Организация учета и измерения расхода электрической энергии в распределительных и цеховых сетях промышленных предприятий

Работа предприятий в условиях современной рыночной экономики определяет особое внимание к вопросам энергосбережения, в реализации которых важная роль принадлежит проблеме экономии электрической энергии.

Выявление непроизводительных расходов электрической энергии (ЭЭ) затрудняется тем, что имеют место две группы мероприятий, одна из которых способствует уменьшению объема расходуемой ЭЭ, а другая — ее увеличению. Первую группу представляют собой мероприятия по усилению учета и контроля электропотребления, 'внедрение энергосберегающей технологии и т. д., которые приводят к снижению уровня потребления ЭЭ. Во вторую группу входят мероприятия по механизации и автоматизации производственных процессов, замена в технологическом процессе топлива н пара на ЭЭ и т. д., приводящие к увеличению электропотребления. В этих условиях задача отыскания резервов экономии на основе анализа расхода ЭЭ становится особенно важной, тем более, что резервы экономии значительны.

В результате проведения энергосберегающих мероприятий на промышленных предприятиях можно добиться реального снижения уровня электропотребления до 15% [1].

По данным специалистов [2] можно выделить три составляющих в экономии ЭЭ. Первая составляющая представляет прямую экономию ЭЭ в результате борьбы с нерациональным ее расходом. Для ее осуществления почти не требуется специальных затрат или они не очень велики. Следующая" составляющая получается с помощью технических и организационных мероприятий, требующих определенных затрат, но которые окупаются в самые короткие сроки (2−4 года). Последняя составляющая — это результат серьезной технологической перестройки и является значительно более капиталоемкой.

В современных условиях решаются в основном задачи, связанные с реализацией первой и второй составляющих экономии ЭЭ. Причем вторая составляющая может иметь большее в процентном соотношении значение, чем первая, примерно 7−8% от общего количества электропотреблепия.

Для промышленных предприятий и их подразделений, работающих в рыночных условиях, это снижение энергозатрат особенно важно, так как вопрос об уменьшении объемов потребления ЭЭ и максимальной мощности в часы максимума энергосистемы для них прямо связан с экономическими показателями работы.

Вопросами экономии электрической энергии и организации ее учета в разное время занимались ведущие ученые и специалисты по электроснабжению Федоров A.A., Князевский R.A., Жежеленко И .В., Железко Ю. С., Гриб О. Г., Гордеев В. И., Шевченко В. В., Вебер A.JL.

К техническим и организационным мероприятиям по экономии ЭЭ относится в первую очередь система организации учета расхода ЭЭ, дающая информацию о параметрах эл е юр о 11 отре б л синя, Эта информация используется для расчетов предприятия с энергоснабжающей организациейконтроля учтенного расхода электроэнергии и оценки его соответствия фактическомуоперативного управления потреблением электроэнергииразработки различных обоснованных норм расхода электроэнергиисоставления электробалансов как предприятия в целом, так и его отдельных участковпланирования и прогнозирования параметров электропотребления как предприятия в целом, так и его отдельных подразделений и т. д. На ее основе можно разработать систему мер поощрения или наказания за сэкономленную или перерасходованную электрическую энергию.

Целью настоящей работы является: определение рационального использования в системах технического учета расхода электрической энергии с целью организации ее экономии на промышленных предприятиях с учетом того обстоятельства, что основным учетчиком расхода электрической энергии в этих системах является счетчик электроэнергии.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

— определение оптимального числа счетчиков электрической энергии и мест их установки в распределительной сети промышленного предприятия;

— определение возможной экономии электрической энергии при рациональной организации системы ее учета;

— выбор технических средств для учета электрической энергии (ЭЭ);

— определение погрешностей учета различных счетчиков электрической энергии при нарушении качества электроэнергии и изменениях режимов нагрузки. ¦¦ ¦

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы расчетов электрических цепей, теория электрических измерений и электрических цепей, а также положения основ промышленного электроснабжения. Теоретические положения проверялись опытным" путем.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Справедливость теоретических положений подтверждена результатами экспериментальных исследований на специально созданном стенде на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий, а также результатами опроса специалистов — экспертов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— осуществлен комплексный подход к системе технического учета расхода электрической энергии на промышленном предприятииучтены характерные режимы работы цеховых сетей, особенности потребителей и возможности счетчиков ЭЭ;

— проведен анализ работы индукционных счетчиков ЭЭ при анормальных режимах: несинусоидальном, несимметричном, при толчковой и резкопере-менной нагрузке, при изменении коэффициента мощности в широких пределах;

— проанализирована работа счетчика на нелинейную нагрузку не в общем виде, а конкретно для частных случаев;

— получена экспериментальным путем уточненная частотная характеристика индукционного счетчика, отличающаяся в области низких частот от характеристик, приводимых в литературе.

Основные практические результаты:

— в настоящее время ввиду изменения стоимостных показателей системы учета и стоимости одного кВт’ч электроэнергии установка счетчиков технического учета экономически оправдана при достаточно малых мощностях нагрузок;

— для цехового учета электроэнергии могут применя ться более дешевые и имеющиеся в эксплуатации индукционные счетчики;

— погрешность индукционных счетчиков при различных видах нагрузок: несимметричной, толчковойи содержащей высшие гармоники, не превышает двух процентов, т. е. класса точности индукционного счетчика, применяемого для технического учета. Наибольшая погрешность имеет место при толчковой нагрузке с частотой выше 1000 включений в час и ПВ порядка 20 -г 30%. В этом случае погрешность может быть найдена по приведенным выражениям.

— экспертная оценка эффективности внедрения технического учета подтвердила возможность снижения расхода электрической энергии от мероприятий, основанных на показаниях счетчиков, установленных па первом, втором и третьем уровнях системы электроснабжения.

— уточненная частотная характеристика индукционного счетчика показывает, что при изменении частоты питающего напряжения в пределах 45 — 65 Гц погрешность измерений счетчика лежит в пределах его класса точности.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались:

— на научно-технической конференции «Повышение эффективности и качества электроснабжения» (г. Мариуполь, 1990 г.),.

— на научно-практической конференции «Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии (г. Астрахань, 1991 г.).

— на XII сессии Всесоюзного научного семинара «Кибернетика электрических систем» (г. Гомель, 1991 г.),.

— на научно-технической конференции «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» (г. Новомосковск, 1998 г.);

— на научных семинарах кафедры Электроснабжение промышленных предприятий МЭИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна научная монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

Список литературы

насчитывает 69 &bdquo-&bdquo-наименований. Общий объем 141 страница, из них 92 страницы машинописного текста, 41 рисунок на 31 странице, 10 таблиц на 5 страницах, 4 приложения на 7 страницах, список литературы на 6 страницах.

Выводы по главе 4.

1. Проведено 19 экспериментов по проверке точности работы счетчика электрической энергии различных конструкций для разных типов нагрузок: спокойной, толчковой, при изменении уровня напряжения, несимметрии трехфазной нагрузки, несинусоидальности тока и напряжения. Установлено, что показания электронных счетчиков СЭТ4−1, Альфа и ваттметров совпадают, при этом среднеквадратичная погрешность в их показаниях не превышала 0,28%, что соответствует их классу точности.

Погрешность индукционных счетчиков СА4У-И-670Д выше, но в то же время среднеквадратичная погрешность составляет:

— для первого индукционного счетчика -1,45%;

— для второго индукционного счетчика -1,68%.

2. Наибольшая погрешность в показаниях индукционных счетчиков имеет место при толчковой нагрузке с большой частотой (1000 Гц) и большим значением tBK./T. Здесь погрешность будет зависеть от того, как построена компенсация тормозного момента счетчика.

3. Наличие высших гармоник тока и напряжения в цепи питания индукционных счетчиков практически не влияет на точность их показаний. Показание индукционного счетчика в этом случае равно активной мощности, полученной от произведения напряжения первой гармоники на ток первой гармоники и cos ф по первой гармонике за соответствующее время.

4. Частотная характеристика индукционного счетчика САУ4-И-670Д показывает, что при изменениях частоты питающего тока в пределах 45 + 65 Гц погрешность измерений счетчика лежит в пределах его класса точности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам проведенных исследований по учёту и измерениям расхода электрической энергии в распределительных сетях промышленных предприятий можно сделать следующие выводы:

1. Технический учёт электрической энергии является одной из основных составляющих экономии энергоресурсов на промышленном предприятии. По результатам опроса экспертов экономия электрической энергии при организации такого учёта на первом уровне электроснабжения может достигать 2%, на втором уровне — 2,5%, на третьем — четвертом уровне -3,5%. — «.

2. Основным средством во всех системах технического учёта для получения первичной информации о расходе электрической энергии являются счётчики электрической энергии различных систем. Все современные счётчики обладают устройством телеметрии для передачи показаний в систему автоматизированного учёта расхода электрической энергии.

3. Технико-экономический анализ показал, что в настоящее время ввиду изменения стоимостных показателей системы учёта и стоимости одного кВтч электрической энергии установка счётчиков экономически оправдана при достаточно малых мощностях нагрузок в несколько десятков кВт.

4. Исследования показали, что наиболее широкое применение для технического учёта электрической энергии на промышленных предприятиях имеют трёхфазные индукционные счётчики, хотя по своему принципу действия они являются менее точными и имеют меньшие возможности, чем электронные. Но индукционные счётчики дешевле электронных, для них имеется ремонтная база и устройства для их проверки. При замене индукционных счётчиков в системе коммерческого учёта на электронные индукционные счётчики могут быть применены в системах технического учёта.

5. Исследовано влияние ухудшения качества электрической энергии: изменение уровня напряжения, его несимметрия и значительные колебания, отклонения частоты и наличие высших гармоник тока и напряжения, — на работу индукционных и электронных счётчиков.

6. Показано, что наибольшая погрешность в показаниях индукционных счётчиков будет иметь место при толчковой нагрузке с большой частотой (1000 Гц) и большой кратностью 1вкл '/ Т.

7. Разработан и создан экспериментальный стенд для совместных испытаний: двух трёхфазных индукционных счётчиков типа СА4У-И-670Д и двух трёхфазных электронных счётчиков типа СЭТ4—1 отечественного производства и типа «Альфа» производства АББ — ВЭИ Метроника, в различных режимах: при изменении уровня напряжения, несимметричной (однофазной) нагрузке, толчковой нагрузке и нагрузке с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

8. Проведенные на экспериментальном стенде исследования по проверке точности измерений электрической энергии счётчиками различных типов в указанных режимах показали, что показания электронных счётчиков СЭТ4−1, «Альфа» и ваттметров совпадают, при этом среднеквадратичная погрешность в их показаниях не превышала 0,28%, что соответствует их классу точности. Погрешность индукционных счётчиков СА4У-И-670Д выше, но в то же время среднеквадратичная погрешность составляет:

— для первого индукционного счётчика-1,45%;

— для второго индукционного счётчика— 1,68%;

— при толчковой нагрузке с частотой 1000 включений в час погрешность индукционных счётчиков не превышала 8,0%.

9. Получена экспериментально частотная характеристика индукционного счётчика, уточняющая приводимые в литературе зависимости у = ф (0 и показывающая, что в зоне низких частот индукционный счётчик реально имеет меньшую погрешность.

10.Для цехового учёта электрической энергии можно рекомендовать использовать более дешевые и имеющиеся в эксплуатации индукционные счётчики.