АЛМАТИНСКИЙ
ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ
И СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
В СИСТЕМАХ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов
по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)
Алматы 2004
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
______________________
“___”_________________2004 г.
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов
по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)
СОГЛАСОВАНО Рассмотрено и одобрено на
Начальник УМО заседании кафедры ЭПП
________________ Протокол № _______
“___”___________2004г. от “___”___________2004г.
Зав. кафедрой ЭПП,
д.т.н., профессор
_____________А.В.Болотов
Редактор Составитель:
________________ Старший преподаватель кафедры ЭПП
“___”___________2004г. ___________А.С.Алданова
Алматы 2004
СОСТАВИТЕЛЬ: А.С. Алданова. Энергосбережение в системах электроснабжения. Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям) – Алматы: АИЭС, 2004. - 15 с.
Данная разработка включает в себя рабочую программу курса, контрольные задания для студентов – заочников и указания на его выполнение, а также список необходимой литературы.
Ил. 2 , табл.11, библиогр. - 5 назв.
Рецензент: д-р. техн. наук, проф. В.Н. Мукажанов
Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004 год.
С
Алматинский институт энергетики и связи 2004г.
Введение
Согласно учебному плану студенты специальности 210440 – Электроснабжение (по отраслям) изучают курс «Энергосбережение в системах электроснабжения», включающий следующий объем часов: аудиторные занятия – 16 часов, самостоятельная работа – 44 часа. В данном курсе предусмотрена контрольная работа из трех заданий, предполагающая самостоятельное закрепление студентами пройденных разделов дисциплины.
К сдаче зачета по курсу студенты допускаются после успешного выполнения и защиты контрольной работы.
1 ПРОГРАММА КУРСА
1.1 Содержание курса
1.1.1 Введение
Физический смысл понятия «потери электроэнергии». Распределение потерь электроэнергии на промышленном предприятии. Направления снижения потерь электроэнергии в системе электроснабжения промышленного предприятия.
/3, гл.1 § 1.1/
1.1.2 Выбор оптимальных значений параметров и элементов при проектировании системы электроснабжения промышленных предприятий
Принципы технико-экономического сопоставления вариантов. Составляющие ежегодных приведенных затрат. Уровни системы электроснабжения промышленного предприятия. Выбор рациональных напряжений питающей и распределительной сетей. Рациональный выбор силовых трансформаторов. Размещение источников питания. Сокращение потерь электрической энергии в сетях. САПР при оптимизации систем электроснабжения.
/3, гл.1 § 1.1; 4, гл.1 § 1.1, 1.2, гл.2 § 2.1-2.7, гл.3 § 3.1-3.7, гл.4 § 4.1-4.5; 5, гл.2 § 2.26-2.33; 5, гл.2 § 2.9; 7, гл.4 § 4.1-4.5, гл.14 § 14.1/
1.1.3 Снижение потерь электроэнергии при эксплуатации систем электроснабжения промышленного предприятия
Рациональная загрузка элементов системы электроснабжения. Экономичный режим работы силовых трансформаторов. Рациональная загрузка преобразовательных трансформаторов. Компенсация реактивной мощности как средство снижения потерь электроэнергии. Влияние качества электроэнергии на потери электроэнергии. Автоматизация учета, контроля и управления в системах промышленного электроснабжения как средство снижения потерь электрической энергии.
/1, § 3-5; 2, гл.5 § 5.1-5.4; 3, гл.1 § 1.2; 4, гл.3 § 3.1-3.7, гл.7 § 7.1-7.6; 5, гл.2 § 2.10-2.15, 2.82-2.86; 7, гл.5 § 5.1-5.5, гл.6 § 6.1-6.5, гл.7 § 7.1-7.5, гл.11 § 11.1-11.8, гл.14 § 14.2-14.12/
1.1.4 Экономия электроэнергии за счет применения современных технологических устройств
Нормирование электропотребления. Электробаланс. Регулирование напряжения и частоты на выводах промышленных установок. Применение экономичных систем возбуждения синхронных двигателей технологических механизмов. Самозапуск электродвигателей. Синхронизация асинхронных двигателей. Рациональные режимы электропотребления. Экономия электроэнергии по отраслям.
/2, гл.4 § 4.1-4.49; 3, гл.2 § 2.1-2.7; 4, гл.3 § 3.6, гл.14 § 14.13/
1.1.5 Экономия электроэнергии на вспомогательные нужды промышленного предприятия
Освещение. Вентиляция. Водоснабжение. Сжатый воздух. Электрический транспорт.
/1, § 7-13; 2, гл.4 § 4.30; 3, гл.3 § 3.1-3.5/
1.1.6 Уменьшение потерь электроэнергии в электротехнологических установках
Дуговые сталеплавильные печи. Совершенствование подготовки шихты. Снижение электрических и тепловых потерь. Сокращение простоев печи. Оптимизация электрических и технологических режимов работы.
Электропечи сопротивления. Снижение тепловых потерь. Повышение производительности электропечей. Применение предварительного нагрева изделий.
/1, §6; 2, гл.4 § 4.30-4.49/
1.2 Методические указания к изучению теоретических вопросов
1.2.1 При изучении раздела 1.1.1 обратить внимание на определение электрических потерь и классификацию способов их снижения.
1.2.2 При изучении раздела 1.1.2 обратить внимание на принципы технико-экономического сопоставления вариантов.
1.2.3 При изучении раздела 1.1.3 обратить внимание на экономичный режим работы трансформаторов, влияние качества электроэнергии на потери и компенсацию реактивной мощности как средство снижения потерь.
1.2.4 При изучении раздела 1.1.4 обратить внимание на принципы нормирования электропотребления и электробаланс, применение современных технологических устройств и мероприятий по экономии электроэнергии.
1.2.5 При изучении раздела 1.1.5 обратить внимание на особенности экономии электроэнергии на вспомогательные нужды.
1.2.6 При изучении раздела 1.1.6 обратить внимание на способы уменьшения потерь в электротехнологических установках.
1.3 Содержание практических занятий
1.3.1 Снижение потерь электроэнергии у потребителей реактивной мощности.
1.3.2 Определение затрат на генерацию реактивной мощности синхронными двигателями и конденсаторами поперечного включения.
1.3.3 Компенсация реактивной мощности, потребляемой нагрузками крупного промышленного предприятия и предприятия с небольшим числом трансформаторов.
1.3.4 Снижение потерь электроэнергии в печах сопротивления.
1.3.5 Составление электробаланса промышленного предприятия.
2 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
2.1 Задание № 1
На подстанции установлены два трансформатора различной мощности либо три трансформатора одинаковой мощности (в зависимости от варианта задания). Определить экономичный режим работы трансформаторов, обеспечивающий минимум потерь электроэнергии в трансформаторах. Мощность и число трансформаторов выбираются по таблице 1 по начальной букве фамилии. Коэффициент повышения активных потерь выбирается по таблице 2 по последней цифре номера зачетной книжки. Параметры трансформаторов приведены в таблице 3.
2.1.1 Методические указания к заданию № 1
Экономичный режим работы трансформаторной подстанции определяется числом одновременно включенных трансформаторов, обеспечивающим минимум потерь электроэнергии в этих трансформаторах.
При наличии на подстанции двух и более трансформаторов различной мощности целесообразно строить кривые зависимости потерь от нагрузки трансформаторов. Приведенные потери мощности для построения этих кривых определяется по выражению
где
По этим кривым, в зависимости от нагрузки подстанции, определяется режим работы трансформаторов, т.е. подключение дополнительного трансформатора или вывод из работы одного из трансформаторов.
Допустим, что на подстанции установлены два трансформатора Т1 и Т2, причем номинальная мощность второго больше номинальной мощности первого. Для каждого из них строится кривая приведенных потерь на основании уравнения
где DP - приведенные
потери, кВт; S —
действительная нагрузка, кВА;
Кривая приведенных потерь двух параллельно включенных трансформаторов при распределении нагрузки между ними пропорционально номинальным мощностям строится на основании следующего уравнения
Мощность
и число трансфор-маторов |
Начальная буква фамилии |
||||||||||
А, Д |
Б, Е |
В, Г, Я |
Ж, З, Л |
К, Ю |
М, О |
Н, П |
И, Т, Э |
Р, У, Ч |
С, Ф, Ш |
Х, Ц, Щ |
|
n´Sнт, кВА |
3´400 |
1000+1600 |
3´160 |
250+400 |
3´1000 |
160+250 |
3´250 |
3´1600 |
630+1000 |
3´630 |
400+630 |
Таблица 2 - Коэффициент изменения
потерь kэ
Коэффициент изменения потерь |
Последняя цифра номера зачетной книжки |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
kэ, Вт/квар |
0,12 |
0,11 |
0,1 |
0,09 |
0,08 |
0,07 |
0,06 |
0,05 |
0,04 |
0,03 |
Тип транс- форматора |
Мощ-ность Sнт, кВА |
Номинальное напряжение, кВ |
Потери, кВт |
Ток хх |
Напряже- ние кз |
||
U вн |
U нн |
Рхх |
Ркз |
Iхх,% |
Uкз ,% |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
ТМ-100/6-10
100 6-10 0,4 0,36 2,27 2,6 4,5
ТМ-160/6-10
160 6-10 0,4 0,54 3,10 2,4 4,5
ТМ-250/6-10
250 6-10 0,4 0,78 4,20
2,3 4,5
ТМ-400-6-10
400 6-10 0,4 1,08 5,90 2,1 4,5
ТМ-630/6-10
630 6-10 0,4 1,68 8,00 2,0 5,5
ТМ-1000/6-10
1000 6-10 0,4
2,45 11,6 1,4 5,5
ТМ-1600/6-10
1600 6-10 0,4 3,30 16,5 1,3 5,5
2.1.2 Пример к заданию № 1
На подстанции установлено два трансформатора мощностью 1600 кВА и 2500 кВА. Определить режим работы трансформаторов в зависимости от нагрузки.
Паспортные данные трансформаторов:
· Рхх = 3,30 кВт; Ркз = 16,5 кВт; Iхх = 1,3 %; Uкз = 5,5 %
· Рхх = 4,60 кВт; Ркз = 25,0 кВт; Iхх = 1,0 %; Uкз = 5,5 %
kэ = 0,1
Построим кривую приведенных потерь для первого трансформатора
Таблица 4 - Зависимость приведенных потерь первого
трансформатора от коэффициента загрузки kз
Sнагр, кВА |
0 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
kз |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,875 |
1 |
DР1, кВт |
5,4 |
5,8 |
7,0 |
8,9 |
11,7 |
15,3 |
19,6 |
24,8 |
30,7 |
Построим кривую приведенных потерь для второго трансформатора.
Таблица 5 - Зависимость приведенных потерь второго
трансформатора от коэффициента загрузки kз
0 |
300 |
600 |
900 |
1200 |
1500 |
1800 |
2100 |
2500 |
|
kз |
0 |
0,12 |
0,24 |
0,36 |
0,48 |
0,6 |
0,72 |
0,84 |
1 |
DР1,
кВт |
7,1 |
7,7 |
9,3 |
12,1 |
16,0 |
21,1 |
27,2 |
34,42 |
45,9 |
Построим кривую приведенных потерь для двух параллельно включенных трансформаторов по (3), распределяя нагрузку между ними пропорционально номинальным мощностям
Таблица 6 - Зависимость приведенных потерь двух трансформаторов от нагрузки
Sнагр, |
0 |
400 |
800 |
1200 |
1600 |
2000 |
2400 |
2800 |
3200 |
3600 |
4100 |
0 |
156 |
312 |
468 |
624 |
780 |
936 |
1092 |
1248 |
1404 |
1599 |
|
S2, кВА |
0 |
244 |
488 |
732 |
976 |
1220 |
1464 |
1708 |
1952 |
2196 |
2501 |
DРS, кВт |
12,5 |
13,1 |
14,9, |
18,0 |
22,2 |
27,7 |
34,4 |
42,4 |
51,5 |
61,9 |
76,5 |
Построим кривые зависимости активных потерь от нагрузки (рисунок 1) и определим режим работы трансформаторов.
Вывод:
§ при нагрузках от 0 до 700 кВА целесообразно включать первый трансформатор мощностью 1600 кВА;
§ при нагрузках от 700 кВА до 1500 кВА целесообразно трансформатор мощностью 1600 кВА вывести из работы и включить второй трансформатор мощностью 2500 кВА;
§ при росте нагрузок выше 1500 кВА целесообразна работа двух трансформаторов параллельно.
Рисунок 1 - Кривые приведенных потерь (1 - первого трансформатора; 2 – второго трансформатора; 3 – двух трансформаторов)
2.2 Задание № 2
Асинхронный электродвигатель серии 4А мощностью Pн1 работает при коэффициенте нагрузки kн1. Необходимо определить снижение потерь активной мощности в двигателе и электрических сетях при замене его двигателем мощностью Pн2. Параметры двигателей выбираются по таблице 7 по начальной букве фамилии. Коэффициенты kн1 и kэ выбираются по таблице 8 по последней цифре номера зачетной книжки.
2.2.1 Методические
указания к заданию № 2
Если средняя
нагрузка электродвигателя составляет менее 45% номинальной мощности, то замена
его менее мощным электродвигателем всегда целесообразна и проверки расчетами не
требуется. При нагрузке электродвигателя более 70% номинальной мощности можно
считать, что замена его нецелесообразна.
При нагрузке электродвигателя в пределах 45 - 70% номинальной мощности целесообразность их замены должна быть подтверждена уменьшением суммарных потерь активной мощности в электрической системе и в электродвигателе. Эти суммарные потери активной мощности могут быть определены по формуле
где
электродвигателя;
ходе
элктродвигателя, кВт;
электродвигателе при нагрузке
100%, кВт;
Начальная буква фамилии |
||||||||||||
А, Д |
Б,Е |
В, Г, Я |
Ж, З, И, Л |
К, Ю |
М, О |
Н, П |
Р, Т, У, Ф |
С, Ч, Ш |
Х, Ц, Щ, Э |
|||
Двигатель 1 |
Рн1, кВт |
250 |
75 |
110 |
132 |
200 |
315 |
90 |
55 |
160 |
37 |
|
Iхх,
А |
143 |
43 |
62 |
70 |
109 |
180 |
30 |
30 |
92 |
19 |
||
DPхх,
кВт |
8,2 |
3,2 |
4,1 |
3,75 |
6,7 |
10,1 |
3 |
3 |
5,6 |
2 |
||
Двигатель 2 |
Рн2, кВт |
200 |
55 |
90 |
110 |
160 |
250 |
75 |
45 |
132 |
45 |
|
Iхх,
А |
109 |
30 |
30 |
62 |
92 |
143 |
43 |
20,4 |
70 |
20,4 |
||
DPхх,
кВт |
6,7 |
3 |
3 |
4,1 |
5,6 |
8,2 |
3,2 |
2,2 |
3,75 |
2,2 |
||
Таблица 8 - Коэффициенты kн1 и kэ
Коэффи-циенты |
Последняя цифра номера зачетной книжки |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
kн1 |
0,73 |
0,7 |
0,68 |
0,65 |
0,63 |
0,6 |
0,58 |
0,55 |
0,53 |
0,5 |
kэ, кВт/квар |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
2.2.2 Пример к заданию № 2
Асинхронный электродвигатель серии 4А мощностью Pн=125 кВт работает при коэффициенте нагрузки kн=0,56; необходимо определить снижение потерь активной мощности в двигателе и электрических сетях при замене его двигателем мощностью Pн=75 кВт. Коэффициент повышения потерь принимаем kэ=0,1 кВт/квар.
Параметры первого двигателя: Pн=125 кВт; Uн=380 В; hн=0,92; Cosjн=0,92; Iхх=71 А; DPхх=4,4 кВт.
Определяем:
Параметры второго двигателя: Pн=75 кВт; Uн=380 В; hн=0,91; Cosjн=0,92; Iхх=42,6 А; DPхх=3,2 кВт.
2.3 Задание № 3
К распределительному щиту подстанции (рисунок 2) поступает из сети напряжением 6-10 кВ реактивная мощность Qс, которая распределяется к РП1-РП4 по четырем радиальным линиям, сопротивления которых соответственно r1, r2, r3, r4. Реактивные нагрузки Q1, Q2, Q3, Q4. Определить мощности БК, устанавливаемых на РП, при которых снижение потерь в сети 380 В было бы максимальным. Реактивные нагрузки РП1 - РП4 выбираются по таблице 9 по начальной букве фамилии. Сопротивления линий к РП1-РП4 выбираются по таблице 10 по последней цифре номера зачетной книжки. Поступающая реактивная мощность выбирается по таблице 11 по предпоследней цифре номера зачетной книжки.
Рисунок 2 - Схема распределения реактивной мощности
2.3.1 Методические указания к заданию № 3
При
электроснабжении всех РП радиальными линиями от шин главного распределительного
щита ТП суммарная мощность
Суммарная мощность БК должна быть меньше или равна сумме реактивных нагрузок всех РП. Тогда БК к шинам главного распределительного щита не присоединяются.
Для получения минимума затрат на генерацию и передачу реактивной мощности она должна распределяться по методу Лагранжа для каждого РП
где
Таблица 9 - Реактивные нагрузки РП1-РП4
Начальная буква фамилии |
||||||||||
А, Д |
Б,Е |
В, Г, Я |
Ж, З, И, Л |
К, Ю |
М, О |
Н, П |
Р, Т, У, Ф |
С, Ч, Ш |
Х, Ц, Щ, Э |
|
Q1, к вар |
85 |
135 |
225 |
400 |
125 |
250 |
350 |
380 |
135 |
90 |
Q2, к вар |
135 |
400 |
85 |
135 |
90 |
135 |
145 |
120 |
250 |
145 |
Q3, к вар |
400 |
85 |
135 |
240 |
350 |
95 |
80 |
85 |
350 |
235 |
Q4, к вар |
240 |
225 |
400 |
85 |
250 |
350 |
230 |
260 |
85 |
380 |
Таблица 10 - Сопротивления линий к РП1-РП4
Последняя цифра номера зачетной книжки |
||||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
r1, Ом |
0,05 |
0,005 |
0,015 |
0,035 |
0,01 |
0,04 |
0,02 |
0,01 |
0,025 |
0,015 |
r2, Ом |
0,04 |
0,03 |
0,02 |
0,04 |
0,03 |
0,035 |
0,05 |
0,035 |
0,04 |
0,03 |
r3, Ом |
0,015 |
0,04 |
0,03 |
0,05 |
0,04 |
0,01 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
0,02 |
r4, Ом |
0,035 |
0,01 |
0,04 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,015 |
0,04 |
0,035 |
0,035 |
Таблица 11 - Поступающая реактивная мощность
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки |
||||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Qс, к вар |
360 |
350 |
340 |
330 |
365 |
355 |
345 |
335 |
370 |
325 |
2.3.2 Пример к заданию № 3
К распределительному щиту подстанции поступает из сети напряжением 6 - 10 кВ реактивная мощность Qс= 360 к вар, которая распределяется к РП1 - РП4 по четырем радиальным линиям, сопротивления которых соответственно 0,05, 0,01, 0,02 и 0,035 Ом. Реактивные нагрузки 135, 85, 350 и 120 к вар. Определить мощности БК, устанавливаемых на РП, при которых снижение потерь в сети 380 В было бы максимальным.
Распределение мощностей по отдельным РП определяется по формуле (5).
К РП2 присоединена реактивная нагрузка Q2=85 к вар, что меньше полученной расчетной 180 к вар и показывает неэкономичность установки КУ на РП2. Принимаем Qрасч2=85 к вар и учитываем эту мощность при пересчете передаваемых реактивных мощностей на остальные РП, а также пересчитываем значение rэкв без сопротивления r2 линии к РП2:
Определяем мощности БК для РП с учетом стандартного ряда мощностей:
Q1=135-55=80 к вар, принимается БК 75 к вар;
Q3=350-137,5=212,5 к вар, принимается БК 150 к вар;
Q4=120-78,6=41,4 к вар меньше 75 квар (наименьшая стандартная БК), поэтому на РП4 БК не устанавливается.
Суммарная мощность БК на 380 В Qку РП = 225 к вар.
Проверяем баланс реактивных нагрузок и мощности компенсирующих устройств:
QРП=135+85+350+120=690 к вар,
QКУ=Qc+QкуРП=360+225=585 к вар.
Список литературы
1. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности. Справочник. – М.: Энергия, 1978 .
2. Справочник по электропотреблению в промышленности / Под общ. ред. Г.П. Минина, Ю.В. Копытова. –М.: Энергия, 1978.
3. Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. –М.: Высшая школа, 1990.
4. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа, 1986.
5. Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред. Ю.Г. Барыбина. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
6. Киреева Э.А., Юнес Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. Справочные материалы и примеры расчетов. –М.: Энергоатомиздат, 1998.
7. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. –М.: Энергоатомиздат, 1984.
8. Правила устройства электроустановок. –С.-Пб.,2001.
Содержание
Введение. ...............................................................…………. 4
1 Программа курса …………………………………………… 4
2 Задания на выполнение контрольной работы
2.1 Задание № 1. Экономичный режим работы трансформаторов 6
2.2 Задание № 2. Замена незагруженных электродвигателей
электродвигателями меньшей мощности………………… 10
2.3 Задание № 3. Выбор мощностей БК, присоединяемых к
распределительным пунктам, для снижения потерь в сети
380 В………………………………………………………… 14
Список литературы................................................... ……. 17
Доп. план 2004 г., поз. 4
Айгуль Сапаровна Алданова
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов
по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)
Редактор В.В. Шилина
Подписано в печать _____ Формат 60х84 1/16
Тираж 150 экз. Бумага типографская №1
Объем 1,1 уч.-изд.л. Заказ ____.Цена 36 тг.
Копировально-множительное бюро
Алматинского института энергетики и связи
480013 Алматы, Байтурсынова, 126