиыа подади - граничный погазадаль мгономичносди дрспданалания и поддаблания млагддомнадги пди выполнании опданаланных даглрмаидидеврииых условий мгсплуадации [1]. Нодмрдивнып подади опданаляюд дасчадным пудам.
Свпдхнодмрдивнып подади вызваны надушаниам дахнологии дрЕпданалаиия и поддаблания млагддомнадгии в условиях мгсплуадации:
- изношанносдью ободудования (мламандов сади, ддрнсфодмрдодов);
- низгим гачасдвом млагддомнадгии (насиммаддия нагдузги, насинусоидальносдь фодмы гдивой ирпдяспния);
- иаполиофазным дасимом дабоды мламандов сади;
- авадийными падаглючаниями в даспданалидальных садях;
- избыдочными пададогами дяргдивной мощносди (РМ);
- низгой дочносдью учада поддаблания млагддомнадгии из-за погдашносди измадидальных пдибодов.
Эти нарушения ухудшают надежное и качественное электроснабжение потребителей и вызывают экономический ущерб [1, 2].
Постановка задачи
Современное состояние СЭС действующих ПП страны наглядно отображает пробемы, требующие реконструкции и технического переоснащения систем, совершенствование методов их эксплуатации. Причиной этому является морально и физически устаревшее электрооборудование, неудовлетворительное состояние и не соответствии мировым стандартам методов учета электроэнергии, неэффективное регулирование электропотребления.
Основной материал
На практике в промышленных неразветвленных сетях со средоточенной нагрузкой технологические потери на передачу полезно отпущенной электроэнергии определяют с учетом сверхнормативных потерь соответствующими коэффициентами:
- степень влияния изношенности оборудования определяется коэффициентом износа
Кизн = 1,1;
- при несимметрии загрузки в условиях отсутствия изменений тока по фазам коэффициент несимметрии применяют равным Кнесим=1,05;
- несинусоидальность формы кривой напряжения учитывается по коэффициентам прироста потерь от снижения качества электроэнергии, принимаемым в пределах Ккач=1,2.
Учитывая относительную стабильность перечисленных коэффициентов, вышеуказанные нарушения выражают одним коэффициентом, определяемым для ПП выражением:
Кпп=КизнКнесКкач =1,1 1,051,2 =1,38. (2)
Тогда технологические потери на передачу поезно отпущенной электроэнергии определится по выражению:
АЕпп = 1.38- Кф Е""*'ГТп гт1т (3)
и ном
где Кф - коэффициент формы графика электрической нагрузки, зависящий от
коэффициента непрерывности графика:
- при Кнерав = Рт1уртах = 0,8...0,9 Кф=1,01;
- при Кнерав= Рт%тах = 0,6......0,7 Кф=1,03;
Епп, Жпп - общий полезный отпуск соответственно активной и реактивной электроэнергии, кВт ч, кварч;
Т - продолжительность расчетного периода, часы (сутки 24 часа);
гпп - удельное активное сопротивление токоведущих частей (ТВЧ), Ом/км;
Iпп - протяженность ТВЧ, км.
Кроме перечисленных причин значительных потерь электроэнергии во внутризаводских сетях являются и неоптимальные, неконтролируемые режимы работы как отдельных электроприемников (ЭП), так и их групп, нерациональная конфигурация схем электроснабжения потребителей, неудовлетворительный коммерческий учет электроэнергии, неудоветворенное состояние материальной базы СЭС.
В связи с тем, что мероприятия по снижению потерь достаточно дороги, следует отдавать предпочтенте (особенно на действующих предприятиях) организационным мероприятиям, как правило, не требующим значительных затрат на их реализацию. Это
оптимизация загрузки электрооборудования при их эксплуатации, перераспределение нагрузки между цеховыми трансформаторами для обеспечения их оптимального коэффициента загрузки, ограничение работы электрооборудования на х. х., отключение незагруженных цеховых трансформаторов с переводом его нагрузки по автоматизированным перемычкам низшего напряжения на оставшийся в работе (дежурный) трансформатор, сокращением времени (длительности) ремонтных и послеовательных режимов.
Однако в современных условиях снизить потери электроэнергии во внутризаводских сетях возможно только существенными вложениями в реконструкцию и модернизацию СЭС на всех ее ступенях и в первую очередь внерением современного электрооборудования.
В общей структуре затрат электроэнергии на ее транспортирование и распределение часть потерь электроэнергии в трансформаторах превышает 20 %.
Принципиально новым методом снижения потерь х. х. в трансформаторах является использование сверхпроводящих материалов. Внедрение высокотемпературных сверхпроводников дает возможность снижения нагрузочных потерь, снижения массы трансформаторов до 40 %, ограничения токов к.з., снижения реактивного сопротивления и повышения в два раза нагрузочной способности трансформаторов; это так называемые энергосберегающие трансформаторы серии ТМГ-12.
Использование сверхпроводящих трансформаторов дает возможность совершенствовать СЭС ПП, снизить стоимость электроустановок, существенно повысить эффективность работы ПП.
Потери х. х. сопровождаются затратами в несколько раз большими, чем нагрузочные и особенно значительны у трансформаторов малых мощностей. Отключение незагруженных цеховых трансформаторов в часы ночных провалов графика электрических нагрузок обеспечивает экономию электроэнергии, определяемую по выражению:
АWT * Бнт ‘ ^(5К + 0 %0 > кВт (4)
где Бит - отключаемая трансформаторная мощность;
^откл - время отключения;
К - коэффициент, зависящий от числа ступеней трансформации, к =0,2^0,8.
Потери активной мощности в цеховых двухобмоточных трансформаторах определяют по выражению:
где аРх х ’ кВт'^Рк з »кЯю; 1х.х.»%;иКЗ,>0/о’ $Н.ТР.»кВт
каталожные даные трансформатора;
КЭ - экономический эквивалент реактивной мощности, определяемый при двухобмоточном силовом трансформаторе по выражению:
кэ =
2л0гр + Оср
и
г{Н) • 103, кВт / Мвар
ном
Особое внимание необходимо уделять снижению потерь электроэнергии в электрических сетях 0,4-10кВ, протяженность которых значительна (60 % протяженности всех электросетей страны). На этом напряжении осуществляется электроснабжение конечного звена в СЭС ПП.
Снизить потери в ТВЧ возможно путем изменения топологии сети, переходом на систему глубокого ввода (ГВ), дроблением ПС 10/0,4 кВ в целях снижения протяженности сетей 0,38 кВ; преимущественным использованием блочных схем (БТМ) и магистральных схем питания группы цеховых трансформаторов, перспективным переводом внутризаводской сети на более высокие уровни напряжения. Типовая современная схема внутрицеховой сети 0,4 кВ представена на рис. 1.
Рис. 1. Типовая схема внутрицеховой сети напряжением до 1 кВ
Наиболее низкого уровня потерь можно достичь за счет внедрения самонесущих изоированных проводов (СИП). Это даст возможность снизить потери электроэнергии до минимально возможных значений (в Финляндии в настоящее время более 80 % низковольтных сетей выполнено с использованием СИП, потери в сетях составляют от 3 до 4 %).
В нынешних условиях общие потери в кабельных линиях сети 0,4 кВ при рабочей температуре 65 °С определяют по выражению:
где КФ - коэффициент формы графика потребления активной энергии
трансформатора, расчитываемый по формуле (3);
ІСР - средняя величина токовой нагрузки трансформатора за год;
RЭК - эквиваентное сопротивение всех линий, отходящих от шин трансформатора (рис. 1.) на стороне 0,4 кВ определяют по выражению:
1
^к =■
1(і)
где Yl(i) - сумма проводимостей всех линий до 1 кВ.
Во внутризаводской сети действующих ПП наибольшие затруднения при расчете потерь в элементах систем возникают при оценке потерь в электродвигателях из-за отсутствия режимной информации о двигателях.
Потери мощности в асинхронных и синхронных двигателях напряжением 6-10 кВ определяют по выражению:
Лн (7)
Л^Д8 '
где РН,пН - соответственно номинальные значения мощности и КПД двигателя,
принимаемые по каталожным даным;
К.з(дв) - среднегодовой коэффициент загрузки двигателя по активной мощности,
К
Р
_ 1 СГ .
З (ДВ)
Р
Н
К1 - коэффициент разделения потерь двигателя (разделение переменных и постоянных
потерь в электродвигателях, учитывающих долю переменных потерь в общих потерях двигателя).
В практических расчетах значение величины К], определяют, пользуясь графиком зависимости К1 = /(Рн ) [3, рис. 2.].
9
45 60 75
90
1250
1500
1750
2000
2250
кВт
Рис. 2. Зона замещения переменной составляющей потерь для асинхронных и
синхронных двигателей
Аналогично рассчитывают потери активной мощности в электродвигателях напряжением до 1 кВ. Однако отсутствие метрологического обеспечения, не позволяющего оценить среднегодовой коэффициент загрузки каждого двигателя, допускает принимать в практических расчетах в качестве коэффициента загрузки всех низковольтых двигателей, питающихся от одного трансформатора - коэффициент загрузки этого трансформатора. Тогда потери активной мощности в 1-ом двигателе могут быть определены по выражению:
ЧоКт-1) + 1]^-2а-'
Лн
кВт
(8)
где К1(г.) - коэффициент разделения потерь, определяемый в зависимости от номинальной
мощности двигателя по графикам [2-2‘, рис. 2];
КЗ(ТР) - коэффициент загрузки трансформатора, КЗ(ТР) = СГ(ТР) .
ЇН .ТР
Так как нагрузка в сети до 1 кВ формируется некоторым (т) числом двигателей различной установленной мощности и с различным КПД, то при расчетах потерь активной мощности в низковольтных двигателях вводится понятие эквивалентной средней номинальной (установенной) мощности электродвигателей, питающихся от одного трансформатора. Мощность эквивалентного двигателя:
т р
Рн (э) = У ~РН~, кВт
1 ПЭФ
т
где У РНІ - сумма номинальных мощностей электродвигателей, питающихся от
і
одного трансформатора;
пЭФ - приведенное (эффективное) число электродвигателей.
( т V
I /С РН(І)
ПЭФ =Цт-----------— > шт
У Р2
Н (І)
1
По номинальной мощности эквивалентного двигателя определяют его КПД по справочным данным.
Потери активной мощности всех т двигателей, подключенных к одному трансформатору, определяют по выражению:
^РДВ (ТР) = ~п ~ [ (Э(ТР) - 1)+ і]п'ЭФ РН (Э) , КВт (9)
где К1 - коэффициент разделения потерь, определяемый по графику (рис. 2.) для эквивалентного двигателя.
Выводы
1. Снижение потерь электроэнергии во внутризаводских сетях достигается мероприятиями, компенсирующими нарушения технологии распределения и потребления электроэнергии, которые вызывают сверхнормативные потери.
2. Критерием эффективности мероприятий по снижению потерь электроэнергии является надежное, качественное и экономичное электроснабжение потребителей.
Перспективы дальнейших исследований
Учитывая особенность структуры электропотребления, в которой существенную долю составляют технологические установки (ДСП, сварка, термообработка) во внутризаводской сети рекомендуется комбинированная (поперечная и продольная) компенсация реактивной мощности КРМ.
Значительную долю в общих потерях электроэнергии занимают коммерческие потери. Основное направление снижения коммерческих потерь - внедрение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) с использованием электронных счетчиков класса 0,2, позволяющих производить многотарифный учет электроэнергии, дистанционное считывание показаний, коэффициентов, учитывающих нормируемые показатели качества электроэнергии и надежность работы узлов нагрузки.
Список литературы
1. Гольстрем В. А, Кузнецов Ю. Л. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. - Киев.: Техника, 1985 г.
2. Буцьо З. Ю., Мартынюк В. І. Аналіз втрат електричної енергії в електромережах усіх рівнів напруги в енергосистемах провідних зарубіжних країн та України. Енергетика та електрофікація, № 12, 2010 р.
3. Железко Ю. С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. Руководство для практических расчетов. - М.: Энергоатомиздат. 1988 г.
FEATURES OF INTRODUCTION OF MEASURES ON THE DECLINE OF LOSSES OF ELECTRIC ENERGY ON OPERATING ENTERPRISES
T. I. OVCHARENKO, associate professor, P. V VASYUCHENKO, associate professor
In the article the features of complex policy of economy of energy due to introduction of measures are considered on the decline of losses of electric energy in the electric networks of operating industrial enterprises. The features of calculation of losses of electric energy are analysed taking into account different factors.
Поступила в редакцию 23.05 2012 г.
