Методы повышения эффективности развития системы электроснабжения предприятия

УДК 621.313

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ эффективности развития

системы электроснабжения предприятия

,

Россия, г. Орел,

ФБГОУ ВО «Орловский государственный университет имени »

В статье рассмотрены причины, вызывающие значительные технологические потери снижающие эффективность функционирования и развития системы электроснабжения промышленных предприятий. Приведены экономически эффективные методы повышения энергоэффективности таких систем.

Ключевые слова: энергоэффективность, электроснабжение, технологические потери электрической энергии.

Энергетическая эффективность это совокупность характеристик, отражающих отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции или технологическому процессу. Основным критерием оценки эффективности функционирования и развития СЭС предприятий, в том числе мероприятий по снижению потерь электрической энергии (ЭЭ) является надежное и экономичное снабжение потребителей ЭЭ требуемого качества. Анализ энергоэффективности систем электроснабжения (СЭС) предприятий позволит выявить нерациональные затраты энергетических ресурсов и неоправданные потери ЭЭ. Очевидно, что для устранения потерь необходимо выявление источников и причин их возникновения. СЭС промышленных предприятий в нашей стране характеризуются высоким уровнем технологических потерь вследствие эксплуатации устаревшего оборудования, неудовлетворительного состояния и несоответствия современным требованиям стандартов методов учета и регулирования энергопотребления, отсутствия повсеместного внедрения автоматизированных систем учета и контроля энергопотребления.

Значительные технологические потери ЭЭ в СЭС предприятий, как правило, вызваны следующими причинами:

-  Вынужденная работа элементов СЭС в неоптимальных режимах при повышенном электропотреблении в часы максимальных нагрузок.

-  Неудовлетворительное состояние электрических сетей из-за снижения объемов капитальных ремонтов, реконструкции и замены технически устаревшего и изношенного оборудовании.

-  Эксплуатация цеховых трансформаторов с низким коэффициентом загрузки.

-  Наличие значительных перетоков реактивной мощности в электрических сетях, которые приводят не только к увеличению потерь электроэнергии, но и к снижению их пропускной способности, увеличению потерь напряжения.

-  Эксплуатация топологически нерациональных схем электроснабжения.

-  Наличие на предприятии нагрузок, вызывающих несинусоидальность и несимметрию фаз при отсутствии мероприятий по их устранению. Перекос фаз вызывает несимметрию токов, которые, в свою очередь, вызывают несимметрию напряжений и оказывает негативное воздействие на работу всех электроприемников.  Негативные последствия: повреждения, отказы, увеличение износа, уменьшение периода эксплуатации ускоренное старение изоляции электрооборудования; увеличение энергопотребления.

Рассмотрим наиболее практически и экономически рациональные методы повышения энергоэффективности СЭС предприятий.

1.  Выравнивание суточных графиков электрических нагрузок путем регулирования электропотребления позволяет снизить резко выраженный максимум нагрузки, что способствует снижению потерь ЭЭ в элементах внутрицеховой сети.

2.  Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов цеховых подстанций. В настоящее время в условиях снижения производства и снижения уровня электропотребления повсеместно наблюдается недогрузка электрооборудования. Известно, что максимальный КПД трансформатора достигается при его загрузке в пределах от 45 до 75 процентов от номинальной загрузки. Это позволяет определить оптимальные варианты повышения эффективности для трансформаторной подстанции:

-  Если общая нагрузка ниже 40–50 процентов номинальной мощности трансформаторной подстанции, то целесообразно повысить эффективность подстанции за счет отключения одного или нескольких трансформаторов, повысив коэффициент загрузки оставшегося или оставшихся в работе трансформаторов до оптимальной величины;

-  Если общая нагрузка превышает 75 процентов номинальной мощности трансформаторной подстанции, достичь максимального КПД трансформаторов можно лишь посредством установки дополнительных мощностей;

-  При замене исчерпавших ресурс трансформаторов или модернизации трансформаторных подстанций предпочтительной является установка трансформаторов с пониженным уровнем потерь, что позволяет снизить потери на 20 – 60 процентов.

3.  Для снижения перетоков реактивной мощности и уменьшения, вызываемых ими отрицательных последствий на промышленных предприятиях должна осуществляться компенсация реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности обеспечивает соблюдение условия баланса реактивной мощности, способствует снижению потерь электроэнергии в электрических сетях, увеличению их пропускной способности, позволяет осуществлять регулирование напряжения за счет применения компенсирующих устройств. Рациональная компенсация реактивной мощности позволяет: снизить общие расходы на электроэнергию; уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы; снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;

снизить влияние высших гармоник; подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз; добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях она позволяет: исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки; снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования; увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что в свою очередь позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей. А во вновь создаваемых сетях - уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

Технические мероприятия по компенсации РМ заключаются в установке компенсирующих устройств в соответствующих точках системы электроснабжения промышленного предприятия. С помощью конденсаторных установок на промышленных предприятиях могут осуществляться следующие способы компенсации реактивной мощности: индивидуальная, групповая, централизованная и комбинированная. Анализ потерь электроэнергии в электрической сети промышленных предприятий и суммарных приведенных затрат при различных способах компенсации реактивной мощности показывает, что наиболее оптимальным способом компенсации реактивной мощности электрической сети в большинстве случаев является индивидуальная компенсация, поскольку в этом случае обеспечивается минимум потерь электроэнергии и суммарных приведенных затрат. Наибольшие потери электроэнергии в электрической сети и суммарные приведенные затраты имеют место при отсутствии компенсации реактивной мощности, а также в случае централизованной компенсации. При этом следует учитывать, что выбор мест установки компенсирующих устройств является оптимизационной задачей, цель которой заключается в нахождении такого решения, которое обеспечивает максимальный экономический эффект при соблюдении всех технических условий нормальной работы электрических сетей и электрооборудования.

4. Устранение перекоса фазных напряжений. Наиболее эффективным методом является применение симметрирующих устройств (СУ), позволяющих устранить токи нулевой и обратной последовательности. СУ подразделяются на три класса:

-  Конденсаторные и электромагнитные шунтосимметрирующие устройства, за счет подключения в сеть реакторов и конденсаторных батарей, основанных на минимальном сопротивлении токам нулевой последовательности, за счет шунтирования замыкания на себя этих токов.

-  Преобразующие СУ – за счет использования преобразующих статических устройств: выпрямители, тиристорные регуляторы, высокочастотные преобразователи электромашины постоянного тока, использование электронных балластов в осветительных газоразрядных приборах и так далее.

-  Компенсационные СУ – за счет включения в рассечку нулевого провода трансформатора симметрирующего трехфазного (ТСТ) компенсационной обмотки симметрирующих устройств. Это метод является наиболее эффективным. Применяемый ТСТ позволяет получить высокие энергетические показатели симметрирования, а именно: улучшить качество электроэнергии, повысить коэффициент мощности, подавить высшие гармоники, регулировать напряжение.

Проанализируем результаты подключения однофазной несимметричной нагрузки в трехфазную четырехпроводную сеть с использованием ТСТ и без них. Как показано на рис. 1 максимальная нагрузка одной фазы составляет треть от трехфазной мощности источника электроэнергии.

Рис. 1 Подключение нагрузки напрямую к сети. 

Результатом подключения мощного однофазного электроприемника будет перекос фаз (рис.2). Повышается риск повреждений присоединяемых к данному источнику электроприемников. В случае превышения мощности ЭП на треть трехфазной мощности источника велика вероятность его дальнейшей неправильной работы, т. е. возможны сбой, отключение, отказ.

Рис. 2 Подключение более мощной нагрузки к тому же источнику

электроэнергии с использованием ТСТ

Максимальная нагрузка на одну фазу может составлять до 50 процентов от трехфазной мощности источника электроэнергии, а источник электроэнергии будет воспринимать нагрузку как равномерно распределенную по фазам (рис.3).

Применение ТСТ позволяет снизить мощность генератора ЭЭ, подключив к нему ту же группу электроприемников. Источник электроэнергии будет воспринимать эту нагрузку как равномерно распределенную по фазам.

Рис. 3 Подключение той же нагрузки к генератору меньшей мощности с использованием ТСТ

Учитывая, что стоимость реализации того или иного метода повышения эффективности СЭС предприятия, как правило, достаточно высокая в каждом конкретном случае решение о его целесообразности должно осуществляться на основании результатов энергетического обследования, технико-экономического обоснования и конкретных условий функционирования предприятия.

Список литературы

1.  Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. Руководство для практических расчетов [Текст] / , , – М.: НЦ ЭНАС, 2003 г. С.20-29.

2.  Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности. Русская версия. Москва: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2009. 455 с.

3.  О влиянии перетоков реактивной мощности на параметры систем электроснабжения промышленных предприятий [Текст] / , // Вестник КузГТУ, 2011. – № 3. – С. 60–63.

, к. т.н., доцент кафедры «Электрооборудование и энергосбережение» ФГБОУ ВО «ОГУ имени »; Тел.[phone], E-mail: *****@***ru

, магистрант ФГБОУ ВО «ОГУ имени »; E-mail: *****@***ru

_____________________________________________________________________________________

METHODS OF INCREASE OF EFFICIENCY OF DEVELOPMENT

THE SYSTEMS POWER SUPPLIES ARE ENTERPRISES

Кoroleva T. G., Mishin М.М.

Russia, g. Orel,

FBGOU VO «Orlovskij gosudarstvennyj universitet imeni I. S. Turgeneva»

Reasons, defiant considerable technological losses reducing efficiency functioning and development of the system of power supply of industrial enterprises, are considered in the article. The effective methods of increase of energy efficiency of such systems are resulted economic.

Key words: energy efficiency, electricity supply, technological losses of electric energy.

Bibliography

1. Raschet, analiz i normirovanie poter elektroenergii v elektricheskikh setyakh. Rukovodstvo dlya prakticheskikh raschetov [Tekst] / Yu. S. Zhelezko, A. V. Arterbev, O. V. Savchenko – M.: NCz ENAS, 2003 g. S.20-29.

2. Spravochnyy dokument po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam obespecheniya energoeffektivnosti. Russkaya versiya. Moskva: Federalnoe agentstvo po tekhnicheskomu regulirovaniyu i metrologii, 2009. 455 s.

3. O vliyanii peretokov reaktivnoy moshchnosti na parametry sistem elektrosnabzheniya promyshlennykh predpriyatiy [Tekst] / V. M. Efremenko, R. V. Belyaevskiy // Vestnik KuzGTU, 2011. – № 3. – S. 60–63.

Koroleva Tatyana Gennadevna, k. t.n., docent kafedry «Elektrooborudovanie i energosberezhenie» FGBOU VO «OGU imeni I. S. Turgeneva»; Tel.[phone], faks (4862) 416684, E-mail: *****@***ru

Mishin Maksim Mikhaylovich, magistrant FGBOU VO «OGU imeni I. S. Turgeneva»; Tel.[phone], faks (4862) 416684, E-mail: *****@***ru