Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Основы энергоаудита и энергосбережение»

«Расчет потерь электроэнергии в электрической сети и разработка мероприятий по их снижению»

Выполнил:

Студент группы: ЭМ-161

Жамал Б.Б.

Проверил: Дайчман Р.А.

Омск 2018



Содержание

Задание

1. Расчет параметров и построение графика нагрузок

2. Расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе

3. Расчет и экономическое обоснование замены трансформатора

4. Расчет оптимальной загрузки силового трансформатора с учетом характера нагрузки

5. Определение экономичного режима работы силовых трансформаторов

6. Технико-экономическое сравнение вариантов КТП

Список использованных источников

Приложение А

нагрузка мощность трансформатор электроэнергия



Задание

1. По показаниям трехфазного счетчика электроэнергии, осуществить расчет параметров и построить график нагрузки.

2. Произвести расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе.

3. Выполнить расчет и экономическое обоснование замены трансформатора

4. Осуществить расчет оптимальной загрузки силового трансформатора с учетом характера нагрузки.

5. Определить экономичный режим работы силовых трансформаторов

6. Произвести технико-экономическое сравнение вариантов КТП

Исходные данные на расчет:

	Время замеров, ч	0	4	8	12	16		20	24
	Показания сч-ка P,	2000,50	2005,90	2011,60	2021,80	2028,70		2045,60	2057,70
Ж		кВтч
	Показания сч-ка	1140,29	1143,36	1146,61	1152,43	1156,36		1165,99	1172,89
		Q, кварч
	Б			Пересчетный коэффициент счетчика				40
	Б						Тр-р, кВА
							ТМ-400/10



1. Расчет параметров и построение графика нагрузок

Определяем время замеров (традиционно 1 сутки):

Т_зам= 24 ч.

Время снятия показаний:

Т_пок= 4 ч.

Интервал снятия показаний:

где, Т_зам - время замеров, ч;

Т_пок - время снятия показаний, ч.

Коэффициент пересчета показаний счётчика в реальные электрические величины:

K_пс= 40 о.е.

Таблица 1 - Показания счетчиков электроэнергии

Время снятия показания, Тс, ч	Тс1 = 0	Тс2 = 4	Тс3 = 8	Тс4 = 12	Тс5 = 16	Тс6 = 20	Тс7 = 24
Показания счетчика активной энергии WР, кВт·ч	2000,50	2005,90	2011,60	2021,80	2028,70	2045,60	2057,70
Показания счетчика реактивной энергии WQ, кВАр·ч	1140,29	1143,36	1146,61	1152,43	1156,36	1165,99	1172,89

Определим активную мощность для первого интервала:

где, - показания счетчика активной энергии за последующий период, кВтч;

- показания счетчика активной энергии за предыдущий период, кВтч;

_пок - время снятия показаний, ч;

_пс - коэффициент пересчета показаний счетчика в реальные электрические величины, о.е.

Определим реактивную мощность для первого интервала:

где, - показания счетчика реактивной энергии за последующий период, кВтч;

- показания счетчика реактивной энергии за предыдущий период, кВтч;

_пок - время снятия показаний, ч;

_пс - коэффициент пересчета показаний счетчика в реальные электрические величины, о.е.

Определим полную мощность для первого интервала:

62,11 кВА

где, - активная мощность для первого интервала, кВт;

- реактивная мощность для первого интервала, кВАр.

Результаты остальных вычислений сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Активная, реактивная и полная мощности интервалов

Интервал снятия показаний, Тинт, шт.	Тинт1	Тинт2	Тинт3	Тинт4	Тинт5	Тинт6
Активная мощность Р на интервале, кВт	Р1 = 54	Р2 = 57	Р3 = 102	Р4 = 69	Р5 = 169	Р6 = 121
Реактивная мощность Q на интервале, кВАр	Q1 =	Q2 = 32,5	Q3 = 58,2	Q4 = 39,33	Q5 = 96,3	Q6 = 69
Полная мощность S на интервале, кВА	S1 = 63,11	S2 = 65,61	S3 =117,43	S4 =79,42	S5 = 194,51	S6 = 139,29

Полученные результаты отобразим в виде суточного графика нагрузок, рисунок 1.

Рисунок 1 - Суточный график нагрузок по активной мощности

Потребленная электроэнергия, определяется разностью первого и последнего показаний счетчика с учетом пересчетного коэффициента:

Потребленная активная энергия:

где, W_P7 - последнее за интервал показание счетчика активной энергии, кВт;

W_P1 - первое за интервал показание счетчика активной энергии, ;

k_пс - коэффициент пересчета показаний счетчика в реальные электрические величины, о.е.

Потребленная реактивная энергия:



где, W_Q7 - последнее за интервал показание счетчика активной энергии, кВАр;

W_Q1 - первое за интервал показание счетчика активной энергии, ;

k_пс - коэффициент пересчета показаний счетчика в реальные электрические величины, о.е.

Потребленная полная энергия:

где, W_P - потребленная активная энергия, кВт;

W_Q - потребленная реактивная энергия, кВАр.

Годовое время работы трансформатора:

Т_год = 8760 ч.

Период графика нагрузки:

где, Т_пок - время снятия показаний, ч;

Т_инт - интервал снятия показаний, ч.

Потребленная активная энергия:

где, Т_пок - время снятия показаний, ч;

Р_1,2,3,4,5,6 - активная мощность на 1,2,3,4,5,6 интервале, кВт.

Максимальная активная мощность нагрузки:

где, Р₅ - активная мощность на 5 интервале, кВт.

Минимальная активная мощность нагрузки:

где, Р₁ - активная мощность на 1 интервале, кВт.

Средняя активная мощность:

где, W_P - потребленная активная энергия, кВт·ч;

Т - период графика нагрузки, ч.

Эффективная (среднеквадратичная) активная мощность:

где, Т_пок - время снятия показаний, ч;

Т - период графика нагрузки, ч;

Р_1,2,3,4.5,6 - активная мощность на 1,2,3,4,5,6 интервале, кВт.

Коэффициент заполнения графика активной мощности:



где, Р_ср - средняя активная мощность, кВт;

Р_max - максимальная активная мощность нагрузки, кВт.

Коэффициент формы графика активной мощности:

где, Р_эфф - эффективная (среднеквадратичная) активная мощность, кВт;

Р_ср - средняя активная мощность, кВт.

Квадрат коэффициента формы графика активной мощности:

Коэффициент максимума графика активной мощности:

где, Р_max - максимальная активная мощность нагрузки, кВт;

Р_ср - средняя активная мощность, кВт.

Число часов использования максимальной нагрузки по графику активной мощности:

где, W_P - потребленная активная энергия, кВт·ч;

Р_max - максимальная активная мощность нагрузки, кВт.

Время наибольших потерь годовое по графику активной мощности:



где, Т_max - число часов использования максимальной нагрузки по графику активной мощности, ч;

Т_год - годовое время работы трансформатора, ч.

Годовой график нагрузок представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Годовой график нагрузок

Результаты всех вычислений сведем в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчета параметров и построение графика нагрузок

Время замера	Тзам	24	ч
Время снятия показаний	Тпок	4	ч
Интервал снятия показаний	Тинт	6	ч
Потребленная активная энергия	WP	2288	кВт·ч
Потребленная реактивная энергия	WQ	1200	кВАр·ч
Потребленная полная энергия	WS	2583,59	кВА·ч
Период графика нагрузки	T	24	ч
Потребленная активная энергия	WP	2288	кВт·ч
Максимальная активная мощность нагрузки		169	кВт
Минимальная активная мощность нагрузки		54	кВт
Средняя активная мощность		95,3	кВт
Эффективная (среднеквадратичная) активная мощность		42,338	кВт
Коэффициент заполнения графика активной мощности		0,563	о.е.
Коэффициент формы графика активной мощности		0,444	о.е.
Квадрат коэффициента формы графика активной мощности		0,197	о.е.
Коэффициент максимума графика активной мощности		1,773	о.е.
Число часов использования максимальной нагрузки по графику активной мощности			ч
Время наибольших потерь годовое по графику активной мощности			ч

2. Расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе

Исходные данные для трансформатора ТМ-400/10:

Номинальная мощность, кВА

S_ном.т.1 = 400 кВА;

Потери холостого хода, кВт

?Р_х1 = 0,83 кВт;

Потери короткого замыкания, кВт

?Р_к1 = 5,9 кВт;

Ток холостого хода, %

I_xx1 = 1,8 %

Напряжение короткого замыкания, %

u_кз1 = 4,5 %.

Полная среднеквадратичная мощность нагрузки:

где, Т_пок - время снятия показаний, ч;

Т - период графика нагрузки, ч;

S_1,2,3,4,5,6 - полная мощность на 1,2,3,4,5,6 интервале, кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора (требуемый в данной работе: 0,65-0,8);

где, Р_эфф - эффективная (среднеквадратичная) полная мощность, кВт;

S_ном.т.1 - номинальная мощность исходного трансформатора, кВА.

Общую величину потерь активной мощности в трансформаторе определяют по формуле:

где, - потери холостого хода исходного трансформатора, кВт;

- потери короткого замыкания исходного трансформатора, кВт;

k_зт1 - коэффициент загрузки исходного трансформатора, о.е.

Общую величину потерь реактивной мощности в трансформаторе определяют по формуле:

где, - ток холостого хода исходного трансформатора, %

- номинальная мощность исходного трансформатора, кВА;

- напряжение короткого замыкания исходного трансформатора, %

k_зт1 - коэффициент загрузки исходного трансформатора, о.е.

Полные потери мощности в трансформаторе определяются по формуле:



где, ?Р_т1 - потери активной мощности исходного трансформатора, кВт;

?Q_т1 - потери реактивной мощности исходного трансформатора, кВАр.

Потери активной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, - потери холостого хода исходного трансформатора, кВт;

- годовое время работы трансформатора, ч;

- потери короткого замыкания исходного трансформатора, кВт;

_зт1 - коэффициент загрузки исходного трансформатора, о.е.;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч.

Потери реактивной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, - ток холостого хода исходного трансформатора, %;

- годовое время работы трансформатора, ч;

- напряжение короткого замыкания исходного трансформатора, %

_зт1 - коэффициент загрузки исходного трансформатора, о.е.;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч;

- номинальная мощность исходного трансформатора, кВА.

Полные потери электроэнергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, W_РТ1 - потери активной энергии исходного трансформатора, кВтч;

W_QТ1 - потери реактивной энергии исходного трансформатора, кВАр.

Стоимость одного кВт, , примем равной 3,68 руб., на основании

приказа Региональной энергетической комиссии Омской области № 607/71 от 19 декабря 2016 года.

Пункт 4.2 Потребители, приравненные к населению (тарифы указываются в рублях с учетом НДС): Юридические лица, приобретающие электрическую энергию (мощность) в целях потребления осужденными в помещениях для их содержания при условии наличии раздельного учета электрической энергии для указанных помещений. Гарантирующие поставщики, энергосбытовые, энергоснабжающие организации, приобретающие электрическую энергию (мощность) в целях дальнейшей продажи приравненным к населению категориям потребителей, указанным в данном пункте 2.

Пункт 4.2.1 Одноставочный тариф на 2 полугодие с 1 июля 2017 года

составит 3,68 руб.

Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе определяется по формуле:

где, - стоимость одного кВт·ч, кВт·ч/руб.;

- полные потери электроэнергии исходного трансформатора, кВА.

3. Расчет и экономическое обоснование замены трансформатора

Произведем расчет экономического обоснования замены трансформатора, на трансформатор меньшей мощности.

Исходные данные для трансформатора ТМ-160/10:

Номинальная мощность, кВА

S_ном.т.2 = 160 кВА;

Потери холостого хода, кВт

?Р_х2 = 0,44кВт;

Потери короткого замыкания, кВт

?Р_k2 = 2,75 кВт;

Ток холостого хода, %

I_xx2 = 1,8 %;

Напряжение холостого хода, %

u_кз2 = 4,5 %.

Полная среднеквадратичная мощность нагрузки:

где, Т_пок - время снятия показаний, ч;

Т - период графика нагрузки, ч;

S_1,2,3,4,5,6 - полная мощность на 1,2,3,4,5,6 интервале, кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора (требуемый в данной работе: 0,65 - 0,8)

k_зт2

где, Р_эфф - эффективная (среднеквадратичная) полная мощность, кВт;

S_ном.т.2 - номинальная мощность исходного трансформатора, кВА.

Общую величину потерь активной мощности в трансформаторе определяют по формуле:

0,44 + 2,75 + 0,74² = 3,73 кВт

где, - потери холостого хода исходного трансформатора, кВт;

- потери короткого замыкания исходного трансформатора, кВт;

k_зт2 - коэффициент загрузки исходного трансформатора, о.е.

Общую величину потерь реактивной мощности в трансформаторе определяют по формуле:

где, - ток холостого хода устанавливаемого трансформатора, %

- номинальная мощность устанавливаемого трансформатора, кВА;

- напряжение короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, %

k_зт2 - коэффициент загрузки устанавливаемого трансформатора, о.е.

Полные потери мощности в трансформаторе определяются по формуле:

где, ?Р_т2 - потери активной мощности устанавливаемого трансформатора, кВт;

?Q_т2 - потери реактивной мощности устанавливаемого трансформатора, кВАр.

Потери активной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, - потери холостого хода устанавливаемого трансформатора, кВт;

- годовое время работы трансформатора, ч;

- потери короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, кВт;

_зт2 - коэффициент загрузки устанавливаемого трансформатора, о.е.;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч.

Потери реактивной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, - ток холостого хода устанавливаемого трансформатора, %;

- годовое время работы трансформатора, ч;

- напряжение короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, %

_зт2 - коэффициент загрузки устанавливаемого трансформатора, о.е.;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч;

- номинальная мощность устанавливаемого трансформатора, кВА.

Полные потери электроэнергии в трансформаторе определяются по формуле:

где, W_РТ2 - потери активной энергии устанавливаемого трансформатора, кВтч;

W_QТ2 - потери реактивной энергии устанавливаемого трансформатора, кВАр.

Стоимость одного кВт, , примем равной 3,68 руб., на основании

приказа Региональной энергетической комиссии Омской области № 607/71 от 19 декабря 2016 года.

Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе определяется по формуле:

где, - стоимость одного кВт·ч, кВт·ч/руб.;

- полные потери электроэнергии устанавливаемого трансформатора, кВА.

Результаты всех вычислений сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты расчета потерь мощности, электроэнергии и экономическое обоснование замены трансформатора

Дано:
Трансформатор		ТМ-400/10	ТМ(Г)-160/6(10)
Номинальная мощность	Sном.т.	400	160	кВА
Потери холостого хода	?Рх	0,83	0,44	кВт
Потери короткого замыкания	?Рk	5,9	2,75	кВт
Ток холостого хода	Ixx	1,8	1,8	%
Напряжение короткого замыкания	uкз	4,5	4,5	%
Стоимость одного кВт·ч		3,68	3,68	руб/кВт·ч
Найти:
Полная среднеквадратичная мощность нагрузки	Sэфф	119,458	кВА
Коэффициент загрузки трансформатора	kзт	0,298	0,74	о.е.
Общая величина потерь активной мощности в трансформаторе		1,353	3,73	кВт
Общая величина потерь реактивной мощности в трансформаторе		5,396	6,76	кВАр
Полные потери мощности в трансформаторе		5,562	7,72	кВА
Потери активной энергии в трансформаторе		9008,723	8828,155	кВт·ч
Потери реактивной энергии в трансформаторе		68374,139	38243,14	кВАр·ч
Полные потери электроэнергии в трансформаторе		68965,063	39248,873	кВА·ч
Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе		251616,820	144435,85	руб./год

4. Расчет оптимальной загрузки силового трансформатора с учетом характера нагрузи

Нагрузку трансформатора, учитывающую показатели графика

электрической нагрузки и отвечающую максимально возможному коэффициенту полезного действия, можно найти по формуле.

Оптимальная мощность нагрузки трансформатора:

= 400 = 175,6 кВА

= 160 = 103,444 кВА

где, S_ном.т. - номинальная мощность устанавливаемого трансформатора, кВА;

?Р_х - потери холостого хода устанавливаемого трансформатора, кВт;

Т_год - годовое время работы трансформатора, ч;

?Р_к - потери короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, кВт;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч.

5.Определение экономичного режима работы силовых трансформаторов

Экономически целесообразный режим работы трансформаторов на

подстанциях относится к эффективным мероприятиям по снижению потерь электроэнергии. Определим экономически выгодную нагрузку S_эк при работе, в пределах которой достигается максимально выгодная загрузка трансформаторов. При изменении нагрузки от нуля до S_эк целесообразно работа одного трансформатора, при нагрузке свыше S_эк, экономически выгодна работы двух трансформаторов.

Нагрузка S_эк, при которой целесообразно отключать один из

трансформаторов и, обусловленная равенством потерь мощности при работе одного и двух трансформаторов, определяется по формуле:

= 400 = 212,037 кВА;

= 160 90,509 кВА



где, S_ном.т. - номинальная мощность устанавливаемого трансформатора, кВА;

?Р_х - потери холостого хода устанавливаемого трансформатора, кВт;

?Р_к - потери короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, кВт.

Таким образом, при нагрузке менее кВА следует оставлять в

работе один трансформатор, а при нагрузке более кВА следует подключать второй трансформатор для более экономичного режима работы.

6. Технико-экономическое сравнение вариантов КТП

Сравним технические возможные варианты КТП с трансформаторами:

* вариант 1 2хТМ-400/10

* вариант 2 2хТМ-160/10

Капитальные затраты для первого и второго вариантов:

З_к1 = 2Ц₀₁ (1 _т + _с + _м) = 2 198000 (1 0,005 + 0,02 + 0,1) = 49500 руб.

З_к2 = 2Ц₀₂ (1 _т + _с + _м) = 2 135000 (1 0,005 + 0,02 + 0,1) = 33750 руб.

где, Ц₀ - оптовая цена оборудования, стоимость ТМ

_т - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы, связанные с приобретением оборудования, _т = 0,005 о.е. ;

_с - коэффициент, учитывающий затраты на строительные работы, _с = 0,020 о.е. ;

_м - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и откладку оборудования, _м = 0,100 о.е.

Потери в трансформаторах, при раздельной работе, рассчитываем по формуле:

где, С₀ - стоимость одного кВт • ч/руб.;

?Р_х1,2 - потери холостого хода устанавливаемого трансформатора, кВт;

Т_год - годовое время работы трансформатора, ч;

k_зт1,2- коэффициент загрузки исходного и устанавливаемого трансформатора, о.е.;

?Р_к1,2 - потери короткого замыкания устанавливаемого трансформатора, кВт;

- время наибольших потерь годовое по графику активной мощности, ч.

Затраты на работу рассчитываем по формуле:

З_р1 = З_к1 (З_обсл + З_рем) = 49500 (0,01 + 0,029) = 1930.5 руб.

З_р2 = З_к2 (З_обсл + З_рем) = 33750 (0,01 + 0,029) = 1316.25 руб.

где, З_к1,2 - капитальные затраты для первого и второго вариантов, руб.;

З_обсл - затраты на обслуживания трансформаторной подстанции, З_обсл = 0,010 руб.;

З_рем - затраты на ремонт трансформаторной подстанции, З_рем = 0,029 руб.

Технико-экономическое сравнение вариантов КТП производится по приведенным затратам.

Приведенные затраты определяем по формуле:



З_п1 = (k_ээ + k_ао) З_к1 + З_пт1 + З_р1 = (0,16 + 0,035) 49500 + +1930.5= =22958.267 руб.

З_п2 = (k_ээ + k_ао) З_к2 + З_пт2 + З_р2 = (0,16+0,035) руб.

где, k_ээ - коэффициент экономической эффективности,

k_ао - коэффициент амортизационных отчислений,

З_к1,2 - капитальные затраты для первого и второго вариантов, руб.;

З_пт1,2 - затраты на потери в трансформаторах, при раздельной работе, руб.;

З_р1,2 - затраты на работу, руб.

Результаты расчетов сведем в таблицу 5.

Таблица 5 - Технико-экономическое сравнение вариантов КТП

Дано		2хТМ-400/10	2хТМ-160/10
Оптовая цена оборудования	Ц0	198000	135000	руб.
Найти
Затраты капитальные	Зк	49500		руб.
Затраты на потери в трансформаторах, при раздельной работе	Зпт			руб.
Затраты на работу	Зр	1930.5	1316.25	руб.
Приведенные затраты	Зп	22958.267		руб.

Как следует из расчетов, наименьшее приведенные затраты для ТП имеют место во 2-ом рейтинге.

Окончательно принимаем к установке вариант №2: ТП 2хТМ-200/10 с

номинальной мощностью трансформаторов 200 кВА.



Список использованных источников

1. Силовые трансформаторы- энергетическая компания. Трансформатор ТМ-400/10/0,4 [Электронный ресурс] // transform74.ru: Силовые трансформаторы. 1997-2017 URL: http://transform74.ru/tr/transformatory-tm/200/

2. Силовые трансформаторы»Уралэнерго» . Трансформатор ТМ(Г)-160/6(10) [Электронный ресурс] http://uralen.ru/company/: http://uralen.ru/catalog/trans/group-17/61.html



Приложение А

Рисунок А.1 - Трансформатор ТМ-400/10/0,4

Рисунок А.2 - Трансформатор ТМ(Г)-160/6(10)

Размещено на Allbest.ru