По электрическим сетям указывается следующее:

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 40Следующая ⇒

· Протяженность линий электропередачи, находящихся на балансе, в том числе по цепям (35 кВ и выше, 6...20 кВ, 0,38 кВ) и кабельным линиям (6...10 кВ и выше, 0,38 кВ), км.

· Количество и установленная мощность, находящихся на балансе подстанций (35 кВ и выше, ТП 6-35/0,4 кВ), МВ∙А.

· Количество и мощность компенсирующих устройств реактивной мощности, установленных в сетях АО-энерго и потребителей, МВАр.

· Степень компенсации реактивной мощности, кВАр/кВт.

· Фактические потери электроэнергии в электрических сетях за отчетный период: абсолютные (млн. кВт∙ч), относительные к отпущенной энергии (%).

· Нормативные потери электроэнергии в электрических сетях за отчетный период: абсолютные (млн. кВт∙ч), относительные к отпущенной энергии (%).

· Основные показатели АО-энерго в части производства и распределения электрической энергии за базовый период:

· выработка электроэнергии электростанциями (всего. ТЭС, ГЭС), млн. кВт∙ч;

· расход электроэнергии на собственные нужды (всего. ТЭС, ГЭС), млн. кВт∙ч;

· отпуск электроэнергии с шин (всего. ТЭС, ГЭС), млн. кВт∙ч;

· покупная электроэнергия (всего, от блок-станций, импорт), млн. кВт∙ч;

· отпуск электроэнергии в сеть, млн. кВт∙ч;

· фактические потери электроэнергии за базовый период (в том числе потери электроэнергии от транзита электроэнергии РАО «ЕС России» по сетям АО-энерго), млн. кВт∙ч;

· нормативные потери электроэнергии в электрических сетях за базовый период: абсолютные (млн. кВт∙ч), относительные к отпущенной энергии (%);

· производственные нужды АО-энерго, млн. кВт∙ч;

· полезный отпуск электроэнергии (всего, собственным потребителям, экспорт, сальдо-передача).

Документальное обследование в системах электроснабжения

В соответствии с рекомендуемыми нормативными документами ниже приведены некоторые определения, относящиеся к данной теме.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) - совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в хозяйственной деятельности.

Потребитель ТЭР – это юридическое лицо (организация), независимо от формы собственности, использующее топливно-энергетические ресурсы для производства продукции, услуг, а также на собственные нужды.

Документальное обследование - сбор данных о потребителе ТЭР, производстве услуг, технологических параметрах, технико-экономических показателях, и других данных, необходимых для расчета показателей энергетической эффективности объекта.

Документальное обследование, включает анализ следующей исходной информации:

· схема электроснабжения;

· наличие и параметры резервных схем электроснабжения;

· параметры электрической сети;

· тип, характеристики установленного электротехнического оборудования, режим его работы;

· энергетический паспорт предприятия;

· разделы качества электроэнергии договоров купли-продажи (энергоснабжения) и/ или оказания услуг по передачи электроэнергии, заключенные предприятием со сбытовыми и сетевыми компаниями;

· протоколы периодических и/ или технологических испытаний электроэнергии.

3.2.1. Система электроснабжения предприятия промышленности или ЖКХ [6]

Категории надежности снабжения электроэнергией

Системы электроснабжения промышленных предприятий являются частью энергосистемы, обеспечивающей снабжение электроэнергией потребителей данного района. Согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ), потребителем электроэнергии является электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Электроприемником называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

С точки зрения бесперебойности электроснабжения по ПУЭ различают три категории электроприемников.

Первая категория - нарушение электроснабжения может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса.

Вторая категория - перерыв в электроснабжении этих приемников связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта (металлорежущих станков, штамповочных прессов, механизмов текстильных фабрик и т. д.).

Третья категория - все электроприемники, не подходящие под первую и вторую категории (подсобные цехи, вспомогательные производства).

На каждом предприятии по первой категории снабжаются противопожарные насосы и аварийное освещение. На предприятиях обычно потребители первой категории составляют около 25, второй - 70 и третьей - 5 %.

Электроприемники первой категории при отключении источника питания должны быть обеспечены устройствами автоматического включения резерва (АВР). При этом они должны переключаться на другой, независимый источник питания, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на первом источнике. Например, переключаться на другую секцию сборных шин, если последняя питается от независимого источника и секции не связаны между собой. В ряде случаев, когда необходимо обеспечить безаварийное производство, возникает необходимость выделить из первой категории особые электроприемники и иметь для них третий источник меньше мощности. Это вызвано тем, что возможны отказы одной линии при ремонте другой, возможны и отказ самих АВР.

Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаиморезервируемых источников питания. Переключения могут производиться дежурным персоналом. Питание потребителей второй категории допускается производить от одного трансформатор при наличии централизованного резерва или по од ной воздушной линии, если восстановление питания будет произведено за время не более одних суток.

Электроприемники третьей категории могут иметь один источник питания, но при условии, что перерыв в электроснабжении не превысит одних суток.

Основные понятия о схемах и элементах системы электроснабжения

Питание систем электроснабжения осуществляется через питающие пункты энергосистемы и собственные заводские электростанции (обычно ТЭЦ).

Системы электроснабжения состоят из питающих распределительных подстанций и связывающих их электрических сетей.

По электропотреблению предприятия подразделяются на крупные с установленной мощностью электрооборудования - 75-100 МВт и выше, средние – 5-75 МВт и малые - менее 5 МВт.

Схема электроснабжения должна быть надежи экономична и безопасна в эксплуатации. Она должна обеспечивать необходимое качество электроэнергии в нормальном и послеаварийном режимах.

Одним из основных элементов электроснабжения промышленного предприятия является подстанция.

Подстанция предназначена для преобразования и распределения электроэнергии и состоит из трансформаторов и других преобразователей энергии, распределительных устройств и устройств управления. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанции называют трансформаторным или преобразовательными.

Распределительные устройства (РУ) предназначены для приема распределения электроэнергии на одном напряжении. Они содержат коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (аккумуляторные, компрессорные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Распределительный пункт (РП) это РУ с аппаратурой для управления его работой, не входящее в состав подстанции.

Подстанции и РУ могут быть открытые, закрытые и комплектные.

Комплектные распределительные устройства (КРУ) состоят из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты или автоматики, поставляются в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) состоит из трансформаторов и блоков КРУ, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Как КТП, так и КРУ бывают внутренней или наружной установки. Подстанции и РУ внутренней установки могут быть пристроенными (примыкающими к основному зданию), встроенными и внутрицеховыми.

Подстанции подразделяются на:

· узловые распределительные (УРП) напряжением 110-500 кВ;

· главные понизительные (ГПП) напряжением 110-220/6-10-35 кВ;

· подстанции глубоких вводов (ПГВ) напряжением 35-330/6-10 кВ;

· цеховые трансформаторные подстанции (ТП) напряжением 6-10/0,38-0,66 кВ.

Узловые распределительные подстанции получают энергию от энергосистемы и распределяют ее по территории предприятия. На УРП электроэнергия может не трансформироваться. Крупные энергоемкие предприятия получают электроэнергию от УРП по линиям глубоких вводов напряжением 110-330 кВ.

Глубоким вводом называется система электроснабжения с максимально возможным приближением высокого напряжения к потребителям электрической энергии.

На подстанциях промышленных предприятий могут применяться следующие схемы соединений.

Одиночная несекционированная система сборных шин (см. рис. 3.2.1.1) применяется для цеховых подстанций неответственных маломощных потребителей. Схема экономична, однако при аварии на шинах и ревизиях сборных шин и шинных разъединителей полностью прекращается электропитание всех потребителей.

Рис. 3.2.1.1. Одиночная несекционированная система сборных шин

Одиночная секционированная система сборных шин (см. рис. 3.2.1.2) обладает большей гибкостью и обеспечивает полную бесперебойность наиболее ответственных потребителей, если последние подключены к разным секциям и есть резерв по мощности.

Схема с обходной системой сборных шин (см. рис. 3.2.1.3) позволяет использовать всего один выключатель ВС на все линии, отходящие от обходной секции. Схема обеспечивает высокую надежность. В нормальном режиме электропотребители питаются от 1-й и 2-й секций, в других режимах они отключаются от своей секции и получают питание от обходной шины.

Рис. 3.2.1.2. Одиночная секционированная система сборных шин

Рис. 3.2.1.3. Обходная система сборных шин

При большом числе секций и отходящих линий схема становится громоздкой, поэтому ее применяют при числе отходящих линий не более шести.

Двойная система сборных шин (см. рис. 3.2.1.4) применяется на крупных преобразовательных подстанциях с большим числом отходящих линий. Для большей гибкости одна из систем сборных шин (рабочая) может выполняться секционированной. Шины связаны между собой шиносоединительным выключателем (ШСВ). Схема требует сложных блокировок от неправильных коммутаций.

Рис. 3.2.1.4. Двойная система сборных шин

Все рассмотренные схемы имеют общий узел сборных шин, повреждение которого ведет к отключению подсоединенных к ним потребителей. Повышение надежности можно достичь, соединив в кольцо секционными выключателями все сборные шины, применив кольцевые схемы.

В последние годы на подстанциях с малым числом потребителей стали применяться мостовые и блочные схемы без сборных шин. В мостовых схемах (см. рис. 3.2.1.5) один из трансформаторов при малых нагрузках может быть отключен. Блочной схемой (см. рис. 3.2.1.6) называется простейшая схема без сборных шин.

Рис. 3.2.1.5. Схема типа «Мостик»

Рис. 3.2.1.6. Блочная система подстанции

Между подстанциями передача электроэнергии может производиться по магистральным и радиальным схемам. В радиальной схеме каждая линия питает одиночную нагрузку. Магистральная линия состоит из одиночных линий, каждая из которых питает по несколько нагрузок. Магистральные линии дешевле радиальных, однако, в случае повреждения одного из трансформаторов и. ответвлений на линии отключаются все потребители этой линии. Радиальные схемы обеспечивают надежность любой категории электроснабжения. Применяются также смешанные схемы, когда имеется много разнообразных нагрузок.

Магистральные схемы нашли широкое применение в цехах для питания большого количества маломощных потребителей, равномерно расположенных по цеху, например, металлообрабатывающих станков. Магистральная распределительная сеть цеха обычно выполняется в виде шинопровода с ответвительными коробками.

Радиальная распределительная сеть требует большего числа оборудования, она менее удобна и применяется в основном в цехах с взрывоопасной или химически активной средой. При радиальной схеме на цеховых подстанциях имеются распределительные устройства или распределительные щиты, которые питают распределительные пункты или отдельные электроприемники большой мощности. В распределительных щитах имеется защита отходящих линий в виде автоматических выключателей или предохранителей. Для большей безопасности работы устанавливаются рубильники.

При проведении энергетических обследований необходимо делать анализ системы электроснабжения. Иногда на предприятии был изначально сделан неправильный выбор напряжений питающей и распределительных сетей, например (см. рис. 3.2.1.7).

На предприятии используются мощные синхронные электродвигатели на 6 кВ, в то время как распределительные сети выполнены на 10 кВ. Вследствие этого были использованы дополнительные понижающие трансформаторы 10/6 кВ. Как известно, при трансформации, в зависимости от нагрузки, теряется до 7 % всей проходящей через трансформатор энергии.

Было бы правильным выбрать синхронные электродвигатели на напряжение 10 кВ, что позволило бы убрать трансформаторы № 3 и № 4.

Рис. 3.2.1.7. Пример нерационального выбора напряжения питания

3.2.2. Основные виды электрооборудования, режимы его работы

В данном разделе рассматривается только такое электрооборудование систем электроснабжения, которое представляет интерес для энергоаудитора: внутренние электросети, силовые трансформаторы, автономные источники электропитания и устройства для улучшения качества электрической энергии.

Кабели, воздушные линии электропередачи, шинопроводы

Основная доля потерь активной мощности в линиях электропередачи приходится на сети напряжением до 10 кВ, несмотря на то, что на эти сети приходится большая часть расхода цветных металлов. Потери активной мощности ΔP_л в кабельных линиях можно найти по формуле:

, (3.2.2.1)

где I_л – ток в линии; R_л – сопротивление одной фазы линии.

С учетом известных выражений для тока в линии и ее сопротивления, формулу (1) можно записать следующим образом

, (3.2.2.2)

где: Р_л - мощность нагрузки, кВт; U _л.ном - номинальное линейное напряжение сети, кВ; ρ - удельное электрическое сопротивление материала жилы кабеля, Ом∙м; l_л - длина линии, м; S_л - сечение линии, м².

Из последней формулы видно, что потери в кабельных линиях можно уменьшить, увеличивая сечение кабелей, напряжение сети, коэффициент мощности и уменьшая длину линий. Особенно сильно влияет на потери, при прочих равных условиях, увеличение напряжения. Например, при переходе с напряжения 6 кВ на 10 кВ потери активной мощности в линиях уменьшатся в 10²/6² = 2,77 раза.

Экономию электроэнергии при переводе сети на более высокое напряжение можно рассчитать по формуле

, (3.2.2.3)

где: l_с - длина участка сети, на котором производится повышение номинального напряжения, м; I₁ и I₂- средние значения токов в каждом проводе сети до и после повышения напряжения, A; S₁ и S₂ - сечения проводов до и после повышения напряжения (если провода не меняли, то S₁= S₂); t_p - расчетный период времени, ч.

Экономию электроэнергии при реконструкции сети без изменения напряжения можно рассчитать по формуле:

, (3.2.2.4)

где: I - среднеквадратичное значение фазного тока; l₁, ρ₁, S₁ и l₂, ρ₂, S₂ - длина, удельное сопротивление, сечение участка сети до и после реконструкции сети, t_р - расчетный период времени.

При изменении нагрузки изменяются потери напряжения в линиях электропередачи, поэтому практически во всех электросетях возникает проблема регулирования напряжения. По целесообразности применения способов и средств регулирования напряжений все электрические сети можно разделить на следующие три группы.

1. Электросети с однородной нагрузкой. Для таких сетей задача решается наиболее просто: регулирование напряжения можно осуществлять в центре питания способом встречного регулирования. При таком способе на шинах 6-10 кВ в период пиковых нагрузок поддерживается напряжение, повышенное на 5-10% по отношению к номинальному, а в период минимальных нагрузок напряжение снижается до номинального.

2. Электросети, неоднородные нагрузки которых подключены к отдельным линиям 6-20 кВ. Для таких сетей применяется дифференцированное регулирование на разных секциях шин центра питания или регулирование линейными регуляторами, включенными на группы линий или отдельные линии. Если дифференцированное регулирование напряжения в центре питания отсутствует, можно решать эту задачу с помощью средств местного регулирования. Для этого можно использовать конденсаторные батареи, оборудованные устройствами автоматического управления, или синхронные двигатели с устройствами автоматического управления током возбуждения. При «избыточном» количестве включенных конденсаторных батарей или при «перевозбуждении» синхронного двигателя в сеть генерируется реактивная энергия, что повышает напряжение в сети. Использование трансформаторов 6-10/0,4 кВ, снабженных регулятором напряжения под нагрузкой (РПН), целесообразно лишь для потребителей, работающих в оптимальном режиме при определенных значениях напряжения, например, для некоторых типов электротермических установок.

3. Электросети с неоднородными нагрузками распределительных трансформаторов, присоединенных к общей линии. Оптимальные значения напряжений в таких сетях могут обеспечиваться сочетанием регулирования в центре питания и местного регулирования. Большое значение для поддержания оптимального напряжения имеет правильный выбор рабочей отпайки распределительного трансформатора. По мере удаления от центра питания роль местного регулирования напряжения возрастает.

Для регулирования напряжения применяются следующие средства:

· линейные регуляторы;

· управляемые батареи конденсаторов;

· синхронные двигатели с автоматическим регулированием тока возбуждения; синхронные компенсаторы;

· вольтодобавочные агрегаты с продольно-поперечным регулированием;

· силовые трансформаторы с РПН.

Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы служат для преобразования переменного тока одного напряжения в другое напряжение и применяются для передачи и распределения электроэнергии. В настоящее время на многих предприятиях используются трансформаторы, изготовленные более 20-30 лет назад.

Известно, что при старении трансформаторов потери активной мощности в них возрастают. Кроме того, изменились материалы, из которых сейчас изготавливают трансформа торы, изменилась и сама технология их изготовления Трансформаторы старой серии, изготовленные 40 и более лет назад, имеют более высокие активные потери холостого хода и короткого замыкания, по сравнению с трансформаторами новой серии. Это связано с применением для изготовления магнитопроводов горячекатаной стали.

В трансформаторах новой серии стали использовать холоднокатаную сталь с высокой магнитной проницаемостью и низкими потерями. Кpoме того, изменили схему шихтовки пластин магнитопровода, в результате чего потери снизились еще на 15-20%.

Замена трансформаторов старой серии исчерпавших полностью ресурс своей работы, позволит получить существенную экономию электроэнергии, особенно если вместо старых трансформаторов, работавших с неполной загрузкой, устанавливая трансформаторы меньшей мощности.

Сравнение потерь XX и КЗ некоторых трансформаторов старой и новой серии приведено в табл. 1. Из таблицы видно, что трансформаторы новой серии имеют даже при большей мощности существенно меньшие потерь активной мощности.

Таблица 3.2.2.1. Сравнение потерь в трансформаторах старой и новой серии

Трансформаторы старой серии			Трансформаторы новой серии
Тип	ΔР_Х, кВт	ΔР_К, кВт	Тип	ΔР_Х, кВт	ΔР_К, кВт
ТМ-20/10	0,22	0,6	TM-25/10	0,125	0,69
ТМ-320/10	1,9	6,2	TM-400/10	1,08	5,9
ТМ-560/10	2,5	9,4	TM-630/10	1,68	8,5
ТМ-750/10	4,1	11,9	ТМ-1000/10	2,45	11,6

У силовых трансформаторов, в зависимости от типа, можно в небольших пределах ступенчато изменять коэффициент трансформации, переключаясь с одной отпайки на другую. Есть трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (имеющие устройства РПН) и трансформаторы с переключением без напряжения (с устройствами ПБН). Регулируя напряжение (9 ступеней по +1,33% при использовании РПН и 2 ступени по +2,5 % при использовании ПНБ), можно существенно снизить потери активной электроэнергии в электрооборудовании и осветительных приборах предприятия.

Потери активной электроэнергии в трансформаторе рассчитываются по формуле:

, кВт·ч (3.2.2.5)

- приведенные потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;

- приведенные потери мощности короткого замыкания, кВт;

К_з = I_cp/I_н - коэффициент загрузки трансформатора по току;

DР_хх - потери мощности холостого хода, в расчетах следует принимать по каталогу равными потерям в стали (Для трансформатора ТМ-1000/10 DР_хх = 2,1 - 2,45 кВт);

DР_кз - потери мощности короткого замыкания; в расчетах следует принимать равными по каталогу потерям мощности в металле обмоток трансформатора (для приведенного выше трансформатора DР_кз = 12,2 - 11,6 кВт);

К_ип - коэффициент изменения потерь, зависящий от передачи реактивной мощности (для промышленных предприятий, когда величина его не задана энергосистемой, следует принимать в среднем равным 0,07), кВт/кВАр;

Т_о - полное число часов присоединения трансформатора к сети;

Т_р - число часов работы трансформатора под нагрузкой за учетный период;

DQ_xx = S_нт I_xx / 100 - постоянная составляющая потерь реактивной мощности холостого хода трансформатора, кВАр;

DQ_кз = S_нт U_k / 100 - реактивная мощность, потребляемая трансформатором при полной нагрузке, кВАр;

I_xx - ток холостого хода, % (1,4 - 2,8%);

U_k - напряжение короткого замыкания, % (5,5 %);

S_нт - номинальная мощность трансформатора, кВА (1000 кВА);

I_cp - средний ток за учетный период, А ;

I_н - номинальный ток трансформатора. (Потери активной мощности в режиме холостого хода названного выше трансформатора равны 4,41 кВт).

Потери реактивной энергии за учетный период(потери реактивной мощности в режиме холостого хода названного выше трансформатора - 28 кВт, суммарные потери - 32,41 кВт, что при цене 330 руб./кВт составит около 940 тыс. руб. за год):

. (3.2.2.6)

При подсчете потерь мощности в трехобмоточном трансформаторе пользуются выражением:

, (3.2.2.7)

где: , , - приведенные потери активной мощности в обмотках высшего (1), среднего (2), и низшего (3) напряжения; K_э₁, K_э₂, K_э₃ - коэффициенты загрузок этих же обмоток.

Активные потери энергии в двухобмоточных трансформаторах в зависимости от степени их загрузки N_cp/N_ном равны:

DЭ_а = (А + В (N_cp/N_ном)²) N_ном·t/100, кВт·час (3.2.2.8)

DР_н.пот = А + В - мощность активных потерь трансформатора при работе на номинальной нагрузке в % от номинальной мощности трансформатора (%);

Э_а - общее потребление трансформатором активной мощности за отчетный (t) период, (кВт час);

N_cp - средняя мощность активной нагрузки трансформатора за отчетный период N_cp = Э/t (кВт);

N_ном - номинальная активная мощность трансформатора (кВт);

t - отчетный период эксплуатации трансформатора (час);

А - активная мощность потерь трансформатора при работе на холостой нагрузке в % от номинальной мощности трансформатора, (%);

В - активная мощность потерь трансформатора от составляющей нагрузки, в % от номинальной мощности трансформатора (%).

Таблица 3.2.2.2. Относительные данные для расчета потерь в высоковольтных масляных трансформаторах

Тип тр-ра	N_ном кВт	DР_хх кВт	DР_кз кВт	I_xx %	U_k %	А %	В %	DP_н.пот* %
ТМ-5/10	5	0,09	1,165	10	5,5	2,5	23,6	26,18
ТМ-10/10	10	0,14	0,335	10	5,5	2,1	3,73	5,83
ТМ-10/6	10	0,105	0,335	10	5,5	1,7	3,7	5,48
ТМ-20/10	20	0,22	0,6	10	5,5	1,8	3,38	5,18
ТМ-20/6	20	0,155	0,515	9,5	4,5	1,44	2,89	4,33
ТМ-25/10	25	0,125	0,69	3,2	4,7	0,72	3,08	3,81
ТМ-25/6	25	0,125	0,69	3,2	4,7	0,72	3,09	3,81
ТМ-40/10	40	0,18	1	3	4,7	0,66	2,83	3,48
ТНЗ-40/10	40	0,15	0,85	3	4,5	0,58	2,44	3,02
ТМ-40/6	40	0,24	0,88	4,5	4,5	0,91	2,51	3,43
ТМ-63/6	63	0,36	1,47	4,5	4,7	0,88	2,66	3,54
ТМ-63/10	63	0,265	1,47	2,8	4,7	0,61	2,66	3,27
ТМ-100/10	100	0,365	2,27	2,6	4,7	0,54	2,59	3,14
ТМ-100/6	100	0,365	2,27	2,6	4,7	0,54	2,59	3,14
ТМ-180/6	180	1	4	6	5,6	0,97	2,61	3,58
ТМ-100/35	100	0,465	2,27	4,16	6,8	0,75	2,74	3,50
ТМ-250/10	250	1,05	4,2	3,68	4,7	0,67	2,01	2,68
ТМ-320/6	320	1,35	4,85	5,5	4,5	0,80	1,83	2,63
ТМ-320/10	320	1,9	6,2	7	5,5	1,08	2,32	3,40
ТМ-400/10	400	1,08	5,9	3	4,5	0,48	1,79	2,27
ТМ-400/35	400	1,35	5,9	2,1	6,5	0,48	1,93	2,41
ТМ-560/10	560	2,5	9,4	6	5,5	0,86	2,06	2,93
ТМ-630/10	630	1,68	8,5	3	5,5	0,47	1,73	2,21
ТМ-630/35	630	2	7,6	2	6,5	0,45	1,66	2,11
ТМ-750/10	750	4,1	11,9	6	5,5	0,96	1,97	2,93
ТМ-1000/6	1000	2,75	12,3	1,5	8	0,38	1,79	2,17
ТМ-1000/10	1000	2,45	11,6	2,8	5,5	0,44	1,54	1,98
ТМ-1000/35	1000	2,75	10,6	1,4	6,5	0,37	1,51	1,88
ТМ-1600/10	1600	3,3	18	2,6	5,5	0,38	1,51	1,89
ТМ-1600/35	1600	3,65	16,5	1,4	6,5	0,32	1,48	1,81
ТМ-2500/10	2500	4,6	23,5	1	5,5	0,25	1,32	1,57
ТМ-2500/35	2500	5,1	23,5	1,1	6,5	0,28	1,39	1,67
ТМ-4000/10	4000	6,4	33,5	0,9	6,5	0,22	1,29	1,51
ТМ-4000/35	4000	6,7	34,777	1,3	7,5	0,25	1,35	1,65
					Средние значения	1,07	3,91	4,98

*) Потери активной энергии в трансформаторе можно оценить по доле потерь от величины номинальной мощности трансформатора, которая зависит от среднего значения коэффициента загрузки трансформатора (К_з = I_cp / I_н = N_cp / N_ном) и продолжительности нахождения трансформатора под нагрузкой за отчетный период.

Мероприятия по экономии электроэнергии при использовании трансформаторов:

1. Отключение силовых трансформаторов в воскресные дни и в нерабочие смены дает экономию за счет отсутствия потерь холостого хода и повышения коэффициента мощности во внутризаводских сетях электроснабжения.

2. Замена трансформаторов старой серии на трансформаторы новой серии с пониженными потерями.

3. Отключение слабозагруженных трансформаторов с переброской нагрузки на другие трансформаторы (если это возможно и не снижает категорию надежности электроснабжения).

Автономные источники электропитания

Применение на предприятиях автономных источников питания расширяется по следующим причинам. В настоящее время тарифы на электроэнергию растут из года в год. Особенно заметно в последние годы выросла плата за заявленную мощность при использовании двухставочных тарифов на электроэнергию. Например, в Москве за 1 кВт заявленной мощности по тарифам СН в 2004 г. нужно было платить 286,5 руб. Структура финансовых затрат на электроэнергию существенно изменилась. Раньше примерно 2/3 всех затрат на электроэнергию у предприятий с неравномерным графиком суточной нагрузки составляла плата за израсходованную электроэнергию и 1/3 - за заявленную мощность. Сейчас все поменялось с точностью до наоборот. Если на предприятии использовать автономные источники питания для снятия пиковых нагрузок в часы максимума потребления, то можно значительно снизить величину заявленной мощности. Это позволит получить существенную экономию финансовых средств, идущих на плату за заявленную мощность.

Энергоснабжающие организации часто требуют у потребителей 1-й категории надежности плату за потери холостого хода резервных трансформаторов, которые необходимы для обеспечения этой категории. Использование автономных источников питания позволит обеспечить надежную работу электрооборудования предприятия даже при переходе на более низкую категорию электроснабжения от сторонних источников.

При увеличении объемов производства часто возникает необходимость увеличения объемов расхода электроэнергии. Проведение дополнительных линий электропередачи может оказаться менее выгодным по сравнению с использованием автономных источников питания.

Устройства для улучшения качества электрической энергии

Фильтры высших гармонических составляющих напряжения. Самым эффективным средством уменьшения значений высших гармоник в настоящее время являются резонансные фильтры, состоящие из последовательно соединенных емкости, индуктивности и демпфирующего активного сопротивления. Каждый фильтр настраивается в резонанс на частоту той высшей гармоники, которую нужно уменьшить. Такой фильтр имеет малое сопротивление на резонансной частоте, и токи гармонической составляющей этой частоты шунтируются фильтром.

Симметрирующие устройства. Для симметрирования нагрузки в настоящее время используются симметрирующие устройства, как правило, статические. Такие устройства состоят из индуктивностей и емкостей.

Для однофазных установок с коэффициентом мощности, близким к единице (например, печи сопротивления), рекомендуется схема Штейнметца; для установок, коэффициент мощности которых равен или может быть доведен до 0,866, рекомендуется схема с реактором-делителем (рис. 1). Если установка работает с постоянной нагрузкой, то обычно используется неуправляемое симметрирующее устройство. Для установок с изменяющейся нагрузкой (например, нагрузка тигельных индукционных печей по ходу плавки изменяется) используют управляемые симметрирующие устройства (при питании установок от трехфазных трансформаторов симметрирующие устройства устанавливают на стороне НН трансформатора). Управление устройством осуществляется изменением числа включенных конденсаторных банок и переключением отпаек реактора.

Рис.3.2.2.1. Симметрирующие устройства:

а) по схеме Штейнметца; б) с реактором-делителем.

Компенсаторы реактивной мощности. Компенсация может быть индивидуальной, групповой и централизованной. Самая эффективная из них - индивидуальная, когда источник реактивной мощности устанавливается непосредственно вблизи крупного потребителя. Объясняется это тем, что передача реактивной энергии по линиям электропередачи и через трансформаторы вызывает дополнительные потери активной мощности и напряжения, поэтому устройства для генерирования реактивной мощности стараются установить вблизи потребителей.

Для компенсации реактивной мощности используются конденсаторные батареи (статические компенсаторы) и синхронные машины.

Необходимо оценить эффективность работы компенсационных устройств, проанализировать влияние изменение cos j на потери в сетях в течение суток , подобрать режимы эксплуатации косинусных батарей и при наличии синхронных двигателей, работающих в режиме компенсации реактивной мощности, использовать автоматическое управление током возбуждения.

Реактивная мощность при синусоидальном напряжении однофазной сети равна Q = U I sin j = Р tg j, в трехфазной сети - как алгебраическая сумма фазных реактивных мощностей. Уровень компенсируемой мощности Q_k определяется как разность реактивных мощностей нагрузки предприятия Q_п и представляемой предприятию энергосистемой Q_э:

Q_k = Q_п - Q_э = Р_ср (tg j_п - tg j_э) (3.2.2.9)

где: Р_ср - среднегодовая нагрузка предприятия, кВт. Р_ср можно найти, разделив годовое потребление активной энергии А, (кВт∙ч) на годовое число часов работы предприятия Т, (ч). Параметр А можно взять по показаниям счетчиков активной энергии.

Основными источниками реактивной мощности на коммунальных предприятиях являются:

• Асинхронные двигатели (45 - 65%).

• Трансформаторы всех ступеней трансформации (20 - 25%).

Таблица 3.2.2.3. Влияние увеличения cos j на снижение реактивных потерь

Прежний cos j	0,5	0,5	0,6	0,6	0,7	0,7	0,8
Новый cos j	0,8	0,9	0,8	0,9	0,8	0,9	0,9
Снижение тока, %	37,5	44,5	25	33	12,5	22	11
Снижение потерь по сопротивлению, %	61	69	43,5	55,5	23	39,5	21

Таблица 3.2.2.4. Рекомендуемая емкость статических конденсаторов для корректировки единичных асинхронных двигателей

Мощность двигателя (кВт), ~ 380 В х 3	Статический конденсатор (кВАр в % мощности двигателя)
1 - 3	50
4 - 10	45
11 - 29	40
30 - 35	35

Рис. 3.2.2.2. Правильная компенсация реактивной мощности электродвигателя

На рис . 3.2.2.2 представлены: трансформатор (1), электродвигатель (2) и конденсатор (3). В примере без использования конденсатора нагрузка на трансформатор и электрическую сеть увеличивается из-за реактивной мощности (пунктирная стрелка). Этого можно избежать, как в примере справа, когда только активная мощность (жирная стрелка) влияет на нагрузку.

Перечень мероприятий, позволяющих повысить cos j:

• Увеличение загрузки асинхронных двигателей.

• При снижении до 40% мощности, потребляемой асинхронным двигателем, переключать обмотки с треугольника на звезду. Мощность двигателя при этом снижается в 3 раза.

• Применение ограничителей времени работы асинхронных двигателей и сварочных трансформаторов в режиме, холостого хода (XX).

• Замена асинхронных двигателей синхронными.

• Применение технических средств регулирования режимов работы электродвигателей.

• Нагрузка трансформаторов должна быть более 30% номинальной мощности.

Технические средства компенсации реактивной мощности:

• Синхронные электродвигатели в режиме перевозбуждения.

• Комплектные конденсаторные батареи.

• Статические компенсаторы (управляемые тиристорами реакторы или конденсаторы).

Общие требования - компенсаторы должны быть приближены к генераторам реактивной мощности.

Синхронные двигатели (СД) широко используются в промышленности и наряду с функциями привода различных механизмов позволяют поддерживать оптимальные значения коэффициента мощности в сети электроснабжения, генерируя в сеть реактивную мощность.

Компенсирующая способность СД сильно зависит от тока возбуждения I_в, при номинальном значении последнего она имеет наибольшее значение. При снижении I_в на 20 % компенсирующая способность СД (например, при cosφ = 0,8 и нагрузке 70 %) падает на 45 %. При эксплуатации СД, для того чтобы двигатель меньше нагревался, часто снижают ток возбуждения.

Потери активной мощности в СД наименьшие при cosφ = 1. В режиме перевозбуждения (режим генерации реактивной мощности) потери в СД существенно выше, чем в режиме недовозбуждения. В связи с этим в ряде случаев установка конденсаторных батарей по приведенным капитальным затратам может оказаться более экономичной, чем использование СД для генерации реактивной мощности.

Использование СД мощностью >1000 кВт при частоте вращения >600 об/мин экономически выгоднее, чем использование конденсаторных батарей. СД малой мощности и тихоходные не выгодно использовать для компенсации реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы (СК) предназначены для генерации реактивной мощности в сеть электроснабжения, а также для регулирования напряжения сети. Крупные СК используются в основном на подстанциях энергосистем. СК не выполняют механическую работу, поэтому они имеют меньший воздушный зазор и облегченный вал.

Основные понятия об электрических нагрузках и о графиках использования электроустановок

При энергетических обследованиях большое значение имеет анализ графиков нагрузок мощных электропотребителей. График нагрузки берется за время, кратное времени законченного технологического цикла t_ц. По регулярности нагрузки графики подразделяются на периодические, циклические, нециклические и нерегулярные (см. рис. 3.2.2.3).

Периодические графики (см. рис. 3.2.2.3, а) имеют место при поточном производстве. Время цикла таких нагрузок постоянно и равно:

(3.2.2.10)

где: t_р и t_о — время работы и остановки (паузы), которые также постоянны.

Цикличный график (см. рис. 3.2.2.3, б) соответствует непоточному производству, время пауз различно, но характер и продолжительность рабочих интервалов неизменны.

У нецикличного и нерегулярного графиков (см. рис. 3.2.2.3., в, г) рабочее время, время остановок и врем циклов различно.

Различают следующие режимы работы.

1. Продолжительный режим, когда при работе с неизменной нагрузкой время работы достаточно достижения всеми частями оборудования установившихся значений температур.

2. Кратковременный номинальный режим такой, когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения. Температура нагрева частей оборудования не достигает установившихся значений, а при отключении происходит охлаждение до температуры окружающей среды.

3. Повторно-кратковременный номинальный режим (ПКР) - это режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения, причем как рабочие периоды, так и паузы недостаточно длинны, и температура не достигает установившихся значений.

Потребление электроэнергии при использовании электроприводов [6, 13]

Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенного для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Электропривод является одним из основных потребителей электроэнергии. По оценкам специалистов, на электропривод приходится до 70 % всей потребляемой электроэнергии.

Основное условие эффективной работы электропривода — это соответствие электрической мощности двигателя и требуемой механической мощности. При недогрузке двигателя снижается его КПД и коэффициент мощности, при перегрузке двигатель перегревается и выходит из строя.

Годовое потребление электроэнергии электродвигателем во много раз превышает его стоимость, поэтому если электродвигатель не соответствует требуемой механической мощности и работает с большой недогрузкой, то его надо заменять двигателем меньшей мощности.

Если привод работает в длительных режимах без частых включений и отключений электродвигателя, то во многих случаях целесообразно заменить обычный двигатель на энергоэффективный. Такие двигатели имеют более широкие возможности работы в термически перегруженном состоянии, легче в обслуживании и потребляют на 25 % меньше электроэнергии. Кроме того, они не шумят и менее требовательны к отклонениям напряжения. Такие двигатели особенно эффективны при нагрузке в 70 %, т. е. при наиболее распространенной нагрузке. Стоимость энергоэффективных электродвигателей на 30-60 % выше, чем обычных, но их применение окупается.

Рис. 3.2.2.3. Разновидности графиков индивидуальных нагрузок:

а) - периодический; б) - цикличный; в) - нецикличный; г) - нерегулярный

Часто возникает необходимость в применении регулируемого электропривода. Это либо диктуется требованиями технологического процесса, например, если требуется изменить скорость ленты конвейерной печи до оптимального значения, либо изменениями нагрузки, например у нагнетательного оборудования. Примерные значения экономии электроэнергии при замене нерегулируемого привода на регулируемый будут следующие: для насосов - 20 %, для воздуходувок и вентиляторов - 30 %, для компрессоров - 40÷50 % и для вентиляционных систем -50 %.

В данной работе невозможно дать информацию по всем видам электроприводов, применяемых в промышленности и ЖКХ, поэтому приведем общие мероприятия по экономии электроэнергии при использовании электропривода.

Малозатратные мероприятия:

· качественное техническое обслуживание всех элементов электропривода,

наличие графика ППР и контроль за его соблюдением;

· дисциплина труда, своевременное отключение электропривода, недопущение его длительной работы на холостом ходу;

· применение таймеров холостого хода.

Среднезатратные мероприятия:

· использование устройств мягкого пуска двигателя.

Асинхронные электродвигатели

Наиболее мощным потребителем электроэнергии на промышленных предприятиях являются электродвигатели, которые потребляют до 80 % всей вырабатываемой электроэнергии. Двигатели бывают переменного и постоянного тока. Двигатели переменного тока подразделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные двигатели получили наибольшее распространение как наиболее простые, надежные и дешевые. Асинхронные двигатели (АД) бывают с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. АД с фазным ротором сложнее и дороже АД с короткозамкнутым ротором, у них более низкий коэффициент мощности. АД с фазным ротором в режиме пуска работает, как обычный АД с короткозамкнутым ротором. В рабочем режиме АД с фазным ротором имеет свойства синхронного двигателя: регулируя ток возбуждения, можно регулировать cosφ, двигатель имеет КПД выше, чем у обычного АД на 0,6-3,5 % , он менее чувствителен к колебаниям напряжения питания, и его вращающий момент пропорционален напряжению питания, а не квадрату напряжения, как у обычного АД.

Электродвигатели закрытого и взрывозащищенного типов имеют меньший коэффициент мощности па сравнению с открытыми, поэтому их применение должно быть обосновано.

Электрические потери в двигателях можно разбить на следующие:

• потери электроэнергии в обмотках двигателя Они пропорциональны активному сопротивлению обмоток и квадрату тока нагрузки. Эти потери вызывают нагрев обмоток;

• потери в стали (потери намагничивания). Эти потери не зависят от нагрузки двигателя и зависят' лишь от напряжения питания;

• потери на рассеивание магнитного потока. Эти потери зависят от нагрузки;

• потери на трение. Зависят от скорости вращения двигателя, но не зависят от нагрузки.

При снижении загрузки электродвигателей растает доля потребления реактивной мощности по отношению к активной, что приводит к уменьшению коэффициента мощности, КПД двигателя снижается.

Например, двигатель мощностью 5 кВт, имеющий КПД 80% при номинальной загрузке, при загрузке 50% снижает свой КПД до 55 %. Двигатель мощностью 150 кВт при тех же загрузках имеет КПД соответственно 90 и 65 %. При загрузке асинхронного двигателя менее 45 % его целесообразно менять на другой двигатель с соответствующей номинальной мощностью. При загрузке более 70 % замена двигателя нецелесообразна. При загрузке 45-70 % требуется проводить экономический расчет целесообразности замены двигателя.

Потери активной мощности в электродвигателе равны:

, (3.2.2.11)

где Q_х = √3∙U_д.ном∙I_х - реактивная мощность, потребляемая двигателем на холостом ходу, кВар; I_х –ток холостого хода двигателя, А; U_д.ном – номинальное напряжение двигателя, В; К_з= Р/Р_д.ном - коэффициент загрузки двигателя; Р_д.ном – номинальная мощность двигателя, кВт; Р – средняя мощность загрузки двигателя, кВт; ΔР_а.н. = ΔР_х/γ – прирост активной мощности в двигателе при 100%-ной нагрузке, кВт; Q_д.ном = (Р_д.ном/η_д)∙tgφ_ном – реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке, кВар; η_д – КПД двигателя при полной нагрузке; tgφ_ном – номинальный коэффициент реактивной мощности двигателя; К_и.п. – коэффициент изменения потерь, кВт/кВар; ΔР_х – активные потери холостого хода двигателя, кВт:

(3.2.2.12)

где γ = ΔР_х/ΔР_а.н. – расчетный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя, его можно найти из выражения:

, (3.2.2.13)

где ΔР_х% - потери холостого хода активной мощности, потребляемой двигателем при 100% загрузке (в процентах).

Коэффициент мощности асинхронного двигателя также снижается при неполной нагрузке: при номинальной нагрузке cosφ = 0,85, при 50 %-ной нагрузке - 0,74 и при нагрузке 25 % - 0,56.

Повысить КПД двигателя, работающего с неполной нагрузкой, можно путем снижения напряжения питания. Это можно сделать, например, с помощью тиристорного регулятора напряжения. Снижая напряжение питания электродвигателя, уменьшаем потери в стали, повышая тем самым его КПД.

Снижение с помощью регулятора напряжения питания электродвигателя позволяет уменьшить магнитное поле в стали, которое избыточно для рассматриваемого режима нагрузки, снизить потери в стали и уменьшить их долю в общей потребляемой мощности, т.е. повысить КПД двигателя. Сам регулятор напряжения (обычно в тиристорном исполнении) потребляет мало энергии. Его собственное потребление становится заметным, когда двигатель работает на полной нагрузке. Часто в режиме холостого хода потребляется почти столько же энергии, сколько необходимо для работы при низкой загрузке. Переключение обмоток двигателя мощностью 7,5 кВт, работающего в номинальном режиме (линейное напряжение равно 380 В) по схеме "треугольник", на схему «звезда» при работе на пониженной нагрузке 1 кВт (режим холостого хода) позволяет уменьшить потери с 0,5 кВт до 0,25 кВт.

Автоматическое переключение обмоток со схемы "треугольник D" на схему соединения "звезда >-" в зависимости от нагрузки является простейшей схемой регулирования двигателя, длительное время работающего на малой нагрузке. Необходимо избегать работы двигателя в режиме холостого хода.

В установках с регулируемым числом оборотов (насосы, вентиляторы и др.) широко применяются регулируемые электроприводы. Оценочные значения экономии электроэнергии при применении регулируемого электропривода в вентиляционных системах, работающих в переменных режимах - 50%, в компрессорных системах - 40 - 50%, в воздуходувках и вентиляторах - 30%, в насосных системах - 25%.

Во многих случаях экономичные режимы работы электропривода удается получить путем замены одного из двух одинаково мощных двигателей, работающих всегда с недогрузкой, на электродвигатель меньшей мощности. Например, это можно применить на насосах водоснабжения. При изменении нагрузки можно при правильном выборе мощности электродвигателя получить заметную экономию электроэнергии.

В последнее время появились энергоэффективные электродвигатели, имеющие более высокий КПД за счет некоторого изменения отдельных элементов конструкции и применения более качественных сталей и медных обмоток. Потери в таких двигателях на 2-5 % ниже, они менее чувствительны к колебаниям сети, меньше шумят, легче в обслуживании и допускают большие термические нагрузки, чем обычные двигатели. Их цена не намного выше, а иногда и такая же, чем у двигателей обычного исполнения. Одна из фирм-производителей таких двигателей -
Вгоок Crompton Parkinson.

Регулирование скорости асинхронного двигателя можно получить ступенчато и плавно. Ступенчатое регулирование скорости АД можно получить при использовании многоскоростных двигателей путем изменения числа пар полюсов. Чаще всего используются двухскоростные АД.

Плавное регулирование скорости АД можно получить либо путем изменения напряжения его питания, либо путем изменения частоты питающего напряжения. При первом способе скорость АД можно лишь снижать, диапазон регулирования небольшой. При втором способе скорость можно не только снижать, но и увеличивать.

Синхронные электродвигатели

Синхронные электродвигатели. Наряду с асинхронными широко используются также синхронные двигатели (СД). Они имеют более высокий КПД (96-99 %) и перегрузочную способность по сравнению с асинхронными двигателями, и могут генерировать реактивную энергию, повышая тем самым коэффициент мощности в системе электроснабжения. Из-за необходимости возбуждения ротора постоянным током от возбудителя или выпрямителя, а также из-за сложного пуска СД часто не может конкурировать с асинхронным двигателем. Синхронные двигатели используются там, где их не требуется часто отключать и включать. В основном это мощные компрессоры, работающие в системах сжатия воздуха, на газокомпрессорных станциях, а также для привода технологических процессов, требующих постоянной скорости. Мощность СД достигает нескольких десятков МВт. Мощные СД работают, как правило, на напряжениях 6 и 10 кВ.

Наиболее оптимальный режим СД при номинальном токе возбуждения. Полное возбуждение двигателя обеспечивает его более устойчивую работу, чем при недовозбуждении, способствует автоматической стабилизации напряжения, ослаблению механических касаний ротора и пульсации тока при работе СД с поршневыми компрессорами. При этом уменьшаются электрические резонансные явления основной и высших гармонических составляющих напряжения, облегчается работа автоматических устройств по регулированию величины генерируемой в сеть реактивной мощности.

При токе возбуждения ниже номинального компенсирующая способность СД резко снижается. Потери активной мощности СД при перевозбуждении значительно выше, чем при недовозбуждении. Наименьшие потери у СД при cosφ = 1.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 662; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 28 29 30 31 323334 35 36 37 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!