Энергосберегающие технологии

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЙ

Одобрено кафедрой
«Электрификация и
электроснабжение»

ЭЛЕКТРОСБЕРЕГАЮЩИЕ

ТЕХНОЛОГИИ

Задание на курсовую работу
с методическими указаниями
для студентов VI курса

специальности

СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ (СДс)

специализации

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ (СЭ)

М о с к в а - 2015

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Электрические сети напряжением 0,38 кВ в системах
электроснабжения являются последним звеном в цепи передачи и
распределения электроэнергии от источников генерации к потребителям.
Протяженность этих сетей достигает 40% от суммарной протяженности
всех электрических сетей российской Федерации. От надежности работы
сетей 0,38 кВ и их загрузки решающим образом зависят надежность,
качество и экономичность электроснабжения потребителей, а от точности
расчетов технических потерь в сетях 0,38 кВ – точность выявления
коммерческих потерь в электрических сетях в целом. Снижение величины
потерь электроэнергии является важным направлением в работах по
повышению энергоэффективности и внедрению электросберегающих
технологий.

Расчет потерь электроэнергии в этих сетях является одним из
наиболее трудоемких. Это связано со следующими особенностями
распределительных сетей:

большим объемом информации с одновременно низкой ее
достоверностью;

большой протяженностью и разветвленностью;

динамикой изменения схемных и особенно режимных
параметров;

различным исполнением участков: пятипроводные (три фазы,
ноль и фонарный провод), четырехпроводные (три фазы и ноль),
трехпроводные (две фазы и ноль), двухпроводные (одна фаза и ноль);

неравномерностью загрузки фаз;

неодинаковостью фазных напряжений на шинах питающей ТП.

В курсовой работе предлагается оценить величину потерь
электроэнергии и мощности по заданной длине электрических сетей
0,38 кВ.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Табл.1.

Табл.2.

Среднее сечение магистрального провода 0,38 кВ АС-35 с
r0=0,92 Ом/км;

Коэффициент распределения нагрузки по длине сети k_Р =0,5;

Число часов использования наибольшей нагрузки сети T =2500 ч;

;

Число часов наибольших потерь 1200 ч.

ЗАДАНИЕ:

• 1. Рассчитать средние токи нагрузки на один фидер, на 1 км
  линии.
• 2. Рассчитать для заданной линии средние нормативные
  максимальные потери мощности в фидере
• 3. Определить усредненные нормативы потерь мощности и
  электроэнергии.
• 4. Рассчитать средние удельные потери электроэнергии для
  средней загрузки сетей 0,38 кВ.
• 5. Предложить мероприятия по снижению потерь в сетях 0,38 кВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

В силу существенных различий в структуре сетей и в их
протяженности норматив потерь для каждой энергоснабжающей
организации (ЭСО) представляет собой индивидуальное значение,
определяемое на основе схем и режимов работы электрических сетей и
особенностей учета поступления и отпуска электроэнергии.

Наиболее простой и в то же время наименее точной является
оценочная методика расчета потерь электроэнергии по суммарной длине
электрических сетей 0,38 кВ, средним удельным потерям электроэнергии
на 1 км длины для средней загрузки характерных сетей.

Учитывая [2], что:

WН0,38 РНУ0,38 LL0,38 0,38, (1)

где L 2 0,38 – суммарная длина электрических сетей 0,38 кВ филиала
ЭСО (энергоснабжающая организация) по его отчетным данным;

т0,38 – время потерь для электрических сетей 0,38 кВ;

AРНУ0,38 – средние по филиалу ЭСО удельные нагрузочные
потери мощности на 1 км линии 0,38 кВ в часы максимума нагрузки
энергосистемы, рассчитываемые по формуле:

ДР =3-

HУ0,38

НОМ(ср) ЗГ(ср)

k_Р

R0

^,

(2)

где SНОМ(ср) – средняя мощность трансформатора, характерного для
распределительных сетей филиала ЭСО;

kЗГ(ср) – средняя загрузка трансформатора в максимум нагрузки

по данным контрольных измерений;

• kР – коэффициент распределения нагрузки по длине сети;

R0 – удельное сопротивление линии 0,38 кВ с маркой провода,
принимаемой в расчетах средней для филиала ЭСО.

Определение усредненного норматива потерь мощности и
электроэнергии в электрических сетях 0,38 кВ.

Исходные данные:

суммарное количество распределительных трансформаторов (РТ)
6(10) кВ – 70 шт.;

суммарная установленная мощность РТ 6(10) кВ по – 7 МВА;

средняя загрузка одного РТ 6(10) кВ в максимум нагрузки –
0,4 о.е.;

среднее число фидеров 0,38 кВ на 1 РТ 6(10) кВ – 2 шт.;

среднее сечение магистрального провода 0,38 кВ АС-35 с
r0=0,92 Ом/км;

S^

число часов наибольших потерь 1200 ч.

Порядок расчета:

Средняя установленная мощность РТ 6(10) кВ:

S^0L7< ₌ 100^.

n

70

Средняя максимальная нагрузка одного РТ 6(10) кВ:

S_iBO = Sn Л =100-0,4 = 40 кВА.

Средняя максимальная нагрузка на один фидер 0,38 кВ:

Sio

S- =40 = 20 кВА.

no ²

Средний ток нагрузки на один фидер 0,38 кВ:

Iio

Sio

3 U V3-0,4

i⁰- = 57,74A

Iio

Средний ток нагрузки на 1 км линий 0,38 кВ:

= I_i6 ■ k_P = 57,74• 0,5 = 28,87A

^,
где kР – коэффициент распределения нагрузки по длине сети.

Средние нормативные максимальные потери мощности в фидере
0,38 кВ с маркой провода АС-35, длиной 1 км и нагрузкой 28,87 А:
AP = 3 • 1² -R^ = 3 • 28,872 • 0,92 = 2,3ёАд / ёг .

Средние нормативные годовые потери электроэнергии:

AW = ^P-t = 2,3-1200= 2,76дйп .ёАд

.

Средние относительные максимальные потери мощности:

AD 2,3

--------------—-------— 24,21% .
S₁₆ -0,5- Coscp 20-0.95

Средние нормативные относительные потери электроэнергии:

AW =AP = 24,21-1200 = 11,62%

T-. 2500

Используя формулу (2), найдем средние по филиалу ЭСО удельные
нагрузочные потери мощности линии 0,38 кВ в часы максимума нагрузки

энергосистемы:

др

^ HO0,38

100-0. 4

3[0-0.38

²

0. 5 -0. 92-10"³=8.4 ёАд

Рассчитаем средние удельные потери электроэнергии для средней

загрузки сетей 0,38 кВ:

AW_fn^ =№)_fhnv,-L_ynv.-T_n,„ = 8.4-550-1200-10"³ =5541,83дйи .ёАд
1 0,38 Ю 0,38 2-0,38 0,38

В дальнейшем не представляет труда провести численный анализ
отклонений рассчитанных потерь от нормативных значений.

Рекомендации по разработке мероприятий по снижению потерь в
электрических сетях.

Снижение потерь электроэнергии при передаче и распределении
является актуальной задачей энергоснабжающих организаций и одним из
основных направлений энергосбережения.Основным условием работы
электрической сети с минимальными потерями является ее рациональное
построение. При этом особое внимание должно быть уделено правильному
определению точек деления в замкнутых сетях, экономичному
распределению активных и реактивных мощностей, внедрению замкнутых
и полузамкнутых схем сети 0,4 кВ.

Потери энергии в рационально построенных и нормально
эксплуатируемых сетях не должны превышать обоснованного
технологического расхода энергии при ее передаче и распределении.
Мероприятия по снижению потерь энергии должны проводиться в сетях,
где есть те или иные отклонения от рационального построения и
оптимального режима эксплуатации.

Применение современных математических методов расчета
позволяет минимизировать технологические расходы электроэнергии и
довести их до технически обоснованных величин.

Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях может быть
достигнуто как в результате проведения мероприятий по общей
оптимизации сети, когда снижение потерь энергии является одной из
составляющих частей комплексного плана, так и в результате проведения
мероприятий, направленных только на снижение потерь. По этому
признаку все мероприятия по снижению потерь (МПС) могут быть
условно разделены на три группы:

• - организационные, к которым относятся МПС по
  совершенствованию эксплуатационного обслуживания электрических

9
сетей и оптимизации их схем и режимов (малозатратные и беззатратные
МПС);

• - технические, к которым относятся мероприятия по реконструкции,
  модернизации и строительству сетей (МПС, требующие капитальных
  затрат);
• - мероприятия по совершенствованию учета электроэнергии,
  которые могут быть как беззатратные, так и требующих дополнительных
  затрат (при организации новых точек учета).

К организационным мероприятиям могут относиться:

• - определение (выбор) точек оптимального деления сети 6-10 кВ;
• - уменьшение времени нахождения линии в отключенном положении
  при выполнении технического обслуживания и ремонта оборудования и
  линий;
• - снижение несимметрии (неравномерности) загрузки фаз;
• - рациональная загрузка силовых трансформаторов.

К приоритетным техническим мероприятиям в распределительных
сетях 10 (6)-0,4 кВ относятся:

• - в проектах предусматривающих при реконструкции перевод
  действующих сетей 6 кВ на повышенное напряжение 10 кВ рекомендуется
  использовать установленное оборудование при соответствии его
  характеристик повышенному напряжению;
• - увеличение доли сетей на напряжение 35 кВ;
• - сокращение радиуса действия и строительство ВЛ 0,4 кВ в
  трехфазном исполнении по всей длине;
• - применение столбовых трансформаторов (10 (6)/0,4 кВ) малой
  мощности для сокращения протяженности сетей напряжением 0,4 кВ;
• - перевод сетей низкого напряжения с 220 В на 380 В;

применение самонесущих изолированных и защищенных проводов
для ВЛ напряжением 0,4-10 кВ;

• - использование максимально допустимого сечения проводов в
  электрических сетях напряжением 0,4-10 кВ с целью адаптации их
  пропускной способности к росту нагрузок в течение всего срока службы:
• - усиление элементов действующей сети путем прокладки новых
  линий или замене проводов и кабелей на большие сечения;
• - проведение работы по компенсации реактивных нагрузок;
• - поддержание значений показателей качества электроэнергии в
  соответствии с требованием ГОСТ Р 54149-2010 «Нормы качества
  электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»;
• - внедрение устройств автоматического регулирования напряжения
  под нагрузкой, вольт добавочных трансформаторов, средств встроенного
  регулирования напряжения;
• - внедрение нового экономического электрооборудования, в
  частности, трансформаторов с уменьшенными активными и реактивными
  потерями холостого хода, установка конденсаторных батарей встроенных
  в КТП и ЗТП;
• - комплексная автоматизация и телемеханизация электрических
  сетей, применение коммутационных аппаратов нового поколения;
• - применение средств дистанционного определения мест
  повреждения в электрических сетях для сокращения времени поиска и
  ликвидации аварий.

В состав мероприятий по совершенствованию учета следует
предусматривать:

• - применение приборов учета (электросчетчики, измерительные
  трансформаторы) более высокого класса точности измерения;
• - осуществление мер по предупреждению несанкционированного
  доступа к клеммам средств измерений;
• - внедрение автоматизированных систем учета, сбора и передачи
  информации;
• - проведение организационных и технических мероприятий по
  предупреждению выявления и устранению безучетного потребления
  электрической энергии.

Характерной особенностью режима работы электрических сетей 0,4
кВ является неравномерность загрузки фаз.

• - Величина потерь мощности при неравномерной нагрузке фаз ΔРн
  может быть выражена как

^=^.п'^

где ΔРс - потери мощности при симметричной нагрузке фаз, кВт;

Kд.п - коэффициент дополнительных потерь при неравномерной
нагрузке.

Выравнивание нагрузок производится переключением нагрузки с
более загруженной фазы на менее загруженные после проведения замеров
нагрузок по фазам линии и анализа результатов.

Отрицательное влияние несимметрии, которую нельзя устранить
выравниванием нагрузок по фазам, можно уменьшить:

заменой силовых трансформаторов со схемой соединения обмоток
"звезда/звезда" на трансформаторы со схемой "звезда/зигзаг" или
"треугольник/звезда", которые менее чувствительны к несимметрии
нагрузок;

увеличением сечения нулевого провода в линии 0,4 кВ до сечения
фазного провода.

В приложении 1 приводится пример расчета эффективности
мероприятий выравнивания нагрузки фаз в сети 0,4 кВ.

Важным мероприятием по сокращению технологического расхода
электроэнергии является увеличение эффективности использования
трансформаторов за счет сезонного отключения одного из двух
трансформаторов двухтрансформаторной подстанции. При этом
отключается трансформатор, работающий с наименьшей нагрузкой, и его

нагрузка переводится на другой трансформатор. Пример расчета
эффективности данного мероприятия приводится в приложении 2.

Сокращение потерь электроэнергии достигается заменой
трансформаторов при устойчивом недоиспользовании их мощности. При
коэффициенте загрузки трансформатора 10(6)/0,4 кВ меньше 0,5, имеет
место существенное относительное увеличение потерь электроэнергии за
счет потерь холостого хода.

Снижение потерь электроэнергии в результате замены
трансформаторов определяется по формуле:

-Ин -^ха^ + ^^-д^^^

где ΔРх.х.1, ΔРх.х.2 - потери мощности холостого хода
трансформаторов, кВт;

ΔРкз.1, ΔРкз.2 - потери мощности короткого замыкания
трансформаторов, кВт;

• Т - время использования максимальной нагрузки;
• τ - время максимальных потерь.

В приложении 3 приведен пример расчета эффективности замены
малозагруженных трансформаторов трансформаторами меньшей
мощности.

Пример расчета эффективности мероприятий от выравнивания нагрузки фаз в сети 0,4 кВ

Пример расчета эффективности при сезонном отключении одного из работающих трансформаторов в двухтрансформаторной подстанции
(трансформаторы работают на разные шины)

Пример расчета эффективности замены малозагруженных трансформаторов

Итого 35693

Список литературы:

• 1. Приказ Министерства энергетики РФ от 30 декабря 2008 г. N 326 "Об
  организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы
  по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии
  при ее передаче по электрическим сетям" (с изменениями и
  дополнениями)
• 2. В.Э. Воротницкий, М.А. Калинкина. Расчет, нормирование и
  снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. / Учебно-
  методическое пособие. – М.: ИПКгосслужбы, 2010;
• 3. Инструкция по расчету и анализу технологического расхода

электрической энергии на передачу по электрическим сетям

энергосистем и энергообъединений. И 34-70-030-87. – М.: СПО

''Союзтехэнерго'', 1987;

• 4. Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в
  электрических сетях. - М.: НУ ЭНАС, 2002. - 280с.;
• 5. Методические рекомендации по определению потерь электрической
  энергии в городских электрических сетях напряжением 10(6)-0,4 кВ.