3. Передача электрической энергии и потери мощности в лэп

Практически вся электрическая энергия, вырабатываемая генераторами мощных электростанций, передаётся по линиям электропередачи (ЛЭП) потребителям, находящимся в большинстве случаев достаточно далеко – за сотни и тысячи километров - от места централизованного производства электрической энергии.

 При производстве электрической энергии и передаче ее потребителю неизбежно возникают тепловые потери электрической энергии, пропорциональные квадрату силы тока (так называемые «джоулевы потери» р = I ² R ). Поэтому и при производстве электрической энергии, и при передаче ее дальние расстояния большое экономическое значение имеет величина тока в ЛЭП, от которой зависят сечение проводов, расход материалов и стоимость ЛЭП, её экономичность и другие технико-экономические показатели. В современных ЛЭП потери мощности достаточно велики и составляют около 7 – 10 % от передаваемой мощности, поэтому вопросы снижения этих потерь и повышения КПД линий электропередачи имеют большое экономическое значение.

 Экономичность ЛЭП определяется, в основном, тепловыми (джоулевыми) потерями, которые для трёхфазной ЛЭП можно определить по формуле: р = 3 I_Л² R ,

здесь R – сопротивление фазы ЛЭП, I _Л - сила тока в линии (фазе) ЛЭП (линейный ток).

 Из формулы активной мощности трехфазной цепи (трёхфазного потребителя): P = U_Л I_Л сos  следует, что сила тока в фазе трёхфазной ЛЭП, обратно пропорциональна линейному напряжению и коэффициенту мощности потребителя сos  : . Тогда для тепловых потерь мощности в трехфазной ЛЭП можно записать . Отсюда следует, что при одинаковой передаваемой мощности :

1.     Тепловые потери в ЛЭП обратно пропорциональны квадрату линейного напряжения;

2.     Тепловые потери в ЛЭП обратно пропорциональны квадрату коэффициента мощности потребителя сos 

Поэтому при передаче электроэнергии от электростанции к потреби­телю с целью снижения тепловых потерь в ЛЭП и повышения ее технико-экономических показателей необходимо:

1. Передачу электрической энергии осуществлять при возможно более высоком технико-экономически обоснованном напряжении (обычно 500– 750 кВ). С этой целью производитель (поставщик) электрической энергии устанавливает в начале ЛЭП повышающие трансформаторы.

2. Повышать коэффициент мощности потребителей электрической энергии, т. е. повышать качество использования электрической энергии потребителем.

1. Мероприятия по снижению реактивной мощности потребителей

Основными потребителями реактивной индуктивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели и мощные силовые трансформаторы, поэтому коэффициент мощности потребителя (промышленного предприятия) во многом зависит от правильного выбора мощности трансформаторов, а также типа и мощности электропривода производственных механизмов, аппаратов и др.

При проектировании электрических приводов нельзя допускать необоснованного запаса установленной мощности, т. е. необходимое электрооборудование следует выбирать так, чтобы большую часть времени при своей работе оно было загружено на расчетную номинальную мощность.

 С целью повышения коэффициента мощности и снижения реактивной мощности электроустановок (потребителей) используют следующие мероприятия, повышающие качество использования электрической энергии:

1. Упорядочение технологического процесса и улуч­шение энергетического режима работы оборудования;

2. Правильный выбор типа, мощности и конструктивного исполнения электрооборудования, обеспечивающий номинальный или близкий к номинальному режим его работы;

3. Переключение статорных обмоток асинхронных двигате­лей с треугольника на звезду при коэффициенте загрузки  менее 40 %;

4. Устранение длительной работы асинхронных двигателей в режиме холостого хода (без нагрузки);

5. Отключение или замена трансформаторов, загруженных в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности;

6. Замена асинхронных двигателей, работающих в режиме сильной недогрузки ( менее 40 %), на двигатели меньшей мощности;

7. Замена асинхронных двигателей синхронными двигате­лями той же мощности, если это возможно по технико-экономи­ческим соображениям;

8. Применение синхронных двигателей вместо асинхронных для новых проектируемых установок электропривода, если это целесообразно по технико-экономическим соображениям.

 Номинальная мощность электродвигателя Р _НОМ - это наибольшая полезная механическая мощность на валу электродвигателя, при которой обеспечиваются высокие технико-экономические показатели его работы и допустимый тепловой режим (без перегрева), гарантирующий длительный срок службы электродвигателя в течение 15 – 20 лет.

 В зависимости от соотношения фактической мощности нагрузки на валу электродвигателя Р _НАГР и его номинальной мощности Р _НОМ , т. е. в зависимости от коэффициента загрузки β = Р _НАГР / Р _НОМ , различают три нагрузочных режима:

1. Номинальный режим: Р_НАГР = Р _НОМ β = 1 характеризуется высокими технико-экономическими показателями работы и обеспечивает длительный срок службы электродвигателя.

2. Режим недогрузки: Р_НАГР < Р _НОМ β < 1 характеризуется более низкими технико-экономическими показателями работы и не рекомендуется для длительной работы.

3. Режим перегрузки: Р_НАГР > Р _НОМ β > 1 характеризуется пониженными технико-экономическими показателями работы и, кроме того, приводит к перегреву электродвигателя, что увеличивает опасность аварийного отключения, резко снижает срок его службы и поэтому практически не допускается.

S3. ПОВТОРНО- КРАТКОВРЕ­МЕННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ — это такой режим, при котором работа двигателя характеризуется цикличностью, т. е. периодическим чередованием периодов работы двигателя и его остановов.

 В случаях сложного характера нагрузочной диаграммы ( рис. 5) выбор номинальной мощности двигателя обычно проводится наиболее простым методом эквивалентной мощности :1.     По нагрузочной диаграмме определяется эквивалентная мощность нагрузки за рабочий период цикла:

 

 Рис. 5. Нагрузочная диаграмма электродвигателя при повторно-кратковременном режиме работы

t _i - продолжительность работы двигателя с нагрузкой P _i ; t _{О i} - продолжительность останова двигателя; t _Ц =  (t _i + t _{О i} ) - продолжительность цикла ( не более 10 мин) )

 2.     Определяется фактическая продолжительность включения нагрузки:

 

3. Выбор номинальной мощности и марки двигателя при заданной частоте вращения проводится по каталогу дви­гателей серии ПВ 15, 25, 40, 60 по следующим условиям: при совпадении продолжительности включения ПВ _НАГР = ПВ _СТАНД выбирают:Р_{ЭД НОМ} = Р _ЭРПЦ

4. Если фактическая продолжительность включения нагрузки отличается от стандартного значения ПВ _НАГР ≠ ПВ _СТАНД , то необходимо пересчитать эквивалентную мощность нагрузки за рабочий период цикла Р _ЭРПЦ на ближайшее большее стандартное значение ПВ*_СТАНД : .

 После этого выбор номинальной мощности и типоразмера (марки) двигателя при заданной частоте вращения проводится по каталогу дви­гателей серии ПВ 15, 25, 40, 60 по следующим условиям: при стандартной продолжительности включения ПВ* _СТАНД выбирают: Р_{ЭД НОМ} = Р* _ЭРПЦ

   5. При работе двигателя с переменной нагрузкой обязательно необходимо проводить проверку выбранного двигателя на перегрузочную способность.

Двигатели постоянного тока проверяются на перегрузку по току и должны удовлетворять следующему условию: I _НОМ ≥ I _{МАХ НАГР} / ( 2 - 2,5) .

 Асинхронные двигатели проверяются на перегрузку по пусковому и максимальному моментам и с учетом коэффициентов запаса должны удовлетворять следующим условиям:

λ _П М _НОМ ≥ К _П М _{П НАГР} ; λ _М М _НОМ ≥ К _М М _{М НАГР} ,

здесь М _НОМ - номинальный момент асинхронного двигателя,

λ _П и λ_М - кратность пускового и максимального моментов двигателя,

К _П и К _М - коэффициент запаса по пусковому и максимальному моментам (обычно принимают равным К = 1,2 - 1,3 ),

М _{П НАГР} и М _{М НАГР} - пусковой и максимальный моменты нагрузки (определяются по заданной нагрузочной диаграмме двигателя по формуле : М = Р / Ω ).

21. Экономия и рациональное использование электрической энергии. Передача электрической энергии и потери мощности в ЛЭП. Мероприятия по компенсации реактивной мощности индуктивных потребителей. Расчет емкости компенсационной установки.