1	Jarosław Pasek
2	EZ / VIII-3
3	Rok 2003/2004
4	Rok nauki 4
5	Data rozpoczęcia 2004-05-07
6	Data zakończenia
7	Ocena

PRACA KONTROLNA II

Metodami współczynnika zapotrzebowania i zastępczej liczby odbiorników wyznaczyć moc zapotrzebowaną oddziału zakładu, którego odbiorniki można zestawić w podgrupy wg poniższej tabeli, gdzie N - liczba liter nazwiska, I - liczba liter imienia.

Dobrać transformatory dla stacji oddziałowej (dwu- lub trójtransformatorowej). W obliczeniach uwzględnić straty mocy i energii czynnej i biernej. Wykonać dobór baterii kondensatorów dla kompensacji mocy biernej. Ustalić harmonogram pracy transformatorów zakładając, że wykres obciążeń stacji jest taki jak w pracy kontrolnej 1. Określić straty energii czynnej i biernej w stacji transformatorowej.

Wykonanie pracy.

1. Dane z pracy kontrolnej I

Przebieg zmienności mocy jest przedstawiony na wykresie. Chwilowe wartości mocy (wyrażone w megawatach) otrzymamy z przemnożenia wartości stopnia obciążenia przez wartość k wyznaczoną z zależności

Wykres 1.

2. Dane do pracy kontrolnej II.

Tabela I (sposób wyznaczenia parametrów wyjściowych do pracy kontrolnej)

Lp.	Rodzaj odbiorników	Liczba odbiorników	Moc odbiorników, w kW
1	Obrabiarki do produkcji seryjnej-tokarki, frezarki	N+I	N Χ 3
				│N-I│	I Χ 4+6
				N+│N-I│	│N-I│Χ 10
				N+7	N+8
2	Obrabiarki do metali o szczególnie ciężkim programie pracy - młoty	│N-I│+1	(N+I) Χ 15
3	Pompy i wentylatory	(N+I)	N Χ 3
4	Transformatory spawalnicze	I Χ 4	N Χ 2
				N Χ 2	I Χ 3
		5	Piece oporowe	│N-I│+1	│N-I│Χ 10
				│N-I│+5	│N-I│Χ 6

Tabela I (wyznaczenie parametrów wyjściowych do pracy kontrolnej, wzorcowe k = 6/9)
Lp.	Rodzaj odbiorników	Liczba odbiorników	Moc odbiorników, w kW
1	Obrabiarki do produkcji seryjnej-tokarki, frezarki	13	15
				3	38
				8	30
				12	13
2	Obrabiarki do metali o szczególnie ciężkim programie pracy - młoty	4	195
3	Pompy i wentylatory	13	15
4	Transformatory spawalnicze	32	10
				10	24
		5	Piece oporowe	4	30
				8	18

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

3. Metodami współczynnika zapotrzebowania i zastępczej liczby odbiorników wyznaczyć moc zapotrzebowaną oddziału zakładu, którego odbiorniki zestawiono w tabeli 1 (powyżej).

Moc odbiorników oświetleniowych wyznaczyć metodą średnich obciążeń powierzchniowych dla wymiarów hali

Polecenie to wykonamy począwszy od ustalenia współczynników; wykorzystania k_w, zapotrzebowania k_z i wartości współczynnika mocy charakterystycznych grup odbiorników. Dane pobrano z pracy książkowej [1]* tabela 4.5 „Wartości współczynnika wykorzystania k_w, zapotrzebowania k_z i współczynnika mocy charakterystycznych grup odbiorników” str.120.

Tabela 2. Aktualne dane i współczynniki.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

gdzie wartość funkcji tg  określono za pomocą wzoru
a wartości cos  są podane w siódmej kolumnie tabeli 2.

Dla odbiorników oświetleniowych przyjęto metodę średnich obciążeń powierzchniowych z podziałem na gniazda obróbcze według tabeli II i przyjęciem części powierzchni ogólnej w zależności od liczby odbiorników według wzoru

Wyznaczenie powierzchni całkowitej i dla poszczególnych gniazd przedstawia tabela III.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Dla odbiorników oświetleniowych przyjmujemy dane z pracy [1] z tabeli 4.4 p.t. „Wskazówki zapotrzebowania mocy na jednostkę powierzchni dla oświetlenia obiektów przemysłowych” str.117, wstawiamy je odpowiednio w kolumnę 7 tabeli III.

* 1) Ryszard Matla „Gospodarka elektroenergetyczna” WPW Warszawa 1977. Wydanie I.

Łączymy obie tabele II i III i przygotowujemy dane do dalszych wyliczeń w tabeli zbiorczej IV. Tabela IV

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

3.1. Obliczenia metodą współczynnika zapotrzebowania.

Moc obliczeniową grupy n odbiorników oblicza się z [1] ze wzoru (4.5) str. 118

gdzie:

P_ok - moc obliczeniowa k - tej grupy odbiorników,

k_z - współczynnik zapotrzebowania mocy,

P_ni - moc zainstalowana i - tego odbiornika.

Obliczenia wg wzoru (4.5) przeprowadza się oddzielnie dla każdej grupy odbiorników o podobnym charakterze pracy.

Tabela V

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

gdzie z [1] zastosowano wzór (4.9)

Do wyznaczenia mocy obliczeniowej pozornej stacji transformatorowej lub rozdzielni, do której przyłączone jest m grup odbiorników, z tabeli V pobieramy wyliczone oddziałowe moce; 1) - moc łączną czynną P=1241 kW i

2) - moc łączną bierną Q=1251 kvar oraz stosujemy z [1] wzór (4.10)

Z pracy [1] z tabeli 4.7 „Wartość współczynnika jednoczesności” wyznaczamy k_j = 0,85.

dokładnie Błąd! Nieprawidłowe łącze.

3.2. Obliczenia metodą zastępczej liczby odbiorników.

Korzystamy z dostępnych wyników zamieszczonych tabeli V i wyznaczamy potrzebne sumy.

Tabela VI

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Postępując zgodnie z [1] p.4.1.3. „ Metoda zastępczej liczby odbiorników” i stosując tam umieszczone wzory oraz w oparciu o Przykład 4.1 z tejże pracy ze strony 127 dochodzimy do następujących wyników zestawionych w tabeli VII.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

W tabeli VI w kolumnie 9 podano sumy mocy podgrup odbiorników oznaczanych w [1] przez
i w wierszu 7 tej kolumny łączną sumę
potrzebną do wzoru (4.14).

Dalej w kolumnie 10 w poszczególnych wierszach mamy
a w wierszu 7 tej kolumny podano łączną sumę
potrzebną do wzoru (4.14)

Według [1] wzór (4.14) i wyliczenie k_wn

Moc obliczeniowa czynna z [1] ze wzoru (4.12)

kW

Wartość średnią tg _śr obliczamy ze wzoru [1] str.128

Moc obliczeniowa bierna

kvar

Moc obliczeniowa pozorna według [1] str.129 Przykład 4.1.

W tabeli IX zestawiono zasadnicze wyniki mocy obliczeniowej uzyskane obiema metodami.

Do dalszych wyliczeń pobierzemy wyniki metody dokładniejszej, [1] czyli

„Metody zastępczej liczby odbiorników”.

4). Dobrać transformatory dla stacji oddziałowej (dwu- lub trójtransformatorowej). W obliczeniach uwzględnić straty mocy i energii czynnej i biernej. Wykonać dobór baterii kondensatorów dla kompensacji mocy biernej.

Zasady doboru liczby, mocy i określenie sposobu pracy transformatorów w stacjach stanowią obszerne zagadnienie techniczno-ekonomiczne, będące podstawowym problemem gospodarki elektroenergetycznej.

4.1). Ustalenie strat mocy i energii czynnej i biernej.

4.1.a). Ustalenie strat mocy czynnej i biernej.

Pracę rozpoczniemy od ustalenia wstępnego schematu stacji i rozdzielnicy oraz prowadzenia mocy do oddziału.

Dane transformatorów;

Tabela X Transformatory TI, TII, (TIII - rezerwowy)

L.p.	Parametr	Jedn.	TI	TII	TIII
1	S	kV·A	1000	1000	1000
2	Ug	kV	10,0	10,0	10,0
3	Ud	kV	0,42	0,42	0,42
4	Pj	kW	2,9	2,9	2,9
5	Pobcn	kW	13,6	13,6	13,6
6	ez	%	4,5	4,5	4,5
7	io	%	4,4	4,4	4,4

Obliczamy pobór mocy czynnej, biernej i pozornej przez stację transformatorowo-rozdzielczą, jeżeli moc szczytowa oddawana ze stacji wynosi zgodnie z tabelą IX. Obliczenia wykonano na podstawie [2]**. Do tabeli dołączono kolumnę uwzględniającą 5% spadek napięcia U pomiędzy stacją oddziałową transformatorowo-rozdzielczą a zastępczym odbiornikiem z uwzględnieniem niezmienności tg _śr = 0,88, co przekłada się na cos  = 0,75. Moc czynną zwiększono w stosunku 1: (1,05)² tj. o 10,25%

Tabela XI

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

** 2). Autorzy; Stanisław Góra. Kazimierz Kopecki. Jacek Marecki. Ryszard Pochyluk

„Zbiór zadań z gospodarki elektroenergetycznej” Wyd. IV poprawione. PWN Warszawa-Poznań 1975r.

Obliczamy pobór mocy czynnej, biernej i pozornej po stronie pierwotnej transformatorów, jeżeli po stronie wtórnej transformatory oddają moc P₂ = 1447 kW

przy cos  = 0,75, patrz tabela XI. Dane transformatora zamieszczono w tabeli X. Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli XII.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Obliczenia przeprowadzono w oparciu o pracę książkową [2] zadanie 2.10 str.81 i porównano z zadaniem 2.11 p.2) str.83,84, gdzie zastosowano takie same transformatory i polecenie, przy mocy szczytowej P_2s = 800 kW przy cos  = 0,85. Kolumna oznaczona Przykład 2.11. p.2)

W tabeli XIII zestawiono dotychczasowe wyniki obliczeń z uwzględnieniem strat mocy.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Z tabeli XIII wynika, że przy porównywalnej mocy pozornej stacji transformatorowo rozdzielczej w przykładzie 2.11 p.2) i w pracy kontrolnej celowe będzie zastosowanie trzech transformatorów o mocy 1000kV·A.

4.1.b). Ustalenie strat energii czynnej i biernej.

W oparciu o pracę [1] , Przykład 5.2. i dane zawarte w tabeli XIII, wyznaczamy prąd czynny odpowiadający obciążeniu szczytowemu.

Straty energii na doprowadzeniu mocy do oddziału są to straty obciążeniowe, pozostałe składniki strat są dla linii kablowych nn do pominięcia.

Czas użytkowania obciążenia szczytowego według pracy kontrolnej I wynosi 17h, zatem straty energii wynikające z istniejącego doprowadzenia mocy wyniosą

na dobę

na dobę

co przy uwzględnieniu roku 365 dniowego daje

na rok

na rok

Wyznaczymy jeszcze sposób ( jeden z możliwych na etapie wstępnym, przy pewnych hipotetycznych okolicznościach, jak np. bliskość stacji transformatorowo-rozdzielczej) zaoszczędzenia energii poprzez wydzielenie odbiorników; o dużej mocy i odbiorników oświetleniowych (rys.1)

Oporność doprowadzenia mocy do odbiornika zastępczego.

(ze względu na zabezpieczenia od zwarcia szacunkowo obliczamy i przyjmujemy dla połączeń R_cu = 0,0070Ω)

Zakupując podwójną długość przewodu doprowadzającego moc ( wydatek jednostkowy) i zasilając z rozdzielni odbiorniki oświetleniowe i odbiorniki o szczególnie ciężkim programie pracy (łącznie o mocy 888 kW) jednym torem kablowym i pozostałe zasadnicze drugim torem kablowym, zmniejszamy spadki napięcia na odpowiednich odcinkach kabla odpowiednio do wartości;

dla odbiorników grupy zasadniczej

i grupy wydzielonej

Straty mocy wyniosą w tym przypadku

Dla odbiorników grupy zasadniczej

Dla odbiorników wydzielonych

Łącznie dla obu grup

Po przeliczeniu na energię straty energii wynikające z proponowanego, oszczędnego doprowadzenia mocy wyniosą

/ dobę

/ dobę

co przy uwzględnieniu roku 365 dniowego daje

/ rok

/ rok

Proponowany tu sposób można zoptymalizować dokładniej dobierając miejsce zainstalowania oddziałowej stacji transformatorowo rozdzielczej oraz rozplanowując rozmieszczenie odbiorników w taki sposób by najbliżej zainstalować odbiorniki o dużej mocy o ile to możliwe i o długim dobowym czasie zatrudnienia. Hipotetycznie (zgodnie z rys.1.) uzyskano 51 % oszczędności energii czynnej i biernej.

4.2) Dobór baterii kondensatorów do kompensacji indywidualnej, grupowej i centralnej z uwzględnieniem danych z tabeli VI ( metoda zastępczej liczby odbiorników i dalsze wyliczenia oraz tabele).

Założenie; centralnie prowadzimy kompensację mocy do wartości współczynnika cos=0,958, czyli tg=0,30, grupowo nieco powyżej tg=0,30 a indywidualnie zgodnie z zaleceniami podanymi w literaturze.

Tabela doboru mocy i pojemności baterii kondensatorów kompensacji mocy biernej oddziału.

Tabela XIV.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.1). Dobór mocy baterii kondensatorów wykonano w oparciu o wzór; dla odbiornika indywidualnego (bateria umieszczona przy odbiorniku);

Q_bi = P_i·(tg _i-0,30)

Np. dla odbiornika grupy 2 (młot, szt.; 4)

Q_bi = P_i·(tg _i-0,30) = 195·(1,17-0,30) = 169,5 kvar

2). Dobór mocy baterii kondensatorów wykonano w oparciu o wzór; dla odbiornika grupowego (bateria umieszczona na przyłączu grupy odbiorników) ;

Q_bgi = P_gi·(tg _i-0,30)

Np. dla odbiornika grupy 3 (wentylatory, szt.;7)

Q_bi = P_i·(tg _i-0,30) = 105·(0,75-0,30) = 43,9 kvar

3). Dobór mocy baterii kompensacji centralnej wykonano w oparciu o bilans zastosowanych typowych kondensatorów, a nadwyżki pojemności i mocy nie zainstalowanej indywidualnie, ani grupowo przesunięto tworząc baterię centralnej kompensacji mocy o wartościach;

Q_c = 30 kvar = (15+12,5+2,5) kvar.

4). Stosując regulator mocy biernej np.; RC-2 lub RC-4, można dobrać do niego nieco mocy z baterii kompensacji grupowej, lub z odbiorników typu spawarki, czy wentylatory.

4.3) Ustalić harmonogram pracy transformatorów zakładając, że wykres obciążeń stacji jest taki sam jak w pracy kontrolnej 1.

Po kompensacji mocy biernej w zakładzie mamy następujące dane zgromadzone w tabeli XV.

Tabela 15.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

Wykres; Harmonogram czasu zatrudnienia transformatorów TI, TII, TIII.

Transformatory posiadają moc ekonomiczną pozwalającą na zatrudnienie ich w następujących przedziałach czasu, zwanych czasem zatrudnienia transformatorów;

TI- od godziny 0 -do godziny 24, czyli 24h,

bez przerw i przełączeń,

TII- od godziny 5:30 -do godziny 11:30 , czyli 6h i od godziny 16,00 -do godziny 21:30 , czyli 5,5h

z przerwami w pracy od godziny 21:30 do godziny 5:30 i z przerwami w pracy od godziny 11:30 do godziny 16;00 oraz z przełączeniami w podanych godzinach.

Awaria jednego z transformatorów pozwala na utrzymanie około 50% produkcji oddziału (tryb oszczędzania energii), przy pracy dwu pozostałych z pełną mocą.

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

GOSPODARKA ELEKTROENERGETYCZNA

PRACA KONTROLNA II

Jarosław Pasek Strona 12 2005-03-19

POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI

GOSPODARKA ELEKTROENERGETYCZNA

Jarosław Pasek

GOSPODARKA ELEKTROENERGETYCZNA

PRACA KONTROLNA II

Tomasz Bugała Strona 15 2005-03-19

POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI

GOSPODARKA ELEKTROENERGETYCZNA

Tomasz Bugała

Błąd! Nieprawidłowe łącze.

---