Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 378
Скачиваний: 11
образования реактивных нагрузок рассмотрим, как они формируются. В соответствии с пределами точности рас четов, установленными для активных нагрузок, при определении реактивных нагрузок и построении их гра фиков во многих случаях нет необходимости учитывать реактивные потери в реакторах и линиях электропере дачи.
К потребителям реактивной мощности промышленных предприятий относятся установки, в которых она необ ходима для создания магнитных полей: 1) асинхронные двигатели; 2) сварочные машины; 3) трансформаторы подстанций, электропечей и преобразовательных агре гатов; 4) автотрансформаторы. Кроме того, реактивная нагрузка образуется сдвигом фаз тока и напряжения при работе вентильных преобразователей с естественной или искусственной коммутацией.
Для замеров реактивных нагрузок характерных групп потребителей обычно используются счетчики реактивной энергии, показывающие интегральную величину за время Т, квар-ч,
тг
V ^ UI sin ф dt = ^ Q dt.
оо
При Т = Тсм определяются расход реактивной энер гии за наиболее загруженную смену и среднесменная реактивная нагрузка QCMпри Т == 30 мин (расход реак тивной энергии за 30 мин) и соответствующая величина реактивного максимума.
Понятие «реактивная энергия» является условным и неточно отражает сущность физического процесса в трех фазных сетях переменного тока [Л. 12-2]. Особенно это имеет значение при несимметричных и несинусоидальных режимах электрических сетей. Несимметричные режимы имеют место при работе однофазных электроприемников, несинусоидальные режимы получаются при работе вен тильных преобразователей с естественной и особенно с ис кусственной коммутацией, сопровождающейся сдвигом фаз тока и напряжения, иногда несимметричным по фазам. При несимметричном режиме получаются реактивные нагрузки прямой, обратной и нулевой последовательности, которые могут быть скомпенсированы только мощностью своей последовательности. Наличие высших гармоник при несинусоидальном режиме обусловливает реактивную на грузку искажения (см. § 8-5).
160
Счетчики реактивной энергии дают правильные пока зания только при симметричных и синусоидальных режи мах, однако, из-за отсутствия более точных приборов эти счетчики имеют широкое применение при расчетах за электроэнергию. В дальнейшем частично используется термин «реактивная энергия» с учетом его условности.
Развитие индивидуального привода, приведшее к широ кому применению двигателей малой мощности вместо применявшихся при групповом приводе мощных двига телей, явилось причиной ухудшения коэффициента мощ ности; в то же время оно дало снижение расхода активной энер гии за счет ликвидации потерь в механических передачах и, глав ное, выигрыш в производитель ности технологических механиз мов. Поэтому, чем глубже идет процесс электрификации сложных машин, чем меньшие применяют ся двигатели, тем ниже полу
чаются значения , cos ср, что не означает, однако, технического регресса.
На рис. 5-15 даны характери стики асинхронного двигателя мощностью 5,1 кВт в относитель ных единицах. Как видно из характеристик, потребление реак тивной мощности состоит из по стоянной слагающей Qo (ток намаг ничивания) и переменной слагаю
щей |
(поток рассеяния), |
пропорциональной квадрату |
загрузки, так что Q — Q0 + |
K\Qt . Так как Q0 составляет |
60—85% Q, потребляемой реактивной мощности при пол ной нагрузке, то Q мало зависит от нагрузки двигателя и при увеличении последней от 0 до максимальной воз растает всего на 20%. Поэтому двигатели механизмов, работающих с прерывистой нагрузкой без отключения, имеют очень низкое средневзвешенное значение коэффи циента мощности.
Так, например, тихоходный двигатель прокатного стана с номинальным коэффициентом мощности 0,6 имеет средневзвешенный коэффициент мощности 0,3—0,35, что следует учитывать при выборе типа тихоходного про
6 Мукосеев Ю. Л. |
161 |
катного двигателя или другого привода с холостыми ходами.
Недогрузка асинхронного двигателя снижает его коэф фициент мощности, однако это вовсе не означает, что наи более экономичный режим асинхронного двигателя будет при 100%-ной нагрузке. При загрузке асинхронного двигателя на 70% и выше замена его на двигатель меньшей мощности является нецелесообразной; при более низком проценте загрузки (до 45%) вопрос о целесообразности такой замены решается технико-экономическим расчетом; только при нагрузке ниже 45% замена на двигатель мень шей мощности всегда целесообразна.
Подсчет реактивных нагрузок производится по формуле (5-13), где значение tg гр соответствует cos ф каждой харак терной группы. Наиболее низкое значение cos ср имеют такие потребители электроэнергии, как металлорежущие станки, краны, сварочные машины и особенно трансформа торы дуговой сварки. У последних значительное снижение средневзвешенного значения коэффициента мощности полу чается вследствие неотключаемых холостых ходов. Индук ционные печи промышленной частоты работают с индиви дуальными конденсаторными батареями при cos ср, близ ком к единице.
Крупными потребителями реактивной мощности явля ются мощные дуговые и ферросплавные электропечи за счет повышенного реактивного сопротивления трансфор маторов и за счет индуктивности короткой сети, для сни жения которой применяется продольно-емкостная ком пенсация (см. § 12-2). Значительными потребителями реактивной мощности являются также трансформаторы заводских подстанций; реактивная мощность, потребля емая ими, при полной нагрузке составляет до 10,5% и выше номинальной мощности трансформаторов.
5-9. ГРАФИКИ НАГРУЗОК И ПОТРЕБЛЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Построение суточных и годовых графиков активной и реактивной нагрузок необходимо для выбора питающих предприятие генераторов ТЭЦ или трансформаторов ГПП, для подсчетов годового потребления активной и реактив ной энергии и решения вопросов компенсации реактивно» мощности и регулирования напряжения.
162
Суточные графики на действующих предприятиях стро ятся по записям показаний счетчиков активной и реак тивной энергии, производимым через каждый час в тече ние суток, начиная с 0 до 24 ч (рис. 5-16). Графики дают
Рис. 5-16. Суточные графики активной и реактивной на грузок.
средние значения нагрузок в течение часа и должны стро иться ступенями, а не ломаными линиями (рис. 5-17).
Наиболее непостоянной составляющей в графике явля ется осветительная нагрузка, зависящая от географи ческой широты, времени суток и года; поэтому для пред приятия строятся характерные графики активных и реак тивных нагрузок для зимнего и лет него рабочих дней.
После подсчетов всех активных и реактивных нагрузок с учетом знаков последних для синхронных двигателей и реактивных потерь в трансформаторах получают суммар ные максимумы активной и реак тивной нагрузок и соответствующее максимуму значение коэффициента мощности. По этим максимумам
строят суточные графики активной, реактивной и полной нагрузок.
При проектировании наиболее простым получается построение графиков при наличии характерных графиков для аналогичного действующего предприятия, активных и реактивных нагрузок без компенсирующих устройств и
6 * |
163 |
сохранении общего характера производства на будущее время. В этом случае ординаты графика пересчитываются пропорционально максимумам. В график могут быть вне сены коррективы, если известна работа по времени отдель ных крупных установок, например мощного двигателя компрессора или насоса, электропечи и т. д.
При отсутствии характерных графиков следует строить их по элементам. График освещения строится в зависимости от времени года и географической широты района промышленного предприя тия с учетом работы смен предприятия. Затем строится график для силовой нагрузки с учетом обеденных перерывов, роста и спа дания нагрузки в начале и конце смены, а также количества смен и процента производственной загрузки по сменам. Графики на грузки крупных потребителей могут быть построены по данным тех нологического процесса. При построении графиков нагрузок не обходимы ознакомление с технологическим процессом цехов пред приятия и выявление всех особенностей, могущих существенно повлиять на суточный график нагрузки, — например длитель ность реакции в химических производствах, цикл работы дуговой электропечи и т. д. Влияние времени года также должно быть уч тено, поскольку летом отсутствует расход энергии на отопительные системы, повышается расход воды на охлаждающие системы и пр. Ординаты полученных таким образом графиков суммируются и составляют ординаты графика нагрузки предприятия в целом. Затем графики проверяются по отчетным данным действующих предприятий.
Графики реактивной нагрузки строят приближенно, исходя из постоянства cos ф в течение суток (при отсутствии специальных компенсирующих устройств) и пользуясь графиком активных на грузок. При этом получается небольшая ошибка, величина которой зависит от доли потребителей чисто активной нагрузки (освещения, электропечи нагрева, синхронные двигатели с cos ф = 1 и т. п.), которой можно пренебречь.
Для суточных графиков (рис. 5-16) характерны сле дующие величины:
1)часовые максимумы активной и реактивной нагрузок Ри, кВт, и QM, квар;
2)коэффициент мощности максимума cos фм, соответ
ствующий tg фм = Q JPM',
3)суточные расходы активной и реактивной энергии ѴВсут, кВт-ч и FcyT, квар-ч;
4)средневзвешенный за сутки коэффициент мощности,
соответствующий tg ФСуТ= |
FcyT/WcyT; |
|
|
5) коэффициенты заполнения суточного графика актив |
|||
ной и реактивной нагрузок |
|
|
|
г г |
^ с у т |
^ |
^ с у т |
; м-сут" |
2ІРМ; |
* м-р-сут |
24QM' |
164
Годовые графики потребления активной и реактивной энергии бывают двух видов — по месяцам и упорядочен ные. Первые показывают потребление энергии в течение года по месяцам, начиная с января и кончая декабрем, и характеризуют сезонность работы предприятия. На рис. 5-18 показаны характерные графики по месяцам машиностроительного и химического предприятий. Для первого характерным являются спадание расхода энер гии в летние месяцы за счет снижения осветительных и отопительных нагрузок и повышение расходов энергии
Месяцы |
Месяцы |
а) |
Ю |
Рис. 5-18. Годовые графики расхода энергии.
а — машиностроительная промышленность; б — химическая промышленность.
восенне-зимний сезон.
Вграфике предприятий химической промышленности
летний провал менее заметен, а бывает, что максимальное потребление электроэнергии приходится на наиболее жаркие летние месяцы вследствие резкого возрастания нагрузок, связанных с производством холода.
Имеются предприятия (например, сахарные заводы, торфопредприятия), которые работают несколько месяцев в году, что отражается в месячных графиках.
Годовые графики упорядоченные или графики по про должительности строятся по убывающим ординатам актив ной и реактивной нагрузок в течение года (рис. 5-19).
Для годовых графиков кроме максимумов нагрузки Рш
иQM характерны следующие величины:
1)годовой расход активной и реактивной энергии Wr, кВт-ч, Ѵг, квар-ч, изображаемый площадью годового графика;
165
2) число часов использования максимумов активной и реактивной нагрузок
ТШ= ѴѴГІРЖ и TMp = Vr/QM;
3) средневзвешенный коэффициент мощности cos Фг,
соответствующий tg Фг = Ѵг/WT. |
Тмр = Гм р/8 760 выра- |
Величины Тм = Тм/8 760 и |
|
і-: |
й: |
я;ают соответственно коэффициенты заполнения годовых графиков активной и реактивной нагрузок.
Рис. 5-19. Годовые упорядоченные графики расхода активной и реактивной энергий.
Величина Тм играет большую роль в расчетах электро снабжения при определении годового расхода электроэнер гии, экономических нагрузок и др.; она является харак терной для каждой отрасли промышленности.
Рекомендуется определять годовой расход электро энергии по выражению Wr = а РсыТт, где а <; 1 — годо вой коэффициент сменности по энергоиспользованию и Тг — годовой фонд рабочего времени. Для непрерывных производств а достигает 0,95 (алюминиевые заводы), для двухсменных предприятий — ниже 0,65 (машиностро ение и др.).
Годовой расход активной энергии может быть определен,
если известно соотношение загрузки смен, |
|
|
|
ИД = Рем [Л + РгР2 + |
з + |
Д с і |
(5-40) |
где Рем — средняя нагрузка за наиболее загруженную смену; Тх— Ті — годовой фонд времени отдельных смен; ß2—Рі — коэффициенты загрузки смен относительно мак симально загруженной смены; с < 1 — коэффициент, учи тывающий работу в выходные дни, а также месячные и сезонные колебания нагрузки.