Коэффициент мощности действующей электроустановки и способы его улучшения

ЛЕКЦИЯ 34

Определение реального коэффициента мощности. Определение коэффициента мощности действующей электроустановки, кроме способа по соотношению (5.15), можно осуществить и иным путем, если контрольные замеры произведены (например, один раз в смену) при помощи амперметров РА, вольтметров PV и киловаттметров PW или амперметров, вольтметров и счетчиков активной энергии PI, наконец, при помощи ваттметров и варметров или счетчиков активной РI и реактивной РК энергии за известный период наблюдения ∆t:

где P – активная мощность электроустановки, кВт; I – линейный ток, A; U – линейное напряжение, В; W_a – количество активной энергии, зафиксированное счетчиком за время наблюдения ∆t, кВт∙ч; I_ср – средний линейный ток за время ∆t, A; W_p – количество реактивной энергии, зарегистрированное счетчиком за время ∆t, квар∙ч; Р – активная мощность электроустановки, Вт или кВт; Q – реактивная мощность электроустановки, вар или квар; φ – угол сдвига фаз между фазным током и напряжением установки, град.

Для использования приведенных формул необходимо иметь достоверные действительные показания приборов. С этой целью замеры показаний амперметров, вольтметров, ваттметров и варметров производят через каждые 3-5 мин, а продолжительность наблюдения за показаниями счетчиков – через 1, 0,5 или 0,25 ч.

Способы улучшения коэффициента мощности действующей электроустановки. Имеется два понятия коэффициента мощности: естественный коэффициент мощности — при отсутствии каких-либо компенсаторов реактивной энергии и общий, искусственный коэффициент мощности – фактически достигнутое значение коэффициента мощности установки за счет каких-либо компенсаторов реактивной энергии, поэтому способы улучшения коэффициента мощности технологического процесса можно разделить на две группы.

Мероприятия по повышению естественного коэффициента: правильный выбор электродвигательных устройств по требуемой механической мощности (нагрузке ЭДУ М _с или Р); устранение холостых ходов силовых трансформаторов – пере­распределение нагрузки между работающими трансформаторами; устранение режимов холостых ходов электродвигательных устройств и сварочных трансформаторов, агрегатов и аппаратов – применение ограничителей РХХ и схем переключения с «треугольника» на «звезду»; применение многодвигательных приводов и систем автоматической адаптации к нагрузке. На рисунке представлена качественная комплексная рабочая характеристика, – технико-экономическая зависимость действующих электроустановок в виде кривой коэффициента использования энергии k _исп = ηcosφ в функции коэффициента их загрузки:

,

доказывает справедливость приведенных мероприятий, так как кривая k _исп(β) построена для реального двигателя.

График коэффициента использования энергии потребителем

Мероприятия по искусственной компенсации реактивной энергии. Установка статических конденсаторов при активно-индуктивной нагрузке и индуктивных дросселей при активно-емкостной нагрузке; замена асинхронных ЭДУ большой мощности (50 кВт и выше) синхронными; установка синхронных электромеханических компенсаторов.

Пример. Найти полные мощности в естественных и искусственных условиях, а также стоимость годового потребления энергии ΣС если активная мощность потребителя ΣP_max = 5 МВт, средневзвешенный его коэффициент мощности соsφ_св = 0,5, время работы t = 500 ч в год, а искусственные условия созданы при соsφ_рац = 0,95. Силовую конденсаторную батарею необходимо установить на ПТП и подключить к шинам РУ НН. Используя соотношения (5.8), (5.12), определим последовательно величины Σ Q^e _max, S^e _max, Q _к, Σ Q _кн, S ^и_max, C и Σ С.

Суммарная максимальная реактивная мощность потребителя индуктивного характера при естественных условиях, Мвар:

Полная максимальная мощность потребителя в естественных условиях, МВ·А:

Мощность компенсатора, Мвар:

По справочным данным к установке примем трехфазные конденсаторы типа КМ-0,525-45-3 номинальной мощности Q_кн = 45 квар. Тогда батарея компенсатора должна иметь не менее N = Q_k/Q_кн = 7000/45 ≈ 1 56 конденсаторов и суммарную мощность, Мвар:

Полная мощность, МВ·А, потребителя в искусственных условиях:

Стоимость электроэнергии, млн. руб., использованной потре­бителем в течении года в искусственных условиях при

,

ПОНЯТИЯ О ЦЕНТРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
И ВЫБОРЕ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОНИЗИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Приемники электрической энергии в цехе, а также на территории предприятия имеют определенную геометрию взаимного расположения и нагружают ПТП активной, реактивной и полной мощностями различных величин. Если изобразить картину средней интенсивности распределения нагрузок на генеральном плане объекта в координатах x-y то можно получить картограмму его электрических нагрузок, на которой за центр электрических нагрузок (ЦЭН) принят центр круга, расположенного в центре потребителя (приемника), а за его расчетную мощность – радиус этого круга. Каждый круг можно разделить на секторы, площади которых равны соответственно осветительной и силовой нагрузкам.

Картограмма установленных номинальных активных мощностей – активных нагрузок электроустановок без учета коэффициента спроса k _с, На рисунке показано расположение 10 цехов и станций первой очереди – сплошные линии и второй очереди – пунктирные линии, а также их активных нагрузок в виде кругов, радиусы которых соответствуют величинам мощностей (кВт). На картограмме нанесены точки: А – ЦЭН без учета расширения; А ₁ – ЦЭН с учетом развития объекта.

Картограмма активных Картограмма реактивных
нагрузок производственного нагрузок производственного
объекта с ЦЭН в точке А объекта с ЦЭН в точке В

Картограммы могут быть не только с электрическими активными нагрузками Σ P _max, но и с реактивными Σ Q _max. Нахождение области расположения ЦЭН объекта возможно по картограмме методом потенциальных функций. Суть этого метода заключается в аналогии между нагрузками P _i(Q _i) электроустановок, расположенных в точках X_i и Y_i, и потенциалами некоторых источников энергии, расположенных в тех же точках. Тогда координаты ЦЭН можно примерно определить формулами:

Расположение ПТП в ЦЭН объекта по координатам (5.16) при­водит к наименьшему значению затрат на сооружение и эксплуатацию СЭС. Определение же места батареи конденсаторов или синхронного компенсатора осуществляется по реактивной картограмме – картограмме Q_i(X_i;Y_i) (рис.5.9) с ЦЭН в точке В, координаты которой находятся формулами.

РАСЧЕТ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ

ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Целью работы является расчет установленной мощности ПТП промышленного объекта с потребителями II категории номинальным напряжением 0,525 В по исходным данным проектирования технологического производства, принятие решения по искусственному улучшению коэффициента мощности и выбор основного э лектрооборудования подстанции с учетом собственных нужд и возможного развития объекта, а также исследование влияния нагрузки трансформатора на его технико-экономические показатели.

Для достижения цели требуется:

1) рассчитать установленную мощность ПТП с учетом собственных нужд, коэффициента развития объекта и искусственной компенсации реактивной мощности;

2) выбрать основное электрооборудование ПТП и выполнить ее принципиальную схему;

3) исследовать поведение внешней U ₂(β) и рабочей η(β) характеристик трансформатора в естественных и искусственных условиях функционирования трансформаторной подстанции;

4) обобщить результаты и сделать выводы по наиболее эффективному технико-экономическому использованию ПТП в реальных условиях производственного процесса.

Исходные данные как результат проектирования технологического производства сведены в табл. 5.3 и согласуются с вариантом*: 1(4)-70, 2(3)-200, 3(2)-1500, 4(8)-250, 5(6)-350, 6(7)-250, 7(1)-500, 8(5)-125, 9(11)-10. Алгоритм расчета

* В варианте первые цифры соответствуют данным табл. 5.3, вторые в скобках – номеру позиции потребителя II категории по табл. 5.1, а цифры за знаком «–» – их номинальные мощности (кВт).

Алгоритм расчета

1.Суммарные максимальные нагрузки с учетом коэффициентов спроса и мощности отдельных электроустановок сведены в расчетную таблицу (табл. 5.3)

2. Средневзвешенный коэффициент мощности промышленного процесса с учетом выражения (5.7)

3. Мощность компенсатора при рациональном значении коэффициента мощности 0,95, квар:

4. Для батареи статических конденсаторов выбран конденсатор КМ-0,525-45-3 на номинальную мощность 45 квар. Тогда количество конденсаторов в батареях должно быть не менее, экз.:

q _k /q _kh = 1173,745/45 = 26,083≈ 26.

Таблица 5.3