Окупаемость мероприятий направленных на уменьшение потерь электрической энергии и повышения пропускной способности сети с применением проводов повышенной пропускной способности и устройств компенсации реактивной энергии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Данилов Д. И., Шевченко Д. Ю., Аубакиров Р. Д., Жиленко Д. М. Окупаемость мероприятий направленных на уменьшение потерь электрической энергии и повышения пропускной способности сети с применением проводов повышенной пропускной способности и устройств компенсации реактивной энергии // Молодой ученый. — 2016. — №28.2. — С. 59-63. — URL https://moluch.ru/archive/132/36975/ (дата обращения: 19.09.2018).



В статье рассмотрена окупаемость мероприятий по повышению пропускной способности линий электропередачи с использованием проводов повышенной пропускной способности и применении устройств компенсации реактивной мощности.

Ключевые слова: потери мощности, высокотемпературные провода, компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной энергии как способ увеличения пропускной способности сетей и уменьшения энергопотерь в них.

Увеличение пропускной способности электроэнергетических систем достигается не только за счет реконструкции сетей, в частности линий, но и за счет подключения различного оборудования, предназначенного для компенсации реактивной мощности.

На предприятиях особое внимание уделяется компенсирующим устройствам, так как главные приемники представляют собой асинхронные электродвигатели, коэффициент мощности которых без применения компенсирующих мероприятий может составлять 0,65-0,75.

Меры по снижению реактивной энергии способствуют:

- снижению загрузки трансформаторов, увеличению продолжительности работоспособности [7];

- снижению нагрузки на токопроводящие жилы проводов, применению их наименьшего сечения;

- повышению качества электрической энергии, снижению искривления вида напряжения) [8];

- снижению нагрузочного явления на коммутационную аппаратуру по причине уменьшения токов;

- минованию нарушений за ухудшение качества электрической энергии низким cosφ (коэффициентом мощности);

- уменьшению затрат на электрическую энергию.

Устройства компенсации реактивной энергии необходимы для компенсации реактивных величин системы (пример, ЛЭП) и реактивной мощности, участвующей в загрузках и составляющих электроэнергетической системы.

Основные моменты процесса

Огромным количеством электрического оборудования любого промышленного объекта являются устройства, сопровождаемые в рабочем режиме магнитным полем, которые в свою очередь и определяют индуктивную нагрузку.

Главное свойство индуктивной нагрузки заключается, в том, что ток, проходящий через индуктивность, остается прежним (без изменений), а при прохождении нагрузочного тока создается искажение фаз между током и напряжением (напряжение «опережает» ток на определенный угол). Вследствие различных знаков у напряжения и тока в момент «опережения», происходит уменьшение энергии индуктивности, компенсируемая из сети.

Для многих предприятий данный факт указывает на то, что в системе между источником питания и потребителем проходит как активная энергия, которая осуществляет полезное действие, так и реактивная энергия, которая в свою очередь не выполняет полезную работу, а тратится только на формирование магнитных полей индуктивности. Вся энергия имеет 2 составляющие: активная и реактивная энергии. Активная составляющая энергии определяется отношением полной мощности к коэффициенту мощности cosφ (отклонение фаз между напряжением и током). Тем не менее, текущий реактивный ток по элементам электрических объектов и целым объектам, такие как линии электропередачи и обмотки трансформаторов, уменьшает часть пропускной способности проходящего по тем же элементам и объектам активного тока, создавая при этом потери, направленные на нагревающий эффект – потери активной мощности [9].

Следовательно, исходя из калькуляции стоимости за электрическую энергию, покупатель обязуется заплатить вдвойне за внепроизводственные расходы. Первая оплата – естественно за использование реактивной мощности из сети по счетчику реактивной энергии. Вторая оплата – также за реактивную энергию, но неявно, производя оплату за активные потери, обусловленные реактивной энергией, считаемые счетчиком активной энергии. Повлиять на данное состояние можно только расположив источник реактивной мощности у потребителя. Данное введение освобождает систему от реактивного тока, тем самым уменьшает индуктивную нагрузку.

Экономическая и статистическая оценка компенсации реактивной мощности

По результатам исследования ведущих специалистов процентная часть электрической энергии составляет 35-45 % от себестоимости продукта. Таким образом, уменьшение энергопотерь относится к более значимым обстоятельствам в сохранении средств и получении конкурентного приоритета.

К одному из способов по уменьшению энергопотерь относится уменьшение реактивной энергии (подъем коэффициента мощности cosφ), т.к. реактивная мощность существенно влияет на рост потерь электрической энергии. При полном отсутствии УКРМ, энергопотери составляют от 15 до 55% от среднестатического использования энергии.

Причины энергопотерь

Следует обратить внимание, что при минимальных величинах cosφ (0.28–0.50), трехфазные приборы учета имеют неточность показаний от 10 до 15%. Из-за этого покупателя приходится доплачивать «сверху» за дополнительные неточности показаний прибора учета, нарушения, связанные с низким значением коэффициента мощности.

Реактивная энергия способствует ухудшению качества электрической энергии, искривлению (искажению) фаз, высшим гармоническим колебаниям, теплопотерям, тяжелым загрузкам генераторов, к резким увеличениям по частоте и амплитуде.

Процентное соотношение оборудования, влияющего на реактивную мощность

Проведем анализ разнообразного оборудования, влияющего на повышение реактивной энергии. Асинхронные двигатели – приблизительно 44%, электропечи – 7%, различные преобразовывающие устройства 7%, трансформаторы 34%, электрические провода в линиях передачи 8%. Данные сведения всего лишь приближенные, так как коэффициент мощности объектов электросетевого хозяйства находится в зависимости от их загрузок.

Приведем пример для пояснения, если коэффициент мощности асинхронного двигателя в максимальной загрузке составляет 0,65-0,75, а иногда и 0,8, то при незначительной загрузке его величина составляет всего лишь 0,25-0,35. Это же явление можно отнести и к трансформаторам.

К выше сказанному следует отметить определенные примеры компенсирующих устройств: АФКУ - автоматические фильтрокомпенсирующие конденсаторные установки, БСК - Батарея статических конденсаторов, УКРМ – устройства компенсации реактивной мощности, синхронные компенсаторы (синхронные двигатели).

Произведем расчет на проверку окупаемости вводимых мероприятий направленных на уменьшение потерь электрической энергии и повышения пропускной способности сети с применением проводов повышенной пропускной способности и устройств компенсации реактивной энергии.

Данный расчет имеет особенность, заключающуюся в том, что правильный выбор устройств компенсации реактивной энергии происходит с учетом температуры применяемого провода. Собственно, само мероприятие, направленное на уменьшение реактивной энергии, представляется главным фактором для улучшения качества расчета потерь энергии принимая во внимание температурную зависимость сопротивления высокотемпературных проводов [1, 2].

Верный подбор УКРМ и проверка окупаемости вводимых мероприятий происходят в неразветвленной сети, представленной на рисунке ниже (рис.1).

Рис. 1. Представленная для расчета сеть

Условия проведения исследований представлены в таблице 1 [3, 4, 6].

Таблица 1

Исходные данные к расчету неразветвленной сети с номинальным напряжением 10,5 кВ при мощностях нагрузки P=5000 кВт, Q=3600 квар

На начальной стадии осуществляем выбор устройств компенсации реактивной мощности, основываясь из минимальных расходов.

Данный вопрос возможно разрешить на основе формулы для годовых приведенных затрат.

(1)

где К – капиталовложения на установку УКРМ и новую линию
ВЛ-10 кВ АСПТ-50/8 мм2; Ен – коэффициент приведения капиталовложений; И– годовые эксплуатационные издержки; ар – норма ежегодных отчислений на ремонт, обслуживание и амортизацию электрооборудования; Сэ– стоимость электроэнергии; ΔРл и ΔРку – потери мощности соответственно в линии и в УКРМ; Т– интегрирующий множитель, переводящий потери мощности в потери энергии и имеющий размерность времени; U – напряжение сети; R – активное сопротивление линии; ρуд – удельные потери активной мощности в УКРМ.

В вычислении стоимости затраченных средств с учетом температуры и без учета температуры рассматривались затраты на потери энергии, вызванные протеканием активной энергии. Активная мощность в обоих вариантах принималась как переменная величина, зависящая от сопротивления и температуры [5]. Это и есть отличительная сторона расчета затраченных средств. (табл. 2)

Таблица 2

Выбор УКРМ, исходя из минимальных расходов

Длина

линии,

км

, квар

Стоимость УКРМ и стоимость новой линии,

тыс. руб

, тыс. руб

, квар

tgφ

tпровод

°С

Учит-ся

tпровод

Не учит-ся

tпровод

Не учит-ся

tпровод

Учит-ся

tпровод

0,3

2250

518,8

633,526

795,152

2250

2700

0,27

103

2700

615,9

644,055

790,960

0,18

98,4

0,4

2250

528,8

796,543

1012,044

2250

2700

0,27

103

2700

625,9

800,993

996,867

0,18

98,4

0,6

2700

645,9

1114,87

1408,681

2700

3150

0,18

98,4

3150

733,1

1119,782

1397,894

0,09

96

0,8

2700

665,9

1428,747

1820,495

3150

3150

0,18

98,4

3150

753,1

1426,364

1797,181

0,09

96

3600

826,8

1440,746

1804,711

0

95,2

1

2700

685,9

1742,624

2232,308

3150

3150

0,18

98,4

3150

773,1

1732,947

2196,468

0,09

96

3600

846,8

1744,897

2199,854

0

95,2

Итоги изучения по окупаемости вышеперечисленных вводимых мероприятий оценим по формуле:

, (2)

где ИПМ и Иисх– годовые эксплуатационные издержки соответственно после ввода мероприятия и в исходном состоянии; Иа,ПМ и Иа,исх– составляющие издержек на амортизацию, обслуживание ремонт оборудования соответственно после ввода мероприятия и в исходном состоянии; WПМиWисх– потери электрической энергии после ввода мероприятия и в исходном режиме.

Следует отметить, чтоWПМ уменьшаются так как:

  1. Уменьшается протекающая реактивная энергия;
  2. Уменьшается активное сопротивление применяемых проводов;
  3. Уменьшаются потери на транспортировку активной мощности.

Оценим полезность мероприятий (табл. 3) при помощи характерных данных сроков окупаемости с учетом и без учета температуры.

Таблица 3

Затраты и проверка окупаемости вводимых мероприятий направленных на уменьшение потерь электрической энергии и повышения пропускной способности сети с применением проводов повышенной пропускной способности и устройств компенсации реактивной энергии

Длина линии, км

Расчет без учета tпр

Расчет с учетом tпр

Qку,опт, квар

Стоимость УКРМ и стоимость линии,тыс. руб

Tок, лет

Qку,опт, квар

Стоимость УКРМ и стоимость линии,тыс. руб

Tок, лет

0,3

2250

518,8

4,22

2700

615,9

1,76

0,4

2250

528,8

2,79

2700

625,9

1,26

0,6

2700

645,9

1,88

3150

733,1

0,9

0,8

3150

753,1

1,49

3150

753,1

0,67

1

3150

773,1

1,18

3150

773,1

0,54

Вводимые мероприятия являются целесообразными, так как срок окупаемости даже при минимальной длине линии и без учета температуры применяемого высокотемпературного провода меньше 5 лет, соответственно с увеличением длин проводов, ростом реактивной мощности компенсирующего устройства, учетом температуры применяемого провода, срок окупаемости стремительно уменьшается.

Вывод:

Одновременное применение высокотемпературных проводов и компенсация реактивной мощности с учетом температуры применяемых проводов ведут к значительному повышению пропускной способности линий и снижению потерь электроэнергии.

Затраты на приобретение проводов с повышенной пропускной способностью, а также затраты на вводимое мероприятие по компенсации реактивной мощности очень быстро окупаются при их эксплуатации.

Это доказывают результаты исследований по срокам окупаемости мероприятий по увеличению пропускной способности линий энергосистемы.

Таким образом, проведен расчет сроков окупаемости мероприятий по увеличению пропускной способности линий энергосистемы и мероприятий по снижению потерь энергии на примере использования высокотемпературных провод и компенсации реактивной мощности, направленный на анализ и аудит энергопотребления и выработке методики применения высокотемпературных проводов и компенсации реактивной мощности.

Литература:

  1. Гиршин С. С. [и др.]. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры // Омский научный вестник. – 2009. – № 3. – С. 176–179.
  2. Гиршин С. С. [и др.]. Уточнение метода расчета температуры провода при постоянной нагрузке с учетом климатических факторов // Омский гос. техн. ун-т. – Омск, 2010. – С. 23. – Деп. в ВИНИТИ 08.04.2010, N198-В2010.
  3. Герасимова В. Г. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 1 / В. Г. Герасимова, А. Ф. Дьякова, Н. Ф. Ильинского, В. А. Лабунцова, В. П. Морозкина, И. Н. Орлова, А. И. Попова, В. А. Строева. – М. : Изд-во МЭИ, 1995. – 440 с.
  4. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ.В 5 т. Т. 2. – М.: ПапирусПро, 2003. – 640 с.
  5. Петрова Е.В. [и др.]. Учет температурной зависимости сопротивления неизолированного провода при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2013. – № 1. – С. 284–291.
  6. Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей. – М.: ЭНАС, 2009. – 392 с.
  7. Радкевич, В. Н. Оценка снижения потерь активной мощности в трансформаторах при установке батарей низковольтных конденсаторов / В. Н. Радкевич, М. Н. Тарасова // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2014. № 5. С. 27–37.
  8. Железко, Ю. С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии / Ю. С. Железко. М.: Энергоатомиздат, 1985. 224 с.
  9. Радкевич, В. Н. Электроснабжение промышленных предприятий / В. Н. Радкевич,В. Б. Козловская, И. В. Колосова. Минск: ИВЦ Минфина, 2015. 589 с.
Основные термины (генерируются автоматически): реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, учет температуры, коэффициент мощности, устройство компенсации, повышенная пропускная способность, активная мощность, индуктивная нагрузка, активная энергия.


Похожие статьи

Обзор методов повышения пропускной способности линий...

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, пропускная способность, повышенная пропускная способность, коэффициент мощности, провод, пропускная способность сетей...

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, активная мощность, сеть, разрядное сопротивление, потребитель, полная мощность, коэффициент мощности, передаваемая реактивная мощность, мгновенный коэффициент мощности, электрический...

Методики расчёта составляющих мощности при синусоидальных...

реактивная мощность, активная мощность, полная мощность, режим, напряжение, мощность, действующее значение токов, мощность искажения, электрическая энергия, формула.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

где - реактивная суммарная мощность БК по данным завода — изготовителя. Мощность всех компенсирующих устройств, которую требуется ввести на предприятия ( ), зависит от максимальной реактивной нагрузки мощности предприятия и от входной реактивной...

Сравнение основных типов компенсирующих устройств

Проблема компенсации реактивной мощности (КРМ) вызвана высокой загрузкой элементов систем распределения электрической энергии (ЭЭ) потоками реактивной мощности (РМ) вследствие значительного её потребления из сетей.

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность.

Индивидуальная компенсациякомпенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например, на клеммах двигателя).

Особенности расчётов реактивной мощности...

Согласно ГОСТ 13109–2003 основными параметрами являются колебания напряжения, отклонение частоты, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Отсюда следует, что активная и реактивная мощность...

Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных...

реактивная мощность, потеря энергии, реактивная энергия, активная мощность, электрическая энергия, потеря, трансформатор, правильное проектирование, минимум потери энергии, холостой ход.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый

Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например, различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная...

Обзор методов повышения пропускной способности линий...

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, пропускная способность, повышенная пропускная способность, коэффициент мощности, провод, пропускная способность сетей...

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, активная мощность, сеть, разрядное сопротивление, потребитель, полная мощность, коэффициент мощности, передаваемая реактивная мощность, мгновенный коэффициент мощности, электрический...

Методики расчёта составляющих мощности при синусоидальных...

реактивная мощность, активная мощность, полная мощность, режим, напряжение, мощность, действующее значение токов, мощность искажения, электрическая энергия, формула.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

где - реактивная суммарная мощность БК по данным завода — изготовителя. Мощность всех компенсирующих устройств, которую требуется ввести на предприятия ( ), зависит от максимальной реактивной нагрузки мощности предприятия и от входной реактивной...

Сравнение основных типов компенсирующих устройств

Проблема компенсации реактивной мощности (КРМ) вызвана высокой загрузкой элементов систем распределения электрической энергии (ЭЭ) потоками реактивной мощности (РМ) вследствие значительного её потребления из сетей.

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность.

Индивидуальная компенсациякомпенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например, на клеммах двигателя).

Особенности расчётов реактивной мощности...

Согласно ГОСТ 13109–2003 основными параметрами являются колебания напряжения, отклонение частоты, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Отсюда следует, что активная и реактивная мощность...

Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных...

реактивная мощность, потеря энергии, реактивная энергия, активная мощность, электрическая энергия, потеря, трансформатор, правильное проектирование, минимум потери энергии, холостой ход.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый

Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например, различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Обзор методов повышения пропускной способности линий...

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, пропускная способность, повышенная пропускная способность, коэффициент мощности, провод, пропускная способность сетей...

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, активная мощность, сеть, разрядное сопротивление, потребитель, полная мощность, коэффициент мощности, передаваемая реактивная мощность, мгновенный коэффициент мощности, электрический...

Методики расчёта составляющих мощности при синусоидальных...

реактивная мощность, активная мощность, полная мощность, режим, напряжение, мощность, действующее значение токов, мощность искажения, электрическая энергия, формула.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

где - реактивная суммарная мощность БК по данным завода — изготовителя. Мощность всех компенсирующих устройств, которую требуется ввести на предприятия ( ), зависит от максимальной реактивной нагрузки мощности предприятия и от входной реактивной...

Сравнение основных типов компенсирующих устройств

Проблема компенсации реактивной мощности (КРМ) вызвана высокой загрузкой элементов систем распределения электрической энергии (ЭЭ) потоками реактивной мощности (РМ) вследствие значительного её потребления из сетей.

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность.

Индивидуальная компенсациякомпенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например, на клеммах двигателя).

Особенности расчётов реактивной мощности...

Согласно ГОСТ 13109–2003 основными параметрами являются колебания напряжения, отклонение частоты, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Отсюда следует, что активная и реактивная мощность...

Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных...

реактивная мощность, потеря энергии, реактивная энергия, активная мощность, электрическая энергия, потеря, трансформатор, правильное проектирование, минимум потери энергии, холостой ход.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый

Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например, различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная...

Обзор методов повышения пропускной способности линий...

реактивная мощность, реактивная энергия, электрическая энергия, пропускная способность, повышенная пропускная способность, коэффициент мощности, провод, пропускная способность сетей...

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

реактивная мощность, активная мощность, сеть, разрядное сопротивление, потребитель, полная мощность, коэффициент мощности, передаваемая реактивная мощность, мгновенный коэффициент мощности, электрический...

Методики расчёта составляющих мощности при синусоидальных...

реактивная мощность, активная мощность, полная мощность, режим, напряжение, мощность, действующее значение токов, мощность искажения, электрическая энергия, формула.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

где - реактивная суммарная мощность БК по данным завода — изготовителя. Мощность всех компенсирующих устройств, которую требуется ввести на предприятия ( ), зависит от максимальной реактивной нагрузки мощности предприятия и от входной реактивной...

Сравнение основных типов компенсирующих устройств

Проблема компенсации реактивной мощности (КРМ) вызвана высокой загрузкой элементов систем распределения электрической энергии (ЭЭ) потоками реактивной мощности (РМ) вследствие значительного её потребления из сетей.

Управление мощностью в системах электроснабжения

Ключевые слова: электроэнергия, характеристики энергии, мощность энергии, электроснабжение, реактивная мощность.

Индивидуальная компенсациякомпенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например, на клеммах двигателя).

Особенности расчётов реактивной мощности...

Согласно ГОСТ 13109–2003 основными параметрами являются колебания напряжения, отклонение частоты, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Отсюда следует, что активная и реактивная мощность...

Меры по снижению потерь электроэнергии на промышленных...

реактивная мощность, потеря энергии, реактивная энергия, активная мощность, электрическая энергия, потеря, трансформатор, правильное проектирование, минимум потери энергии, холостой ход.

Потери электроэнергии и способы борьбы с ними | Молодой ученый

Это способ использования устройств компенсации реактивной мощности. Если нагрузка индуктивная, например, различные электромоторы, то это конденсаторы, если емкостная...

Задать вопрос