- •Курс лекций «Электроснабжение промышленных предприятий»
- •Введение
- •Лекция №1 Приёмники электрической энергии. Электрические нагрузки.
- •Понятие о многоступенчатой передаче электроэнергии.
- •Характеристики основных промышленных потребителей.
- •Графики электрических нагрузок.
- •4. Определение приведённого числа приёмников.
- •Определение средних нагрузок.
- •Определение расхода электроэнергии.
- •Определение расчётных электрических нагрузок.
- •Лекция № 2 Качество электрической энергии.
- •Показатели качества.
- •Отклонение напряжения.
- •Несимметрия напряжений - несимметрия трёхфазной системы напряжений.
- •Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования.
- •Отклонение частоты. Отклонение фактической частоты переменного напряжения fф от номинального значения fном в установившемся режиме работы системы электроснабжения можно оценить как отклонение:
- •И как размах колебаний:
- •При нормальном режиме работы энергетической системы допускается отклонение частоты, усреднённые за 10 минут в пределах 0,1 Гц, и с размахом колебаний не более 0,2 Гц.
- •4. Несинусоидальность формы кривой напряжения и тока. Несинусоидальность напряжения - искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
- •Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования.
- •Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения.
- •Лекция № 3 Заземление. Режимы работы нейтрали.
- •Назначение и виды заземлений.
- •2. Рабочее заземление.
- •3. Защитное заземление.
- •Грунт, его структура и электропроводность.
- •5. Заземление грозозащиты
- •Расчёт заземлителей.
- •Лекция № 4 Распределение электрической энергии на предприятии.
- •Классификация и схемы подстанций предприятий.
- •Схемы передачи и распределения электроэнергии на предприятии.
- •Конструкция трансформаторных подстанций и распределительных устройств.
- •Канализация электроэнергии.
- •Распределение электроэнергии на напряжении 0,4 кВ.
- •Лекция № 5 Выбор напряжений.
- •Система напряжений электрических сетей.
- •2. Выбор рационального напряжения на предприятии.
- •3. Определение рационального напряжения аналитическим расчётом.
- •Лекция № 6 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов.
- •1. Выбор числа трансформаторов.
- •Параллельная работа трансформаторов.
- •Выбор номинальной мощности трансформаторов.
- •Шкала стандартных мощностей трансформаторов.
- •Лекция № 7 Выбор сечения проводов и жил кабелей.
- •Выбор сечения проводников по нагреву расчётным током.
- •Выбор сечений жил кабеля по нагреву током короткого замыкания.
- •Выбор сечения проводников по потере напряжения.
- •Особенности расчёта сетей осветительных электроустановок.
- •Лекция № 8 Выбор места расположения питающих подстанций.
- •Картограмма нагрузок.
- •Определение условного центра электрических нагрузок.
- •Определение зоны рассеяния центра электрических нагрузок для статического состояния системы.
- •Учёт развития предприятия при определении местоположения гпп.
- •Увеличение годовых затрат при смещении подстанции из зоны рассеяния центра нагрузок.
- •Лекция № 9 Компенсация реактивной мощности.
- •1. Коэффициент мощности.
- •Естественная компенсация реактивной мощности.
- •Компенсация реактивной мощности.
- •Выбор компенсирующих устройств.
- •5. Выбор местоположения компенсирующего устройства.
- •Продольная компенсация.
- •Лекция № 10 Электрический баланс предприятия.
- •1. Составление электробаланса предприятия.
- •Определение потерь электроэнергии.
- •Дополнительные потери электроэнергии, обусловленные несинусоидальными токами.
- •Экономия электроэнергии на предприятии.
- •Литература
Определение потерь электроэнергии.
Плановый показатель электроэнергии в сетях определяется в процентах электроэнергии, поступившей в сеть данной энергосистемы. Учитывая, что абсолютные потери электроэнергии в сетях составляют значительную величину (в системах электроснабжения предприятий потери в сетях составляют около 10 % от потребляемой электроэнергии), следует отметить, что сам термин «потери» не совсем точно передаёт технический смысл этого показателя.
Объективно он представляет собой необходимый технологический расход электроэнергии в системе, связанный с её передачей и распределением по электросетям. Поэтому иногда вместо «потерь» применяется термин «технологический расход на передачу электроэнергии».
В структуре потерь по элементам сети основная часть потерь приходится на потери в двигателях (около 40%) и распределительные линии (около 35%), потери в трансформаторах составляют около 15 %.
Приблизительно 25% потерь составляют потери, практически не зависящие от нагрузки, так называемые условно-постоянные, и около 75% - условно-переменные потери.
Из общих потерь техническому анализу поддаётся только часть, называемая техническими потерями, остальная часть (около 10%), так называемые, коммерческие потери, - связана с несовершенством системы учёта электроэнергии.
На предприятиях могут быть разработаны мероприятия по снижению потерь, которые делятся на три группы:
режимные – обеспечение оптимальной загрузки генераторов и синхронных компенсаторов реактивной мощностью, своевременное переключений устройств регулирования напряжений трансформаторов (РПН и ПБВ), отключение реакторов в режимах больших нагрузок;
организационные – сокращение сроков ремонта основного оборудования и совмещение ремонтов последовательно включенных элементов, ремонт оборудования под напряжением, совершенствование учёта электроэнергии, сокращение расхода электроэнергии на собственные нужды, контроль за использованием активной и реактивной электроэнергией и т.п.;
реконструкция объектов – ввод новых компенсирующих устройств, замена оборудования более совершенной конструкции, автоматизация регулирования напряжения.
Все эти мероприятия требуют вложения материальных ресурсов, поэтому целесообразность мероприятия должна проводиться на основе сравнения технико-экономических показателей различных вариантов.
Среднее значение тока какого-либо участка сети определяется с помощью показаний счётчиков, имеющихся на данном участке. Отличие среднеквадратичного значения тока, по которому должны рассчитываться потери электроэнергии от среднего учитывается коэффициентом формы графика нагрузки:
Iск=kфIср, (10.1)
где Iск –среднеквадратичное значение тока, Iср – среднее значение тока.
Для большинства предприятий коэффициент формы kф находится в пределах 1,05-1,1. Меньшие значения kф соответствуют нагрузкам с большим числом приёмников.
Потери электроэнергии за рассматриваемый период рекомендуется определять как произведение потерь электроэнергии за одни сутки учётного периода, называемые характерными, на число рабочих суток в периоде. Потери электроэнергии в выходные дни рассчитываются отдельно.
Характерные в отношении потребления электроэнергии сутки находятся следующим образом:
определяется расход электроэнергии за учётный период времени,
затем рассчитывается среднесуточный расход электроэнергии,
по оперативным журналам находятся сутки, имеющие близкий к найденному расход электроэнергии, как и полученный среднесуточный расход,
найденные таким образом сутки и их действительный график нагрузки принимаются за характерные.
Потери в линиях.
Потери электроэнергии в электрической сети за учётный период:
, (10.2)
где Iср – среднее за характерные сутки значение тока линии, Rэ – эквивалентное активное сопротивление линии, обуславливающие тепловые потери, Тр – число рабочих часов за учётный период. Средний ток за характерные сутки можно найти:
, (10.3)
где Эа, Эр – расход активной и реактивной энергии за характерные сутки.
При определении реактивных потерь энергии используют аналогичные формулы:
. (10.4)
Эквивалентным сопротивлением, активным Rэ либо реактивным Хэ, называется сопротивление некоторой неразветвлённой линии, ток которого равен току головного участка сети, а потери электроэнергии равны потерям в сети:
и . (10.5)
Так как определить эквивалентные сопротивления по показаниям прибора достаточно трудно, то рекомендуется определять их расчётным путём с поправкой, учитывающей отличие действительно проходящих токов от расчётных. Тогда потери активной и реактивной мощности:
и (10.6)
Сети напряжением 6-35 кВ имеют небольшую протяжённость, поэтому ток активной и реактивной проводимостей в них незначительны по сравнению с токами нагрузки линии.
Линии более высоких напряжений имеют большую протяжённость и обладают помимо активного и индуктивного сопротивления проводов ещё и активной и реактивной проводимостями.
Активная проводимость Gл обусловлена активными потерями на корону (корона особая форма электрического разряда, связанная с ионизацией воздуха вокруг провода). Одним из факторов, влияющих на уменьшение потерь от короны, является увеличение сечения провода ВЛ, либо его расщепление.
Потери в трансформаторах. Потери активной электроэнергии:
, (10.7)
где ∆Рх’=∆Px+kи∆Qx – приведённые потери мощности холостого хода трансформаторов, ∆Рк’=∆Pк+kи∆Qк приведённые потери мощности короткого замыкания, kз=Iср/Iном.т – коэффициент загрузки трансформатора по току, kи – коэффициент потерь, зависящий от передачи реактивной мощности (обычно принимается 0,07), Т0 – полное число часов трансформатора под напряжением, Тр – число часов работы трансформатора под нагрузкой, ∆Qx=SномIх/100 – постоянная составляющая потерь реактивной мощности холостого хода, ∆Qк=Sномuк/100 – реактивная мощность, потребляемая трансформатором при полной загрузке.
Потери реактивной энергии за учётный период:
. (10.8)
Потери электроэнергии в двигателях. Для крупных отдельных агрегатов возникает необходимость учитывать в электробалансе потери электроэнергии в двигателях и приводимых ими в движении механизмов.
При установившемся режиме работы электродвигателей потери в них определяются как сумма потерь в обмотке, стали и механических. Потери в обмотке для двигателей переменного тока определяются:
, (10.9)
где rэ – для синхронных двигателей – сопротивление статора, для асинхронных двигателей – сопротивление статора и приведённой к статору сопротивление ротора.
Потери в стали определяются с помощью приборов, которыми оснащены крупные двигатели. Но потери в стали не следует выделять самостоятельной статьёй в электробалансе, ввиду сложности такого выделения. Поскольку потери в стали мало зависят от его нагрузки, как и потери механические, то их целесообразно определять лишь в сумме.
Для машин переменного тока механические потери и потери в стали определяются:
∆Эмех+ ∆Эст=(Рх-3Ix2rэ)Тр, (10.10)
где Рх – мощность холостого хода двигателя определяется по счётчику, либо ваттметру.
Для машин постоянного тока потери в стали составляют незначительную часть по сравнению с механическими потерями. Учитывая к тому же, что на валу двигателя, кроме собственных потерь, имеются ещё механические потери приводимого механизма, можно с достаточной степенью точности пренебречь потерями в стали и считать механические потери двигателя и механизма:
∆Эмех=(Рх-Ix2r0)Тр, (10.11)
где r0 – сопротивление якоря.