Способы снижения потерь ЭЭ в системах электроснабжения

Электроприемники промышленных предприятий требуют для своей работы как активную (Р), так и реактивную (Q) мощности. Реактивная мощность вырабатывается, как и активная, синхронными генераторами станций и передаётся по системе электроснабжения потребителям.

Следует помнить, что только активная мощность и энергия могут совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую и другие виды энергии. Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первичного двигателя, полученной от природного источника, в электрическую энергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идет на создание магнитных и электрических полей. Для анализа режимов в цепях синусоидального тока реактивная мощность является очень удобной характеристикой, широко используемой на практике.

1. Способы снижения потерь активных нагрузок потребителей

Снижение потребления ЭЭ является одним из важнейших факторов производственной деятельности предприятия. Основной способ снижения потребления ЭЭ – её экономия за счет уменьшения потерь ЭЭ в СЭС предприятия (трансформаторах, линиях, реакторах).

Потери ЭЭ в трансформаторах составляют значительную величину. Эти потери снижают правильным выбором мощности и числа трансформаторов, рационального режима их работы, исключением режимов холостого хода при малых загрузках.

Потери в линиях зависят от сопротивления линии, величины тока линии. Для снижения сопротивления линии, при наличии парных линий, их включают параллельно. Значительно сокращаются потери ЭЭ при использовании повышенных напряжений 20 кВ и 0,66 кВ в питающих и распределительных сетях.

Регулирование графиков нагрузки, целью которого является получение равномерного графика, позволяет повысить использование оборудования и снизить потери ЭЭ. С целью максимальной экономии ЭЭ для энергоёмкого оборудования (электротермических установок, теплообменников, сушильных и холодильных камер и др.) целесообразно установить, какой режим является более экономным – полное отключение с дополнительными расходами для его пуска или их оставление в работе с дополнительными потерями на холостой ход оборудования.

Потери ЭЭ в общепромышленных установках (ОПУ). Расход ЭЭ в ОПУ составляет 50-60 % от общего расхода ЭЭ. Сокращение его может значительно снизить нагрузку потребителей, а соответственно и потерь ЭЭ. Для наглядности приведем данные о расходах ЭЭ некоторыми потребителями ОПУ в процентах к общезаводскому расходу ЭЭ:

- комперессорные установки – 20- 25 %;

- вентиляционные установки – 10- 20 %:

- водонасосные установки – 5- 6 %;

- транспортные устройства – 7- 8 %;

- электроосвещение – 8 -10 %.

Основные способы снижения нагрузок указанных потребителей:

а) Наиболее эффективными способами экономии ЭЭ в компрессорных установках являются:

- поддержание необходимого давления и допустимое снижение давления на компрессоре при прекращении работы потребителей воздуха;

- обеспечение требуемого режима охлаждения;

- понижение температуры всасываемого воздуха и применение промежуточных охладителей в многоступенчатых компрессорах;

- рациональное распределение нагрузки между компрессорами в соответствии с их параметрами и наиболее экономичными по расходу ЭЭ;

- введение системы контроля за утечками сжатого воздуха.

б) Снижение электрических нагрузок в вентиляционных установках в основном определяется автоматизацией их работы в зависимости от режима работы основного оборудования, участка, цеха. Например, использование автоматики в работе воздуходувок участка нагревательных печей с периодическим отключением одной из них может дать экономию до 100 кВт·ч за смену.

в) снижение расхода ЭЭ в насосных установках достигается регулированием производительности и давления насосных агрегатов, а также сокращением расхода воды на производственные нужды.

Регулирование производительности и давления при одиночной работе насосов достигается установкой регулируемых электроприводов или установкой приемных и опорных задвижек. Этот способ является более экономичным. Сокращения расхода воды на производственные нужды обеспечивается устройствами для утилизации охлаждающей воды за счет применения циркуляционных систем охлаждения.

г) Транспортные устройства. Наибольшее потребление ЭЭ приходится на мостовые краны, у которых мощность двигателей часто может превышать мощность, необходимую для текущих перевозок грузов. Снижение расхода ЭЭ в этом случае можно получить за счет применения крана с двумя подъемами или установки второго крана с меньшей грузоподъемностью для постоянной работы. При монтаже (перемещении) многотонного оборудования использовать второй подъем (кран).

д) Электрическое освещение. Основными мерами для снижения расхода ЭЭ являются: содержание в чистоте световых проемов и полное использование естественного света; систематическая чистка осветительных ламп, правильное размещение светильников, применение наиболее экономичных светильников и источников света, схем автоматического включения и отключения внутреннего и наружного освещения.

 

2. Способы снижения реактивных нагрузок

Снижение реактивных нагрузок потребителей может осуществляться:

1) выполнением мероприятий, не требующих установки компенсирующих устройств для снижения реактивной мощности;

2) установкой компенсирующих устройств для частичной или полной компенсации реактивной мощности.

В первом случае, предметом анализа должны быть следующие вопросы:

а) замена мало загруженных асинхронных двигателей (АД) двигателями меньшей мощности. Для АД с номинальным коэффициентом мощности cosφ_ном = 0,91 – 0,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 50% реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для двигателей с cosφ_ном = 0,77 – 0,79 она достигает 70%. Например, если для какого-то конкретного двигателя при 100% -й загрузке cosφ = 0,8, то при 50% -й загрузке он равен 0,65, а при 30% -й – 0,51%. Следовательно, замена систематически мало загруженных АД двигателями меньшей мощности способствует повышению мощности промышленных электроустановок.

б) ограничение холостого хода двигателей и сварочных трансформаторов;

в) применение синхронных двигателей вместо асинхронных двигателей в случае, когда это возможно по условиям технологического процесса;

г) применение наиболее целесообразной силовой схемы вентильного преобразователя (предпочтительнее использовать схемы с меньшим потреблением реактивной мощности).

Как правило, значительное снижение потребления реактивной мощности естественными методами невозможно, поэтому в дополнение к естественным мероприятиям применяют искусственные методы компенсации реактивной мощности, т.е. рассматривается второй случай.

Во втором случае, для компенсации реактивной мощности, потребляемой электроустановками, используются синхронные машины, конденсаторы и специальные статические источники реактивной мощности.

Наглядное представление о сущности компенсации реактивной мощности дает векторная диаграмма, представленная на рис. 3.4. Пусть до компенсации потребитель потребляет активную мощность Р₁ – вектор ОВ и реактивную мощность Q₁ (от индуктивной нагрузки) – вектор ВА. Вектор ОА представляет полную потребляемую мощность S₁.

 

Рис. 3.4. Векторная диаграмма компенсации реактивной мощности

 

Если включить параллельно нагрузке компенсирующую установку (емкостную нагрузку) Q_ку – вектор АА′, то при той же потребляемой активной мощности Р₁ реактивная мощность потребителя уменьшается на величину Q₁- Q_ку, а полная мощность S₂ станет меньше S₁. При этом ток в сети также снизится, поскольку I₂ = S₂ / (U) < I₁ = S₁ / (U). В результате использования компенсирующей установки (КУ) при том же сечении проводов можно повысить пропускную способность сети по активной мощности.

Мощность компенсирующего устройства Q_ку определяется как разность между реактивной мощностью нагрузки предприятия Q и предельной реактивной мощностью Q_э, которую может предоставить предприятию энергосистема по условиям режима ее работы

 

Q_ку = Q – Q_э = Р(tgφ_р – tgφ_э), (3.67)

 

где Q = Р tgφ_р – расчетная мощность реактивной нагрузки предприятия в точке присоединения к питающей энергосистеме;

Q_э – мощность, соответствующая установленным предприятию условиям получения электроэнергии от энергосистемы;

Р – расчетная мощность активной нагрузки предприятия;

tgφ_р = Q/Р – тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности нагрузки предприятия;

tgφ_э – тангенс угла, отвечающий установленным предприятию условиям получения мощности Q_э.

Для компенсации реактивной мощности в сетях общего назначения чаще используют конденсаторные батареи (БК) и синхронные двигатели (СД). К достоинствам конденсаторных батарей относятся простота, невысокая стоимость, малые удельные потери активной мощности. Размещение конденсаторных батарей в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок.

Основное назначение синхронных двигателей – выполнение механической работы, следовательно, он является потребителем активной мощности. При перевозбуждении СД его электродвижущая сила (ЭДС) больше напряжения сети, в результате вектор тока двигателя опережает вектор напряжения, т.е. имеет емкостный характер. В результате СД выдает реактивную мощность. При недовозбуждении СД является потребителем реактивной мощности. Изменение тока возбуждения позволяет регулировать генерируемую СД реактивную мощность. Затраты на генерацию реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим потерь активной мощности в самом двигателе. Как правило, чем меньше номинальная мощность СД и его частота вращения, тем больше эти потери.