Способы уменьшения потерь мощности и электроэнергии

Потери мощности и энергии в электрических сетях могут быть сокращены, прежде всего, путем рационализации работы приемников электроэнергии. Кроме того, применяется еще ряд мероприятий, цель которых заключается в повышении коэффициента мощности установки.

Почти все элементы электрической установки, помимо активной мощности, потребляют реактивную. В результате реактивная нагрузка в установке может составить 130% активной. Главные потребители реактивной мощности — это асинхронные двигатели и трансформаторы.

Наличие реактивной мощности и сети приводит к дополнительным потерям активной мощности.

Эти потери прямо пропорциональны квадрату реактивной мощности. Одновременно увеличивается потеря напряжения в сети.

Вследствие этого также уменьшается пропускная способность трансформаторов и проводов линий. Это вызывает необходимость их преждевременной замены.

Все эти обстоятельства привели к тому, что для потребителей электроэнергии в промышленности нормирован средневзвешенный коэффициент мощности, который определяется за любой промежуток времени (сутки, месяц, год).

Нейтральный коэффициент мощности принят равным 0,90—0,92. При более высоком коэффициенте мощности устанавливают скидки в тарифе на электроэнергию в пределах 2—6%, при более низком — надбавки в пределах 1,5—115%.

Шкала скидок и надбавок способствует повышению коэффициента мощности у потребителей, но она имеет существенный недостаток, так как построена исходя из сред­невзвешенного коэффициента мощности, а систему интересует эта величина в первую очередь в часы максимальных нагрузок. Поэтому на крупных предприятиях с присоединенной мощностью трансформаторов 5000 кВА и более расчетное значение коэффициента мощности определяют в часы дневного и вечернего максимумов нагрузки.

В сельских электроустановках скидки и надбавки на коэффициент мощности нагрузки пока не применяются, но целесообразность их введения в первую очередь на комплексах по производству сельскохозяйственной продукции на промышленной основе не вызывает сомнений.

Независимо от этого необходимо принимать все возможные меры для повышения коэффициента мощности во всех звеньях сельской электрической установки.

Одним из таких мероприятий является правильный выбор электродвигателей по мощности. Коэффициент мощности недогруженного асинхронного электродвигателя значительно ниже номинального. Поэтому при проектировании установки нельзя брать повышенные запасы мощности, а также применять двигатели закрытого типа там, где возможно использовать откры­тые.

Для работающих электродвигателей, не встроенных в рабочую машину, замена на меньшие безусловно целесообразна, если средняя загрузка их составляет менее 45% от номинальной мощности, и нецелесообразна при загрузке свыше 70%. В пределах средней загрузки (45—70%) следует провести технико-экономический расчет и установив возможное снижение потерь активной энергии, выяснить, покроет ли их стоимость затраты на замену двигателей.

Замена двигателей, встроенных в рабочую машину, в большинстве случаев настолько сложна, что оказывается нецелесообразной. У незагруженных асинхронных двигателей при нагрузке не выше 40 % целесообразно переключать обмотку статора с треугольника на звезду. Это можно делать только у двигателей, которые имеют выводы всех начал и концов фаз обмоток статора (шесть выводов) и у которых обмотка статора соединена в треугольник.

У многих потребителей продолжительность работы на холостом ходу достигает 50—60% от всего времени эксплуатации. Электродвигатели таких потребителей целесообразно снабжать ограничителями холостого хода. Ограничитель включают в цепь катушки управления магнитным пускателем, он отключает двигатель при отсутствии нагрузки. При этом потребление энергии двигателем значительно снижается.

При наличии однофазных нагрузок существенное значение имеет равномерное распределение их по фазам, особенно при максимуме нагрузки. Нарушение симметрии приводит к дополнительным потерям энергии и потере напряжения.

Большие дополнительные потери энергии вызывает работа незагруженных трансформаторов. Поэтому при постоянной недогрузке следует заменять их трансформаторами меньшей мощности. Если на подстанции установлены два или более трансформаторов, нужно своевременно отключать часть из них при снижении нагрузки. На необслуживаемых подстанциях отключение трансформатора и его обратное включение при увеличении нагрузки должны происходить автоматически или вручную, но минимальное число раз (на ночь, на выходной день, на летний период).

Наиболее радикальное средство повышения коэффициента мощности — это включение параллельно в сеть конденсаторов. Конденсаторы имеют бумажно-масляную изоляцию и на напряжение 380 В выполняются трехфазными, соединенными в треугольник, а на напряжение 6,3 и 10,5 кВ — однофазными. Мощность одного элемента конденсатора составляет 4 - 10 квар. Поэтому их обычно объединяют в батареи необходимой суммарной мощности. На зажимах конденсаторов включают большие активные сопротивления, через которые запасенная в конденсаторах энергия после отключения автоматически разряжается.

Преимущества конденсаторов заключаются в простоте монтажа и эксплуатации вследствие отсутствия подвижных частей и в малых потерях активной мощности 0,0025 - 0,005 кВт/квар. Стоимость 1 квар конденсатора зависит от напряжения и для низковольтных конденсаторов в 2,5 - 3 раза выше, чем для высоковольтных. От мощности батареи она практически не зависит.

Конденсаторные установки могут быть индивидуальные, групповые и централизованные.

Индивидуальные установки подключаются к зажимам приемника электроэнергии, например электродвигателя, и отключаются при его отключении. В этом случае конденсаторы используются плохо.

Групповая установка конденсаторов применяется в сети низкого напряжения. При этом использование конденсаторов несколько улучшается.

Наилучшее использование конденсаторов получается при централизованной установке их на стороне напряжения 6 - 10 кВ трансформаторной подстанции. При мощности 100 - 400 квар конденсаторы присоединяют через общий выключатель с силовым трансформатором.

Батареи конденсаторов большой мощности разделяют разъединителями на 2 - 3 секции, что позволяет грубо регулировать их мощность.

Технико-экономические расчеты показывают, что в сельских сетях в первую очередь целесообразно полностью компенсировать реактивную мощность потребительских трансформаторов, которая составляет 200—250 квар на 1000 кВА мощности трансформаторов. Реактивную мощность электроприемников следует компенсировать, доводя коэффициент мощности при максимуме нагрузки до 0,90—0,92, но не более 0,95.

В последнее время созданы автоматические устройства с использованием тиристоров, которые обеспечивают практически мгновенное и плавное регулирование мощности, выдаваемой конденсаторной батареей в сеть. При помощи этих устройств можно поддерживать заданный коэффициент мощности при любых нагрузках.