Выбор экономичного режима работы электрооборудования

Страница 52 из 54

На экономичность работы электроустановок в значительной степени влияют режим эксплуатации электрооборудования и сетей, потери электроэнергии в них и коэффициент мощности электроустановки. Наиболее экономичным режимом можно считать такой режим работы электроустановки, при котором достигается наименьший расход электроэнергии на единицу продукции (тонну нефти или кубический метр газа, перекачиваемых станцией) и наименьшие расходы на ремонт и замену оборудования. Для повышения экономичности работы электроустановок в первую очередь необходимо устранить все явные потери электроэнергии, образующиеся при работе электродвигателей вхолостую или при неполной загрузке, при горении электрических ламп в дневное время, там где это не требуется по условиям производства, в резервных трансформаторах, находящихся под напряжением, в электронагревателях, включенных без надобности. Потери в проводниках (проводах, кабелях, обмотках машин и трансформаторов) при одном и том же сечении проводника пропорциональны квадрату силы тока нагрузки. Токовая перегрузка проводников ведет к резкому увеличению потерь и, наоборот, уменьшение нагрузки ведет к снижению потерь. Это обстоятельство учитывают при выборе режима работы двух параллельных линий (рабочей и резервной), каждая из которых рассчитана на полную нагрузку. Целесообразно включать обе такие линии на одновременную работу, а не держать одну в резерве, а другую под полной нагрузкой. При таком режиме нагрузка каждой линии уменьшится в два раза, а потери в каждой из них — в четыре раза. Отклонение напряжения сети от номинального также неблагоприятно воздействует на режим потребления электроэнергии. При понижении напряжения и неизменной нагрузке электродвигателя увеличивается ток нагрузки в линии, значит, увеличиваются и потери электроэнергии. В электроосветительных установках увеличение напряжения против нормального ведет к быстрому перегоранию электрических ламп.
elektro nasosnykh 142
Рис. 99. Векторные диаграммы активной, реактивной и полной мощности (а), компенсации реактивной мощности синхронным электродвигателем (б), компенсации реактивной мощности конденсаторами для улучшения коэффициента мощности (в)
Понижение напряжения ведет к резкому ухудшению качества освещения и необходимости включения дополнительных светильников, т. е. к дополнительному расходу электроэнергии. Применение электродвигателей недостаточной мощности вызывает его перегрузку, недопустимый нагрев обмоток, резкое увеличение потерь, повреждение изоляции обмоток и, следовательно, повреждение самого двигателя. Перегрев двигателей, работающих во взрывоопасных зонах, может вызвать воспламенение окружающих взрывоопасных смесей со всеми вытекающими последствиями. Неполная загрузка двигателя (т. е. применение двигателя завышенной мощности) приводит к увеличению потребления им из сети реактивной мощности.

Мощность, забираемая электроприемниками из сети, частично преобразуется в механическую и тепловую энергию и расходуется на вращение вала приводимого механизма, нагрев проводов, накаливание нити электроламп, частично же идет на образование электромагнитных полей в обмотках машин, трансформаторов, электромагнитов. Та часть мощности, которая преобразуется в механическую и тепловую энергию, называется активной мощностью, та часть, которая идет на образование магнитных полей, называется реактивной мощностью.

На рис. 99,а изображена векторная диаграмма, па которой гипотенуза представляет собой полную мощность S, забираемую из сети электроприемником, а катеты — активную мощность Р и реактивную мощность Q. Реактивная мощность сама не производит полезной работы. Вместе с тем выработка и передача ее вызывают дополнительные потери активной энергии в проводах и трансформаторах и уменьшают отдачу активной энергии генераторами электростанции. Вследствие этого приходится завышать мощность генераторов, трансформаторов и сечение линий электропередачи. Из векторной диаграммы рис. 99,а.
Q = Ptgφ, (75)
откуда tgφ = Q/P,
где φ — угол сдвига фаз между векторами полной мощности S и активной мощности Р.
Величина tgφ характеризует соотношение между потребляемыми из сети реактивной и активной мощностями. При tgφ<l ,(т. е. при значении угла <р<45°) потребление реактивной мощности из сети меньше потребления активной мощности (Q<P); при tgφ=l (φ=45°) потребление реактивной и активной мощности одинаково (Q=P); при tgφ>l (φ>45°) потребление реактивной мощности превышает потребление активной мощности (Q>P). Таким образом, чем меньше значение tgφ, тем лучше энергетические показатели потребления электроэнергии на объекте (насосной или компрессорной станции или нефтяной базы). Для стимулирования мероприятий по уменьшению потребления реактивной мощности энергоснабжающие организации применяют систему скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию за компенсацию потребителями реактивной мощности, получаемой от сети. Скидки и надбавки к тарифу определяются в зависимости от степени компенсации реактивной мощности, оцениваемой коэффициентами
tgφM = Qм/PK,
где Рм — заявленная потребителем мощность, участвующая в максимуме нагрузки энергосистемы, кВт; Qa — оптимальная реактивная нагрузка потребителя в часы максимума активной нагрузки энергосистемы (задается энергоснабжающей организацией), квар; QM — фактическая реактивная нагрузка потребителя, участвующая в максимуме нагрузки энергосистемы, квар.

Шкала скидок и надбавок составлена таким образом, что чем меньше у потребителя tgφм и чем меньше он отличается от tgφэ, задаваемого энергосистемой, тем выше скидка с тарифа, и, наоборот, чем больше tgφM у потребителя и чем больше он задаваемого tgφ3, тем выше надбавка к тарифу. Например, если при заданной энергосистемой величине tgφ3=40, у потребителя окажется такое же значение tgφM=40, то энергосистема делает скидку с тарифа в размере 5%. При значении у потребителя tgφM=30 или tgφM=50 размер скидки уменьшается до 1%. Если у потребителя при том же заданном tgφэ=40 окажется, например, tgφм=0,95, то он платит надбавку к тарифу в размере 20%.
Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели. Неполная их загрузка увеличивает относительную потребляемую реактивную мощность. Для уменьшения потребляемой реактивной мощности необходимо, чтобы все электродвигатели -были полностью загружены в пределах их номинальной мощности. Общее потребление реактивной мощности на предприятии может быть уменьшено применением устройств, генерирующих реактивную мощность в сеть, т. е. компенсирующих ее потребление в электроприемниках. В качестве генераторов реактивной мощности в насосных и компрессорных станциях магистральных нефтепроводов и газопроводов используют синхронные электродвигатели, а на нефтебазах — предназначенные для этой цели силовые конденсаторы.
Синхронные электродвигатели при соответствующем токе возбуждения могут вырабатывать реактивную мощность, которая направляется в питающую сеть. На рис. 99,б векторная диаграмма показывает принцип компенсации реактивной мощности, получаемой от сети, синхронным электродвигателем. До включения синхронного двигателя потребление реактивной мощности определялось отношением

После включения синхронного двигателя в работу общий расход активной мощности увеличился за счет нагрузки двигателя Рсд

а расход реактивной мощности Q1 уменьшился на величину

Новое значение tgφ2 стало

Расход полной мощности определится из геометрической суммы векторов

Силовые конденсаторы потребляют из сети емкостную реактивную мощность Qк, вектор которой по знаку противоположен направлению вектора реактивной намагничивающей мощности Q1 (рис. 99,в), и последняя уменьшается до значения Q2= Q1—QK. В обоих случаях угол φ1 уменьшается до значения φ2. Чем меньше угол φ1, тем меньше значение тангенса φ, тем меньше потребление реактивной мощности из сети. Необходимая мощность компенсирующего устройства определится по формуле
(76)
где Рср — средняя активная нагрузка за рассчитываемый период (сутки, месяц, год); φ1 — средний тангенс угла сдвига фаз за тот же период времени; φэ — тангенс угла сдвига фаз, задаваемый энергосистемой.
Для экономного и рационального расходования электроэнергии энергоснабжающие организации устанавливают каждому предприятию определенную норму (лимит) расхода электроэнергии, которая ограничивает ее расход в пределах, обеспечивающих выполнение производственного плана предприятия. Исходными данными при этом являются нормы удельного расхода электроэнергии на единицу вырабатываемой продукции (в кВт-ч/т, кВт-ч/м3). Нормы устанавливаются по статистическим данным о расходе электроэнергии (в кВт-ч) за определенный период времени (месяц, год) и выработанной (перекаченной) за это время продукции (в т или в м3) на данном или аналогичном предприятии с учетом местных условий. Потребители электрической энергии должны поддерживать экономичный режим работы электроустановок, заданную величину tgφ и, безусловно, соблюдать утвержденные нормы расхода электроэнергии на единицу выработанной (перекаченной) продукции.

Для определения норм и учета расхода электроэнергии все электролинии, питающие данную установку, цех или производство, должны быть снабжены счетчиками расхода активной и реактивной электроэнергии. Экономия электроэнергии может считаться реальной только тогда, когда фактический расход электроэнергии на единицу производимой или перекачиваемой продукции ниже заданного (нормируемого). Контроль за режимом электропотребления, рациональным использованием электрической энергии и надзор за техническим состоянием электрохозяйства осуществляется представителями органов Государственного энергетического надзора.
Промышленные предприятия оплачивают энергоснабжающие организации за пользование электроэнергией по одноставочному и двухставочному тарифу, по установленному прейскуранту. Расчеты по одноставочному тарифу производятся с потребителями с присоединенной мощностью до 100 кВ; по двухставочному тарифу — с потребителями с присоединенной мощностью 100 кВт и более. Двухставочный тариф состоит из основной и дополнительной ставок. Основная ставка предусматривает плату за 1 кВт заявленной потребителем мощности, участвующей в суточном максимуме энергосистемы, или за 1 кВ-А присоединенной мощности, вне зависимости от фактического, количества израсходованной потребителем электроэнергии. Основная плата за заявленную потребителем мощность в киловаттах взимается только с потребителей с собственным годовым максимумом нагрузки не менее 500 кВт. Дополнительная ставка предусматривает плату за каждый отпущенный киловатт X час активной электроэнергии, учтенной расчетным счетчиком.

Источник

Лекция № 21

Содержание:

Экономичность режимов электрических систем

План.

Общие сведения.
Оптимальное
распределение активной мощности между
электростанциями.
Оптимальное
распределение мощности в замкнутых
сетях.
Экономичный режим
работы трансформаторов.

Общие сведения

Обеспечение
экономичности режимов работы электрических
систем отно-сится к задачам управления
режимами. Обеспечить экономичность
режима означает обеспечить качественное
и надежное электроснабжение потребителей
при наименьших затратах материальных
ресурсов.

Экономичность
режима достигаетсяза счет

наиболее экономичной
работы структурных элементов;
наилучшего
распределения нагрузок между источниками
питания;
выбором наилучшей
конфигурации сети;
выбором наилучшего
состава оборудования.

Задача обеспечения
экономичности режима относится к
оптимизационным задачам. С математической
точки зрения задача сводится к определению
минимального значения целевой функции,
которая выступает в качестве критерия
оптимальности. На параметры, входящие
в целевую функцию, накладываются
ограничения. Например, при распределении
мощности между ЭС, очевидно, что мощность
станции может изменяться в пределах:

На практике решаются
задачи оптимизации с локальными
критериями целевой функции. К ним
относятся:

оптимальное
распределение активной мощности между
электростанциями по критерию минимума
затрат на производство электроэнергии;

оптимальное
распределение мощности в замкнутых
сетях по критерию минимума потерь
мощности;

экономичный
режим работы трансформаторов по критерию
минимума потерь мощности

и другие.

Оптимальное распределение активной мощности между тепловыми электростанциями

Естественное
распределение активной мощности между
тепловыми электростанциями происходит
обратно пропорционально коэффициентам
статизма регуляторов скорости. Такое
распределение не отвечает требованию
экономичности режима. В качестве критерия
оптимальности принят минимум суммарного
расхода топлива в энергосистеме при
соблюдении баланса мощности.

Для каждой ЭС и
отдельного генератора существует
расходная характеристика. Она определяет
зависимость расхода топлива от мощности
нагрузки. Рассмотрим две ЭС. Расходные
характеристики представим упрощенными
(см. рис. 21.1). Будем считать, что расходная
характеристика первой ЭС более крутая,
т.е. эта ЭС увеличивает расход топлива
на единицу роста нагрузки больше, чем
вторая ЭС. Но при одинаковой мощности
нагрузки первая ЭС расходует меньше
топлива, чем вторая.

img m4AJ9D

В режиме
1 первая электростанция загружена
мощностью .При этом расход топлива
составляет .
У второй электростанции при мощности
загрузки
расход топлива равен .
Суммарная нагрузка в системе и расход
топлива соответственно равны:

Перераспределим
нагрузку между электростанциями
следующим образом. На первой ЭС уменьшим
нагрузку на величину .
Расход топлива на этой ЭС снизится наи становится равным.
Вторая ЭС принимает на себя нагрузкуи увеличивае расход топлива на.
Во втором режиме ее расход составляет.

Баланс мощности
в системе не изменился
а общий расход топлива снизился
на величину

Отношение
является важным
технико-экономическим показателем ЭС.
Предел

называется
относительным приростом расхода топлива.
Электростанция, которая имеет меньшее
значения величины ε, меньше увеличивает
расход топлива при росте нагрузки. Эту
станцию следует загружать в первую
очередь.

Наименьший расход
топлива в энергосистеме или оптимальное
распределение нагрузки будет при
равенстве относительного прироста
расхода топлива на всех электростанциях:

Перераспределение
нагрузок по этому условию выполняется
путем изменения уставок АРС (автоматические
регуляторы скорости).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Режимы работы электрооборудования (ЭО) отличаются по характеру и длительности рабочих циклов, по значениям нагрузок и температурным режимам, по величине потерь, особенностям пуска и работы в установившихся режимах. Особое внимание уделяют номинальным режимам, для которых рассчитывается серийное оборудование. Данные, содержащиеся в паспорте ЭО, относятся именно к номинальному режиму и называются номинальными данными. Заводы-изготовители дают гарантии при условии работы ЭО в номинальном режиме, при номинальной нагрузке и полном соответствии теплового состояния нормативным значениям. Для более точного определения нагрузок электроприемника (ЭП) их подразделяют по группам по сходству графиков эксплуатации.

Режим S1 – продолжительный номинальный (рис. 1, а), длительность (N) которого такая, что при неизмененных значениях нагрузки (P), потерь (∆Р) и при практически неизменной температуре окружающей среды превышение температуры (θmax) всех частей машины достигает установившихся значений. То есть температура при неизменных внешних условиях практически не меняется, а если изменяется, то не более чем на 1 ºС в час при газообразной охлаждающей среде и на 0,5 ºС – при жидкой.

Режим S2 – кратковременный номинальный (рис.1, б). В этом режиме периоды постоянной нагрузки ЭО чередуются с периодами отключения. Все периоды нагрузки — непродолжительны, и температура всех частей машины не успевает достичь установившегося значения, а периоды пауз столь продолжительны, что все части машины успевают остыть до температуры, отличающейся от температуры окружающей среды не более чем на ± 3 ºС, т.е. машина находится практически в холодном состоянии. Стандартные значения периодов работы ЭО – 15, 30, 60 и 90 мин, но могут быть и меньше.

Режим S3 – повторно-кратковременный номинальный (рис. 1, в). В этом режиме цикл работы равен сумме рабочего периода tр (время работы ЭО, час) и паузы tп (время паузы, час). При этом пусковой ток не успевает вызвать превышения температуры.

Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин.

Режим характеризуется продолжительностью включения (ПВ):

ПВ = (tр/(tр + tп))·100 %,

Режимы работы электродвигателей S1-S10 по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся


Продолжительный режим работы S1(Продолжительный номинальный) а	Кратковременный режим работы S2 (Кратковременный номинальный) б

Повторно-кратковременный режим (номинальный) S3 в	Повторно-кратковременный номинальный с частыми пускам S4 г

Повторно-кратковременный перемежающийся режим S5 е	Перемежающийся номинальный режим работы S6 ж

Промежуточный режим S7 (Перемежающийся номинальный с частыми реверсами и электрическим торможением) з	Промежуточный режим S8 (Перемежающийся номинальный с двумя и больше частотами) и

Рисунок 1 – Режимы работы электрооборудования S1 – S8

Стандартными считаются ПВ = 15; 25; 40 и 60 %. Продолжительность цикла 15 % принимается равной 10 мин. В период паузы машина должна быть отключена и остановлена. Испытания проводятся до достижения практически повторяющейся температуры частей машины, т.е. такой температуры, изменения которой в моменты включения или отключения не превышают 2 ºС в 1 час.

Режим S4 – повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов – это номинальный повторно — кратковременный режим с частыми пусками (см. рис. 3.1, г), который состоит из последовательности идентичных циклов работы. Каждый цикл включает: время пуска, достаточное, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины; время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры; время останова, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Режим S5 – повторно-кратковременный номинальный с частыми пусками и электрическим торможением (с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением) (см. рис. 3.1, е). В этом режиме каждый рабочий период заканчивается отключением машины и ее электрическим торможением длительностью tП. Для этого режима характерны одинаковые циклы работы.

Каждый цикл содержит:

достаточно длительное время пуска;
время работы, за которое машина не нагревается до установившейся температуры;
время быстрого электрического торможения и время останова, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Режим S6 – перемежающийся номинальный (см. рис. 3.1, ж). В этом режиме рабочие периоды с неизменной номинальной кратковременной нагрузкой чередуются с периодами холостого хода (ХХ), причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения. Режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН), которая определяется, как отношение продолжительности рабочего периода N к продолжительности tц полного цикла:

ПН = (N/tц) 100, %.

Обычно ПН = 15; 25; 40 и 60 %, а продолжительность одного цикла составляет 10 мин (см. рис. 3.1, е).

Режим S7 – перемежающийся номинальный с влиянием пусковых процессов, с частыми реверсами и электрическим торможением (см. рис. 3.1, з). Режим не содержит пауз, имеет идентичные циклы, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение, а затем без перерыва производится реверс и начинается следующий рабочий период. Число реверсов достигает 30÷360 циклов в час.

Режим S8 – перемежающийся номинальный с двумя частотами и больше (например, для электродвигателя (ЭД) с периодически изменяющейся частотой вращения, см. рис. 3.1, и). Режим не содержит пауз и включает идентичные циклы, каждый из которых имеет время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других нагрузках, каждому из которых соответствует своя частота вращения (например, это работа асинхронного двигателя (АД) с переключением числа пар полюсов). Состоит из непрерывно чередующихся циклов (количество циклов в час – 30; 60; 120; 240), каждый из которых имеет несколько рабочих периодов N1÷N3, разные частоты вращения (n1÷n3) и нагрузки. Режим S8 иногда называют «кратковременный».

В последние годы дополнительно рассматривают еще два режима:

Режим S9 – работа ЭД с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения. Этот режим часто содержит перегрузки, которые могут значительно превышать базовую нагрузку. Для этого типа режима постоянная нагрузка, выбранная соответствующим образом и основанная на типовом режиме S1, берется как базовая для определения перегрузки.

Режим S10 – работа ЭД с дискретными нагрузками и частотами вращения. При этом каждая комбинация нагрузки/частоты вращения сохраняется достаточное время для того, чтобы машина достигла практически установившегося теплового состояния. Минимальная нагрузка в течение рабочего цикла может иметь и нулевое значение (холостой ход, покой или бестоковое состояние). Для этого режима постоянная нагрузка, выбранная в соответствии с режимом S1, принимают за базовую для дискретных нагрузок. Дискретные нагрузки являются, как правило, эквивалентной нагрузкой, интегрированной за определенный период времени. Нет необходимости, чтобы каждый цикл нагрузки точно повторял предыдущий, однако каждая нагрузка внутри цикла должна поддерживаться достаточное время для достижения установившегося теплового состояния, и каждый нагрузочный цикл должен интегрировано давать ту же вероятность относительного ожидаемого термического срока службы изоляции машины.

Знание режима работы определяет выбор ЭД для конкретных ЭП. Мощности двигателей, указанные в каталогах, показаны для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением. Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу. Так, при работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % – при длительности нагружения 30 мин, на 10% – при длительности нагружения 90 мин, [32].

Источник

Оптимизация режимов работы электрооборудования

ЭКСПЛУАТАЦИЯ и ремонт ОБОРУДОВАНИЯ (5 курс)

ЛЕКЦИЯ №15

Оптимизация режимов работы электрооборудования

Учебные вопросы:

1. Оптимизация системы электроснабжения.

2. Выбор электрооборудования по экономическим критериям.

3. Экономия электроэнергии.

1. Оптимизация системы электроснабжения.

Совокупность электроустановок, которые предназначены для обеспечения электрической энергией различных потребителей, называется системой электроснабжения.

Система электроснабжения это комплекс инженерного оборудования и сооружений, которыми являются распределительные сети, трансформаторные подстанции, электрооборудование (системы наружного освещения, станки, насосы и др.).

Потребителями электрической энергии обычно являются электроприемник (агрегат, аппарат, или механизм, который предназначен для преобразования электрической энергии в другой вид энергии), либо группа электроприемников.

Вырабатываемая электростанциями электрическая энергия поступает к потребителям через систему взаимосвязанных передающих, распределяющих и преобразующих электроустановок. При этом передача электроэнергии происходит по воздушным сетям (линиям электропередачи) с напряжением 35, 110, 150, 220 кВ и до 1150 кВ по шкале номинальных напряжений, которая утверждена ГОСТом. Пример принципиальной схемы передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях показан на рис. 1.

Рис. 1. Пример принципиальной схемы передачи и распределения

электроэнергии в электрических сетях

ТП-трансформаторные подстанции; Г1,Г2-генераторы;

РП-распределительный пункт

Необходимо отметить, что электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами электростанции, обычно имеющими номинальное напряжение 10-15 кВ, далее поступает в трансформаторы, где ее напряжение повышается обычно до 220 кВ. После этого эта электрическая энергия поступает на сборные шины открытой подстанции этой электростанции. Затем, при помощи ЛЭП, обычно напряжением 220 кВ, электрическая энергия поступает на шины 220 кВ понижающей подстанции, которая может быть связана с помощью ЛЭП также и с другими электростанциями.

На понижающей подстанции с помощью трансформаторов напряжение электрической энергии обычно понижается с 220 кВ до 6 или 10 кВ, причем с этим напряжением электрическая энергия поступает к распределительному пункту.

От распределительного пункта электрическая энергия поступает к подстанциям с силовыми трансформаторами, которые понижают напряжение обычно до 380 или 220 В, а далее эта электроэнергия поступает к потребителям.

Полная электрическая мощность, активная электрическая мощность и реактивная электрическая мощность. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть использована потребителем электроэнергии. Активная электрическая мощность это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (источнику электроэнергии) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление.

Электрическое сопротивление, например, электрической цепи равно отношению напряжения (U), приложенного к этой цепи, к току (I), протекающему по этой цепи. При большом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет большим, а ток маленьким, а при малом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет маленьким, а ток большим.

Если нагрузка имеет только активное сопротивление (лампы накаливания, нагревательные приборы), то активная мощность будет равна полной мощности. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Полная электрическая мощность равна:

S=U х I х cоs f.

Коэффициент активной мощности (cоs f) представляет собою отношение активной мощности к полной мощности.

Чем больше индуктивность или емкость включенного в электрическую сеть потребителя, тем большая доля полной мощности приходится на ее реактивную составляющую. С увеличением индуктивности или емкости нагрузки коэффициент активной мощности уменьшается и величина фактически используемой активной мощности снижается.

Приведем пример расчета коэффициента активной мощности (cоs f).

cоs f = Р (активная мощность в Вт) / S (полная мощность в В.А).

Например, cоs f= 16000 Вт/ 20000 В.А = 0,8.

Обычно значение cоs f указано в технических характеристиках конкретного потребителя электрической энергии.

Непроизводительные потери электроэнергии и мероприятия по сокращению этих потерь. Работа системы электроснабжения связана с наличием непроизводительных потерь электроэнергии, причем в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %. В связи с постоянным ростом тарифов на электроэнергию целесообразен для потребителей выбор технологий, устройств или оборудования, которые позволят снизить эти потери.

Следует отметить, что поставщику электроэнергии не важно, что часть активной мощности преобразуется у потребителя в реактивную мощность и поэтому процент эффективного использования потребителем электроэнергии этой электроэнергии существенно уменьшается. Реактивная мощность (потери электроэнергии) наряду с активной мощностью учитывается поставщиками электроэнергии и следовательно подлежит оплате по действующим тарифам, причем составляет значительную часть счета за электроэнергию (в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %).

При эксплуатации электрооборудования обычно возникают у потребителей существенные потери активной мощности. Это происходит в результате использования потребителями электроэнергии в промышленности и сельском хозяйстве неэффективного по своей конструкции электрического оборудования, причем даже у лучших образцов этого оборудования, а именно электродвигателей насосов, вентиляторов и компрессоров, различных станков, сварочного оборудования и другого оборудования, имеющего высокую индуктивную или емкостную составляющию мощности (индуктивную или емкостную нагрузку) с низким соs f. Кроме того, например, при прямом пуске асинхронного электродвигателя, большой пусковой ток вызывает резкое снижение напряжения в электрической сети, что приводит к увеличению скольжения остальных работающих электродвигателей.

Следует отметить, что имеются и потребители электроэнергии (например, лампы накаливания, нагревательные приборы), которые не имеют потерь активной мощности, а имеют только активную нагрузку с соs f=1.

Примеры соs f у различного электрооборудования.

Асинхронные электродвигатели — соs f=0,8.

Асинхронные электродвигатели при неполной загрузке (частом холостом ходе) — соs f=0,5.

Сварочные трансформаторы — соs f=0,4.

Мероприятия по сокращению непроизводительных потерь электроэнергии необходимы следующие:

Выявление мест наибольшего значения потерь электроэнергии у потребителей.
Анализ причин повышенных потерь электроэнергии в этих местах.
Определение путей уменьшения этих потерь.
Выполнение необходимых мероприятий для сокращения непроизводительных потерь электроэнергии.

Компенсация реактивной мощности. Необходима компенсация, причем выполняемая самими заинтересованными в этом потребителями, реактивной мощности ими у себя, что гарантированно позволит им повысить процент использования активной мощности, а значит снижать свои потери и соответственно снижать потребление энергоносителей.

Для улучшения качества работы электрической сети применяются, как нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности, так и регулируемые устройства компенсации реактивной мощности, причем у каждого устройства (УКРМ) имеются свои сферы применения.

Нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К нерегулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

— БСК (батареи статических конденсаторов);

— реакторы;

— ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства);

— УПК (устройства продольной компенсации).

Регулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К регулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

— УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства;

— ТУР (тиристорные управляемые регуляторы);

— СТК (статические тиристорные компенсаторы);

— активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока.

Необходимо отметить, что основным нормативным показателем поддержания в электросети, причем как в целом в электросети, так и в ее отдельных узлах нагрузки, баланса активной мощности, является частота переменного тока и уровень напряжения, симметрия фаз. Поэтому необходимо применение дополнительного источника (устройства компенсации реактивной мощности), который будет осуществлять периодические накопления электроэнергии с последующим возвратом ее в сеть.

БСК (батареи статических конденсаторов). Следует отметить, что их применение приводит к появлению в электрической сети высших гармонических составляющих (ВГС), в результате чего могут возникать резонансные явления на одной из частот ВГС, что сокращает срок службы батареи статических конденсаторов. Поэтому их применение в электрических сетях, где имеются электрические приемники с нелинейными характеристиками неэффективно. Их целесообразно применять для индивидуальной компенсации реактивной мощности электроприемников, которые значительно удалены от электропитания. Подключаются параллельно нагрузке.

Реакторы. Эти устройства обычно применяются для компенсации емкостной (зарядовой) реактивной мощности в высоковольтной линии при передаче электроэнергии на большие расстояния и представляют интерес только для МРСК и. т. д.

ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства). Эти устройства представляют собой усовершенствованные БСК (батареи статических конденсаторов), благодаря дополнительному включению в схему реактора, который включен последовательно батарее статических конденсаторов. При этом реактор выполняет функцию настройки колебательного контура «БСК – реактор – внешняя сеть» на заданную частоту и функцию ограничения токов включения. Эти функции позволяет использовать ФКУ в электрических сетях с высоким содержанием ВГС (высших гармонических составляющих), причем осуществлять фильтрацию ВГС в электросети. Подключаются параллельно нагрузке.

УПК (устройства продольной компенсации). Эти устройства отличаются схемой установки, а именно тем, что конденсаторные батареи подключаются последовательно нагрузке, а не параллельно, как во всех остальных устройствах. Эти устройства используются в основном на ЛЭП, причем использование их экономически эффективно только на вновь сооружаемых объектах. Подключаются последовательно нагрузке.

УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства имеющие несколько ступеней регулирования. Эти устройства перспективны для использования в паре с автономными генерирующими установками (ДГУ и т. д.). Необходимо отметить, что их отличие состоит в том, что управляемые конденсаторные установки более эффективны при наличии переменной нагрузки. Если нагрузка, например, изменяется в течение суток, то оптимальный режим может поддерживаться с помощью этих устройств. Подключаются параллельно нагрузке.

ТУР (тиристорные управляемые регуляторы) и СТК (статические тиристорные компенсаторы). Эти устройства обычно используются там, где имеются жесткие требования к стабильности напряжения и его качеству, например, на городских и тяговых подстанциях. При этом тиристорные управляемые регуляторы генерируют индуктивную составляющую, а статические тиристорные компенсаторы индуктивную и емкостную составляющие. Недостатком этих устройств является их высокая стоимость. Подключаются параллельно нагрузке.

Активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока). Они обладают свойствами такими же, как и у всех ранее описанных устройств. Эти устройства перспективны для использования. Подключаются параллельно нагрузке.

Технические средства компенсации реактивной мощности у электрооборудования потребителей обычно включают в себя соответствующее электрооборудование, в том числе позволяющее и снизить несимметрию фаз. В качестве основных способов коммутации в устройствах компенсации реактивной мощности обычно применяются устройства управляемые реле (управляемые конденсаторные установки) и управляемые тиристорами (управляемые конденсаторные установки).

Применение тиристорного управления обеспечивает высокое быстродействие работы КУ, отсутствие бросков тока в момент коммутации, и уменьшает старение конденсаторов.

Коммутация конденсаторов в управляемых конденсаторных установках обычно происходит в момент нулевого напряжения.

Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии показан на рис. 2.

Рис. 2. Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии

Необходимо отметить, что при выборе мест установки конденсаторных установок необходимо стремиться к подключению их под общий коммутационный аппарат с электроприемником потребителя электрической энергии, чтобы избежать дополнительных затрат на дополнительный аппарат.

В конденсаторных установках необходимо наличие фильтров высших гармоник (снижающих помехи и защищающих конденсаторы).

Реактивная мощность, которая может быть скомпенсирована, соответствует той мощности, которая указана в паспорте установки, а также должен быть указан шаг компенсации (минимальная величина приращения, на которую изменяется емкость включенных конденсаторов).

Следует отметить, что конденсаторные установки необходимо ставить при эксплуатации на обслуживание, например, силами местных электриков предприятия (это электрооборудование обычно находится в их зоне ответственности), что несколько снизит их экономическую эффективность.

Необходимо также отметить, что конкретные технические решения по внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности можно разрабатывать и реализовывать исходя из анализа конкретных технических заданий.

Частотно-регулируемый электропривод. Как уже отмечалось, значительной эффективности при организации энергоснабжения на современном инновационном уровне можно достичь при использовании энергосберегающего регулируемого электропривода с преобразователями частоты. При этом на асинхронных низковольтных либо синхронных высоковольтных двигателях расход энергии сокращается до 50 %. Возможно регулирование скорости двигателя как в диапазоне от близкой к нулю до номинальной, так и выше номинальной. Увеличивается срок службы двигателя и приводного механизма, достигается мягкий, программируемый пуск двигателя. Улучшается технологический процесс и качество продукции, появляется возможность автоматизации и управления от АСУ ТП, сокращаются трудозатраты при эксплуатации привода и др.

К областям применения подобных приводов относятся:

насосы (от подкачек до магистральных);

компрессоры, воздуходувки, вентиляторы систем охлаждения, тягодутьевые вентиляторы котлов;

рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортировочные устройства;

дробильное оборудование, мешалки, экструдеры;

центрифуги различных типов;

линии производства металлического листа, пленки, картона, бумаги и др.;

буровое оборудование (от насосного до спускоподъемного); устройства откачки нефти из скважин (станки-качалки, погружные насосы и др.);

краны (от тельферов до мостовых);

металлообрабатывающие станки, пилы, прессы и другое технологическое оборудование.

В качестве примера приведем использование преобразователя частоты на приводе водозаборной станции. В этом случае до 50 % сокращается расход электроэнергии за счет автоматического поддержания необходимого давления воды при изменении объема потребления, в 2 — 3 раза увеличивается срок службы двигателя, приводного механизма и электрокоммутационных устройств благодаря исключению пусковых перегрузок по току, гидравлических ударов при пуске электродвигателя. Увеличивается срок службы трубопроводов, сокращается расход воды из-за уменьшения потерь при избыточном давлении, сокращаются трудозатраты при эксплуатации в связи с увеличением межремонтных периодов электропривода.

Повышение эффективности и надежности энергоснабжения при использовании тиристорных преобразователей частоты для синхронных высоковольтных электродвигателей объясняется следующими причинами:

один преобразователь может быть использован для поочередного или группового пуска нескольких электроприводных агрегатов с синхронными двигателями;

пуск двигателя осуществляется плавно с токами меньше номинального значения, что не приводит к перегреву поверхности ротора, ударным механическим воздействиям на обмотки статора. Вследствие этого обеспечивается значительное увеличение ресурса двигателя;

отсутствие ограничений по числу частотных пусков электроприводного агрегата с синхронным двигателем от тиристорного преобразователя частоты. Экспериментально подтверждена возможность 15 пусков в течение одного часа серийных двигателей и более 2 000 пусков в течение одного года без какого-либо ремонта ротора или статора;

остановка электроприводного агрегата за счет рекуперативного электрического торможения обеспечивает возврат электроэнергии в питающую сеть;

реализация режима стационарной точной синхронизации электроприводного агрегата с питающей сетью гарантирует надежное переключение двигателя в сеть без бросков тока и механических ударов;

снижение требований к высоковольтной линии, питающей предприятие, поскольку при пуске очередного электроприводного агрегата не происходит посадки напряжения в линии (пусковой ток в 5 —10 раз меньше по сравнению с реакторным);

мощность тиристорного преобразователя частоты, используемого для пуска разгруженного двигателя, составляет 20… 30 % номинальной мощности электроприводного агрегата, что предопределяет высокие технико-экономические показатели.

Эффективность использования тиристорных преобразователей частоты в составе частотно-регулируемого электропривода с синхронными двигателями определяется не только перечисленными выше факторами, но и значительной экономией электроэнергии и расширением технологических возможностей, особенно в тех случаях, когда требуется большой диапазон регулирования частоты вращения электроприводного агрегата.

Целесообразен для потребителей выбор этих устройств, которые позволят снизить потери электроэнергии, которые в ряде случаев составляют до 20 %.

2. Выбор электрооборудования по экономическим критериям

Одним из способов повышения надежности работы электрооборудования является его правильный выбор. При выборе электрооборудования электроприводов необходимо учитывать: мощность необходимую для привода рабочей машины; исполнение электродвигателя; модификацию электродвигателя; устройство защиты электродвигателя.

В связи с массовостью применения электроприводов даже незначительные погрешности выбора, в конечном счете, приводят к огромному суммарному ущербу.

В настоящее время предлагаемые методики выбора электрооборудования предписывают строго рассчитывать их энергетические параметры. При этом особенности рабочих машин и условий эксплуатации учитываются приближенно. Это было оправдано на первом этапе развития электрификации, но сейчас, при возросших требованиях к электроприводу, требуется учитывать большое число факторов и связей.

Предлагаемая методика оптимального комплектования электроприводов может быть использована для выбора не регулируемых по частоте вращения асинхронных электродвигателей серии «4А» и аппаратуры управления ими. Кроме этого электродвигатели не должны иметь особых требований к пуску и торможению. Эта методика не заменяет рекомендации по выбору электрооборудования, предложенные в книгах:

— Мартыненко И. Н., Тищенко Л. Н. Курсовое и дипломное проектирование по комплексной электрификации и автоматизации.-М.:Колос, 1978.

— Проектирование комплексной электрификации/Под ред. Л. Г.Прищеп.-М:Колос 1983.

— Система ППРЭсх.-М.:Агропромиздат, 1987.

А дополняет их за счет учета более широкого круга факторов.

17.2. Методика оптимального комплектования электроприводов

Источник

Режим — работа — электроустановка

Cтраница 3

Указывается режим работы электроустановки в процессе диагностирования. Процесс диагностирования может проходить во время функционирования электроустановки, и тогда это — функциональное техническое диагностирование. Возможно диагностирование в режиме останова. Возможно диагностирование при форсированном режиме работы электроустановки.
[31]

Указывается режим работы электроустановки в процессе диагностирования. Процесс диагностирования может проходить во время функционирования электроустановки и тогда это — функциональное техническое диагностирование. Возможно диагностирование в режиме останова. Возможно диагностирование при форсированном режиме работы электроустановки.
[32]

С якорем связаны главные контакты выключателя ( на рис. 2.6 не показаны), обмотка 7 включается непосредственно в главную цепь защищаемого элемента. Поэтому ток в обмотке определяется режимом работы электроустановки. Он создает магнитный поток Фр, замыкающийся через полюсы магнитопровода. Обмотка 6 яв ляется включающей. Оперативное напряжение UB подводится к ней кратковременно только в момент включения выключателя. Вторая часть Фд2 этого потока замыкается через левый полюс магнитопровода. В зависимости от соотношения результирующих магнитных потоков в полюсах якорь 2 может быть притянутым к одному или другому полюсу. В нормальном режиме работы, когда ток в обмотке 7 является током нагрузки, результирующий магнитный поток в правом полюсе превосходит результирующий магнитный поток в левом полюсе. При КЗ ток в защищаемом элементе, а следовательно, и в обмотке 7 резко возрастает. В связи с этим результирующий магнитный поток в правом полюсе уменьшается, а в левом полюсе увеличивается и якорь 2 притягивается к левому полюсу, отключая выключатель. Полное время отключения, включая и время гашения дуги, составляет не более 0 08 с. Ток срабатывания зависит от величины воздушного зазора между левым полюсом и винтом 8 и регулируется этим винтом.
[34]

Нормальный режим работы электроприемника, по ГОСТ 721 — 77, обеспечивается при нормальном напряжении сети, которое должно совпадать с номинальным напряжением приемника в точке его присоединения. Повышение или снижение уровня напряжения сети ухудшает режим работы электроустановок.
[36]

Большую роль в повышении надежности и экономичности режима работы электроустановок и улучшении качества электроэнергии играют устройства автоматики и телемеханики, которые всегда должны быть включены в работу. Их роль особенно возрастает при авариях и других внезапных изменениях режима работы электроустановок.
[37]

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек. Без рабочего заземления аппарат не может выполнить своих функций или нарушается режим работы электроустановки.
[38]

Различают внешние ( атмосферные) и внутренние ( коммутационные) перенапряжения. Причинами внутренних перенапряжений являются переходные процессы, возникающие при резких изменениях режима работы электроустановки, содержащей нагрузки индуктивного и емкостного характера. Например, при отключении индуктивного тока короткого замыкания возникает коммутационное перенапряжение вследствие явления самоиндукции.
[40]

Устройства релейной защиты и автоматики выполняются с применением специальных приборов — реле. Реле называются приборы ( аппараты), которые воспринимают изменения в режиме работы электроустановки и автоматически воздействуют на сигнализирующие, отключающие или переключающие устройства.
[41]

На каждом приемном и распределительном пункте предприятия с дистанционным управлением выключателями, как правило, имеется свой щит управления. На панелях щита управления размещены приборы управления, сигнализации, измерения, контроля режима работы электроустановки.
[42]

На каждом приемном и распределительном пунктах с дистанционным управлением выключателями имеется свой щит управления с круглосуточным дежурством персонала. На панелях щита управления размещены приборы управления, сигнализации, измерения, контроля режима работы электроустановки.
[43]

На каждом приемном и распределительном пункте с дистанционным управлением выключателями, как правило, имеется свой щит управления с круглосуточным дежурством персонала на нем. На панелях щита управления размещены приборы управления, сигнализации, измерения, контроля режима работы электроустановки.
[44]

Разрядники служат для защиты электроустановок от внутренних и внешних перенапряжений, представляющих серьезную угрозу как для целости изоляции самих установок, так и для имеющихся в них электрических аппаратов. Внутренние или, как их часто называют, коммутационные перенапряжения возникают при резких изменениях режима работы электроустановки, например при включении, отключении или внезапном изменении нагрузок, при отключении коротких замыканий.
[45]

Страницы:

Источник

Экономичность режимов электрических систем

Общие сведения

Оптимальное распределение активной мощности между тепловыми электростанциями

Оптимизация режимов работы электрооборудования

17.2. Методика оптимального комплектования электроприводов

Режим — работа — электроустановка

А вот еще кое-что интересное для вас: