Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

характеристиками обладают ткацкие станки, наклонные ленточные

транспортеры, вентиляторы с загнутыми вперед лопастями и т.п.

Оборудование, имеющее выпуклые характеристики

(рис.9.1,

б),

включает центробежные насосы, вентиляторы с загнутыми назад

лопастями, кордочесальные машины и т.п.

Рис.

9,1.

Формы энергетических характеристик

подведенной мощности:

—

вогнутая;

6 —

выпуклая;

в —

прямолинейная;

г —

анормальная

Подавляющее большинство производственного оборудования име-

ет практически прямолинейные характеристики

зоне рабочих нагру-

зок

(рис.9.1,

в).

К указанному оборудованию относятся горизонталь-

ные ленточные транспортеры, центробежные насосы

пологими ха-

рактеристиками, центробежные вентиляторы

радиальными лопастя-

246

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ми,

компрессоры, дробилки, ситценабивные машины, автоматические

прессы, электрические печи, электролизеры и т.п.

Для оборудования с характеристиками, показанными на

рис.9.1,

б и

в, удельный расход электроэнергии w с увеличением производительно-

сти А снижается и достигает минимума при максимальном значении А.

В редких случаях могут встречаться анормальные характеристики

(рис.9.1,

г), при которых величина подведенной мощности снижается

при повышении производительности. Такую форму характеристики

имеют, например, шаровые мельницы.

Энергетические характеристики используются для установления

оптимальных технологических параметров оборудования, при норми-

ровании удельных расходов электроэнергии и выявлении потенциала

энергосбережения на промышленных предприятиях. Увеличивая на-

грузку рабочих машин, можно добиться снижения удельного расхода

электроэнергии, что повышает эффективность использования энерго-

ресурсов на предприятии.

9.4. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В

СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

При проектировании электроснабжения и электрооборудования сле-

дует принимать решения, направленные на оптимальное снижение

потерь энергоресурсов на промышленных предприятиях. Потери ак-

тивной электроэнергии (AW) на нагревание в линиях электропередачи,

токопроводах и других элементах, обладающих активным сопротивле-

нием R, за расчетный период Т могут быть найдены по выражению:

AW = -^ -J-** RT

, (9.Ц)

и ом

где К.и К. — коэффициенты формы графиков нагрузки по активной

и реактивной мощности; Р

и Q

— средние величины активной и

реактивной нагрузок за время Т; R — активное сопротивление про-

водника.

Анализ формулы (9.11) показывает, что уменьшение потерь элек-

троэнергии может быть достигнуто повышением

С7

ном

и снижением

величин остальных ее составляющих.

247

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Средняя активная нагрузка зависит от производительности обору-

дования и установленных режимов работы электроприемников. Сле-

довательно, величина Р, может быть уменьшена совершенствовани-

ем

технологического процесса, применением энергоэффективных элек-

троприемников, рациональным расходованием электроэнергии

на

осве-

щение, вентиляцию, выработку сжатого воздуха и т.п.

Снижение величины

осуществляется путем компенсации реак-

тивной мощности. Уменьшение потерь активной мощности при этом

определяется по выражению

(2-Q-Q

-(^)~.

(9.12)

ном

где Q — реактивная мощность, протекающая через элемент СЭС до

компенсации;

—

суммарная мощность компенсирующих устройств,

установленных

потребителей,

питающихся

через данный

элемент;

—

активное сопротивление

элемента;

—

номинальное напряжение.

' ном

Снижение величин К

ф а

К.

достигается выравниванием графиков

электрических нагрузок. При определении потерь электроэнергии, как

правило, принимают значения

К.и

К.

одинаковыми, равными

коэф-

фициенту формы графика нагрузки по току

этом случае исполь-

зуется выражение:

3K*I*RT

(9.13)

где

— среднее значение тока нагрузки линии за время

Т.

Если коэффициент формы графика К снижается до значения

К',

то потери активной электроэнергии уменьшаются на величину

3I?-R-T

-(K^-K*

(9.14)

Как известно, при равномерном графике нагрузки К =

При до-

стижении такой

конфигурации графика

снижение потерь

активной

элек-

троэнергии определяется выражением:

-RT

(K%-l).

(9.15)

Выравнивание суточного графика нагрузки потребителя электро-

энергии позволяет также снизить плату за заявленную мощность, что

уменьшает себестоимость продукции.

248

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для регулирования графика нагрузки на промышленном предприя-

тии выявляются потребители-регуляторы, т.е. такое электротехничес-

кое оборудование, которое может работать в режиме регулирования

мощности в соответствии с потребностями энергосистемы. К ним

могут быть отнесены нагревательные печи, компрессорные и насос-

ные станции, вспомогательные цехи и т.п.

К основным мероприятиям по регулированию графиков электри-

ческих нагрузок относятся [26; 34]:

1) широкое применение заделов производства, запасов материалов и

промежуточных продуктов;

2) отключение вспомогательного оборудования и проведение

профилактического обслуживания в часы максимума

энергосистемы;

3) применение различных аккумулирующих устройств, используемых

в качестве потребителей-регуляторов;

4) поочередная загрузка, пуск и остановка однотипных агрегатов в

часы максимума нагрузки;

5) изменение режима работы энергоемких агрегатов в течение суток;

6) смещение времени начала и перерывов в работе отдельных

структурных подразделений;

7) временное ограничение производительности производственного

оборудования.

При проектировании и эксплуатации СЭС могут предусматри-

ваться мероприятия по снижению сопротивления линий электропере-

дачи путем применения кабелей или проводов с большими площадя-

ми сечения, использования проводникового материала с меньшим

удельным сопротивлением, уменьшения длины линии. Получаемое

при этом снижение потерь активной электроэнергии определяется по

выражению

3-I

-Kl-T

-(r

-r

-l

), (9.16)

где г

и / — удельное активное сопротивление и длина линии в

исходном режиме;

д2

— то же, но после внедрения мероприятий

по снижению активного сопротивления линии.

Применение более высокого напряжения без изменения сечения

проводников при одной и той же мощности нагрузки снижает ток

249

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

линии, что уменьшает потери активной электроэнергии на величину:

3-RK

,-I

), (9.17)

где /, и / — средний за время Т ток нагрузки линии при низшем и

высшем напряжениях соответственно.

При более высоком напряжении могут быть применены проводни-

ки с меньшей площадью сечения, что снижает расход цветного ме-

талла, но увеличивает удельное активное сопротивление линии. В

данном случае выражение (9.17) приобретает следующий вид:

3-l-Kl-T

-(r

-I

-r

-I

), (9.18)

где / — длина линии;

и г — удельное активное сопротивление

линии при низшем и высшем напряжениях соответственно.

Снижение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах до-

стигается правильным выбором их номинальных мощностей и под-

держанием рационального режима работы.

Коэффициент загрузки трансформатора, соответствующий мини-

мальным потерям мощности, определяется из выражения [35]

(9.19)

где

АР'

АР^

—

приведенные потери холостого хода

КЗ трансфор-

матора.

Приведенные потери холостого хода:

ДР;

= ДР

ИЛ

-Д4, (9.20)

где

АР

АР'

и AQ

— потери активной и реактивной мощности

холостого хода трансформатора; К

— коэффициент изменения

потерь, ориентировочно принимаемый для промышленных предпри-

ятий 0,07 кВт/квар [35].

Приведенные потери КЗ:

AP:

-AQ

, (9.21)

где АР

— потери активной и реактивной мощности КЗ транс-

форматора.

Величины Ag

вычисляются по выражениям (3.21) и (3.22).

250

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

При работе п однотипных трансформаторов одинаковой единичной

мощности S

на общую нагрузку целесообразно отключить один

трансформатор для снижения суммарных потерь мощности, если об-

щая нагрузка окажется меньше величины

A=S

-L(n-l)-^.

(922)

Если общая нагрузка превышает S

, то экономически выгодно под-

ключить к работающим трансформаторам еще один трансформатор.

Пример 9.1. Определите, на сколько снизятся потери активной

мощности в линии электропередачи

10 кВ

длиной 1,5 км, выполненной

кабелем ААБ-10(3x70), при установке у потребителей компенсирую-

щих устройств общей мощностью

= 600 квар. Реактивная нагрузка

линии до компенсации Q = 1200 квар.

Решение. Приняв по табл. П2 для кабеля ААБ-10(3x70)

0,447

Ом/км, вычислим по выражению (3.5) активное сопротивле-

ние кабеля:

Д =

0,447

-1,5 = 0,67 Ом.

По формуле (9.12) находим величину снижения потерь активной

мощности:

ЬР = (2 • 1200 • 600 - 600

) • (0,67 / 10

)

■

= 7,2 кВт.

Пример 9.2. Потребитель питается по линии 10 кВ длиной 2,6 км,

выполненной кабелем ААБ-10(3x95). В течение суток ток нагрузки

линии имеет следующие значения и соответствующие им длительно-

сти:

120 А — 5 ч, 80 А — 5 ч, 60 А — 6 ч, 30 А — 8 ч. Определите,

на сколько уменьшатся потери активной электроэнергии в линии за

сутки при полном выравнивании графика, при котором сохраняется то

же электропотребление, а коэффициент формы графика снижается до 1.

Решение. Удельное активное сопротивление кабеля ААБ-10

(3x95) г

0,329

Ом/км (табл. П2). В этом случае для линии длиной

2,6 км активное сопротивление:

R =

0,329

•

2,6 =

0,848

Ом.

По выражению (3.10) находим среднее значение тока линии за

сутки:

251

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

120-5+80-5+60-6+30-8 „^

1 = = 66,7 А.

Среднеквадратический ток линии вычисляется по формуле (3.8):

120

-5+80

-5+60

-6+30

-8

пл

„

К,-\ J

= 74,4 А.

Коэффициент формы исходного графика нагрузки определяется из

выражения (3.9):

74 4

ff*= —= /,/2.

66,7

По формуле (9.15) находим, на сколько снизятся потери электроэнер-

гии в линии электропередачи за сутки при выравнивании ее графика:

bW= 3

■

66,7

•

0,848

• 24 • (1,12

- 1) • 10

= 69,1 кВт-ч.

Пример 9.3. Электроснабжение потребителя, имеющего средне-

годовую полную мощность нагрузки S = 1200 кВА, может осуще-

ствляться на напряжении 6 или 10 кВ по линии с активным сопро-

тивлением R - 1,2 Ом. Коэффициент формы графика нагрузки

линии К

- 1,05. Определите величину экономии годовых потерь ак-

тивной электроэнергии в линии при применении напряжения 10 кВ.

Решение. Вычислим среднегодовые значения тока линии при

напряжениях 6 и 10 кВ:

-т=-*

; hi

~г

—

И5,6 А; 1

с2

-т=

69,4 А.

уГз-и

ном

УГЗ-6

SIO

Экономию годовых потерь активной электроэнергии в линии при

ис-

пользовании более высокого напряжения подсчитаем по формуле (9.17):

3 • 1,2 • 8760 • 1,05

• (115,6

- 69,4

)

■

= 297165,9 кВт-ч.

Пример 9.4. На цеховой подстанции 10/0,4 кВ установлены два

трансформатора типа ТМЗ-1000/10, работающие на общую нагрузку.

Каждый трансформатор имеет следующие параметры:

ном

=1000

кВА; АР

=1,8 кВт; АР

=10,8 кВт; / =1,2 %;

{/=5,5%.

Коэффициент изменения потерь

К^

= 0,07 кВт/квар. Определите

длительную нагрузку ТП, при которой целесообразно отключить один

из трансформаторов с целью снижения суммарных потерь мощности.

252

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Решение. Выполним расчет потерь реактивной мощности холо-

стого хода и КЗ трансформатора по формулам (3.21) и (3.22):

1,21000

,„

лл

10,51000

inr

АО,

= =

квар; ДО

— =

105

квар.

100 100

Приведенные потери холостого хода и КЗ для трансформатора

подсчитываются по выражениям (9.20) и (9.21):

АР'

1,9

0,07-12

= 2,74 кВт; АР'

10,8 +

0,07•

105

= 18,15 кВт.

По формуле (9.22) вычислим:

/ 2

=1000-

2-(2-1)——

=549,5

кВ-А.

\ 18,15

Отключение одного трансформатора целесообразно

тех случаях,

когда длительная нагрузка ТП меньше величины 549,5 кВА.

9.5.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Мероприятия

по

экономии электроэнергии на промышленных

пред-

приятиях можно разделить на конструктивные и эксплуатационные

[26].

К первым относятся мероприятия, требующие дополнительных

капвложений, связанных

применением нового энергоэффективного

оборудования

регулирующих

устройств,

установкой дополнительных

средств компенсации реактивной мощности и

т.п.

Ко вторым

—

ма-

лозатратные мероприятия, для осуществления которых не требуется

существенных материальных и денежных затрат: своевременное от-

ключение малозагруженных трансформаторов, установление рацио-

нальных режимов работы

линий,

трансформаторов и высоковольтных

электродвигателей.

Для того чтобы выявить потенциальные возможности энергосбе-

режения, нужно знать, в каком объеме и на какие цели энергия рас-

ходуется. С этой целью следует осуществлять учет и контроль элек-

тропотребления предприятия, его структурных подразделений и от-

дельных энергоемких электроприемников. Приборы технического уче-

та устанавливать у каждого электроприемника экономически не оп-

равдано и практически трудноосуществимо. Поэтому весьма важно

разместить электрические счетчики таким образом, чтобы они позво-

253

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ляли определять расход электроэнергии на единицу продукции при

нормировании электропотребления, составлении электрических балан-

сов и проведении энергетических аудитов (энергетических обследова-

ний) на предприятиях.

Автоматизация учета и контроля электропотребления на базе со-

временных систем позволяет не только регистрировать показания

счетчиков, но и способствует рациональному использованию электро-

энергии. Как показывает опыт эксплуатации

[36],

применение автома-

тизированных систем учета и контроля снижает расход электроэнер-

гии на величину, достигающую 5 % от общего электропотребления

промышленного объекта.

Важную роль для экономии электроэнергии играет автоматизация

производственных процессов и отдельных технологических устано-

вок. В частности, автоматизация компрессорных станций сжатого

воздуха снижает расход электроэнергии примерно на

%, автомати-

ческое регулирование и управление вентиляционными установками в

зависимости от температуры наружного воздуха — на 10—15 %,

автоматическое управление электрическим освещением — на 15 %,

автоматизация и телемеханизация технологических процессов — на

2—3 % [36].

Автоматическое регулирование мощности КУ предотвращает пе-

рекомпенсацию и позволяет компенсировать изменяющуюся реактив-

ную нагрузку потребителей, реализуя наиболее оптимальный режим

работы СЭС, что уменьшает потери электроэнергии примерно на

Расход электроэнергии на электрическое освещение промышлен-

ных предприятий составляет 5—15 % их общего электропотребления.

Экономия электроэнергии в осветительных установках в первую оче-

редь определяется правильным выбором источников света и светиль-

ников.

Для общего внутреннего рабочего освещения рекомендуется

применять люминесцентные лампы (низкого и высокого давления),

имеющие более высокую световую отдачу по сравнению с лампа-

ми накаливания. Применение люминесцентных ламп низкого дав-

ления снижает потребление электроэнергии на 40—66 %, а ламп

типа ДРЛ — на 23—57 % (по отношению к лампам накаливания) [36].

254

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Важное значение для экономии электроэнергии

на

освещение име-

ет содержание

чистоте окон

световых фонарей, ламп

светиль-

ников, сокращение продолжительности горения ламп в течение суток,

поддержание величины напряжения

осветительных установках

оптимальных пределах.

Величина фактического напряжения С/на зажимах электроприемни-

ков оказывает существенное влияние на электропотребление. В зависи-

мости от напряжения потребляемая мощность

ламп освещения мо-

жет быть определена по следующим эмпирическим выражениям [2]:

а) для ламп накаливания:

Ком ■

(-—) >

(9.23)

ном

где Р

ном

— активная мощность, потребляемая лампой при номиналь-

ном напряжении С/

ном

;

б)

для

люминесцентных ламп низкого давления

(в

комплекте

ггускорегулирующими аппаратами):

Р = Р.

(

2-0J-U Л

t i *• ном

U..

(9.24)

)

в)

для

ламп типа

ДРЛ (в

комплекте

пускорегулирующими

аппаратами):

(

(9.25)

Р..

2,43-——1,43

В табл. 9.1 приведены результаты расчетов по выражениям (9.23) —

(9.25),

показывающие,

на

сколько увеличивается потребление актив-

ной мощности осветительными приборами при повышении напряже-

ния

по

отношению

к U

для различных источников света [2].

Данные табл. 9.1 показывают, что для экономии электроэнергии

необходимо по возможности понижать эксплуатационное напряжение,

поддерживая его величину в допустимых пределах (не ниже 0,95

Для снижения уровней напряжения

осветительных сетях применя-

ются специальные тиристорные ограничители напряжения.

255