Электрический баланс предприятия

Электрический баланс предприятия

Контрольная работа

Электроснабжение промышленных предприятий

Тема 10

Электрический баланс предприятия

Содержание

1.   Составление электробаланса предприятия

.     Определение потерь электроэнергии

.     Дополнительные потери электроэнергии, обусловленные несинусоидальными токами

.     Экономия электроэнергии на предприятии

Литература

1.      Составление электробаланса предприятия

Электробаланс предприятия состоит из доходной и расходной частей. Приходная часть электробаланса отражает количество электроэнергии, поступающая от энергосистем или других источников на предприятие; расходная часть - количество израсходованной электроэнергии. Приходная и расходная части должны быть равны между собой.

На предприятиях электробаланс составляют по отдельным агрегатам, цехам и предприятия в целом. Он охватывает все основные части прихода и расхода электроэнергии, затрачиваемой на технологический процесс, вспомогательные работы, а также потери в оборудовании и электросетях.

Различают три вида электробаланса:

1.      фактический, отражающий сложившиеся в цехе или предприятии производственные условия;

2.      нормализованный, в котором учитываются возможности рационализации и оптимизации процессов электропотребления и снижения потерь в механизмах и электрических сетях;

.        перспективный, составляемый с учётом прогнозируемого развития производства и его качественных изменений на определённый срок.

Электробаланс предприятия составляется для активной и реактивной энергии. В сводном электробалансе предприятия приходная часть включает в себя энергию, поступившую от всех источников её выработки. Приходная часть по реактивной мощности содержит также данные о выработке реактивной энергии всеми источниками реактивной мощности.

Расходная часть содержит:

·        прямые затраты электроэнергии на основной технологический процесс с выделением полезного расхода электроэнергии на выпуск продукции без учёта потерь в различных звеньях технологического оборудования,

·        косвенные затраты электроэнергии на основной технологический процесс вследствие его несовершенства или нарушение технических норм (например предварительный нагрев электропечи),

·        затраты электроэнергии на вспомогательные нужды (вентиляция, обогрев и др.),

·        потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения,

·        отпуск электроэнергии посторонним потребителям.

Наличие всех составляющих расходной части вовсе не является обязательным.

Удельный расход электрической энергии в электробалансе обычно относят на единицу продукции, для сопоставления с соответствующими показаниями других предприятий.

Задачами составления электробаланса являются:

1)      определение расхода электроэнергии для чёткого выделения расхода электроэнергии на основную продукцию,

2)      определение действительных норм расхода электроэнергии на единицу продукции предприятия,

)        выявление возможности сокращения непроизводственных расходов электроэнергии и уменьшения расхода электроэнергии на выпуск основной продукции путём проведения мероприятий, совершенствующих производственный процесс.

2.  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:

1.      определяется расход электроэнергии за учётный период времени,

2.      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:

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.

3.  Дополнительные потери электроэнергии, обусловленные несинусоидальными токами

В системах электроснабжения, содержащей нелинейные элементы (вентильные преобразователи, электродуговые печи и др.) даже при синусоидальных э.д.с. возникают несинусоидальные токи и напряжения. Несинусоидальные режимы рассматриваются по отдельным гармоникам. Наличие высших гармоник ведёт к появлению дополнительных потерь активной мощности от несинусоидальных токов и электроэнергии в элементах систем электроснабжения, а так же вызывает ряд нежелательных явлений в питающей сети.

Дополнительные потери определяются расчётным путём и обусловлены следующими обстоятельствами:

·        необходимостью определения дополнительных потерь мощности и электроэнергии в условиях эксплуатации и при проектировании,

·        необходимостью определения дополнительных потерь при анализе изменения их значения от внедрения средств минимизации высших гармоник с учётом экономической эффективности.

Сведения об увеличении потерь активной мощности и энергии в связи с несинусоидальностью формы кривой напряжения и тока представляют практический интерес, так как дополнительные потери активной мощности должны входить в общий баланс предприятия независимо от причин их возникновения.

Потери электроэнергии в любом элементе системы электроснабжения определяются:

∆Э=∆Э50+∆Энс                                                                   (10.12)

где ∆Э50- потери на частоте 50 Гц, ∆Энс - потери от несинусоидальных токов:

                                                          (10.13)

где Тр - число рабочих часов элемента электроснабжения, kф,ν - коэффициент формы графика для ν-й гармоники, Iс,ν - среднее значение тока ν-й гармоники, Rν - активное сопротивление элемента для ν-й гармоники.

Коэффициент формы для ν-й гармоники определяется:

                                                                           (10.14)

Среднее значение тока ν-й гармоники определяется:

                                                                             (10.15)

где I1 - действующее значение 1-й гармоники.

Дополнительные потери активной мощности в силовых трансформаторах, КЛ и ВЛ и реакторах определяются по формуле:

электрический трансформатор силовой эксплуатация

                                                                      (10.16)

4.  Экономия электроэнергии на предприятии

Для экономии электроэнергии на предприятии предусмотрены ряд мероприятий:

Перевод электрических сетей предприятия на более высокое напряжение. Экономия электроэнергии определяется следующим образом:

                                                     (10.17)

где L -длина участков сети, на которых осуществляется повышение напряжения, t - расчётный период времени, ρ - удельное сопротивление материала провода, I1 и I2 - средние значения токов в каждом проводе на низшем и высшем напряжениях, s1 и s2 - сечение проводов сети при низшем и высшем напряжении.

Экономию электроэнергии при проведении реконструкции сетей, связанная с заменой сечения, длины и материала проводов без изменения напряжения подсчитываются:

                                                (10.18)

где I - среднеквадратичный ток нагрузки одной фазы, L1, s1, ρ1, L2, s2, ρ2 - соответственно длина, сечение и удельное сопротивление провода участка сети до и после реконструкции.

Компенсация реактивной мощности. Установка компенсирующих устройств реактивной мощности снижает потери активной мощности. Данному вопросу посвящена лекция №9, поэтому здесь рассматриваться не будет.

Установка автоматических ограничителей холостого хода машин. При ограничении режима ХХ машин экономия электроэнергии составит:

                                                                 (10.19)

где ε - показатель эффективности, который определяется по справочным данным, Z - число циклов работы, Рд.ном - номинальная мощность двигателя, Твсп - продолжительность межоперационного времени.

Замена малозагруженных двигателей. Если средняя нагрузка двигателя составляет менее 45% номинальной мощности, то замена его менее мощным двигателем всегда целесообразна. При загрузке двигателя более 70% номинальной мощности замена его, как правило, нецелесообразна. При нагрузке 45-70% для определения эффективности и целесообразности замены необходимо проверять расчётом. Замена целесообразна, если суммарные потери уменьшаются:

электрический трансформатор силовой эксплуатация

                      (10.20)

где Qх, Qном - реактивная мощность, потребляемая двигателем из сети при холостом ходе и при номинальной нагрузке, kн=Рс/Рном - коэффициент нагрузки двигателя, Рс, Рном - средняя и номинальная мощность двигателя, kи.п - коэффициент изменения потерь, ∆Рх - потери активной мощности при ХХ, ∆Ра,н - прирост потерь активной мощности в двигателе при нагрузке 100%.

Экономичный режим работы силовых трансформаторов. Экономичный режим заключается во введение в работу и отключение трансформаторов при увеличении нагрузки и при её снижении. Такое включение - отключение используется при установленных на подстанциях нескольких трансформаторах. Обычно, на цеховых ТП число трансформаторов редко превышает двух, поэтому такие режимы работы связаны со специфическими нагрузками.

Уменьшение несимметрии в сетях до 1000 В. Равномерность загрузки фаз обеспечивают за счёт правильного распределения однофазных нагрузок по фазам. Действенным мероприятием по уменьшению несимметрии является установка нейтраллеров на вводах и заземление оболочек кабеля. Мероприятия по выравниванию нагрузки фаз целесообразно проводить на трансформаторах, загруженных более чем на 30% номинальной мощности.

Рациональная эксплуатация цехового электрооборудования. Она заключается в чёткости соблюдения графика по проведению осмотров и ремонтов оборудования, своевременное межремонтное обслуживание.

Рациональное использование осветительных сетей. В настоящее время широкое распространение получают газоразрядные (энергосберегающие) лампы, более экономичные, чем лампы накаливания. Другим техническим средством, позволяющим значительно снизить потери электроэнергии, является применение разнообразных датчиков движения, которые серийно выпускаются многими фирмами для установки их в помещениях с периодически находящимся там персоналом (например, освещение подходов к зданиям, склады и т.п.). К неоправданным потерям электроэнергии приводит установка ламп освещения завышенной мощности, по сравнению с требуемой. Постоянное поддержание светильников в чистоте, очистка их от пыли, особенно в пыльных производствах, также является условием рационального расходования электроэнергии.

Литература

1.       Анастасиев П.И., Зеленецкий М.М., Фролов Ю.А. Молниезащита зданий и сооружений. - М., «Энергия», 1975.

2.      Атабеков В.Б. Силовые трансформаторы. -М., Изательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1963.

3.       Бабиков М.А. Электрические аппараты. -М.Л., Госэнергоиздат, 1956.

4.       Боровиков В.А. и др. Электрические сети энергетических систем. Учебник для техникумов. Л.: «Энергия», 1977.

5.      Волькенау И.М. О совершенствовании системы напряжений электрических сетей. -Энергетик, 2003, №12, с.14-16.

.        ГОСТ 13109-97 «Качество электроэнергии»

.        Инструкция по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках. М., «Издательство НЦ ЭНАС», 2004.

8.       Иерусалимов М.Е., Орлов Н.Н. Техника высоких напряжений. Издательство киевского университета, 1967.

9.      Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок. -М., Энергосервис, 2006.

10.     Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Энергоатомиздат, 1989.

11.     Михалков А.В. Техника высоких напряжений в примерах и задачах. -М., «Высшая школа», 1965.

12.     Поярков К.М. Электрические станции, подстанции и сети: Учебник для сред. сел. проф.-техн. училищ. М.: Высшая школа, 1983.

13.    Правила устройства электроустановок. М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2002.

14.     Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. - М., «Энергия», 1978.

15.     Свечанский А.Д., Трейзон З.Л., Мнухин Л.А. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок. М.: «Энергия», 1980.

16.    Соколов М.М. Электропривод и электроснабжение промышленных предприятий. М. Л.: Государственное энергетическое издательство, 1955.

17.     Стефанов К.С. Техника высоких напряжений. -Л., Энергия, 1967.

18.    Тиняков Н.А., Степанчук К.Ф. Техника высоких напряжений. Минск, Изд-во «Вышейшая школа», 1971.

19.     Фёдоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий : Учебник для вузов. М.: «Энергия», 1979.

21.     Электротехнический справочник в 3 т. Т. 3. Производство и распределение электрической энергии. Под ред. И.Н. Орлова. М.: Энергоатомиздат, 1988.