Пути повышения эффективности использования электрооборудования
Экономичная и производительная работа электроприемников промышленных, сельскохозяйственных, строительных и других потребителей зависит от качества подаваемой электроэнергии. Так, при снижении напряжения и частоты тока у асинхронного двигателя снижается частота его вращения, у осветительных ламп уменьшается их световой поток, а в отдельных случаях (при снижении напряжения до 20%) не загораются люминесцентные и другие газоразрядные лампы. При повышении напряжения в электросети у асинхронных двигателей увеличивается нагрев стали статора за счет усиления его намагничивания, резко сокращается срок службы электрических ламп.
Для поддержания уровня напряжения и частоты тока на внешних сетях в энергосистемах предусматриваются автоматические устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) на крупных трансформаторах и автоматические разгрузки по частоте (АРЧ). На потребительских подстанциях предприятий имеется возможность регулировать напряжение с помощью ручного переключения ответвлений обмотки высшего напряжения силовых трансформаторов. Автоматическая разгрузка по частоте действует в энергосистеме в тот период, когда генераторы электростанции перегружены. Как только частота тока снижается ниже допустимой нормы происходит автоматическое отключение наименее ответственных потребителей. При снижении нагрузки генераторов восстанавливается частота тока, которая должна поддерживаться на уровне 50 Гц с допускаемыми отклонениями ±0,4% (±0,2 Гц).
При прохождении электрического переменного тока в сети с индуктивным или емкостным сопротивлением мощность переменного тока зависит от активной и реактивной мощностей, которые в свою очередь зависят от коэффициента мощности.
Работа многих электроприемников переменного тока сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной энергии. К таким потребителям относятся прежде всего асинхронные двигатели, выпрямительные установки, термические печи, газоразрядные лампы и т. д. Наличие реактивной мощности потребителей приводит к увеличению полного тока в цепи и соответственно к росту потерь напряжения, мощности и энергии. Следовательно, увеличивая коэффициент мощности приемников электроэнергии, уменьшают потери в обмотках машин и трансформаторов, проводах и кабелях электросетей.
Тарифы на электроэнергию, отпущенную предприятиям, предусматривают уменьшение (скидки) оплаты за электроэнергию при достижении предприятием определенного значения коэффициента мощности и штрафные надбавки за электроэнергию при завышенном значении коэффициента мощности.
Предприятия, потребляющие наряду с активной реактивную мощность, разрабатывают технические мероприятия по повышению коэффициента мощности и рациональному использованию электроэнергии. Особое внимание в мероприятиях уделяется устройствам компенсирующих установок, сокращению холостого хода и рациональной загрузке асинхронных двигателей, силовых трансформаторов.
В качестве источников емкостной реактивной мощности применяют компенсирующие устройства, наиболее распространены среди которых конденсаторные батареи (КБ) и синхронные двигатели.
С целью повышения коэффициента мощности на промышленных предприятиях используют статические конденсаторы, которые могут работать с постоянно отдаваемой в сеть реактивной мощностью и с ее регулированием. Для получения реактивной мощности они потребляют незначительное количество активной мощности. Банки бумажно-масляных конденсаторов соединяют в батарею на трехфазное напряжение 220 — 660 В. Однофазные конденсаторы бывают на напряжение 3—10 кВ. Промышленность выпускает комплектные конденсаторные установки (ККУ) мощностью от 50 до 750 квар на напряжение 380 В и мощностью от 75 до 1125 квар на напряжение 6—10 кВ.
Конденсаторные установки очень чувствительны к изменениям уровня напряжения. При повышении напряжения происходит перекомпенсация реактивных нагрузок, а при снижении напряжения резко понижается реактивная мощность, что вызывает рост реактивных токов в питающих сетях. Поэтому при монтаже конденсаторных установок предусматривают их секционирование и автоматическое отключение части или всей установки при спаде нагрузок (ночные часы или выходные дни).
Учитывая, что статические конденсаторы заряжаются при передаче на них напряжения и продолжают быть заряженными длительное время после отключения их, предусматривают разрядные резисторы, подключенные параллельно конденсаторным установкам, для обеспечения безопасности при их обслуживании. В качестве разрядных резисторов можно использовать осветительные лампы, обмотки трансформаторов напряжения.
Конденсаторные установки устанавливают на стороне высшего или низшего напряжения на шинах трансформаторных подстанций для увеличения коэффициента мощности электроприемников, питающихся от шин подстанции. В этом случае от реактивных токов разгружаются сети от подстанции до генератора электростанции. Конденсаторы подсоединяют также к шинам силовых распределительных пунктов.
Размещение конденсаторов в сетях до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок с учетом поддержания уровня напряжения на зажимах приемников.
Среднее значение коэффициента мощности приемников за определенный период времени (сутки, месяц) определяют по показаниям электросчетчиков активной и реактивной энергии.
Синхронные двигатели переменного трехфазного тока характеризуются постоянной частотой вращения, которая жестко связана с частотой сети.
Синхронные электродвигатели способны при заданной нагрузке работать с различными коэффициентами мощности. При увеличении тока возбуждения коэффициент мощности возрастает и при определенном его значении будет равен 1. Если продолжать увеличивать ток возбуждения, то двигатель переходит в такой режим, при котором он отдает реактивную мощность в сеть.
Снижение электроснабжения на предприятиях должно осуществляться за счет внедрения электроприемников с более высоким кпд и коэффициентом мощности, а также за счет целого ряда организационных и технических мероприятий по экономии электроэнергии. У сильно недогруженных (до 40% номинальной мощности) асинхронных электродвигателей коэффициент мощности можно повысить за счет переключения статорной обмотки с треугольника на звезду, снизив напряжение в √3 раз, что позволит уменьшить ток намагничивания статора.
В тех случаях, когда технологический процесс производства позволяет произвести замену асинхронных двигателей на синхронные той же мощности, то эти мероприятия оправдываются преимуществом синхронных двигателей.
Уменьшение времени работы электродвигателей в режиме холостого хода существенно влияет на повышение коэффициента мощности и экономию электроэнергии. На станках и механизмах, у которых межоперационный период более 10 с, устанавливают устройства ограничителей холостого хода. Для повышения коэффициента мощности трансформаторы, имеющие загрузку менее 0,3 (30 %), заменяют на трансформаторы меньшей мощности.
С целью экономии электроэнергии за счет снижения потерь при работе на подстанции нескольких параллельно работающих трансформаторов в работе оставляют такое их количество, чтобы мощности их было бы достаточно для покрытия нагрузок при условии минимальных потерь электроэнергии. При этом учитывают потери энергии как в трансформаторах, так и в питающихся от них электросетях.