CC BY
95
УДК 622.08.05.52
В.М. Степанов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ), В.С. Косырихин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-50, [email protected] (Россия. Тула, ТулГУ),
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ НА ИХ РАБОТУ
Предложены способы экономии электрической энергии в электрических системах. Ключевые слова: Энергосбережение, электроснабжение.
Качество напряжения в электроэнергетических системах характеризуется его отклонениями, колебаниями, несимметрией и несинусоидальностью формы кривой напряжения. В нормальных режимах работы энергосистемы колебания напряжения обычно проявляются только в местных сетях. Они зависят от режима работы и параметров электроприемников и местных сетей. Остальные параметры напряжения существенно зависят также от режима и параметров районных сетей напряжением 110-750 кВ.
Отклонения напряжения возникают в результате падения напряжения в элементах электрической сети при передаче по ним активной и реактивной мощностей. В зависимости от отклонения напряжения существенно изменяются технико-экономические показатели электроприемников. Одним из наиболее распространенных типов электроприемников являются асинхронные двигатели. Частота вращения этих двигателей меняется в зависимости от подведенного напряжения. Расчеты показывают, что изменение частоты вращения при изменении напряжения в пределах 0,95... 1,1 номинального может достигать 2,5 %. Такое изменение частоты вращения вызывает изменение производительности механизмов, которые приводятся в движение этими двигателями. Повышение частоты вращения механизма при правильном выборе уровня напряжения может приводить к увеличению количества выпускаемой продукции. Следовательно, в ряде случаев лишь за счет выбора правильного уровня напряжения или незначительных капитальных затрат на установку дополнительных средств регулирования напряжения может быть повышена производительность труда промышленного предприятия.
Уровень напряжения оказывает также влияние на экономичность работы самого асинхронного двигателя. Изменение частоты вращения при работе с различными напряжениями вызывает изменение полезной мощности на валу двигателя и потерь мощности в самом двигателе. Следовательно, в зависимости от режима напряжения возникает перерасход или получается экономия электрической энергии.
От режима напряжения зависит величина потребляемой реактивной мощности, что, в конечном счете, сказывается на коэффициенте мощности
промышленного предприятия. Повышение напряжения в ряде случаев может приводить к снижению коэффициента мощности.
Значительный ущерб промышленным предприятиям наносит сокращение срока службы асинхронных двигателей, работающих с большой загрузкой и пониженными напряжениями. Расчеты показывают, что наиболее выгодным, с точки зрения увеличения срока службы двигателей, является номинальное напряжение или напряжение выше номинального.
Чувствительны к отклонениям напряжения и другие типы электроприемников. Так, снижение напряжения на 5 % приводит к уменьшению производительности электропечей на 2,4...5,4 %, а при снижении напряжения на 10 % производительность их уменьшается на 9... 17,5 %. На сварочных установках при снижении напряжения ухудшается качество сварки. Снижение напряжения на электрооборудовании, участвующем в процессе электролиза алюминия, приводит к повышению удельных расходов на 1 т алюминия и уменьшает производительность электролизных ванн. Так, при снижении напряжения на 5 % производительность электролизных ванн уменьшается на 6,1 %.
Исследования показывают, что повышение напряжения на 1 % вблизи номинального напряжения может приводить к повышению производительности автоматизированной поточной линии на 0,05 %.
В городских и сельских сетях с коммунально-бытовой нагрузкой отклонения напряжения также вызывают изменения технико-экономических показателей электроприемников (сокращение срока службы, перерасход электроэнергии, снижение освещенности и др.).
Отклонения напряжения оказывают влияние не только на показатели электроприемников, но и на показатели работы элементов самой электрической системы. Как известно, полная мощность синхронного генератора определяется током статора и напряжением на его зажимах. При работе генератора с большой активной нагрузкой полная, а, следовательно, и реактивная мощность ограничивается током статора. В этих условиях снижение напряжения будет приводить к уменьшению выдаваемой реактивной мощности генератора.
Другие источники реактивной мощности - батареи конденсаторов -изменяют свою мощность пропорционально квадрату подведенного напряжения ик
Qк = и2к ®с,
где а - угловая частота;
С - емкость конденсаторной батареи.
При работе трансформатора в схеме сети нагрузочные потери в нем обратно пропорциональны квадрату напряжения:
АРГ =АРН {Цм^ и АQт =ЩН ,
где АРт и АQT - соответственно нагрузочные потери активной и реактивной мощностей при передаче определенной мощности при номинальном напряжении ином;
и - напряжение, отличное от номинального, при котором передается та же мощность.
Существенное влияние величина напряжения оказывает на режим линий электропередачи. При повышении напряжения нагрузочные активные потери мощности снижаются, а потери холостого хода, связанные с явлением короны, увеличиваются. Общие потери активной мощности в линии
2 Г и
АРЛ =АРн \иЦм\ + АРК
{ и НОМ у
где АРК - потери на корону при данном состоянии погоды; п -показатель, характеризующий состояние погоды,
0 < п < 10.
Потери на корону могут быть соизмеримы с нагрузочными потерями в линиях напряжением 330 кВ и выше. В линиях напряжением 220-110 кВ преобладающее значение имеют нагрузочные потери.
Режим реактивной мощности линии определяется потерями реактивной мощности и зарядной мощности, обусловленной емкостью линии:
\ и \2 \ и \п АQл =АQнoм + QbU^ ,
{ и у {и НОМ у
где АQЛ - результирующее значение потерь и генерации реактивной мощности в линии;
АQнoм - потери реактивной мощности в линии при номинальном напряжении;
Qb - зарядная мощность линии при номинальном напряжении.
В замкнутых сетях, содержащих несколько номинальных напряжений, от величины напряжения также зависят потоки мощности. Так, в схеме сети, показанной на рис. 1, изменение ответвления одного из трансформаторов (например, Т2) будет приводить к изменению напряжения в сети 220-110 кВ и перераспределению потоков мощности по линиям 220 и 110 кВ при
неизменных нагрузках подстанций. Это, в свою очередь, вызовет изменение потерь активной и реактивной мощностей.
Рис. 1. Схема замкнутой сети двух напряжений
В условиях проектирования и эксплуатации энергосистем невозможно осуществлять контроль качества напряжения у каждого электроприемника. Поэтому при рассмотрении режимов электрических сетей напряжением 750110 кВ качество напряжения должно обеспечиваться на вторичных шинах подстанций напряжением 750-110/35-6 кВ (в центрах питания распределительных сетей).
Обеспечение рациональных режимов регулирования напряжения на шинах вторичного напряжения подстанций должно осуществляться исходя из условия, что напряжения на элементах электрической сети 35-750 кВ не превышают допустимые по техническим соображениям. Так, для нормальной работы электрической изоляции линий и электрических аппаратов (выключателей, разъединителей и т. д.) допускаются следующие повышения напряжения: при напряжении 35-220 кВ - на 15 % номинального; при 330 кВ - на 10; при 500-750 кВ - на 5 %.
Литература
1. Потери мощности и их снижение. Учебное пособие. / В.М. Степанов, В.С. Косырихин. Тул. гос. университет. - Тула: Изд-во «Шар», 2002. - 130 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В.С. Системы электроснабжения промышленных предприятий: учеб.-методич. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 368 с.: ил.
3. Проектирование систем внутрицехового электроснабжения промышленных предприятий: Учебн. пособие/ В.М. Степанов, В.С. Косырихин, Н.М.Меркулов. Тульский гос. университет. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.- 90 с.
4. Проектирование цеховых трансформаторных подстанций: Учебн. пособие. / В.М. Степанов, В.С. Косырихин, Н.М.Меркулов. Тул. гос. университет. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.- 100 с.
220 кВ
