Тема №7 Оценка потребления электрической мощности и методы ее экономии
Цель занятия: Оценка параметров электропотребления условным предприятием; определение величины и характера нагрузки; оценка влияния сопротивления линий передач R0; способы экономии потребляемой электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности в нагрузке и повышение коэффициента мощности до рационального значения: CosφРАЦ = 0,96÷0,98; (tgφРАЦ = 0,3 ÷ 0,2); (φ = 16°÷11°).
Для электрической схемы условного предприятия (рис. 7.1) необходимо:
- определить параметры: Z, e(t), i(t), uR(t), uС(t), uАВ(t), uL(t), P, Q, S, Cosφ, (tgφ).
- оценить зависимость нагрузки на сеть в функции угла сдвига фаз в неразветвленной ее части и построить векторную диаграмму напряжений и токов;
- оценить влияние сопротивления проводов R0 на потери напряжения в линии и на экономическую эффективность всей нагрузки;
- улучшить коэффициент мощности Cosφ (tgφ) до рациональных значений;
- найти экономический эффект от модернизации схемы с нагрузками.
Исходные данные: R0 = 0,175(Ом); R1 = 0,465 (Ом); R2 = 4,12 (Ом); R3 = 1,0 (Ом);
С = 3200·10-6(Ф); [LЭКВ =0,0325 Гн = (nL =50дв.∙L =1,625Гн)]; UАВ =220В; f =50Гц.
Задачу можно решать классическим или символическим методом.
1. Электрические параметры в 1-ой ветви
X
C
=1/ωC =1/(2π·f·C)=1/(314·3200·10–6)
= 0,997.
Z1= √R12 +XС2 = √0,4652 + 0,9972 = 1,1 (Ом).
I1 = UАВ/Z1 = 220/1,1 = 200 (A).
Коэффициент мощности в конденсаторе
Cos φ1 = R1/Z1= 0,465/1,1 = 0,4226; φ1 = 65°.
Sin φ1 = XC/Z1= 0,997/1,1 = 0,9063; φ1 = 65°.
Активная и реактивно-емкостная составляющая тока:
I1.А = I1·Cos φ1 = 200·0,4226 = 84,52 А.
I1.Р = I1·Sin φ1 = 200·0,9063 = +181,26 А. (в С – свойство опережения +IС).
Скорость и темп преобразования энергии (мощности)
S1 = UАВ·I1 = 220·200 = 44 000 (ВA).
Р1 = UАВ·I1А = 220·84,52 = 18 594 (Вт).
Q1 = UАВ·I’1.P = 220·-j181,26 = –j39 877 (Вар). (I’1.P – сопряженный ток).
2. Электрические параметры во второй ветви
XL = ωL = 2π·f·L = 314·0,0325 = 10,2 (Ом).
Z2 = √R22 +XL2 = √42 + 10,22 = 11 (Ом).
I2 = U/Z2 = 220/11 = 20 (A).
Коэффициент мощности в индуктивной нагрузке
Cos φ2 = R2/Z2 = 4,12/11 = 0,3636; φ2 = 68°.
Sin φ2 = XL/Z2 = 10,2/11 = 0,9272; φ2 = 68°.
Активная и реактивно-индуктивная составляющая тока:
I2.А = I2·Cosφ2 = 20·0,3636 = 7,27 (А).
I2.Р = I2· Sinφ2 = 20·0,9272 = –18,54 (А). (в L – отставание токая – IL).
Скорость и темп преобразования энергии (мощности)
S2 = UАВ·I’2 = 220·20 = 4400 (ВA).
Р2 = S2·Cosφ2 = 4400·0,3636 = 1600 (Вт).
Q2 = S2·Sinφ2 = 4400·0,9272 = +4079 (ВАр). (+Q1 положит. – свойство L).
3. Электрические параметры в третьей ветви
Z3 = R3 = 1,0 (Ом).
I3 = U/Z3 = 220/1,0 = 220 (A).
Cos φ3 = R3/Z3 = 1,0; φ3 = 0°.
Активная составляющая тока:
I3.А = I3·Cosφ3 =220·1 = 220 (А).
Полная, активная мощность
S3 = Р3 = UАВ·I3 = 220·220 = 48400 (ВA).
4. Электрические характеристики всей схемы
Активный, реактивный и полный составляющие тока в неразветвленной части цепи
IА = I1.А + I2.А + I3.А = 84,52 + 7,27 + 220 = 311,8 (А).
IР = I1.Р – I2.Р + I3.Р = 181,26 – 18,54 + 0 = +162,72 (А).
I = √IA2 +IP2 = √311,82 + 162,722 = 351,71 (A).
Коэффициенты мощности и угол сдвига фаз
Cos φ = IA/I = 311,8/351,71 = 0,8865; (φ3 = 27°33).
Sin φ = IP/I = 162,72/351,71 = 0,4626; (φ3 = 27°33);
tg φ = IP/IA = 162,72/311,8 = 0,5218; (φ3 = 27°33);
Полная активная и реактивная мощности электропотребителя:
S = UАВ·I = 220·351,71 = 77 376 (ВA);
Р = UАВ·I А = 220·311,8 = 68596 Вт. [Р = S·Cosφ = 77376·0,8865 = 68594 Вт];
Q = UАВ·I Р = 220·162,72 = 35798 Вар. [Q = Р·tgφ = 68591·0,5218 = 35798 Вар].