К вопросу оптимизации схемы электроснабжения промышленного предприятия

УДК 621.311.1

К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

В.В. Пястолов, Р.В. Шамин г. Челябинск, ЮУрГУ

Предложена методика оценки необходимости установки трансформаторной подстанции в цехе с малой мощностью потребителей, проведено сравнение с используемой методикой.

Для питания потребителей 0,4 кВ в цехах промышленных предприятий, как правило, устанавливаются трансформаторные подстанции (ТП) с обмоткой высокого напряжения 10 кВ. Эти ТП запитываются от шин 10 кВ главной понизительной подстанции по радиальным или магистральным схемам. Однако, в некоторых случаях, при небольшой мощности потребителей в цехе планируется установка распределительного пункта низкого напряжения (РПН), с запиткой его по сети 0,4 кВ от ТП соседнего цеха.

На кафедре «Системы электроснабжения» ЮУрГУ традиционно принято оценивать целесообразность такой схемы на основе «Правила 15000», суть которого заключается в определении произведения 31, где I - длина кабеля между цехами по трассе лини в метрах; 5 - мощность, передаваемая по этому кабелю в кВА. Если БЬ меньше 15000 кВА-м, считается целесообразным установить в рассматриваемом цехе РПН, в противном случае в цехе необходимо запроектировать установку ТП. В связи со значительным изменением цен на электрооборудование и электроэнергию, а также соотношения этих цен, возникает вопрос о правомерности его использования. Во всяком случае, это правило должно быть проверено и если

это необходимо скорректировано под современ-

ные условия.

Целесообразность установки ТП (вариант 1) или РПН (вариант 2) должна быть обоснована технике - экономически. Затраты на варианты могут быть определены:

31=ЕК1+ЕК10Ь+ДАЛ,С;

32=ЕК2+ЕК20Ь+ААЛ2С,

где Е= Ец+Едэ - ежегодные отчисления от капитальных вложений, являющиеся суммой нормативного коэффициента Ен=0,12, а также отчислений на амортизацию и затрат на эксплуатацию ЕАЭ значения которых принимаются по табл. 10.2 [1];

I - расстояние от РПН или ТП до питающей ТП по трассе линии;

Кь К2 - капитальные затраты соответственно на установку ТП и РПН;

. К,о, К2о - капитальные затраты на единицу' длины кабельной линии соответственно первого и второго варианта;

ДАдь ААЛ1 - потери электроэнергии в питающих линиях;

12

I

С = -1

У (У р !/

" имесл мах мес М

-+/3

усредненная за

Р Т

* ср.г * год

год стоимость электроэнергии;

а и р - основная (за договоренную мощность) и дополнительная (за потребленную энергию) ставки двухставочного тарифа;

Км - коэффициент использования максимальной мощности;

Рмзх мес - максимальная месячная мощность;

Рср г - среднегодовая мощность;

Тгод =8760 - число часов в году.

При записи уравнений 1 и 2 принято допущение о равенстве потерь электроэнергии в трансформаторах для вариантов 1 и 2.

Очевидно, что при малой длине линии, затраты на вариант 1 больше чем на вариант 2, так как стоимость установки ТП больше стоимости установки РПН. По мере увеличения дайны линии или передаваемой мощности разница в затратах уменьшается, так как потери в сети 0,4 кВ превышают потери в сети 10 кВ, и при каком-то критическом значении 51 разница в затратах поменяет знак.

Определим, от чего зависит и как определяется это критическое значение.

Потери в питающей линии:

АА = 31 LRqTt ,

где 1 =

л/3£/

- ток в линии;

*0=- = ^ V г? Т

километрическое значение

F I сопротивления линии;

р - удельное сопротивление материала проводника;

i - плотность тока в кабеле;

Тг — годовое число часов использования максимальной нагрузки.

Окончательно потери в линиях для вариантов

1 и 2

АА

Л1

АА

Л2

= V3^-p/Tr;

и\

:7з— /лТг.

и2

22

Вестник ЮУрГУ, № 9, 2005

Пястопов В.В., Шамин Р.В.

К вопросу оптимизации схемы электроснабжения ___________________промышленного предприятия

При этом полагаем, что кабели в обоих вариантах выполнены из одного материала.

Введем во вторые слагаемые выражений 1 и 2 значение мощности 5, для чего осуществим приведение стоимости единицы длины кабелей (К10 и К20) к стоимости единицы сечения и длины кабеля - Кол-

к10=ад=к0Л- 5

к

20

: Кол-^2 _ Кол

7зщ ’

где Р1 и Р2 - сечения кабелей соответственно в первом и втором вариантах.

С учетом проделанных выкладок выражения 1 и 2 перепишутся

<ол^ + ^#ргТгС;

3, = ЕК, + ЕК,

32 = ЕК7 + ЕКПЛ —р—

л/3и2

:+7з^ятгс.

(У,

Критическое значение произведения БЬ можно найти, приравняв выражения 3 и 4. После несложных преобразований получим

е

^кр ~

ЕК,

ол

7з/

_1______1_

и7 и

-7зртгс

1 У

_1_

и2

и.

и

Проведем расчеты в ценах 2004 года, и при условии, что выбор кабелей проведен по экономической плотности тока.

С учетом цен на кабельную продукцию [2] и монтаж линии среднее значение Кол составляет 3450 руб.

Стоимость электроэнергии при значениях а = 133,39 руб./кВт/мес и Р = 0,746 руб./кВт-ч и

при условии, что Рж

и дмес равноценны по

месяцам, составляет С = 0,929 руб./кВт-ч. А с учетом НДС С = 0,929-1,2 = 1,11 руб./кВт-ч.

Стоимости электрооборудования и трансформаторов типа ТМЗ, входящие в К] и К2 принимаем по [2].

При запитке РНП от соседней ТП в большинстве случаев необходимо увеличивать мощность трансформатора питающей ТП. В этом случае разницу капитальных затрат на установку ТП и РПН можно расписать:

К] _К2 =КВВ/НВ +^Т2 +Кц ~Кт1,

где Квв/Нв - разница стоимости оборудования 10 кВ и 0,4 кВ в вариантах 1 и 2;

КТ2 - стоимость трансформатора в питаемом цехе (вариант 1);

КТ1 - стоимость трансформатора питающей подстанции в случае установки питаемом цехе ТП (вариант 1);

К^ - стоимость трансформатора питающей ТП при установке питаемом цехе РПН (вариант 2).

В выражении 6 все стоимости даны с учетом монтажа оборудования.

Анализ стоимости оборудования показал, что величина Квв/нв ~ 13700 руб.

При использовании трансформаторов ТМЗ мощностью от 250 кВА до 1600 кВА значение суммы КТ2+КТ1-К^1 лежит в диапазоне от 19,55 тыс. руб. до 23 тыс. руб. Поскольку разница небольшая, в расчеты можно заложить среднее значение указанной суммы, которое составляет 20,32 тыс. руб.

Проведенные расчеты показывают, что значение 5£кр составляет:

• при односменной работе предприятия (Тг = 2085 ч, /э= 1,6 А/мм2 [3])-6500 кВА-м;

• при двухсменной работе предприятия (Тг = 4176 ч, /э = 1,4 А/мм2 [3]) - 4600 кВА-м;

• при трехсменной работе предприятия (Тг = 6258 ч, /э = 1,2 А/мм2 [3]) - 3800 кВА-м;

Снижение значения 5ХКР по сравнению с принятым в «Правиле 1500» объясняется, по-видимому, изменением цен на электрооборудование и особенно повышением цен на электроэнергию и как следствие значительным увеличением стоимости потерь в кабельных линиях 0,4 кВ.

Литература

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд. пе-рераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

2. Прайс: Информация о ценах на товары и услуги. - Челябинск: ООО ИА «Прайс», 2004.-№ 15.

3. Правила устройства электроустановок. -7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 1999.

Пястолов Владимир Викторович, доцент кафедры «Системы электроснабжения» ЮУрГУ, кандидат технических наук, доцент. Окончил в 1977 г. ЧПИ по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства». Область научных интересов связана с электроснабжением и аварийными режимами сильноточных преобразователей.

Шамин Роман Викторович, главный энергетик ООО ТД «УРАЛКРАН», г. Челябинск. Окончил в 2003 г. ЮУрГУ по специальности «Электроснабжение». Область научных интересов связана с электроснабжением и электромеханикой.

Серия «Энергетика», выпуск 6

23