В статье автор пытается показать важность применения энергоэффективных решений на этапе проектирования системы электроснабжения коттеджного посёлка для снижения издержек на возмещение потерь электроэнергии в процессе её эксплуатации.
Ключевые слова: трансформатор, комплектная трансформаторная подстанция, линия электропередачи, коттеджный поселок, потери электроэнергии.
Для снижения издержек на возмещение потерь электроэнергии в процессе эксплуатации системы электроснабжения коттеджного посёлка необходимо осуществить выбор оптимальной схемы его электроснабжения для чего требуется проведение технико-экономического сравнения нескольких вариантов схем.
Основными технико-экономическими показателям систем электроснабжения по [2] являются:
– капитальные вложения, к которым относятся расходы, необходимые для сооружения трансформаторных подстанций, линий электропередачи;
– эксплуатационные расходы, к которым относятся затраты на эксплуатационное и оперативное обслуживание, на проведение капитального ремонта;
– издержки на возмещение потерь электрической энергии.
Сравнение технико-экономических показателей выполняется только для таких вариантов схем сетей, в которых потребители обеспечиваются электроэнергией требуемого качества при заданной степени надежности, то есть допустимые по техническим требованиям варианты.
В соответствии с Федеральным законом [1], энергоэффективность является важнейшим аспектом, который необходимо учитывать при проектировании систем электроснабжения.
Издержки на возмещение потерь — технико-экономический показатель, характеризующий энергоэффективность спроектированной системы электроснабжения.
Энергоэффективные решения позволяют:
– сократить потребление электроэнергии, и снизить финансовые затраты на оплату потерь;
– снизить тарифную нагрузку на потребителей в течение всего срока эксплуатации сети;
– увеличить ресурс работы оборудования за счет уменьшения нагрева проводов ЛЭП и обмоток силовых трансформаторов.
С учетом изложенного повышение технико-экономических показателей системы электроснабжения коттеджного поселка «Яблони парк», которая состоит из трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ и линий электропередачи, будет выполнено путем сравнения издержек на возмещение потерь электрической энергии для нескольких вариантов схем электроснабжения:
– одна двухтрансформаторная подстанция (вариант № 1);
– две однотрансформаторных подстанции (вариант № 2);
– три однотрансформаторных подстанции (вариант № 3).
Для снижения потерь электрической энергии могут быть применены следующие решения в порядке убывания приоритета:
– выбор места расположения КТП в месте, наиболее приближенном к центру электрических нагрузок;
– выбор сечений проводов с учетом экономической плотности тока;
– применение энергоэффективных силовых трансформаторов со сниженными потерями холостого хода и нагрузочными потерями.
В качестве исходных данных для электроснабжения поселка использована схема расположения индивидуальных жилых домов в количестве 424 шт. одного из проектируемых коттеджных посёлков. Максимальная присоединённая мощность каждого индивидуального жилого дома по данным застройщика составляет 15 кВт (3 фазы).
Каждый жилой дом имеет присоединение к газораспределительным сетям и не оборудован в установленном порядке стационарными электроплитами для приготовления пищи, электроотопительными, электронагревательными установками для целей горячего водоснабжения.
Коэффициент мощности для жилых домов применяется по [3] как для квартир повышенной комфортности с электрическими плитами и кондиционерами, равной 0,93.
Коэффициент одновременности для расчёта нагрузок определяется по таблице 6.3 [3] с применением интерполяции.
Для выполнения анализа предложенных вариантов схем электроснабжения необходимо для каждого варианта:
– определить распределение жилых домов по трансформаторным подстанциям и выполнить расчет координат центров электрических нагрузок для каждой группы жилых домов;
– расчёт электрических нагрузок;
– выбор мощности силовых трансформаторов;
– выбор сечений линий электропередач 0,4 кВ;
– расчёт потерь электрической энергии.
На рисунке 1 приводится схема коттеджного поселка с указанием центра электрических нагрузок для ТП варианта № 1.
Рис. 1. Схема электроснабжения для ТП варианта № 1
На рисунке 2 приводится схема коттеджного поселка с указанием центра электрических нагрузок для ТП варианта № 2.
Рис. 2. Схема электроснабжения для ТП варианта № 2
На рисунке 3 приводится схема коттеджного поселка с указанием центра электрических нагрузок для ТП варианта № 3.
Рис. 3. Схема электроснабжения для ТП варианта № 3
На основании исходных данных и представленных схем электроснабжения произведены все необходимые расчёты, выбраны силовые трансформаторы и сечения линий электропередач 0,4 кВ.
Выбор силовых трансформаторов для варианта № 1 осуществлён с учётом возможности отключения одного из них в часы минимальных нагрузок на основании имеющихся суточных графиков нагрузки для летнего и зимнего времени.
Характеристики выбранных силовых трансформаторов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Характеристики выбранных силовых трансформаторов
|
Параметр |
ТП № 1 |
ТП № 2 |
ТП № 3 |
|
Вариант 1 |
|||
|
Полная мощность нагрузки подключенной к ТП, кВА |
872,62 |
- |
- |
|
Номинальная мощность трансформатора, кВА |
1000 |
- |
- |
|
Потери холостого хода, кВт |
0,957 |
- |
- |
|
Потери короткого замыкания, кВт |
9,545 |
- |
- |
|
Вариант 2 |
|||
|
Полная мощность нагрузки подключенной к ТП, кВА |
476,66 |
476,66 |
- |
|
Номинальная мощность трансформатора, кВА |
630 |
630 |
- |
|
Потери холостого хода, кВт |
0,696 |
0,696 |
- |
|
Потери короткого замыкания, кВт |
6,136 |
6,136 |
- |
|
Вариант 3 |
|||
|
Полная мощность нагрузки подключенной к ТП, кВА |
280,32 |
459,99 |
280,32 |
|
Номинальная мощность трансформатора, кВА |
400 |
630 |
400 |
|
Потери холостого хода, кВт |
0,565 |
0,696 |
0,565 |
|
Потери короткого замыкания, кВт |
4,182 |
6,136 |
4,182 |
Результаты расчёта потерь электроэнергии в ЛЭП варианта № 1 сведены в таблице 2.
Таблица 2
Потери в ЛЭП варианта № 1
|
Фидер |
|
Марка кабеля |
|
Марка СИП |
|
|
|
|
ф.1 |
74 |
АВБбШв |
785 |
СИП2 3х95+1х95 |
1,574 |
2,044 |
3,618 |
|
ф.2 |
74 |
707 |
2,304 |
5,721 |
8,024 |
||
|
ф.3 |
78 |
626 |
2,624 |
5,384 |
8,008 |
||
|
ф.4 |
45 |
752 |
1,628 |
6,966 |
8,594 |
||
|
ф.5 |
45 |
855 |
1,628 |
8,426 |
10,054 |
||
|
ф.6 |
45 |
958 |
0,812 |
2,904 |
3,716 |
||
|
ф.7 |
59 |
785 |
1,255 |
1,841 |
3,096 |
||
|
ф.8 |
59 |
722 |
1,837 |
5,596 |
7,433 |
||
|
ф.9 |
61 |
628 |
2,052 |
5,034 |
7,086 |
||
|
ф.10 |
43 |
751 |
1,556 |
6,904 |
8,460 |
||
|
ф.11 |
43 |
854 |
1,556 |
8,364 |
9,920 |
||
|
ф.12 |
43 |
957 |
0,776 |
2,875 |
3,651 |
||
|
Итого |
- |
- |
19,600 |
62,059 |
81,660 |
Результаты расчёта потерь электроэнергии в ЛЭП варианта № 2 сведены в таблице 3.
Таблица 3
Потери в ЛЭП варианта № 2
|
ТП |
Фидер |
|
Марка СИП |
|
|
КТП № 1 |
ф.1 |
558 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
2,449 |
|
ф.2 |
492 |
2,310 |
||
|
ф.3 |
389 |
1,199 |
||
|
ф.4 |
322 |
0,476 |
||
|
ф.5 |
426 |
1,598 |
||
|
ф.6 |
528 |
2,699 |
||
|
ф.7 |
423 |
1,566 |
||
|
ф.8 |
368 |
1,131 |
||
|
ф.9 |
410 |
0,878 |
||
|
ф.10 |
515 |
1,547 |
||
|
КТП № 2 |
ф.1 |
558 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
2,449 |
|
ф.2 |
492 |
2,310 |
||
|
ф.3 |
389 |
1,199 |
||
|
ф.4 |
322 |
0,476 |
||
|
ф.5 |
426 |
1,598 |
||
|
ф.6 |
528 |
2,699 |
||
|
ф.7 |
423 |
1,566 |
||
|
ф.8 |
368 |
1,131 |
||
|
ф.9 |
410 |
0,878 |
||
|
ф.10 |
515 |
1,547 |
||
|
Итого |
- |
31,703 |
Результаты расчёта потерь электроэнергии в ЛЭП варианта № 3 сведены в таблице 4.
Таблица 4
Потери в ЛЭП варианта № 3
|
ТП |
Фидер |
|
Марка кабеля |
|
Марка СИП |
|
|
|
|
КТП № 1 |
ф.1 |
596 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
0,988 |
0,988 |
|||
|
ф.2 |
530 |
2,452 |
2,452 |
|||||
|
ф.3 |
426 |
1,797 |
1,797 |
|||||
|
ф.4 |
323 |
0,487 |
0,487 |
|||||
|
ф.5 |
381 |
0,947 |
0,947 |
|||||
|
ф.6 |
484 |
0,493 |
0,493 |
|||||
|
КТП № 2 |
ф.1 |
75 |
383 |
СИП2 3х70+1х70 |
1,810 |
1,602 |
3,412 |
|
|
ф.2 |
76 |
240 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
1,498 |
0,351 |
1,849 |
||
|
ф.3 |
51 |
365 |
0,920 |
1,536 |
2,456 |
|||
|
ф.4 |
51 |
468 |
0,920 |
2,647 |
3,567 |
|||
|
ф.5 |
51 |
572 |
0,623 |
1,366 |
1,989 |
|||
|
ф.6 |
60 |
398 |
СИП2 3х70+1х70 |
1,448 |
1,520 |
2,968 |
||
|
ф.7 |
62 |
240 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
1,222 |
0,175 |
1,397 |
||
|
ф.8 |
50 |
362 |
0,902 |
1,492 |
2,394 |
|||
|
ф.9 |
50 |
466 |
0,902 |
2,614 |
3,516 |
|||
|
ф.10 |
50 |
569 |
0,611 |
1,342 |
1,953 |
|||
|
КТП № 3 |
ф.1 |
596 |
СИП2 3х50+1х54,6 |
0,988 |
0,988 |
|||
|
ф.2 |
530 |
2,452 |
2,452 |
|||||
|
ф.3 |
426 |
1,797 |
1,797 |
|||||
|
ф.4 |
323 |
0,487 |
0,487 |
|||||
|
ф.5 |
381 |
0,947 |
0,947 |
|||||
|
ф.6 |
484 |
0,493 |
0,493 |
|||||
|
Итого |
- |
- |
10,856 |
28,968 |
39,825 |
Результаты расчёта потерь в силовых трансформаторах варианта № 1 представлены в таблице 5.
Таблица 5
Потери в силовых трансформаторах варианта № 1
|
Время |
|
Автоматика ввода/вывода |
|
Автоматика ввода/вывода |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0–1 |
523,572 |
1,914 |
1,308 |
3,222 |
479,941 |
1,914 |
1,099 |
3,013 |
|
1–2 |
436,31 |
0,957 |
1,817 |
2,774 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
|
2–3 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
218,155 |
0,957 |
0,454 |
1,411 |
|
3–4 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
218,155 |
0,957 |
0,454 |
1,411 |
|
4–5 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
218,155 |
0,957 |
0,454 |
1,411 |
|
5–6 |
479,941 |
1,914 |
1,099 |
3,013 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
|
6–7 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
|
7–8 |
698,095 |
1,914 |
2,326 |
4,24 |
549,75 |
1,914 |
1,442 |
3,356 |
|
8–9 |
741,726 |
1,914 |
2,626 |
4,54 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
|
9–10 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
549,75 |
1,914 |
1,442 |
3,356 |
|
10–11 |
436,31 |
0,957 |
1,817 |
2,774 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
|
11–12 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
|
12–13 |
349,048 |
0,957 |
1,163 |
2,12 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
|
13–14 |
349,048 |
0,957 |
1,163 |
2,12 |
331,595 |
0,957 |
1,05 |
2,007 |
|
14–15 |
523,572 |
1,914 |
1,308 |
3,222 |
392,679 |
0,957 |
1,472 |
2,429 |
|
15–16 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
479,941 |
1,914 |
1,099 |
3,013 |
|
16–17 |
698,095 |
1,914 |
2,326 |
4,24 |
479,941 |
1,914 |
1,099 |
3,013 |
|
17–18 |
785,357 |
1,914 |
2,944 |
4,858 |
523,572 |
1,914 |
1,308 |
3,222 |
|
18–19 |
872,619 |
1,914 |
3,634 |
5,548 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
|
19–20 |
872,619 |
1,914 |
3,634 |
5,548 |
689,369 |
1,914 |
2,268 |
4,182 |
|
20–21 |
828,988 |
1,914 |
3,28 |
5,194 |
741,726 |
1,914 |
2,626 |
4,54 |
|
21–22 |
741,726 |
1,914 |
2,626 |
4,54 |
741,726 |
1,914 |
2,626 |
4,54 |
|
22–23 |
698,095 |
1,914 |
2,326 |
4,24 |
654,465 |
1,914 |
2,044 |
3,958 |
|
23–24 |
610,834 |
1,914 |
1,781 |
3,695 |
523,572 |
1,914 |
1,308 |
3,222 |
|
W, кВт*ч в сутки |
- |
- |
85,84 |
- |
- |
68,78 |
||
Результаты расчётов потерь в силовых трансформаторах, воздушных и кабельных линиях электропередачи, и их стоимость для всех вариантов сведены в таблицу 6.
Таблица 6
Сводная таблица потерь и их стоимости.
|
Параметр |
Вариант 1 |
Вариант 2 |
Вариант 3 |
|
|
81,660 |
31,703 |
39,825 |
|
|
309593,222 |
120194,900 |
150985,570 |
|
|
881721,497 |
342315,076 |
430006,904 |
|
|
28687,804 |
38827,703 |
43971,244 |
|
|
81702,866 |
110581,297 |
125230,104 |
|
|
338281,027 |
159022,603 |
194956,815 |
|
|
7,808 |
3,670 |
4,500 |
|
|
963424,364 |
452896,373 |
555237,008 |
В графическом виде сравнение вариантов представлено на рисунке 4.
Рис. 4. Сравнение потерь электрической энергии
Исходя из полученных результатов следует, что основная доля потерь электрической энергии, возникающих в процессе эксплуатации системы электроснабжения рассмотренного коттеджного посёлка, приходится на потери в линиях электропередач. При этом важную роль в сокращении протяженности линий электропередачи играет определение центров электрических нагрузок и расположение трансформаторных подстанций в местах, максимально приближенных к ним.
Снижение потерь в силовых трансформаторах возможно за счёт грамотного выбора их количества и подбора по техническим характеристикам, а также за счёт применения автоматики управляющей режимом их работы, но только в случаях применения двухтрансформаторных подстанций.
Таким образом, анализ различных вариантов схем электроснабжения одного и того же коттеджного посёлка подчёркивает важность применения энергоэффективных решений на этапе проектирования для снижения последующих издержек на возмещение потерь электроэнергии в процессе эксплуатации его системы электроснабжения.
Литература:
1. Российская Федерация. Законы. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон № 261-ФЗ: [принят Государственной Думой 11 ноября 2009 года: одобрен Советом Федерации 18 ноября 2009 года]. — Москва: Проспект, 2009. — 53 с.
2. Ананичева С. С. Проектирование электрических сетей: учебное пособие / С. С. Ананичева, Е. Н. Котова. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 164 с.
3. СП 256.1325800.2016 Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа, 2016 -87с.
