К вопросу оптимизации схемы электроснабжения промышленного предприятия

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 SL, где L - длина кабеля между цехами по трассе лини в метрах; S - мощность, передаваемая по этому кабелю в кВА. Если SL 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 современные условия.

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

31=ЕК1+ЕК10Ь+ДАЛ)С; (1)

32=ЕК2+ЕК20Е+ААЛ2С, (2)

где Е= Ен+ЕАэ - 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];

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

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

; . Кю, К20 - капитальные затраты на единицу' длины кабельной линии соответственно первого и второго варианта;

ДАдь ДАЛ1 - потери электроэнергии в питающих линиях;

мес мах мес ivi

С = --- h ^ - усредненная за

^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;

Рмах мес ~ максимальная месячная мощность;

Рсрг - 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 длины 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 SL разница в затратах поменяет знак.

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

Потери в питающей линии:

ДА = 372ГЯоТг, где / =   --ток в линии;

рзи

D Р Р¹

к^= — = — - километрическое значение

■ F I сопротивления линии;                 .

р - удельное сопротивление материала проводника;

/ - плотность тока в кабеле;

Тг - годовое число часов использования максимальной нагрузки.

Окончательно потери в линиях для вариантов 1 и2

АЛ — R Т

ААЛ1 - V3 — р/Тг;

AAjq - V3 —piT_v.

и2

Пястолов В.В., Шамин Р.В.

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

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

с

Кю = КОл-^ = Кол ^^ .;

К 20 = Кол-^2 = Кол ^^ . ’ где Fx и F2 - сечения кабелей соответственно в первом и втором вариантах.

С учетом проделанных выкладок выражения 1 и 2 перепишутся

3, = ЕК, + ЕК_0Л     + V3 ~_Р^_ГС;     (3)

43Uxi их

32 = ЕК2 + ЕК0Л -А- + Vs ^р/ТгС.   (4)

V3L7₂z U₂

Критическое значение произведения SL мож но найти, приравняв выражения 3 и 4. После несложных преобразований получим

Е(К.-К2)

SZ =-------р—LL_---- (5)

ЕК0ЛГ 1                 И

V3z                1^2 UJ

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 a = 133,39 руб./кВт/мес и /? = 0,746 руб./кВт-ч и при условии, что Емахмес и амес 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 +КТ2 + КТ1 -КЛ1,      (6)

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-КЛ1 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 SLkp составляет:

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

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

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

Снижение значения SL^p 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.