2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОГО УЩЕРБА У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПРИ ОТКЛОНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ
Приемники электрической энергии при их проектировании и изготовлении рассчитываются обычно для работы в условиях номинального напряжения.
При изменениях напряжения в определенных пределах электроприемники сохраняют способность выполнять своп функции, однако при этом могут существенно изменяться технико-экономические показатели их работы.
При достаточно больших отклонениях напряжения у электроприемников могут иметь место такие явления, как снижение качества и появление брака продукции, порча сырья, расстройство технологического процесса, поломка оборудования и т. п.
На основе имеющегося опыта в ГОСТ 13109—67 установлены пределы, в которых должны находиться отклонения напряжения у электроприемников, чтобы избежать подобных явлений.
В этих пределах, называемых условно «технически допустимыми», ненормальных явлений обычно не наблюдается, однако происходит изменение технических показателей работы электроприемников и связанных с ним производственных механизмов.
Характер изменения этих показателей при изменении напряжения зависит от типа электроприемника, его загрузки, условий работы производственного механизма и т. д.
Как правило, изменение этих показателей связано с определенным экономическим ущербом.
Для определения народнохозяйственного ущерба, вызываемого отклонениями напряжения от номинального, возможны три принципиальных способа:
а) при помощи экономических характеристик основных электроприемников;
б) непосредственным учетом ущерба на конкретном производстве;
в) проведением натурных экспериментов.
Учесть фактический ущерб от отклонений напряжения для конкретного предприятия, как правило, невозможно.
Для этого из множества факторов, влияющих на эффективность технологических процессов и экономичность работы электроприемников, необходимо выделить влияние отклонений напряжения.
Проведение эксперимента позволяет исключить влияние других факторов, кроме исследуемого, однако проведение таких экспериментов на действующем производстве в большинстве случаев является затруднительным.
Поэтому в данной работе для определения величины ущерба используются аналитические зависимости технико-экономических характеристик электроприемников от отклонений напряжения. Для некоторых электроприемников (асинхронные двигатели, осветительные установки) такие зависимости известны и приведены в литературе (2, 4, 5); для других (электротермические, электросварочные и др.), они берутся сугубо приближенно, поскольку в литературе освещаются лишь вопросы качественного влияния отклонений напряжения на работу этих приемников.
Для определения оптимального режима напряжения для узлов нагрузки промышленных предприятий суммируются технико-экономические характеристики отдельных электро- приемников, входящих в состав узла нагрузки.
При определении народнохозяйственного ущерба от
отклонении напряжений для основных электроприемников следует учитывать возможность следующих явлений:
- Изменение потребляемой электроприемниками активной мощности.
- Изменение потребляемой электроприемниками реактивной мощности.
- Изменение срока службы электроприемников и связанных с ними производственных механизмов.
- Изменение производительности промышленной установки и труда людей.
- Изменение качества производимой продукции.
- Расстройство технологического процесса, порча сырья, появление брака продукции и т. п.
Указанные явления при отклонениях напряжения характерны не для всех электроприемников, некоторые из указанных явлений могут отсутствовать вообще или не учитываться ввиду своей малости. Так. при отклонениях напряжения, не превышающих ±10% от номинального, как правило, не происходит расстройства технологического процесса, порчи сырья, не меняется качество продукции и срок службы технологической установки.
Перечисленные явления могут приводить не только к дополнительным затратам (народнохозяйственному ущербу), но и к экономии затрат (экономическому эффекту). Например, снижение напряжения па зажимах асинхронных двигателей приводит к увеличению тока в обмотках двигателя и, следовательно, к затратам на дополнительные потери активной мощности. Одновременно происходит снижение потребления двигателями реактивной мощности и снижение затрат на компенсацию реактивной мощности.
В дальнейшем условимся применять в обоих случаях термин «ущерб» со знаком «плюс» или «минус».
Ущерб от изменения потерь активной мощности
Годовой ущерб от изменения потерь активной мощности в любом электроприемнике Ур можно определить, умножив величину дополнительных потерь в нем на стоимость этих потерь в год:
(1)
где— дополнительные потерн активном мощности,
вызванные отклонениями напряжения от номинально] о значения; у— стоимость 1 кВт-года электроэнергии, равная
(2)
Суэ,— стоимость 1 кВт-часа электроэнергии, определяемая по тарифам на электроэнергию или усреднено в размере l,6-2,0 коп/кВт-час;
Тг— вероятное число часов работы электроустановки в году с соответствующими отклонениями напряжения.
Следует отметить, что поскольку величина годового времени работы электроустановки с различными отклонениями напряжения является вероятностной величиной, то и величина годового ущерба тоже величина вероятностная.
Вероятную продолжительность работы электроустановки с различными отклонениями напряжения следует определять па основании анализа суточных графиков изменения напряжения на конкретном предприятии.
Ущерб от изменения потребления реактивной мощности
Годовой ущерб от изменения потребления реактивной мощности Уу можно определить, умножив величину дополнительного реактивного потребления электроприемником при отклонении напряжения на приведенные затраты на компенсацию одною квара реактивной мощности:
дополнительное потребление реактивной мощности, вызванное отклонениями напряжения;
3у,. приведенные затраты на 1 квар. реактивной мощности конденсаторов, равные [3]
(4)
— суммарный коэффициент отчислений от капитальных затрат для конденсаторов;
Ду,- 104-12 руб./квар - капитальные затраты на 1 квар
низковольтных конденсаторов;
- потери активной мощности на
1 квар выдаваемой реактивной мощности.
Приведенные затраты на 1 квар реактивной мощности можно принимать также усреднено в размере 2,5 руб./квар [2].
Ущерб от изменения срока службы электроустановки
Ущерб от изменения срока службы при отклонениях напряжения. Уг можно определить как разность амортизационных отчислений электроустановки, умноженную на отношение времени работы электроустановки с данным отклонением к годовому времени работы этой установки:
(5)
где и Тс — коэффициент амортизации и срок службы электроустановки при номинальной напряжении;
и 7Y — коэффициент амортизации и срок службы электроустановки при напряжении, отличном от номинального;
К — капитальные затраты на электроустановку;
Тг— годовое время работы установки;
Т — вероятное время работы электроустановки в году с соответствующими отклонениями напряжения.
Наиболее характерно влияние отклонений напряжения на срок службы осветительных установок, особенно для ламп накаливания.
Ущерб от изменения производительности
Непосредственное определение ущерба от изменения производительности Уп технологического оборудования представляет значительные трудности.
Косвенным образом этот ущерб может быть определен, исходя из того, что снижение производительности связано с недоиспользованием оборудования.
Для приближенной оценки влияния отклонений напряжения на производительность можно использовать методику, предложенную в (3).
Согласно [3] ущерб равен:
ytl = yy.rW-q, • (6)
где Уу;,— удельный ущерб на 1 кВт-ч, вызванный отклонениями напряжения (зависит от отрасли промышленности и специфики основного производства ;
W = P-Ti— годовое потребление электроэнергии электроустановками, производительность которых зависит от напряжения, определяемое при раз-
личных отклонениях напряжения с учетом :ix вероятной длительности;
Р— активная нагрузка данных электроустановок;
— относительное изменение производительности
при изменении напряжения;
производительности при номинальном напряжении и напряжении, отличном от номинального.
При квадратичной зависимости производительности П от напряжения, характерной для многих технологических установок, имеем
где (У,, п U номинальное напряжение и напряжение, отличное от номинального; к - коэффициент пропорциональности.
Подставим значения П в формулу относительного отклонения производительности от поминальной
Так как
где W— абсолютное отклонение напряжения от номинального, то
Пренебрегая величиной
ввиду малости, запишем
где
— относительное отклонение напряжения.
Подставив полученное выражение q в формулу (С>), получим выражение для ущерба от изменения производительности для механизмов с квадратичной зависимостью производительности or напряжения:
('•' )
В [3] приведены значения Ууд в зависимости от отрасли промышленности (так, для химической промышленности значение Ууд можно принять в размере 0,2—0,35 руб./кВт-ч).
Определив отдельные составляющие ущерба от отклонений напряжения, можно найти суммарный годовой народнохозяйственный ущерб:
У = У р+У q+У+Уп+Упр, (8)
где Ур— ущерб от изменения потерь активной мощности;
Ур— ущерб от изменения потребления реактивной (мощности;
Ут— ущерб от сокращения срока службы;
Уп— ущерб от изменения производительности;
Упр — прочие составляющие ущерба.
Технико-экономическая целесообразность применения устройств для регулирования напряжения в распределительных сетях должна определяться сопоставлением величины ущерба, вызванного отклонениями напряжения, с темп приведенными затратами, которые будут иметь место при применении регулирующих устройств.
Приведенные затраты на регулирующие устройства (РУ) определяются, согласно Г31, по формуле:
(9)
где р— коэффициент амортизационных отчислении РУ;
Ен — нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений;
Кру — капитальные вложения в регулирующие устройства;
A Pvу — потери активной мощности в элементах регулирующего устройства;
СуП— удельная стоимость 1 кВт-ч электроэнергии;
Тг— годовое время включения регулирующих устройств.
В капитальные вложения Кру следует включать не только стоимость регулирующих устройств, но и транспортные расходы, принимаемые ориентировочно в размере 10 % от стоимости РУ, а также стоимость электромонтажных работ, определяемую по ценнику № 8.
Годовой экономический эффект Эг от применения регулирующих устройств находится как разность между суммарным годовым ущербом от отклонений напряжений для всех электроприемников и приведенными затратами на РУ:
ЭГ=У—3. (10)
Обычно при определении народнохозяйственной эффективности мероприятий, направленных на повышение качества электроэнергии, вычисляют только годовой экономический эффект [5]. Однако знания только годового эффекта недостаточно для выбора варианта РУ, т. к. один и тот же экономический эффект можно получить при разных капиталь-
ных затратах. Необходимо, следовательно, знать «весомость» этого эффекта — экономическую эффективность. Для ее определения полученный экономический эффект Эг следует отнести к тем годовым капитальным затратам на регулирующие устройства, которые обеспечили этот эффект:
(11)
При одном и том же экономическом эффекте эффективность будет тем выше, чем меньше стоимость РУ.
Рассмотрим определение ущербов от отклонений напряжения для различных электроприемников.