Энергоснабжение завода

В дипломном проекте принимается  комплектность трансформаторной подстанции из основных технических решений  производителя.

 

5.1 Конструкция устройства и типы устанавливаемого оборудования

 

Конструктивно КТПНУ-М состоит  из отдельного блок-домика в котором  размещены отсеки:

• отсек распределительного устройства со стороны высшего напряжения (УВН);
• отсек силового трансформатора;
• отсек распределительного устройства со стороны низшего напряжения (РУНН).

Устройство высшего напряжения реализовано на ячейках серии SM6 функции IM, ОМ (Schneider Electric).

Устройство низшего напряжения может быть реализовано  на ячейках серии TUR (Schneider Electric) с АВР, реализованном на автоматических выключателях серии Masterpact-NT (Schneider Electric);

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1 - Схема главных электрических соединений 2КТПНУ-М-160-10/0,4-У1 
В линейных панелях на отходящих линиях применены автоматические выключатели серии Compact NS (NB).

Силовой трансформатор для данной КТП предусматривается марки ТСЗ.

Оболочка блок-домиков представляет собой каркасную конструкцию, которая  обшита панелями типа «сэндвич» толщиной 50 мм, в которых в качестве утеплителя используется полужесткая плита  из базальтового волокна.

Все каркасные конструкции покрыты  специальным составом повышающим огнестойкость  до II степени по СНиП 21-01-97 «Пожарная  безопасность зданий и сооружений».

В отсеках распределительных устройств  установлены электроконвекторы  мощностью 1 кВт предназначенные  для поддержания температуры  в зимнее время +5°С в автоматическом режиме.

В отсеке РУНН установлен ящик собственных  нужд предназначенный для:

• внутреннего освещения блоков,
• внешнего освещения подстанции,
• питания схемы управления обогревом.

 

Рисунок 5.2 - Компоновка 2КТПНУ-М-160-10/0,4-У1

 

6 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

 

Компенсация реактивной мощности, в  настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения потребления  реактивной энергии на предприятии. По оценкам российских и ведущих  зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости  продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке  методики компенсации реактивной мощности.

Реактивная энергия, необходимая  для работы электромагнитных систем электрических машин, должна вырабатываться в местах ее потребления, а не передаваться по сетям, перегружая их. Установки  компенсации реактивной

 мощности с легкостью решают эту задачу.

Большинство потребителей электроэнергии представляют собой электрические  машины (трансформаторы, оборудование для дуговой сварки), в которых  переменный магнитный поток связан с обмотками. Реактивная энергия  требуется для намагничивания обмоток  электрических машин. Вследствие этого  в обмотках при протекании переменного  тока индуктируются реактивные э.д.с., обуславливающие сдвиг по фазе (φ) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а cos(φ) уменьшается при малой нагрузке. Например, если cos(φ) двигателей переменного  тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40. Малонагруженные трансформаторы также имеют низкий cos(φ). Поэтому, если не применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий коэффициент  мощности cos(φ) энергетической системы  будет низок и ток нагрузки без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной  и той же потребляемой из сети активной мощности.

Разрегулирование энергетического  рынка, а также тенденция к  росту числа поставщиков электроэнергии привели к множеству различных  видов тарифов, в которых не совсем понятен учет реактивной мощности. Тем не менее из-за постоянного  роста тарифов на электроэнергию, компенсация реактивной мощности все  чаще становится обычным явлением. В большинстве случаев стоимость оборудования по компенсации реактивной мощности окупается в течении нескольких месяцев.

Можно назвать следующие технико-экономические  преимущества установки конденсаторной установки:

• Уменьшение потерь в электрической сети и трансформаторах, вследствие уменьшения потребляемого тока;
• Уменьшение просадок напряжения в электрических линиях;
• Уменьшение расчетной мощности системы;

При компенсации реактивной мощности путем подключения конденсаторов  происходит уменьшение потребления  реактивной мощности и повышается cos(φ). Необходимо поддерживать cos(φ) в диапазоне 0,9-0,95 для того, чтобы избежать платежей за потребление реактивной мощности, снизить нагрузку на кабель и трансформаторы, застраховаться от перекомпенсации.

Компенсация реактивной мощности может  быть общей и индивидуальной.

Большое значение имеет правильный выбор  места установки компенсирующего  устройства. Общее правило: Реактивную мощность надо компенсировать в месте ее потребления. Если потребление происходит на стороне низкого напряжения, то компенсировать ее надо также на стороне низкого напряжения, не допуская прохождения реактивной мощности через трансформатор. Известно, что уменьшение перегрева обмоток на 10⁰С, позволяет в среднем удвоить срок службы трансформатора. Учитывая значительную стоимость силовых трансформаторов этот факт на виду с уменьшением платы за реактивную энергию, позволяет существенно улучшить экономические показатели предприятия.

Так как на предприятии на рассматриваемом  участке основная нагрузка имеет  индуктивный (двигательный) характер, то применяется общая компенсация  – компенсация реактивной мощности с помощью одной конденсаторной установки, устанавливаемой в КТП.

На внутреннем рынке страны имеется  большой ряд компаний, представляющих продукцию  по компенсации реактивной мощности. В данном дипломном проекте  рассматривается оборудование компании «Матик-Электро», представляющей широкий  ассортимент выпускаемых конденсаторных установок, профессиональный монтаж, наладку  и обслуживание оборудования.

Компания «Матик-Электро» рекомендует  применение конденсаторных установок  компенсации реактивной мощности КРМ-0,4 (аналог УКМ 58, УКМ 70, АКУ, УККРМ) - 0,4 кВ до 2 000 кВАр, имея опыт, индивидуальные схемы  и приборы автоматизации на производстве пивоваренного завода.

 

6.1 Выбор компенсирующих устройств

 

Для компенсации  принимаются конденсаторные установки 2КРМ-0,4кВ- 30кВар, КРМ-0,4кВ- 60кВар, с возможностью автоматического  регулирования ввода- вывода нескольких установок.

Наибольшая реактивная мощность, которую  целесообразно передавать через трансформаторы КТП 160-10/0,4, кВАр

 

,                                    (6.1)

 

Где - реактивная мощность конденсаторной установки, кВАр.

 

кВАр.

 

Конденсаторная установка имеет  выход на компьютер RS-232/TTL передача данных на расстояние до 5 метров или RS-485 передача данных на расстояние до 1200 метров, так же комплектуется программным  обеспечением DCRK Control Panel и соединительным кабелем.

Программное обеспечение DCRK Control Panel позволяет:

• Задавать параметры конденсаторной установки:
• косинус,
• емкости конденсаторных батарей (КБ),
• время разряда КБ,
• чувствительность,
• шаг регулирования,
• номинальное напряжение в сети,
• коэффициент трансформации трансформатора тока

В режиме реального времени:

• контролировать состояние КБ включена/выключена
• изменение емкости КБ со временем
• количество включений и суммарное время работы по каждой КБ
• переключение ручной/автоматический режим работы
• установка параметров срабатывания реле сигнализации / привода вентилятора
• автоматическое тестирование конденсаторной установки с выводом отчета на печать
• температура внутри конденсаторной установки
• ток конденсаторной установки
• напряжение в сети
• перегрузка конденсаторов

 

 

Рисунок 6.1 - Интерфейс программного обеспечения DCRK Control Panel

 

 

 

 

Рисунок 6.2 – Система передачи данных на компьютер

 

6.2 Анализ влияния компенсации на работу сети

 

Рассмотрим схему замещения и векторную диаграмму цепи при параллельном включении конденсаторной установки, изображенную на рисунках 6.3 и 6.4.

 

 

Рисунок 6.3 - Схема замещения при параллельном

включение КУ

 

Рисунок 6.4 - Векторная диаграмма токов

 при компенсации

 

Вследствие параллельной нагрузки включения емкости угол φ уменьшился от φ1 до φ2, сила тока нагрузки от приемника – от I₁ до I₂, то есть произошла разгрузка линии по току на  ΔI = I₁ – I₂, разгрузились на то же значение и трансформаторы КТП благодаря генерации конденсаторной батареи мощности Q_ку в месте установки. Кроме того, сеть и трансформаторы КТП разгрузились вследствие уменьшения дополнительных потерь активной мощности ΔР_Q, вызванные передачей реактивной мощности.

Потери активной мощности при передаче реактивной мощности, кВт

 

,                                               (6.2)

 

 кВт.

 

Потери напряжения в сети без  компенсации, кВ

 

,                                               (6.3)

 

 кВ.

 

Потери напряжения в сети после компенсации, кВ

 

,                                     (6.4)

 

 кВ.

 

Косинус φ до компенсации

 

,                                                      (6.5)

 

 

 

Косинус φ после компенсации

 

 

 

Для наглядности построим векторную  диаграмму, согласно рассчитанным данным, изображенную на рисунке 6.5. Из диаграммы  видно как изменился cosφ и полная мощность после установки конденсаторной установки КРМ.

 

 

 

Рисунок 6.5 - Векторная диаграмма компенсации

реактивной мощности

 

 

6.3  Расчет экономического эффекта установки конденсаторных установок КРМ.  

 

Экономический эффект от внедрения  автоматической конденсаторной установки  складывается из следующих составляющих:  

1. Экономия на оплате реактивной  энергии  

Оплата  за реактивную энергию составляет от 12% до 50% от активной энергии в различных  регионах России. 

2. Для действующих объектов уменьшение  потерь энергии в кабелях за  счет уменьшения фазных токов;  

3. Для проектируемых объектов  экономия на стоимости кабелей  за счет уменьшения их сечения.   

В среднем в действующих объектах в подводящих кабелях теряется 10…15% расходуемой активной энергии.  Для расчетов примем коэффициент потерь Кп=12%.Потери пропорциональны квадрату тока, протекающего по кабелю.

Рассмотрим эту составляющую на примере действующего объекта. 

До внедрения  автоматической конденсаторной установки  cos(f)=0,82

После внедрения  автоматической конденсаторной установки  cos(f)=0,99 

Стоимость поставляемой конденсаторной установки, рубли

 

,                                (6.6)

 

где  - стоимость вида конденсаторной установки, руб;

N – количество конденсаторных установок;

К_д = 1,1 – коэффициент дополнительных затрат;

С_д- стоимость оборудования дистанционной связи, руб;

 

руб.

 

Относительную активную составляющую тока (совпадающую по фазе с напряжением) примем равной единице.

Относительный полный ток до внедрения КУ

 

 

 

Относительный полный ток после  внедрения КУ

 

 

 

  Снижение потребления активной энергии, МВтч

 

,                                       (6.7)

 

МВтч.

Таким образом  затраты на активную энергию уменьшились  на 4,2%.

Годовая экономия в оплате активной энергии, рубли

 

,                                                (6.8)

 

где Т_а – тариф на активную энергию, Т_а =3,42рубля;

 

руб.

 

Годовой экономический эффект, рубли

 

,                                             (6.9)

 

где  - срок службы конденсаторной установки, для конденсаторных установок типа КРМ составляет 15 лет;

 

руб.

 

Расчет экономического эффекта  показывает, что применение в электросетях установок компенсации реактивной мощности КРМ позволяет обеспечить значительную экономию денежных средств  на оплату электроэнергии при низком сроке окупаемости капитальных  вложений.

Таким образом, с применением конденсаторных установок предприятие имеет 4,2%  экономии в потреблении мощности, уменьшение потерь напряжения в сети на 9,4%, и как следствие в денежном эквиваленте экономия для предприятия  составляет 215 181рубль.

 

 

 

7 РАСЧЕТ  НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

 

В данном разделе рассматривается  вопрос выбора, расстановки и мощности светильников вновь строящегося  сооружения промышленного назначения, согласно СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение.