Оцінювання потенціалу енергоощадності технічних заходів зі зниження втрат електроенергії

Встановлення пристроїв компенсації реактивної потужності. Споживачами реактивної енергії на сільськогосподарських підприємствах є асинхронні двигуни, силові трансформатори, світильники з люмінесцентними лампами. Перетікання реактивної енергії в електричній мережі підприємства викликає додаткові втрати в її елементах. Одним із дієвих заходів зі зменшення перетоків реактивної енергії в мережі є встановлення поблизу електроприймачів пристроїв поперечної компенсації. Найчастіше такими пристроями у мережах сільськогосподарських підприємств є батареї конденсаторів, які вмикаються паралельно до навантаження. В цьому випадку батарея конденсаторів є джерелом реактивної енергії для навантаження. Електрична мережа частково або повністю звільнюється від перетікання реактивної енергії, що приводить до зменшення величини втрат.

Залежно від місця підключення пристроїв, розрізняють такі види компенсації:

- індивідуальна – підключення пристрою до затискачів електроприймача;

- групова – засоби компенсації приєднуються у вузлах живлення групи електроприймачів;

- централізована – засоби компенсації приєднуються до шин трансформаторних підстанцій.

Вибір виду компенсації залежить від концентрації електроприймачів реактивної енергії у мережі. Чим більшою є концентрація таких електроприймачів, тим більш вигідною є індивідуальна компенсація.

Реактивна потужність конденсаторної установки визначається за формулою [7]

(22)

 

де P _max – максимальне активне навантаження у вузлі підключення конденсаторної установки, кВт;

tg φ, tg φ _к– коефіцієнти реактивної потужності навантаження до та після компенсації відповідно.

При збільшенні рівня компенсації реактивної потужності згідно (22) зростає необхідна потужність, а отже і вартість конденсаторної установки. Тому, за деякого рівня компенсації, позитивний ефект від зниження втрат енергії не компенсує фінансових вкладень в установку. Розрахунки показують, що для сільських мереж 0,38 кВ економічно доцільною є компенсація реактивної потужності до значення cos φ _к=0,95 (tg φ _к=0,33) [7]. У зв’язку зі зміною величини споживання реактивної енергії електроприймачами протягом доби, важливим є застосування конденсаторних установок з автоматичним регулюванням потужності. Параметри таких установок з номінальною напругою 0,38 кВ наведені у табл. А.6 додатку А [14].

Зменшення втрат енергії у електричній мережі підприємства за рахунок встановлення пристрою компенсації реактивної потужності розраховується за виразом

 

(23)

 

де ΔW, ΔW _к – змінні втрати енергії в елементах мережі на ділянці від межі балансової належності до точки підключення пристрою компенсації до та після його встановлення відповідно.

Окрім технічного ефекту у вигляді зменшення втрат енергії, встановлення пристрою компенсації реактивної потужності дозволяє також отримати фінансовий ефект, що полягає у зниженні розміру плати за перетікання реактивної енергії. Розрахунки за перетікання реактивної енергії здійснюються підприємствами, які мають середньомісячне споживання активної електроенергії більше 5 тис. кВт·год [15].

Приклад 7. Оцінити потенціал енергоощадності заходу, який полягає у встановленні конденсаторної установки для компенсації реактивної потужності в електричній мережі сільськогосподарського підприємства з виробництва молока, що розглядалось у попередніх прикладах (див. приклади 1, 2). Конденсаторну установку КУ підключено в кінцевій точці чотирипровідної лінії 0,38 кВ Л1 на вводі до виробничого приміщення (див. рис. 1). В розрахунках прийняти, що, за результатами вимірювань, коефіцієнт потужності навантаження ліній Л1 та Л2 до встановлення пристрою компенсації складає cos φ =0,75 (tg φ =0,88). Необхідний рівень компенсації реактивної потужності cos φ _к=0,95 (tg φ _к=0,33). Лінія Л1 має довжину l =0,05 км і виконана проводом марки А-25. Число годин максимальних втрат прийняти за даними табл. 1 (τ = 3870 год).

Максимальне активне навантаження лінії Л1 розраховане у прикладі 2 і складає Р _{max Л1} =116 кВт (див. табл. 4). За формулою (22) розраховуємо реактивну потужність конденсаторної установки

За табл. А.6 додатку А приймаємо до встановлення конденсаторну установку типу УКМ58-0,4-75-25 УЗ з номінальною реактивною потужністю Q _н = 75 кВАр.

На ділянці електричної мережі підприємства від межі балансової належності (шини 10 кВ ТП 10/0,4 кВ) до точки підключення конденсаторної установки КУ (кінцева точка лінії Л1), див. рис. 1, знаходяться силовий трансформатор Т1 та лінія Л1. Змінні втрати енергії в цих елементах мережі до та після встановлення пристрою компенсації розраховуємо методом числа годин максимальних втрат. Повне максимальне навантаження лінії Л1 до та після встановлення пристрою відповідно

З табл. А.3 додатку А питомий активний опір лінії Л1, виконаної проводом А-25, складає R ₀ =1,165 Ом/км. Втрати енергії у лінії до та після встановлення пристрою компенсації за виразом (8)

Змінні втрати енергії у трансформаторі Т1 до встановлення пристрою компенсації розраховані у прикладі 1 і становлять ΔW _{Т к.з.1} = 5,17 тис. кВт·год. З метою визначення втрат енергії в трансформаторі після встановлення пристрою, необхідно розрахувати його повне навантаження з урахуванням нового реактивного навантаження лінії Л1. Оскільки максимальне активне навантаження лінії Л2, яка живиться від трансформатора Т1, складає Р _{max Л2} =84 кВт (див. приклад 2, табл. 4), то її реактивне навантаження

Реактивне навантаження лінії Л1 після встановлення пристрою компенсації

Повне навантаження трансформатора Т1 після встановлення пристрою компенсації

Змінні втрати енергії в трансформаторі Т1 після встановлення пристрою компенсації за виразом (1)

Змінні втрати енергії в елементах мережі на ділянці від межі балансової належності до точки підключення пристрою компенсації до та після його встановлення відповідно

Зменшення втрат енергії у електричній мережі підприємства за рахунок встановлення пристрою компенсації реактивної потужності за виразом (23)

Оскільки сумарні втрати енергії у електричній мережі підприємства до встановлення пристрою компенсації складають 136,79 тис. кВт·год (див. приклад 3, табл. 7), то впровадження даного заходу дозволить зменшити їх величину на 11,37 %, що відповідає щорічній економії коштів 15,74 тис. грн.

Заміна проводів та кабелів на лініях електропередавання. На сьогоднішній день на ринку електротехнічної продукції з’явилось багато нових видів проводів і кабелів, які мають підвищену пропускну здатність. Під час нового будівництва та реконструкції ліній електропередавання застосовуються самоутримні ізольовані проводи (СІП) на ПЛ 0,38 кВ, захищені проводи на ПЛ 6-10 кВ, кабелі з ізоляцією із зшитого поліетилену на напругу 0,38-10 кВ.

Зниження втрат електричної енергії в лінії внаслідок заміни проводів або кабелю прямопропорційне зміні їх активного опору

 

(24)

 

де S _max– максимальне навантаження лінії за рік, кВА;

U _н– номінальна напруга лінії, кВ;

R ₀₁, R ₀₂ – питомий активний опір лінії до та після її реконструкції відповідно, Ом/км;

l – довжина лінії, км;

τ – число годин максимальних втрат, год.

Приклад 8. Оцінити потенціал енергоощадності заходу, який полягає у реконструкції лінії 0,38 кВ Л1 сільськогосподарського підприємства з виробництва молока, що розглядалось у попередніх прикладах (див. приклади 1, 2). Реконструкція полягає у впровадженні замість повітряної кабельної лінії Л1. Вихідні дані для лінії Л1 наведені у попередньому прикладі.

Повне максимальне навантаження лінії Л1, розраховане у прикладі 7, складає S _{max Л1} = 155 кВА. Величина струму в проводах лінії в режимі максимуму

Даний струм перевищує допустиме значення за умовою нагрівання, яке для проводу А-25 лінії Л1 складає І _доп = 136 А [11], тому передбачаємо реконструкцію даної лінії. На ПЛ 0,38 кВ як правило використовуються проводи з перерізом алюмінієвої частини до 50 мм². Для проводу А-50 економічний інтервал навантаження складає 31,9 – 45,6 А (див. табл. 5), що значно менше навантаженнялінії Л1 І _{max Л1}=235,5 А. Тому у проекті реконструкції передбачаємо впровадження кабельної лінії Л1. Приймемо до використання кабель з алюмінієвими жилами перерізом 120 мм², що відповідає необхідній економічній густині струму 1,9 А/мм² (перевірка за технічними критеріями тут не наводиться). З табл. А.5 додатку А розрахунковий питомий активний опір кабелю з алюмінієвими жилами перерізом 120 мм² складає R _{0 2} = 0,26 Ом/км. Зміна річних втрат енергії у лінії Л1 внаслідок її реконструкції за виразом (24)

Таким чином, впровадження даного заходу дозволить зменшити величину втрат енергії у мережі на 21,3 %, що відповідає щорічній економії коштів 29,5 тис. грн.