2. 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.

 В настоящее время в качестве приводных двигателей производственных механизмов в основном используются асинхронные электродвигатели, отличающиеся низкой стоимостью, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако потребляющие значительную реактивную индуктивную мощность. При этом существенное влияние на коэффициент мощности двигателя как и трансформатора оказывает степень их загрузки  , поскольку коэффициент мощности асинхронных двигателей и трансформаторов изменяется от величины 0,1- 0,2 на холостом ходу до 0,75- 0,90 при номинальной нагрузке. Поэтому 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.

S1. ДЛИТЕЛЬНЫЙ (ПРОДОЛЖИТЕЛЬНЫЙ) РЕЖИМ РАБОТЫ — это такой режим, в котором двигатель длительно работает с постоянной нагрузкой Р_НАГР = const ( рис.1) или с изменяющейся ( переменной) во времени Р_НАГР = variable (рис.3) и установившаяся температура двигателя за время его работы дости­гает допустимого значения Т _УСТ = Т _ДОП. Этот режим характерен для приводов рольгангов прокатных станов, конвейеров, эскалаторов, дымососов, вентиляторов, на­сосов, компрессоров, мешалок, дробилок, мельниц и др., длительность работы которых состав­ляет часы, сутки, недели.

 При работе в длительном режиме с постоянной нагрузкой по заданной мощности нагрузки на валу двигателя Р _НАГР производят выбор номинальной мощности и марки двигателя при заданной частоте вращения по каталогу двигателей серии ПВ –100 ( рассчитанных на длительную работу) по условию:

Р_{ЭД НОМ} = Р _НАГР .

 Выбранный по этому условию двигатель будет работать в допустимом тепловом режиме и тем самым обеспечит нормальную длительную работу электропривода. При этом дополнительная проверка двигателя на пусковую и перегрузочную способность при постоянной нагрузке не проводится.

 Если в каталоге нет двигателя с такой номинальной мощностью, то выбирают двигатель с ближайшей большей номинальной мощностью Р_{ЭД НОМ} > Р _НАГР .

При работе в длительном режиме с переменной нагрузкой (рис.3) выбор номинальной мощности двигателя обычно проводится наиболее простым методом эквивалентной мощности:1. По нагрузочной диаграмме определяется эквивалентная мощность нагрузки на валу двигателя:

Рис.3. Нагрузочная диаграмма электродвигателя при длительном режиме работы с переменной нагрузкой

 2. По каталогу двигателей серии ПВ –100 (рассчитанных на длительную работу) выбирают номинальную мощность и типоразмер (марку) двигателя при заданной частоте вращения по условию: Р_{ЭД НОМ} = Р _ЭКВ .

 3. 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:

1. λ _П М _НОМ ≥ К _П М _{П НАГР} ; 2. 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 ).

20. Экономия и рациональное использование электрической энергии. Передача электрической энергии и потери мощности в ЛЭП. Номинальная мощность и режимы работы электродвигателя. Мероприятия по снижению реактивной мощности индуктивных потребителей. Выбор мощности электродвигателя для повторно - кратковременного режима.