Приклад виконання самостійної роботи

Вентилятор, діаметр робочого колеса якого дорівнює 400 мм, працює на повітропровід, забезпечуючи при цьому витрату 1500 м³/год при повному тиску 500 Па.

Визначити, які будуть параметри повітропровідної мережі, якщо замість існуючого вентилятора встановити вентилятор з діаметром робочого колеса 300 мм?

Хід розв’язування

1. Розраховуємо витрати при встановленні нового вентилятора, використовуючи вираз (2.5):

, .

2. Визначаємо тиск, користуючись формулами подібності:

, .

Завдання до теми

1. Вентилятор працює на повітропровідну мережу з частотою обертів 870 об/хв. та забезпечує витрату 6200 м³/год при повному тиску 1300 Па. Визначити витрату та повний тиск вентилятора, якщо збільшити його частоту обертів до 1150 об/хв.

2. Вентилятор з діаметром робочого колеса 400 мм працює на мережу повітропроводів з частотою обертів 1800 об/хв., забезпечуючи при цьому витрату 3000 м³/год при повному тиску 800 Па.

Які будуть параметри повітропровідної мережі, якщо замість існуючого вентилятора встановити вентилятор з діаметром робочого колеса 500 мм? У першому випадку частота обертання не змінюється, у другому випадку становить 1600 об/хв., у третьому випадку діаметр колеса 500 мм, а частота обертів 1800 об/хв.

3. Визначити потужність, яку споживає вентилятор при транспортуванні повітряної суміші, масова концентрація якої складає , якщо відомо, що тиск вентилятора 1200 Па, витрати 5000 м³/год.

4. Визначити потужність, споживану вентилятором, при транспортуванні повітряної суміші, параметри якого наведені в попередньому завданні, якщо концентрація пилу .

Контрольні питання

1. Які методи реґулювання продуктивності застосовуються у вентиляційних системах?

2. Які датчики використовуються для виміру технологічних параметрів ВУ?

3. Охарактеризуйте енергетичні показники основних методів реґулювання продуктивності вентиляторів .

4. Сформулюйте вимоги до ЕП ВУ.

5. Які параметри впливають на ККД вентилятора?

Література: [10, c. 48-67].

Практичне заняття № 3

Тема: Визначення втрат електроенергії в електричних мережах

Мета: набуття навичок розрахунку втрат електричної енергії при її передачі

Короткі теоретичні відомості

Структура енергоспоживання за останній час суттєво змінилась: в 90-х роках втрати в лініях і в трансформаторах були приблизно однаковими, зараз же внаслідок збільшення навантаження в лініях, інтенсивного зростання кількості використовуваних закордонних приладів потужністю значно вищою, ніж потужність вітчизняних, втрати електроенергії в лініях значно зросли. Втрати електроенергії (ЕЕ) в мережах споживачів та енергосистеми складають близько 16% від усієї ЕЕ, виробленої в Україні.

Стратегія економії енергії визначається забезпеченням оптимального значення коефіцієнта технологічної передачі ЕЕ:

, (3.1)

де Е_вт – втрати ЕЕ;

Е_с – енергія, передана споживачам.

Електроенергетична система включає електричну частину електростанції та споживачів енергії, які пов’язані між собою за допомогою електричних мереж.

Розподілення та передача (ЕЕ) здійснюється за допомогою електричних мереж, які включають трансформаторні та перетворювальні підстанції, розподільні пристрої та повітряні або кабельні лінії електропередач (ЛЕП).

Передачу ЕЕ можна здійснювати при напрузі, яку виробляє джерело напруги, узгодженою зі споживачем (рис. 3.1, а), або змінюючи напругу в ЛЕП за допомогою трансформаторів (рис. 3.1, б).

а) б)

Рисунок 3.1 – Система передачі ЕЕ:

а) без підвищення напруги; б) з підвищенням напруги в ЛЕП

Корисна потужність, що передається джерелом живлення споживачеві в обох схемах, дорівнює:

; . (3.2)

Втрати енергії в обох схема становлять:

; . (3.3)

Відносна величина втрат визначається згідно з виразом:

. (3.4)

З урахуванням (3.2) отримаємо

. (3.5)

Таким чином, втрати при передачі ЕЕ зворотно пропорційні квадрату напруги. З цієї причини в ЛЕП використовується висока напруга, яка дозволяє без суттєвих втрат передавати ЕЕ на великі відстані по дротам невеликого перерізу, що призводить до непрямої економії енергії за рахунок зниження матеріаломісткості ЛЕП.

Крім того, наявність трансформаторів призводить до виникнення додаткового індуктивного опору та додаткових втрат енергії в електромережі за рахунок реактивної потужності:

, (3.6)

де Т_п – тривалість роботи трансформатора, год;

Т_роб – тривалість роботи трансформатора з номінальним навантаженням, год;

–втрати активної енергії при роботі трансформатора без навантаження при номінальній напрузі та в режимі короткого замикання при номінальному навантаженні відповідно, кВт;

К_з – коефіцієнт завантаження трансформатора.

Окрім трансформаторів, споживачами реактивної потужності є електродвигуни, зварювальні апарати, індукційні електропечі та інше електротехнічне обладнання. Складова реактивної потужності завжди присутня в ланцюгах змінного струму, які мають котушки чи обмотки, за рахунок ЕДС самоіндукції. Перетоки реактивної потужності між електричними мережами енергопостачальних організацій та їх споживачами викликають втрати активної електроенергії до 5-7% від усієї ЕЕ, що виробляють електростанції України. Крім того, у режимах мінімальних навантажень зустрічні перетоки реактивної потужності є джерелами виникнення ненормальних рівнів напруг, що суттєво зменшує якість електропостачання і створює загрозу пошкодження основного обладнання споживачів електроенергії.

Реактивну потужність можна компенсувати, якщо в ланцюг послідовно ввімкнути ємнісний опір у вигляді статичних конденсаторів або синхронних компенсаторів, що обертаються. При балансі реактивної індуктивної і ємнісної потужності протікання таких струмів дорівнює нулю.

В залежності від протяжності мережі для зменшення втрат на 1 кВт необхідна ємнісна потужність від 5 до 15 кВА.

Втрати активної потужності визначаються за формулою:

, (3.7)

де - втрати ЕЕ при передачі відповідно активної і реактивної потужностей.

Враховуючи, що коефіцієнт потужності:

,

де S – потужність трансформатора,

втрати активної потужності становитимуть:

.

Тобто, втрати активної потужності обернено пропорційні квадрату коефіцієнта потужності. При зменшенні реактивної потужності втрати у лінії електропередачі знижуються.

Втрати активної потужності (кВт) в лініях та електромережах визначаються за їх технологічними параметрами і силою струму навантаження:

, (3.8)

де 1,1 – коефіцієнт, який враховує опір перехідних контактів, спосіб прокладання лінії;

m - кількість фаз лінії;

I - струм навантаження, А;

ρ - питомий опір матеріалу дроту при температурі 20 ⁰С, Ом мм²/м (для алюмінію 0,026-0,029; для міді 0,017-0,018; для сталі 0,01-0,14);

l - довжина лінії, м;

s - перетин проводу, мм².

До основних заходів щодо зменшення втрат ЕЕ в електромережах слід віднести наступні:

• встановлення пристроїв компенсації реактивної потужності;

• заміна проводів на перевантажених лініях;

• переведення електромереж на більш високу номінальну напругу.

Економія ЕЕ в мережі при переводі її на більш високу напругу складає (кВт*год):

, (3.9)

де l - довжина ділянки мережі, яка переведена на підвищену напругу, м;

I₁ та I₂ - середнє значення струмів навантаження в кожному проводі відповідно при нижчій та вищій напрузі, А;

ρ - опір матеріалу проводу при температурі 20 ⁰С, Ом мм²/м;

s₁ та s₂ - перетин дротів мережі при нижчій та вищій напрузі, мм² (якщо не проводиться заміна дротів, то s₁=s₂);

t - розрахунковий період часу, год.

Економія ЕЕ в мережі при реконструкції мережі (заміна перетину дротів, їх матеріалу, зменшення довжини без зміни напруги) дорівнює (кВт*год):

, (3.10)

де I - струм навантаження однієї фази , А;

l₁, s₁, ρ₁ - відповідно довжина (м), переріз (мм²) та питомий опір матеріалу проводу при температурі 20 ⁰С (Ом мм²/м) даної ділянки до реконструкції;

l₂, s₂, ρ₂ – теж саме після реконструкції;

t - розрахунковий період часу, год.

Зниження втрат в ЛЕП може бути досягнуте за рахунок використання постійного струму або надпровідників. У першому випадку необхідні потужні перетворювальні пристрої. Експлуатація таких ліній показала їх високу вартість та нерентабельність у порівнянні з традиційними системами передачі ЕЕ. У другому випадку експлуатація надпровідників вимагає ще більших капіталовкладень.