3. Расчет мощности компенсирующих устройств

Повышение cos φ (коэффициента мощности) электрических установок является важной технико-экономической проблемой. Повышение cos φ означает значительную экономию электрической энергии, так как умень­шаются потери в генераторах, трансформаторах, в воздушных кабельных сетях. Одновременно разгрузка электроустановок от обмена реактивной энергией позволяет лучше использовать установленную мощность, т. е. увеличить активную мощность, развиваемую генераторами, и передачу энергии через трансформаторы и по линиям.

Одним из наиболее распространенных способов повышения коэф­фициента мощности на промышленных предприятиях является приме­нение специальных компенсирующих устройств. К таким устройствам в большинстве случаев относятся статические конденсаторы. Конденсаторы, как правило, собираются в батареи и выпускаются заводами электротехни­ческой промышленности в виде комплектных конденсаторных установок (ККУ), монтируемые в шкафах с аппаратурой защиты и управления, для ус­тановки в сетях 380 В и 6 -10 кВ.

Мощность компенсирующих устройств ориентировочно может быть определена из выражения:

Qку = Рm * (tg φ _зв - tg φ _сис) * α (3.1)

где, tg φ _зв - тангенс угла, соответствующий существующему среднему коэффициенту мощности предприятия (до ком­пенсации ), tg φ _сис - оптимальный тангенс угла сдвига фаз потребителя в часы максимальной нагрузки (задается энергосистемой), т. е. тот, который тре­буется получить; соответствующий ему cos φ системы – 0,92......0,95; α – коэффициент, учитывающий несовпадение во времени максимумов реактивной нагрузки, α = 0,9.

ПРИМЕР 3.1.

По результатам. расчета примера 2.1 определить мощность и тип ком­пенсирующих устройств.

Решение:

Определяем коэффициент мощности завода

cos φ з = Рm / Sm

cos φ з = 13873,322 / 19520,611 = 0.71

Тангенс угла коэффициента мощности tg φ з = √ 1/ 0,71² -1 = 0,992

Принимаем рекомендованный энергосистемой коэффициент мощности системы cos φ _сис = 0.,95 ; tg φ _сис = 0,329

Мощность компенсирующих устройств Q _ку = Рm * (tg φ _зв - tg φ_сис) * α = 13873,322 * (0,992 -0,329)*0,9 = 8278,211 кВар;

Выбираем по [ Барыбин] конденсаторные батареи типа : УКЛ – 10,5 – 2700 – У3 в количестве 2 шт, и УКЛ – 10,5 – 1350 – У3 в количестве 2 шт. Общая мощность батарей составляет Q _ку = 2700 * 2 + 1350 * 2 = 8100 кВар.

С учетом компенсации мощность завода составила: Рm = 13873,322 кВт

Qm к = Qm – Qку = 13732,632 – 8100 = 5632,632 кВар

Sm = √ Рm² + Qm к² = √ 13873,322 ² + 5632,632 ² = 14973,163 кВА.

Определяем количество активной энергии, израсходованной предприятием в течение года (см. рис.3.1):

W а год = Σ (Р i * t i ) = 13873,322 * (1*730 + 0,9*730 + 0,8*730 + 0,7*1460 + 0,6*730 + 0,5*730 + 0,3*2190 + 0,2*1460) = 63803407,878 кВт час.

3. Графики нагрузок.

Изменение мощности во времени отображается в виде графика нагрузки. Различают графики активной и реактивной нагрузок индивидуальных электроприемников и групповые графики.

Групповые графики нагрузки строят путем суммирования ординат индивидуальных графиков; суммируя ординаты группо­вых графиков, получают график нагрузки цеха или предприятия. По длительности рассматриваемого периода различают суточные и годовые графики.

На суточном графике, рис. 3.1 откладывают изменение на­грузки по времени P_i. Площадь, ограниченная графиком, соответствует суточ­ному расходу электроэнергии.

Рис. 3.1. Суточный график нагрузок

Годовой график составляется на основе характерных суточных графиков за зимние и летние сутки. Изменение нагрузки на годовом графике обозначается в порядке убывания во времени, рис. 3.1.

Рис 3.1. Годовой график активной нагрузки.

Исходя из графиков нагрузки действующих предприятий для каждой отрасли промышленности разработаны типовые гра­фики нагрузки, по которым можно определять значения коэффи­циентов и необходимых для расчетов при проектировании.

Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузки, определяемый технологическим процессом и сменностью работы пред­приятий.

Неравномерный график нагрузки присущ одно- и двухсменным предприятиям, а также отдельным энер­гоемким приемникам.

Неравномерность графика нагрузки ухудшает режим работы сетей и требует дополнительных капитальных затрат на сооружение новых сетей и агрегатов электростанций, обеспечивающих покрытие пиков нагрузки.

Выравнивание суточного графика, снижение пиков нагрузки осуществляются потребителями-регуляторами — энергоемкими автоматизированными электротехнологическими установками, которые могут работать в часы минимальных нагрузок в энерго­системе и отключаться в часы максимума. Потребителями-регуля­торами могут быть: электротермическое оборудование, электро­печи, холодильные установки, насосные станции, оснащенные заполняемыми емкостями, и др.

Стимулирующим фактором выравнивания графика нагрузки является оплата электроэнергии по двухставочному тарифу. Основная ставка, не зависящая от количества израсходованной электроэнергии, составляет плату за 1 кВт заявленной (договор­ной) максимальной мощности (нагрузки) в часы суточного макси­мума нагрузки энергосистемы или за 1 кВА присоединенной трансформаторной мощности, дополнительная ставка — за каждый киловатт-час, учтенный счетчиком.

Определяем количество активной энергии, израсходованной предприятием в течение года, с учетом годового графика, рис. 3.1.

W а год = Σ (Р i * t i )

Для рассматриваемого примера:

W а год = Σ (Р i * t i ) = 20115,01 * (1*730 + 0,9*730 + 0,8*730 + 0,7*1460 + 0,6*730 + 0,5*730 + 0,3*2190 + 0,2*1460) = 92508930,99 кВт час.

Для дальнейших расчетов необходимо будет знать Т_max - время ис­пользования максимальной нагрузки, которое определяется по формуле:

Т_max = W_{а год} / Р_m = Σ (Р_i * t_i ) / Р_m (1.20)

где W_{а год} - количество активной энергии, израсходованной предпри­ятием в течение года,

Р_m -расчетная максимальная нагрузка.

Т_max = W_{а год} / Р_m = Σ (Р_i * t_i ) / Р_m = (1*730*20115,01 + 0,9*730*20115,01 + 0,8*730*20115,01 + 0,7*1460*20115,01 + 0,6*730*20115,01 + 0,5*730*20115,01 + 0,3*2190*20115,01 + 0,2*1460*20115,01) / 20115,01 = 4599 час.