Industrijski sistemi i konfiguracije sistema napajanja

INDUSTRIJSKI ELEKTROENERGETSKI SISTEMI

•

Industrijski elektroenergetski sistemi (IEES) služe za napajanje industrijskih potrošaca i pogona na jedan od tri moguća načina:–

A.) Napajanje iz elektroprivrednog sistema.

–

B.) Napajanje iz vlastitih izvora (energana).–

C.) Kombinacijom a) i b).

•

Na izbor napajanja utiče više faktora od kojih su najznačajniji:–

Veličina napajanog industrijskog sistema

–

Mogućnost javnog EES-a–

Zahtijevani stepen pouzdanosti

–

Perspektivni razvoj industrijskog kompleksa

A.) Napajanje iz elektroprivrednog sistema.•

Način napajanja iz elektroprivrednog sistema zavisi od velicine instaliranog potrošackog konzuma, zahtijevanog stepena pouzdanosti, postojecih naponskih nivoa, stepena izgradenosti postojeće mreže.

•

1. Napajanje iz jedne napojne tacke:–

Sa transformacijom, Slika 1.

–

Bez transformacije, Slika 2.koriste se za napajanje industrijskih sistema male i srednje snage (manje od 25 MW) i gdje nisu postavljeni posebni zahtjevi za kontinuitetom napajanja (npr. potrošaci druge kategorije),

•

2. Napajanje iz dvije napojne tacke, Slika 3.

•

primjenjuje se u slijedećim slučajevima:–

Kod napajanja potrošaca I kategorije, tj. nameću se specijalni zahtjevi u pogledu kontinuiteta napajanja

–

Kod značajnog prostornog razmještaja potrošaca (dvije ili više potrošačkih cjelina)

–

Kod etapne izgradnje kada je potrebno predvidjeti i drugo napojno mjesto

•

Prilikom priključka IEES na elektroprivredni sistem potrebno se pridržavati slijedećih principa:

–

1. Napojno mjesto maksimalno približiti centru potrošnje, čime se smanjuju gubici u mreži, broj transormacija, broj rasklopnih aparata i dr.

–

2. Minimizirati hladnu rezervu, tj. treba predvidjeti optimalnu rezervu, tako da su svi elementi ravnomjerno optereceni. U slucaju nastanka kvara i ispada nekog od elemenata preostali treba da preuzmu teret, s tim da ne dode do nedozvoljenih preopterecenja

–

3. Omoguciti upotrebu sekcionisanih sabirnica na svim mjestima pocev od napojnih pa do sabirnica niskog napona. Na sekcionisanim aparatima predvidjeti upotrebu uredaja automatsko ukljucenje rezerve (AUR), cime se znatno povecava stepen pouzdanog napajanja

–

4. Izbor optimalnog režima vršiti u cilju minimizacije struja kratkog spoja, gubitaka elektricne energije i jednostavnosti zaštite

•

3. Napajanje putem dubokih ulaza.

•

Šemom dubokih ulaza ostvaruje se direktna veza elektroprivrednog sistema i pojedinih dijelova IEES. Napon reda 20 kV, 35 kV ili 110 kV se direktno bez transformacije dovodi do teritorije industrijskog kompleksa. Obično se, ukoliko je dovedeni napon 20kV ili 35 kV, vrši direktna transformacija na pogonski napon od 6 i 0.4 kV. Ako je dovedeni napon 110 kV obično se koristi još

jedna dodatna transformacija na 20 kV, odnosno 35 kV ili direktno na napon od 6 kV za visokonaponske motore. Ukoliko se radi o pećima ili drugim potrošačima većih snaga, poželjna je transformacija direktno na napon koji se zahtijeva tehnološkim procesom.

B.) Napajanje iz vlastitih izvora

•

Napajanje iz vlastitih izvora se relativno rijetko susrece

Primjena je opravdana tamo gdje je potrebno napojiti specijalne industrijske sisteme, a veza sa elektroprivrednim sistemom je teško ostvariva.

C.) Kombinovano napajanje

•

Kombinovano napajanje predstavlja najčešći vid napajanja svih značajnijih industrijskih objekata. Potreba dodatnog napajanja prioritetnih potrošaca iz nezavisnih izvora i istovremeno zadovoljenje potreba za tehnološkom parom se najčešće pokazuje kao optimalno rješenje.

•

Klasičan sistem za kombinovanu proizvodnju mehaničke i toplotne energije sastoji se u proizvodnji pare u generatorima pare, ekspanziji u turbini do odredenog pritiska i njenog razvoda u sistem za korištenje toplotne energije.

•

Drugi vid kombinovane proizvodnje energije su sistemi sa plinskim turbinama u sprezi sa generatorima pare na ispusne plinove. Naime, iz plinskih turbina se, putem ispusnih plinova, otpušta velika količina toplote sa relativno visokom tempreaturom (do 520oC) koja se sa generatorima pare može efikasno iskoristiti. Generatori pare na ispusne plinove mogu biti dodatno loženi, pa se u takvim slučajevima proizvedena para može koristiti za daljnju proizvodnju električne energije.

•

Šema kombinovanog sistema (javni EES i vlastiti izvor) u kojem se centar opterecenja poklapa sa lokacijom energane, prikazan je na

Slici 6.

-

primjenjuje za slucaj napajanja iz javnog EES-

a sa naponskog nivoa 35 –

110 kV i koji se u

industrijskom sistemu transformiše na napongeneratora energane.

Energana je locirana izvan centra potrošnje i lokacija je vezana za pristupacnost puteva za dovod toplote, vodosnabdijevanja i dr.

Izbor naponskog nivoa

•

Izbor naponskog nivoa vrši se na osnovu veličine opterećenja industrijskog sistema, postojecih naponskih nivoa, naponskih nivoa mogucih izvora napajanja te njihove udaljenosti od projektovanog industrijskog sistema.

•

Veličina naponskog nivoa se bira na osnovu tehno-ekonomskih kriterija, obično prema alternativnim analizama nekoliko mogućih varijanti.

•

Relevantni naponski nivoi koji se sreću u okviru industrijskih elektroenergetskih sistema su:–

Napon 110 i 220 kV su naponi za napajanje velikih industrijskih elektroenergetskih sistema iz EES-a.

–

Napon 35 kV služi za napajanje industrijskih sistema srednje snage, te kod magistralnog napajanja transformatorskih stanica

•

Napon 20 kV do danas nije našao vecu primjenu i pored odredenih tehnoekonomskih pokazatelja. Razlog se nalazi u nepostojanju potrebnih uredaja ovog naponskog nivoa.

•

Napon 10 kV je distributivni napon čiji je izbor diktiran priključkom potrošača istog naponskog nivoa, prisustvom sopstvene energane ciji je generatorski napon 10 kV. Ovaj napon sa transformacijom na 0,66 kV je danas orijentacija za unutrašnju mrežu industrijskih elektroenergetskih sistema vecine zemalja.

•

Napon 6 kV je danas tpični napon visokonaponskih potrošača (elektromotori), a koristi se i kao distributivni napon u industrijskom sistemu, s tim da je manje ekonomičan u poredenju sa 10 kV.

•

Napon 0,66 i 0,4 kV su osnovni pogonski naponi za niskonaponske potrošace industrijskog sistema, sa sve većom orijentacijom na 0,66 kV.

•

Da bi se izvršio izbor napona unutrašnje mreže industrijskog sistema neophodno je proučiti tehnoekonomski model baziran na dvije osnovne vrste troškova:

•

Investicioni troškovi, u opštem slučaju, definisani relacijom:

»

K=Kl

+C0

+Cd

•

gdje je:–

Cl –

troškovi vezani za ukupnu dužinu vodova unutrašnje mreže

industrijskog sistema–

Co –

troškovi vezani za ugradnju sve opreme elektroenergetskih

postrojenja–

Cd –

troškovi za doponsko povecanje snage izvora radi gubitaka

elektricne energije u industrjiskim sistemima

•

Kriva investicionih troškova K=f(U) predstavljena je na slici. Minimum krive predstavlja racionalni napon Uk na osnovu investicionih ulaganja, tim da se razmatra slucaj konstantnih opterecenja i dužine linija i nepromijenjenu konfiguraciju mreže.

•

Eksploatacioni troškovi definišu se relacijom:

»

C=Cg+Ca+Cd

•

gdje je:–

Cg –

vrijednost gubitaka el.gnergije

–

Ca –

iznos amortizacije–

Cd –

tekuci troškovi eksploatacije

•

Ovisnost ekploatacionih troškova u funkciji napona za slucaj konstantnih opterecenja i dužine linije i nepromijenjenu konfiguraciju mreže data je na slici.

•

Minimum funkcije se ima za napon Uc.

•

U opštem slucaju Uc > Uk. Konačan izor naponskog nivoa vrši se na osnovu roka isplativosti tj. perioda u toku koga se realizovana investicija isplati (Tn

= 8-12 godina). Za primjer sa slike rok isplativosti se određuje preko relacije:

•

Ukoliko se prema ovom izrazu dobije da vrijedi:

Tis = Tn –

poredene varijante su iste po kriteriju ekonomicnostiTis < Tn –

ekonomicnija je varijanta kod koje su veci investicioni a

manji eksploatacioni troškoviTis > Tn –

ekonomicnija je varijanta kod koje su veci eksploatacioni, a

manji investicioni troškovi.

k

gis CC

KKT

−−

=min

min

•

Ako je broj varijanti koje se analiziraju veci od dva, tada se koristi tehnoekonomski model za izbor racionalnog napona :

•

gdje je:

•

Za odredivanje nestandardnog napona, kao orijentacione vrijednosti za izbor naponskog nivoa unutrašnje mreže industrijskog elektroenergetskog sistema mogu se koristiti relacije karakteristicne za neke zemlje:

CKpKu +⋅=

isTp 1=