Рухлов / Энергосбережение

∆W =	0,00286(Q1H1η2 −Q2 H2η1 )tН	,	(40)
	η1 η2 ηД ηС

где Q1, Q2 – подача насосной установки, соответственно, до и после изменения сопротивления трубопровода (по показанию расходомера), м3/ч; H1, H2 – полный напор водоотливной установки до и после изменения сопротивления трубопровода (по показаниям манометра), м; η1, η2 – КПД водоотливной установки до и после изменения сопротивления трубопровода. При известных Q1, Q2 и H1, H2 значения η1 и η2 определяются положением точки пересечения (А или В) характеристики наcoca и трубопровода (см. рис.19); ηД и ηС – КПД, соответственно, двигателя и сети (изменяются незначительно, поэтому в расчетах принимают ηД = ηД.НОМ – номинальному значению КПД двигателя, а ηС = 0,95 – 0,97); tН

– время работы насосов за расчетный период, ч. Величину H2 находят как H1 – ∆h.

Кроме этого для уменьшения напора в трубопроводе:

а) применяют резервный нагнетательный став при снижении подачи насоса против номинальной более чем на 20%. При этом сопротивление трубопровода уменьшается и экономия может составить 7 – 10 % от потребляемой электроэнергии;

б) освобождаются от лишней (необязательной) запорной арматуры и поворотов в трубопроводе или снижение их сопротивления за счет сглаживания острых углов;

в) сокращают длину трубопровода путем изменения его конфигурации; г) регулярно (не реже одного раза в год) очищают трубопровод от нако-

пившегося осадка.

Замена старых типов насосов на новые с более высоким КПД или модернизация действующих обеспечит экономию электроэнергии, кВт ч, которую можно рассчитать как

∆W = 0,00286		η2 −η1	Н Q tН ,	(41)
	η1
		η2 ηД ηС

где H – напор, определяемый по показаниям манометра, м; Q – фактическая подача насоса, м3/ч; η1, η2 – КПД, соответственно, старого и нового насосов; t – время работы насоса за расчетный период времени, ч.

Вентиляторные установки

К основным техническим и технологическим решениям, которые снижают потребление электрической энергии вентиляционными установками, относятся:

¾повышение КПД вентиляторов и систем привода;

¾уменьшение подсосов (утечек) воздуха;

¾снижение аэродинамического сопротивления вентиляционной сети;

¾согласование режима работы вентилятора с характеристикой вентиляционной сети и др.

Повысить КПД вентилятора можно, устранив дефекты, допущенные при монтаже, ремонте, наладке. К основным дефектам, например, осевого вентиля-

31

тора, относятся: работа с перевернутым рабочим колесом; несоблюдение зазоров между рабочим колесом и входным патрубком либо между рабочими лопатками и корпусом вентилятора; отсутствие обтекателя на входе осевого вентилятора; рассогласование в углах установки лопаток направляющего аппарата.

Устраняя указанные недостатки, можно добиться повышения КПД и, соот-

ветственно, экономии электроэнергии, кВт ч:

	∆W =	QH (η1 −η2 ) tВ	,	(42)
		1000 η η η η η
		1 2 Д С М

где Q, H – соответственно, подача, м3/с, и давление, Па, вентилятора, определяемые по показаниям расходомера и депрессиометра (если давление измерено в мм вод. ст., то переход к давлению в Па выполняют по соотношению: 1 мм

вод. ст. = 9,81 Па); tВ – время работы вентилятора, ч; η1, η2 – КПД вентилятора

до и после устранения дефекта; ηД, ηС, ηМ – фактические значения КПД, соответственно, двигателя, электрической сети и передачи (у центробежных венти-

ляторов); ηС = 0,93…0,97; ηМ = 0,95…0,97, а значение ηД зависит от типа двигателя (асинхронный, синхронный) и фактической его загрузки.

Снижение подсосов (утечек) воздуха. Характеристика вентиляционной сети определяется подсосами (утечками) воздуха и состоянием самой сети. Экономия электроэнергии, кВт ч, от снижения подсосов (утечек) воздуха рассчитывается как

∆W =	H (Q1η2		−Q2η1 ) tВ		,	(43)
	1000	ηη η η η		М
		1	2 Д С

где Q1, Q2 – подача вентилятора до и после проведения мероприятий, м3/с (оп-

ределяется по показаниям расходомера); η1, η2 – КПД вентилятора до и после проведения мероприятий.

Улучшение состояния вентиляционной сети. С этой целью необходимо увеличивать площади поперечного сечения вентиляционных выработок, улучшать аэродинамические свойства сети, снижать местные сопротивления, прокладывать дополнительные воздуховоды.

Депрессия сети hC , Па, вычисляется по следующей формуле:

	h = a		L P	Q2	,	(44)
		С S3
	С			В

где aС – коэффициент аэродинамического сопротивления, H с2/м4; L – протяженность сети, м; P – периметр воздуховода (горной выработки), м; S – сечение

воздуховода (горной выработки), м2; QВ – количество воздуха, подаваемого по воздуховоду, м3/с.

Депрессию, затрачиваемую на преодоление местных сопротивлений, создаваемых резкими поворотами, уменьшением сечения воздуховода, захламлением выработок и т.п., Па, можно записать выражением:

h	= 0,598ξ v2 ,	(45)
М.С

где ξ – коэффициент местного сопротивления; v – скорость воздушной струи, м/с.

32

∆W = (Q1H1η1 −Q2 H2η2 )tВ ,

1000 η1 η2 ηД ηС ηМ

Определив по формулам (44) и (45) ожидаемое уменьшение депрессии при проведении мероприятий по снижению местных сопротивлений вентиляцион-

ной сети, возможная экономия электрической энергии, кВт ч:

∆W =	Q [H η2 −(H −∆H ) η1 ] tВ							,	(46)
1000		η	η	η	η	η	М
		1	2	Д	С

где η1, η2 – КПД вентилятора до и после уменьшения депрессии вентиляционной сети; ∆H – ожидаемое снижение депрессии сети шахты, Па.

Согласование режима работы вентилятора с характеристикой сети. Для обеспечения экономичной работы вентиляционной установки в процессе ее эксплуатации необходимо, чтобы характеристика вентиляционной сети пересекала индивидуальную характеристику вентилятора в правой (устойчивой) ветви возможно ближе к точке, соответствующей режиму работы вентилятора с максимальным значением КПД (точка H = 0,9 Hmax на кривой 2 рис.18).

Отклонение от оптимального режима (кривая 1) приводит к уменьшению КПД, причем потери электроэнергии на преодоление в самом вентиляторе резко возрастают.

И з м е н е н и е у г л а у с т а н о в к и л о п а т о к н а р а б о ч е м к о л е с е о с е в ы х в е н т и л я т о р о в . Экономия электрической энергии, которая может быть получена за счет улучшения режима работы вентилятора, кВт ч, определится как

(47)

где Q1, Q2 – подача вентилятора до и после изменения режима его работы (может быть определена по результатам замеров и по совмещенным характеристикам вентилятора и вентиляционной сети), м3/с; H1, H2 – давление до и после из-

менения режима работы (определяется аналогично), Па; η1, η2 – КПД вентилятора до и после изменения режима работы.

Снятие и изменение угла установки лопаток. Для повышения КПД неза-

груженных двухступенчатых осевых вентиляторов, работающих на вентиляционную сеть с малой депрессией, целесообразно полностью снять лопатки с одного колеса, а на другом увеличить угол их установки так, чтобы сохранить необходимую подачу и давление, развиваемое вентилятором.

Среднесуточную фактическую загрузку электродвигателя вентилятора определяют по показаниям электросчетчика. Затем по паспортным данным двига-

теля PНОМ и ηН определяют мощность, потребляемую из сети при номинальной

нагрузке, как PС.НОМ = PНОМ / ηН и рассчитывают с помощью выражения (25) коэффициент загрузки двигателя КЗ.

При КЗ ≤ 0,4…0,5 следует рассмотреть вариант замены электродвигателя на двигатель, мощность которого ориентировочно может быть определена из

выражения PС = (QH)/(1000η), где η – КПД вентилятора, определяемый по совмещенным характеристикам вентилятора и вентиляционной сети.

33

К установке принимается двигатель мощностью PНОМ' ≥ PС (при той же час-

тоте вращения). Ожидаемая экономия электроэнергии, кВт ч, при выполне-

нии указанного мероприятия

	∆W =	Q H tВ		1	−	1		,	(48)
						η2
		1000 ηВ ηС		η1

где η1, η2 – соответственно, фактический КПД заменяемого и устанавливаемого электродвигателей.

ЛЕКЦИЯ 8 ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Компрессорные установки

Экономия электроэнергии при эксплуатации компрессорных установок достигается разными способами. Это повышение КПД компрессора (модернизация либо замена на более совершенный), интенсификация охлаждения, применение всасывающих трубопроводов резонансной длины, снижение утечек сжатого воздуха и потерь давления в пневмосети, соблюдение графиков режима работы компрессорных станций, нормирование расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха и др.

Снижение КПД компрессора приводит к годовым потерям электроэнергии, кВт ч, которые:

для поршневых компрессов

	∆W =	K AQК		ηК −ηК.Ф		ТК10−3 ,	(49)
		60 ηП ηД		ηК ηК.Ф

где K = 1,1…1,2 – коэффициент запаса мощности; А – работа, необходимая для сжатия 1 м3 воздуха до заданного давления, Дж/м3; QК – производительность компрессора, м3/мин (определяют расходомером или берут из отчета по наладке); ηК, ηП, ηД – КПД, соответственно, компрессора, передачи и двигателя; TК – время работы компрессора за расчетный период, ч (определяют для конкретных условий); ηК.Ф – фактический КПД компрессора,

ηК.Ф	=	КАQ	10-3
		К	,

60 ηП ηД РС

где PС – фактическая мощность, потребляемая двигателем компрессора из сети

иопределяемая аналитически или с помощью измерительных приборов, кВт;

для турбокомпрессоров

	∆W =	LИЗQК		ηК −ηИЗ.Ф		ТК10-3 ,	(50)
		60 ηД ηП		ηКηИЗ.Ф

где LИЗ – работа изотермического сжатия, Дж/м3 (принимается равной значению удельной работы А по табл.7; QК – производительность турбокомпрессора, м3/мин; ηИЗ.Ф – фактический изотермический КПД турбокомпрессора,

34

ηИЗ.Ф = LИЗQК10-3 .

60 ηД РС

При отсутствии точных данных можно принимать ηК = 0,6…0,8 – для поршневых компрессоров, 0,6…0,7 – для турбокомпрессоров, ηП = 0,97, ηД = 0,95.

Интенсивное охлаждение компрессоров достигается путем максимального использования промежуточных холодильников для снижения температуры сжатого воздуха. Если температура сжатого воздуха, выходящего из промежуточного холодильника, превышает допустимую, то годовой нерациональный расход электроэнергии:

•для поршневого компрессора

∆W =		РС(t −60) 0,01		ТК	;
		6
(51)
•для турбокомпрессора		РС(t −70) 0,01
∆W =				ТК	,	(52)
		7

где t – температура сжатого воздуха, выходящего из промежуточного холодильника, °С.

Применение всасывающих трубопроводов резонансной длины на поршне-

вых компрессорах сокращает удельный расход электроэнергии на 3…5% при одновременном повышении производительности на 5…8%. Необходимую резонансную длину всасывающего трубопровода, м, вычисляют по формуле:

l = λ / 4 ,

где λ = v/υ – длина звуковой волны, м; ν – скорость звука при температуре 20°С, равная 344 м/с; υ = nВ / 60 – частота посылающих звуковую волну импульсов, nВ – частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Годовой нерациональный расход электроэнергии, кВт ч, при работе компрессора с нерезонансной длиной всасывающего трубопровода находят как

∆W = 0,05 PС TК .

Расход сжатого воздуха состоит из полезного расхода, потребляемого пневмопотребителями (механизмами), и утечек. Последние подразделяются на две группы: утечки в магистральной пневмосети и утечки в местах присоединения механизмов.

Нормативную величину утечек первой группы подсчитывают в зависимости от длины воздухопроводной сети (удельная норма утечки на 1 км магистральной пневмосети a1 = 2,7 м3/мин при давлении 4 105 Па), а второй – в зависимости от числа постоянно присоединенных к сети механизмов (удельная норма утечки a2 = 0,35 м3/мин на одно присоединение при давлении 4 105 Па).

Суммарное нормативное значение утечек

QУТ.Н = a1 ∑l +a2m ,

(53)

35

где ∑l – суммарная длина пневмосети с металлическими трубами, км; m – общее число постоянно присоединенных к пневмосети механизмов, шт.

Непроизводительный расход электроэнергии при нормативном значении утечек (53) определяют согласно технологической норме расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха.

Одной компрессорной установкой расходуется: электроэнергии, кВт ч:

W	=	АQ T	(1+ К	ВС	)10-3	,	(54)
		К К
КОМП		60	ηК ηП	ηД

где KВС = PВС / PУ.К – удельный вес вспомогательных электроприемников компрессорной установки; PВС – установленная мощность вспомогательных электроприемников, кВт; PУ.К – установленная мощность электроприемников компрессорной установки, кВт.

Технологический транспорт

Основными электроприемниками технологического транспорта на предприятиях являются: аккумуляторные, контактные и бесконтактные электровозы, ленточные, пластинчатые и скребковые конвейеры.

При применении аккумуляторных электровозов для уменьшения потери электроэнергии в батареях следует:

•не допускать снижения плотности электролита ниже допустимого уровня (добавлением концентрированного раствора);

•регулярно чистить батарею, а также проверять состояние соединительных муфт, что значительно снижает токи утечки и саморазряда;

•периодически менять загрязненный электролит и восстанавливать качество длительно бездействующих батарей (несколькими перезарядками), что позволит избежать увеличение потерь электроэнергии в них на 15…20%;

•контролировать процесс заряда батареи (недозаряд батареи как и перезаряд приводит к дополнительным потерям электроэнергии);

•осуществлять регулярный и точный контроль за продолжительностью работы батарей, что позволит вовремя устранить неполадки в батарее и исключить необоснованные потери электроэнергии при их заряде;

•внедрять зарядные и преобразовательные агрегаты на силовых полупроводниковых элементах.

Снижение потерь электроэнергии при эксплуатации контактных электро-

возов достигается за счет:

¾ систематической проверки состояния стыковых контактов в местах присоединения проводов, а также питающих и отсасывающих кабелей;

¾ уменьшения сопротивления рельсового пути, для чего на стыках привариваются соединительные планки, а через каждые 50 м все нитки пути соединяются между собой перемычками;

¾ обеспечения практического равенства проводимости стыка и рельса при применении торцевой электросварки стыков;

36

¾ применения двухсторонней схемы питания контактной сети,что позволяет уменьшить потери электроэнергии в сети, примерно, в восемь раз.

Снижение потерь электроэнергии обеспечивает также систематический контроль состояния контактной сети, своевременная замена изношенного контактного провода на провод первоначального сечения.

Экономию электроэнергии, кВт ч, при замене контактного провода малого сечения большим можно определить как

		I	2	L		S1 − S2
	∆W =						N t ,	(55)
		57200				S1 S2

где I – длительный ток нагрузки одного электровоза, A; L – длина заменяемого участка провода, м; S1, S2 – соответственно, сечение нового провода и изношенного, мм2; N – количество электровозов, одновременно работающих на участке электровозной откатки; t – рассматриваемый период времени, ч.

Существенную экономию электроэнергии на конвейерных линиях можно достичь за счет ликвидации холостого хода и повышения загрузки конвейеров.

Для повышения загрузки конвейеров необходимо контролировать состояние бункеров и усредняющих емкостей, а также загрузочных устройств и исправность перегрузочных пунктов. Бункеры вместимостью 100 м3 и выше необходимо оборудовать датчиками нижнего и верхнего уровня, сблокированными со схемой автоматизации конвейера, для отключения его при отсутствии горной массы в бункерах и включения при их заполнении.

Технологический расход электроэнергии за сутки ленточным конвейе-

ром, кВт ч, определяют в зависимости от количества транспортируемого груза, условий и продолжительности его работы:

				sin β
	WКЛ = 0,013LКω CЛvЛtР +0,28QР 1		±			,	(56)
				ω

где LК – длина конвейера, м; ω – коэффициент сопротивления движению, равный 0,02…0,03 для стационарных конвейеров, 0,04…0,06 – установленных в пределах выемочных участков, 0,08…0,12 – работающих в особо тяжелых условиях; CЛ – масса 1 м движущихся частей конвейера, кг/м; vЛ – скорость движения ленты, м/с; tР – время работы конвейера за расчетный период, ч; QР – расчетная производительность конвейера за время tР; β – угол установки конвейера, град.

Для сборных конвейеров, принимающих груз в нескольких пунктах, расположенных по длине конвейера,

Q =

L1

Q

ПЛ1

+

L2

Q

ПЛ2

+ +

Ln

Q

ПЛn

,

Р

LК

LК

LК

где L1, L2…Ln – расстояние от i -го пункта погрузки до пункта разгрузки, м;

QПЛ1, QПЛ2…QПЛn – плановое количество продукции (угля), выдаваемое і-м погрузочным пунктом за расчетный период, т.

Подъемные установки

37

К подъемным установкам относятся различные пассажирские и грузовые лифты, подъемные машины шахт и рудников, некоторые виды кранов и др.

Основными электросберегающими решениями для них являются:

•работа привода по оптимальной тахограмме;

•ликвидация или сокращение времени работы на холостом ходу;

•обеспечение норм загрузки сосудов;

•применение совершенных систем электропривода (АВК, ТП-Д).

Работа по оптимальной тахограмме. Режим работы подъемной машины

характеризуется определенными значениями скорости, ускорения, замедления и продолжительностью различных периодов цикла подъема. Для большинства установок режим управления существенно влияет на электропотребление.

Наивыгоднейшим по расходу электроэнергии считается режим управления подъемной машиной, когда степень неполноты использования тахограммы (диаграммы скорости) имеет наименьшее возможное значение, а тормозные усилия не превосходят 20…30% веса полезного груза.

Степень неполноты использования тахограммы или множитель скорости

определяется как
λТ = vmax vСР = (vmaxTЦ ) HП ,	(57)

где vmax, vСР – соответственно максимальная и средняя скорость движения подъемного сосуда, м/с; TЦ – время, за которое совершается один цикл подъема, с; HП – высота подъема, м.

Уменьшить степень неполноты использования тахограммы можно, изменяя ускорение при пуске или остановке.

Сокращение времени работы подъемной установки на холостом ходу при-

водит к снижению расхода электроэнергии (лекция 6). При этом следует также учитывать необходимость обеспечения регламентированных норм загрузки подъемных сосудов. Для этого необходимо контролировать процесс загрузки подъемных сосудов и вагонеток, поддерживать регламентированные нормы загрузки клетей.

Неполная загрузка подъемных сосудов и вагонеток при подъеме груза или горной массы приводит к нерациональному расходу электроэнергии, кВт ч,

подъемной установкой, определяемому выражением

∆W = ∆WЦnН ,

(58)

где ∆WЦ = WС / nФ – расход электроэнергии на один цикл подъема, кВт ч; WС – суточное потребление электроэнергии подъемной установкой (по показаниям счетчика активной энергии), кВт ч; nФ – фактическое число подъемов за сутки; nН = nФ – nРАЦ – нерациональное количество циклов, выполненных подъемной установкой за расчетный период (месяц, квартал, год); nРАЦ = AФ / QП – рациональное количество циклов, необходимое для подъема груза или горной массы за расчетный период при условии полной загрузки подъемного сосуда; AФ – фактическое количество груза, выданное установкой за расчетный период, т; QП – грузоподъемность подъемного сосуда, т.

38

ЛЕКЦИЯ 9 ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Потери электроэнергии в элементах систем электроснабжения

Способы уменьшения потерь электроэнергии в воздушных и кабельных линиях

Основные направления уменьшения потерь электрической энергии в электрических сетях: перевод сетей на более высокое напряжение; замена сечения и материала проводов, сокращение длины линий.

Потери активной мощности ∆P, кВт, и энергии ∆W ,кВт ч, в трехфазных воздушных линиях и кабелях определяются следующим образом:

	∆P =	3 I	2	R 10			-3
								(59)
		Р2		+Q2
	∆P =						R
		U			2
или	∆W = ∆P TР						,	(60)

где I – расчетный ток линии, А; R = ρ L / S – активное сопротивление провода или жилы кабеля, Ом; ρ – удельное сопротивление материала провода при температуре 20°С (для алюминия и его сплавов – 0,026…0,029; меди

0,0175…0,018; стали 0,10…0,14 Ом мм2/м); L – длина линии, м; S – сечение проводника, мм2; P, Q – соответственно, расчетная активная и реактивная мощность линии, кВт, квар; U – линейное напряжение, кВ; TР – продолжительность работы за расчетный период, ч.

При переводе сетей на более высокое напряжение уменьшение потерь электрической энергии, кВт ч, в воздушных и кабельных линиях

∆W = 0,003ρLT	I12	S	− I	22	S			,	(61)
Р						2
		1

где I1, I2 – значение тока в сети, соответственно, при низшем и высшем напряжении, А; S1, S2 – сечение проводов при низшем и высшем напряжении, мм2.

Уменьшение потерь электроэнергии, кВт ч, рассчитывают по формуле
∆W = 0,003I 2T	(	ρ1L1	S1	ρ2 L2	S2 )	,	(62)
			−
Р

которая принимает следующий вид:

¾при изменении сечения проводов(ρ1 = ρ2 = ρ; L1 = L2 = L)

∆W = 0,003 ρ L I 2T	(1 S −1 S	2	) ;	(63)
Р	1

¾при замене материала проводов (L1 = L2 = L; S1 = S2 = S)

∆W = 0,003 L	S	I 2	(ρ − ρ		) ;	(64)
			1	2

¾при изменении длины линии (ρ1 = ρ2 = ρ; S1 = S2 = S)

39

∆W = 0,003	ρ	I 2T	(L − L ) ;	(65)
	S	Р	1 2

¾при изменении сечения и материала проводов (L1 = L2 = L)

∆W = 0,003 L I 2T	(	ρ1	S1	ρ2	S2 )	.	(66)
			−
Р

Снижение потерь при передаче электроэнергии достигается также приближением источников питания к потребителям. Это позволяет питать отдельно стоящие мощные электроустановки или группы электроустановок не от стационарной, а от передвижной подстанции, максимально приближенной к электроприемникам.

Снижение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах

Основные направления снижения потерь электрической энергии при работе трансформаторов:

•обеспечение работы трансформаторов при переменном графике нагрузок и числе трансформаторов два и более с минимальными суммарными потерями (экономически целесообразный режим работы трансформаторов);

•перевод нагрузки трансформаторов, загруженных менее чем на 30 %, на другие трансформаторы;

•отключение трансформаторов, работающих на холостом ходу;

•замена трансформаторов, систематически загруженных менее чем

на 30 %;

•перегруппировка трансформаторов в целях обеспечения их работы

соптимальной загрузкой;

•регулирование коэффициента трансформации;

•применение отдельных трансформаторов для наружного освещения и собственных нужд на стационарных установках.

Потери активной мощности в двухобмоточном трансформаторе, кВт,

∆Р'

= ∆Р'

+ К2

∆Р'

,

(67)

ТР

ХХ

З

КЗ

где

∆Р'

= ∆Р

+ К

Э

∆Q

– приведенные потери мощности холостого хода,

ХХ

ХХ

ХХ

кВт; ∆PХХ – потери холостого хода при номинальном напряжении (по паспор-

ту),

кВт;

∆Р'

= ∆Р

+ К

Э

∆Q – приведенные потери мощности короткого

КЗ

КЗ

КЗ

замыкания; ∆PКЗ – потери короткого замыкания при номинальной нагрузке (по паспорту), кВт; KЗ = SФ / SНОМ – коэффициент загрузки трансформатора, определяемый отношением фактической нагрузки трансформатора SФ к его номинальной мощности SНОМ; ∆QХХ = SНОМ IХХ / 100 – реактивные потери холостого хода трансформатора, квар; IХХ – ток холостого хода трансформатора (по паспорту), %; ∆QКЗ = SНОМ uКЗ / 100 – реактивные потери короткого замыкания трансформатора, квар; uКЗ – напряжение короткого замыкания трансформатора (по паспорту), %; КЭ – экономический эквивалент реактивной мощности (коэффициент потерь), кВт/квар, примерные значения которого в зависимости от места установки трансформатора и особенностей системы электроснабжения принимаются по табл. 8 илиуказываются энергоснабжающей организацией.

40