Розрахунок втрат енергії в електричній мережі підприємства АПК

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання індивідуального науково-дослідного завдання

«РОЗРАХУНОК ВТРАТ ЕНЕРГІЇ В ЕЛЕКТРИЧНІЙ МЕРЕЖІ ПІДПРИЄМСТВА АПК ТА РОЗРОБКА ЗАХОДІВ ЩОДО ЇХ ЗНИЖЕННЯ»

 

Харків 2014

Розрахунок втрат енергії в електричній мережі підприємства АПК

Аналіз втрат електроенергії в електричних мережах підприємств АПК та розробка заходів щодо їх зниження

Види заходів зі зниження втрат енергії в електричних мережах

 

Заходи зі зниження втрат енергії в електричних мережах зазвичай поділяють на три групи [10]:

- організаційні;

- технічні;

- заходи щодо вдосконалення систем обліку енергії.

За величиною необхідних капітальних вкладень, усі заходи зі зниження втрат енергії поділяють на безвитратні та витратні.

Організаційні заходи в більшості випадків є безвитратними, тому саме вони повинні впроваджуватись першочергово. До типових організаційних заходів щодо зниження втрат енергії в електричних мережах сільськогосподарських підприємств можна віднести такі:

- вирівнювання графіка електричного навантаження підприємства або його окремих потужних електроприймачів;

- вимикання одного з силових трансформаторів на двотрансформаторних підстанціях в режимі низького завантаження;

- вимикання підстанцій з сезонним навантаженням;

- симетрування навантажень фаз;

- оптимальне регулювання напруг і компенсація реактивних потужностей в електричній мережі;

- вмикання під навантаження резервних ліній електропередавання;

- мінімізація часу простою різних елементів мережі в неробочому стані, широке впровадження і постійне удосконалення технології і якості комплексних ремонтів;

- систематичний структурний аналіз втрат електроенергії, виявлення локальних місць втрат і розробка заходів щодо їх зниження;

- постійне підвищення кваліфікації персоналу, розробка та впровадження ефективних засобів стимулювання персоналу до зменшення величини втрат.

Технічні заходи потребують придбання обладнання, реконструкції, модернізації, додаткового будівництва, що пов’язано з необхідністю капіталовкладень. До типових технічних заходів зі зниження втрат енергії в електричних мережах сільськогосподарських підприємств можна віднести:

- встановлення пристроїв компенсації реактивної потужності;

- встановлення фільтр-компенсувальних і симетрувальних пристроїв для підвищення якості електроенергії;

- оптимізація завантаження електричних мереж за рахунок будівництва ліній та підстанцій;

- будівництво підстанцій глибокого вводу;

- впровадження трансформаторів з автоматичним регулюванням коефіцієнта трансформації;

- використання самоутримних ізольованих проводів (СІП) на ПЛ;

- зміна конструкції і геометрії розташування проводів на ПЛ;

- переведення електричних мереж на підвищену номінальну напругу;

- заміна проводів на перевантажених ПЛ на проводи з більшим перерізом.

Заходи щодо вдосконалення систем обліку енергії можуть бути як практично безвитратними, так і потребувати додаткових витрат для організації нових точок обліку. Ці заходи не знижують фізично існуючих втрат електроенергії, однак вони впорядковують облік, уточнюють вихідну інформацію, роблячи більш ефективними організаційні і технічні заходи по зниженню втрат. До даної групи заходів відносяться встановлення автоматизованих систем комерційного та технічного обліку електроенергії з контролем перетоків по окремих лініях, виробничих приміщеннях, складання та аналіз балансів електроенергії, впровадження інформаційних систем з аналізу втрат енергії на основі комп’ютерної техніки.

Далі наведена методика проведення аналізу втрат електроенергії та показані приклади оцінювання потенціалу енергоощадності для основних заходів зі зменшення величини втрат в електричних мережах сільськогосподарських підприємств.

 

Аналіз втрат електроенергії

 

Величина втрат електроенергії є основним показником енергетичної ефективності систем електропостачання. Порядок аналізу втрат електроенергії повинен відповідати загальній послідовності аналізу даних при проведенні енергетичного аудиту [1]. Аналіз втрат електроенергії проводиться для вирішення таких завдань:

- виявлення та оцінювання резервів зі зниження втрат;

- виявлення та ранжування основних факторів, що впливають на величину втрат електроенергії;

- визначення місць з підвищеним рівнем втрат;

- розроблення заходів щодо зниження втрат, визначення їх ефективності і черговості впровадження;

- оцінювання результатів впровадження заходів зі зниження втрат електроенергії.

Основними формами аналізу втрат електроенергії є:

- складання балансів електроенергії (по кожній підстанції та системі електропостачання в цілому);

- аналіз зміни окремих складових втрат електроенергії з урахуванням зміни схем, режимів електричних мереж;

- оцінювання фактичної ефективності окремих заходів щодо зниження втрат електроенергії, а також плану заходів в цілому;

- виявлення залежностей втрат електроенергії від основних факторів, що характеризують схему мережі та режими її роботи.

Для аналізу втрат електричної енергії мають використовуватись:

- результати розрахунку режимів електричної мережі;

- результати розрахунку втрат електроенергії та їх структури;

- дані щодо втрат електроенергії за ряд років;

- підсумки виконання планів заходів щодо зниження втрат електроенергії;

- проектні рішення щодо розвитку електричних мереж;

- дані про стан розрахункового і технічного обліку електроенергії;

- дані щодо матеріального стимулювання персоналу за зниження втрат електроенергії.

Інформацію доцільно подавати у вигляді таблиць, діаграм, графіків тощо.

Під час проведення аналізу втрат електроенергії необхідно провести їх порівняння:

- ­ фактичних показників з очікуваними;

- фактичних показників з показниками минулих років;

- фактичних показників з показниками аналогічних провідних підприємств;

- фактичних показників з середніми в галузі.

Під час аналізу необхідно дотримуватися однаковості періодів часу, за які проводяться порівняння, відповідності кількісних та якісних показників порівнюваних підприємств, методик розрахунку втрат.

Під час аналізу втрат енергії у лініях електропередавання, потрібно звернути увагу на відповідність проводів ПЛ або жил кабелів технічним обмеженням, до яких відносяться [8]:

- обмеження за умовою допустимого нагрівання;

- обмеження за допустимим відхиленням напруги на затискачах електроприймачів, приєднаних до лінії;

- обмеження за умовою необхідної чутливості релейного захисту;

- обмеження за умовою пуску асинхронних двигунів;

- обмеження за механічною міцністю.

Необхідно звернути увагу на рівень фізичного зношення проводів або кабелів.

Аналіз втрат енергії у лініях електропередавання повинен проводитись також з урахуванням критеріїв економічності. Для проводів ПЛ таким критерієм слугують інтервали економічних навантажень. У табл. 5 наведено інтервали економічних навантажень для ПЛ 0,38 кВ [7].

У якості критерію економічності кабельних ліній електропередавання може використовуватись величина економічної густини струму у жилах кабелю. Для кабелів з алюмінієвими та мідними жилами економічна густина струму складає відповідно 1,2 – 1,9 та 2 – 3,5 мм² [11].

 

 

Таблиця 5 - Інтервали економічних навантажень для сільських ПЛ 0,38 кВ

Марка та переріз проводу ПЛ, мм^2	А-16	А-25	А-35	А-50
Економічний інтервал навантаження, А	5,6 - 15,2	15,2 - 22,8	22,8 - 31,9	31,9 – 45,6

 

Якщо переріз проводів або жил кабелів не відповідає критерію економічності або технічним обмеженням, може розглядатись проект реконструкції лінії. У такому випадку, у разі збільшення перерізу проводів ПЛ або жил кабелів, супутнім ефектом від реконструкції лінії є зменшення величини втрат енергії у ній.

Аналіз втрат енергії у трансформаторах потрібно також починати з встановлення їх відповідності економічним та технічним критеріям. Критерієм економічності трансформатора є інтервал економічного навантаження. Величини цих інтервалів для трансформаторів ТП 10/0,4 кВ наведені у табл. 6 [12]. До технічних критеріїв, що застосовуються під час вибору кількості та потужності силових трансформаторів, відносяться умови необхідної надійності електропостачання, допустимого перевантаження у нормальному та післяаварійному режимах, аварійної термічної стійкості [12, 13].

У випадку невідповідності трансформатора одному з критеріїв, може розглядатись проект реконструкції підстанції із заміною трансформатора (трансформаторів). Часто одним з результатів такої реконструкції є зменшення втрат енергії.

Під час аналізу втрат енергії у лініях та трансформаторах необхідно також провести дослідження таких факторів як симетричність навантажень за фазами, рівномірність графіків навантажень, величина коефіцієнта потужності cos φ, параметри якості електричної енергії.

 

 

Таблиця 6 – Інтервали економічних навантажень для трансформаторів ТП 10/0,4 кВ

Вид навантаження	Інтервал економічного навантаження (кВА) для трансформатора з номінальною потужністю, кВА
Ферми з виробництва молока, свинини, телятини або птахоферми	86-125	126-160	161-320	321-355	356-620	621-830
Тваринницькі комплекси з виробництва молока	86-115	116-145	146-300	301-330	331-570	571-755
Тваринницькі комплекси з виробництва свинини	91-125	126-150	151-295	296-330	331-560	561-740
Тваринницькі комплекси з виробництва телятини	91-125	126-150	151-285	286-315	316-545	546-725
Птахофабрики	86-115	116-150	151-295	296-330	331-550	551-735

Оптимальним рівнем сумарних технічних втрат електричної енергії можна вважати величину 4 – 6 % від обсягу її надходження в мережу [5].

Кінцевим етапом аналізу є оцінювання потенціалу енергоощадності окремих заходів зі зменшення втрат електроенергії, яке проводять в натуральному, відносному і вартісному виразі. Після цього проводиться техніко-економічне обґрунтування заходів та вибирається їх пріоритетний перелік для впровадження на підприємстві.

Приклад 3. Провести попередній аналіз втрат електричної енергії в мережі сільськогосподарського підприємства з прикладу 1.

Для проведення аналізу, результати розрахунку втрат електричної енергії (див. приклади 1 та 2) заносимо до таблиці, табл. 7. Показники наводимо у натуральному та відносному виразі. Для наочності, складові втрат електричної енергії зобразимо у вигляді кругової діаграми, рис. 2.

Порівнюючи величину сумарних втрат електричної енергії в мережі підприємства 8,92 % з їх оптимальним рівнем 4 – 6 %, можемо зробити висновок про наявність суттєвого потенціалу енергоощадності заходів зі зменшення втрат. Орієнтовне зменшення відносних втрат електричної енергії за рахунок впровадження таких заходів може складати

що відповідає річній економії електроенергії 60,2 тис. кВт·год. У вартісному виразі щорічна економія складе близько 61 тис. грн (тут і далі вартість електроенергії для сільськогосподарських підприємств прийнята рівною 1,0122 грн/кВт∙год за цінами 2013 р.).

Таблиця 7 – Структура річного балансу електричної енергії підприємства (до прикладу 3)

Показник	Величина показника
тис. кВт∙год	%
Річне надходження електричної енергії у мережу підприємства	1533,3
Річні втрати енергії у трансформаторах, всього у тому числі: - трансформатор Т1 - трансформатор Т2	33,30   16,65 16,65	2,17   1,09 1,09
Річні втрати енергії у ПЛ 0,38 кВ, всього у тому числі: - лінія Л1 - лінія Л2 - лінія Л3 - лінія Л4	103,49   39,10 21,03 17,45 25,91	6,75   2,55 1,37 1,14 1,69
Сумарні річні втрати електричної енергії в мережі	136,79	8,92
Річне надходження електричної енергії до електроприймачів	1396,51	91,08

Рисунок 2 – Структура втрат енергії в електричній мережі підприємства

(до прикладу 3)

ДОДАТОК А

ДОДАТОК Б

ЗАВДАННЯ ТА ВИХІДНІ ДАНІ

ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУНКІВ

Завдання для розрахунків

 

За вихідними даними, що наведені у табл. Б.1-Б.3, для сільськогосподарського підприємства, однолінійна схема зовнішніх електричних мереж якого наведена нижче на рисунку, провести такі розрахунки:

1. За методом числа годин максимальних втрат, розрахувати річні втрати електроенергії у трансформаторах Т1 та Т2, що встановлені на двотрансформаторній підстанції 10/0,4 кВ. Прийняти, що трансформатори знаходяться під напругою цілорічно (Т _річ=8760 год). Максимальні добові навантаження трансформаторів, отримані в літній сезон, наведені у табл. Б.2.

2. За методом втрат напруги, розрахувати річні втрати електроенергії у повітряних лініях електропередавання 0,38 кВ Л1-Л4 підприємства. Результати вимірювання рівнів напруги і фазних струмів ліній в години добового максимуму та середні для декількох діб максимальні активні навантаження ліній для літнього сезону наведені в табл. Б.3. В розрахунках прийняти для кожної з ліній однаковий переріз фазних та нульового проводів (R _н/ R _ф=1).

3. Скласти річний баланс електричної енергії для підприємства.

4. Розробити перелік першочергових заходів зі зниження втрат енергії в електричній мережі підприємства.

 

 

 

Однолінійна електрична схема зовнішніх електричних мереж сільськогосподарського підприємства

Таблиця Б.1 – Загальна інформація про підприємство

Номер варіанту	Тип підприємства	Тип трансфор- маторів ТП 10/0,4 кВ	Річна вхідна електроенергія в мережі 0,38 кВ підприємства W 0,38, тис. кВт·год
1, 11, 21	Птахофабрика з виробництва м’яса	ТМ-630/10
2, 12, 22	Свиноферма з репродукції свиней	ТМ-250/10
3, 13, 23	Птахоферма з виробництва яєць	ТМ-250/10
4, 14, 24	Птахоферма з виробництва м’яса	ТМ-160/10
5, 15, 25	Ферма з відкорму великої рогатої худоби	ТМ-100/10
6, 16, 26	Комплекс з виробництва молока	ТМ-160/10
7, 17, 27	Свинокомплекс	ТМ-250/10
8, 18, 28	Комплекс з відкорму великої рогатої худоби	ТМ-400/10
9, 19, 29	Птахофабрика з виробництва яєць	ТМ-400/10
10, 20, 30	Молочнотоварна ферма	ТМ-160/10

Таблиця Б.2 – Середні для декількох діб максимальні добові навантаження трансформаторів (для літнього сезону)

Номер варіанту
Середнє для декількох діб максимальне навантаження кожного з трансформаторів S max сер, кВА

Продовження табл. Б.2

Номер варіанту
Середнє для декількох діб максимальне навантаження кожного з трансформаторів S max сер, кВА

Продовження табл. Б.2

Номер варіанту
Середнє для декількох діб максимальне навантаження кожного з трансформаторів S max сер, кВА

Номер варіанту	Лінія 0,38 кВ	Струм фази А в голові лінії, А	Струм фази В в голові лінії, А	Струм фази С в голові лінії, А	Середня фазна напруга на шинах ТП U сер ТП, В	Мінімальна фазна напруга в кінці лінії U min к, В	Максимальне активне навантаження лінії Р max сер, кВт
	Л1				231,0	226,0
Л2				231,0	225,0
Л3				229,0	224,0
Л4				229,0	223,0
	Л1				230,5	225,5
Л2				230,5	224,5
Л3				228,5	223,5
Л4				228,5	222,5
	Л1				230,0	225,0
Л2				230,0	224,6
Л3				228,0	223,0
Л4				228,0	222,0
	Л1				229,5	224,5
Л2				229,5	223,5
Л3				227,5	222,5
Л4				227,5	221,5
	Л1				229,0	224,0
Л2				229,0	223,0
Л3				227,0	222,0
Л4				227,0	221,0
	Л1				228,5	223,5
Л2				228,5	222,5
Л3				226,5	221,5
Л4				226,5	220,5
	Л1				228,0	223,0
Л2				228,0	222,0
Л3				226,0	221,0
Л4				226,0	220,0
	Л1				227,5	222,5
Л2				227,5	221,5

Таблиця Б.3 – Дані для розрахунку втрат в лініях 0,38 кВ

Номер варіанту	Лінія 0,38 кВ	Струм фази А в голові лінії, А	Струм фази В в голові лінії, А	Струм фази С в голові лінії, А	Середня фазна напруга на шинах ТП U сер ТП, В	Мінімальна фазна напруга в кінці лінії U min к, В	Максимальне активне навантаження лінії Р max сер, кВт
	Л3				225,5	220,5
Л4				225,5	219,5
	Л1				227,0	222,0
Л2				227,0	221,0
Л3				225,0	220,0
Л4				225,0	219,0
	Л1				226,5	221,5
Л2				226,5	220,5
Л3				224,5	219,5
Л4				224,5	218,5
	Л1				226,0	221,0
Л2				226,0	220,0
Л3				224,0	219,0
Л4				224,0	218,0
	Л1				225,5	220,5
Л2				225,5	219,5
Л3				223,5	218,5
Л4				223,5	217,5
	Л1				225,0	220,0
Л2				225,0	219,0
Л3				223,0	218,0
Л4				223,0	217,0
	Л1				224,5	219,5
Л2				224,5	218,5
Л3				222,5	217,5
Л4				222,5	216,5
	Л1				224,0	219,0
Л2				224,0	218,0
Л3				222,0	217,0
Л4				222,0	216,0

Номер варіанту	Лінія 0,38 кВ	Струм фази А в голові лінії, А	Струм фази В в голові лінії, А	Струм фази С в голові лінії, А	Середня фазна напруга на шинах ТП U сер ТП, В	Мінімальна фазна напруга в кінці лінії U min к, В	Максимальне активне навантаження лінії Р max сер, кВт
	Л1				223,5	218,5
Л2				223,5	217,5
Л3				221,5	216,5
Л4				221,5	215,5
	Л1				223,0	218,0
Л2				223,0	217,0
Л3				221,0	216,0
Л4				221,0	215,0
	Л1				222,5	216,5
Л2				222,5	215,5
Л3				220,5	214,5
Л4				220,5	213,5
	Л1				222,0	216,0
Л2				222,0	215,0
Л3				220,0	214,0
Л4				220,0	213,0
	Л1				221,5	215,5
Л2				221,5	214,5
Л3				219,5	213,5
Л4				219,5	212,5
	Л1				221,0	215,0
Л2				221,0	214,0
Л3				219,0	213,0
Л4				219,0	212,0
	Л1				220,5	214,5
Л2				220,5	213,5
Л3				218,5	212,5
Л4				218,5	211,5
	Л1				220,0	214,0
Л2				220,0	213,0

 

Номер варіанту	Лінія 0,38 кВ	Струм фази А в голові лінії, А	Струм фази В в голові лінії, А	Струм фази С в голові лінії, А	Середня фазна напруга на шинах ТП U сер ТП, В	Мінімальна фазна напруга в кінці лінії U min к, В	Максимальне активне навантаження лінії Р max сер, кВт
	Л3				218,0	212,0
Л4				218,0	211,0
	Л1				219,5	213,5
Л2				219,5	212,5
Л3				217,5	211,5
Л4				217,5	210,5
	Л1				219,0	213,0
Л2				219,0	212,0
Л3			1,8	217,0	211,0
Л4				217,0	210,0
	Л1				218,5	212,5
Л2				218,5	211,5
Л3				216,5	210,5
Л4				216,5	209,5
	Л1				218,0	212,0
Л2				218,0	211,0
Л3				216,0	210,0
Л4				216,0	209,0
	Л1				217,5	211,5
Л2				217,5	210,5
Л3				215,5	209,5
Л4				215,5	208,5
	Л1				217,0	211,0
Л2				217,0	210,0
Л3				215,0	209,0
Л4				215,0	208,0
	Л1				216,5	210,5
Л2				216,5	209,5
Л3				214,5	208,5
Л4				214,5	207,5

Перелік літератури

1. Загальні вимоги до організації та проведення енергетичного аудиту. Типова методика. – Офіц. вид. – К.: Національне агентство України з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів, 2010. – 21 с. – (Нормативний документ Національного агентства України з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів. Типова методика).

2. Енергозбереження. Методика розрахунку технологічних втрат електроенергії в мережах електропостачання напругою від 0,38 до 110 кВ включно. Рекомендації: Р 50-072-98. – Офіц. вид. – К.: Державний комітет України з енергозбереження, 1999. – 65 с. – (Нормативний документ Держкоменергозбереження. Рекомендації).

3. Визначення технологічних витрат електричної енергії в трансформаторах і лініях електропередавання. Методика: СОУ-Н ЕЕ 40.1-37471933-54:2011. – Офіц. вид. – К.: М-во енергетики та вугільної промисловості України, 2011. – 56 с. – (Нормативний документ М-ва енергетики та вугільної промисловості України. Методика).

4. Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. – 280 с.

5. Лыкин А.В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективно­сти в электрических сетях: учеб. пособие / А.В. Лыкин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013. – 115 с.

6. Воротницкий В.Э. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях: учебно-методическое пособие. – 3-е стереотип. изд. – / В.Э. Воротницкий, М.А. Калинкина. – М.: ИПКгосслужбы, 2003. – 64 с.

7.Будзко И.А. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. – 2-е изд., перераб. и доп. / И.А. Будзко, М.С. Левин. – М.: Агропромиздат, 1985. – 320 с. – (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).

8. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Н.М. Зуль. – М.: Агропромиздат, 1990. – 496 с. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

9. Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38-110 кВ сельскохозяйственного назначения – М.: «Сельэнергопроект», 1982. – 86 с.

10. Методичні вказівки з аналізу технологічних витрат електроенергії та вибору заходів щодо їх зниження: ГНД 34.09.204-2004. – Офіц. вид. – К.: М-во палива та енергетики України, 2004. – 159 с. – (Нормативний документ Мінпаливенерго України).

11. Правила улаштування електроустановок. 4-те вид., перероб. і доп. – Х.: Вид-во «Форт», 2011. – 736 с.

12. Методические указания по выбору установленной мощности силовых трансформаторов на одно- и двухтрансформаторных подстанциях в электрических сетях сельскохозяйственного назначения. – М.: «Сельэнергопроект», 1987. – 33 с.

13. Методические указания по обеспечению при проектировании нормативных уровней надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. – М.: «Сельэнергопроект», 1988. – 33 с.

14. Василега П.О. Електропостачання: навчальний посібник / П.О. Василега. – Суми: ВТД «Університетська книга», 2008. – 415 с.

15. Методика обчислення плати за перетікання реактивної електроенергії між електропередавальною організацією та її споживачами. – Офіц. вид. – К.: М-во палива та енергетики України, 2002. – 23 с. – (Нормативний документ М-ва палива та енергетики України. Методика).

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання індивідуального науково-дослідного завдання

«РОЗРАХУНОК ВТРАТ ЕНЕРГІЇ В ЕЛЕКТРИЧНІЙ МЕРЕЖІ ПІДПРИЄМСТВА АПК ТА РОЗРОБКА ЗАХОДІВ ЩОДО ЇХ ЗНИЖЕННЯ»

 

Харків 2014

Розрахунок втрат енергії в електричній мережі підприємства АПК