Примеры
Широко применяется.
Справочная информация
[132, Wikipedia_Harmonics, , 135, EUROELECTRICS, , 136, CDA]
3.5.3. Оптимизация систем электроснабжения
Общая характеристика
В линиях электропередач и кабелях имеют место омические потери мощности, которые (при заданной мощности) тем выше, чем ниже напряжение. Поэтому оборудование, потребляющее значительную мощность, должно находиться так близко к высоковольтной линии, как только возможно. Это означает, например, что соответствующий понижающий трансформатор должен находиться как можно ближе к энергопотребляющему оборудованию.
Диаметр кабелей или проводки, используемых для электроснабжения оборудования, должен быть достаточно большим, чтобы избежать избыточных потерь, связанных с сопротивлением. Системы энергоснабжения могут быть оптимизированы при помощи использования оборудования с повышенной энергоэффективностью, например, энергоэффективных трансформаторов.
Другие виды оборудования с повышенной энергоэффективностью рассматриваются в последующих разделах: электродвигатели – в разделе 3.6, компрессоры – в разделе 3.7, а насосы – в разделе 3.8.
Экологические преимущества
Данных не предоставлено.
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
Данных не предоставлено.
Производственная информация
•при планировании расположения оборудования следует размещать технику со значительным энергопотреблением рядом с соответствующими понижающими трансформаторами;
•кабели и проводка на всех предприятиях должны быть проверены на предмет сопротивления, и при необходимости их диаметр должен быть увеличен.
Применимость
•повышение надежности оборудования;
•сокращение потерь, связанных с простоями;
•при оценке экономической эффективности следует учитывать потери за весь срок службы оборудования.
Экономические аспекты
Сокращение продолжительности простоев и энергопотребления.
Мотивы внедрения
Снижение затрат.
Примеры
Широко применяется.
Справочная информация
[135, EUROELECTRICS, 230, Association, 2007]
214
3.5.4. Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов
Общая характеристика
Трансформатор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Широкое распространение трансформаторов обусловлено, в частности, тем, что электроэнергия передается и распределяется при более высоком уровне напряжения, чем уровень, необходимый для питания промышленного оборудования, что позволяет снизить потери при передаче.
Как правило, трансформатор является статическим устройством, состоящим из сердечника, набранного из ферромагнитных пластин, а также первичной и вторичной обмоток, расположенных с противоположных сторон сердечника. Важнейшей характеристикой трансформатора является коэффициент трансформации, который определяется как отношение выходного напряжения к входному – V2/V1 (см. рис. 3.23).
Рисунок 3.23: Схема трансформатора
[245, Di Franco, 2008]
Если P1 представляет собой электрическую мощность, потребляемую трансформатором, P2 – отдаваемую мощность, а PL – мощность потерь, то закон сохранения энергии можно записать в следующем виде:
P1 = P2 |
+ PL |
Уравнение 3.9, |
||||
а КПД трансформатора равен: |
|
|
|
|
|
|
η = |
P2 |
|
= |
P1 − PL |
Уравнение 3.10 |
|
P |
P |
|||||
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
Потери в трансформаторах подразделяются на два основных типа – «потери в стали» (т.е. в сердечнике) и «потери в меди» (т.е. в обмотках). Потери в стали вызываются гистерезисом и вихревыми токами в ферромагнитных пластинах сердечника; их величина пропорциональна V2 и составляет примерно 0,2–0,5 % номинальной мощности трансформатора Pn (P2). Потери в меди связаны с сопротивлением медных обмоток и выделением джоулева тепла в них; величина этих потерь пропорциональна I2, и составляет примерно 1–3% номинальной мощности Pn (при стопроцентной загрузке трансформатора).
При эксплуатации трансформатора в реальных условиях средний коэффициент загрузки х всегда меньше 100 % (Pэфф. = xPn). Можно показать, что зависимость между КПД трансформатора и коэффициентом загрузки имеет вид, показанный на рис. 3.24 (для трансформатора мощностью 250 кВА). В данном случае КПД достигает максимума при величине коэффициента загрузки около 40%.
215
Рисунок 3.24: Уровень потерь и КПД трансформатора в зависимости от коэффициента загрузки
[245, Di Franco, 2008]
Независимо от мощности конкретного трансформатора, зависимость КПД от коэффициента загрузки имеет максимум, находящийся в среднем на уровне 45% от номинальной загрузки.
Эта особенность позволяет рассмотреть следующие варианты повышения эффективности для трансформаторной подстанции:
•если общая мощность, потребляемая нагрузкой, ниже уровня 40–50% Pn, в качестве меры энергосбережения целесообразно отключить один или несколько трансформаторов, чтобы довести загрузку остальных до оптимальной величины;
•в противоположной ситуации (общая мощность, потребляемая нагрузкой, превышает 75%
Pn), достичь оптимального КПД трансформаторов можно лишь посредством установки дополнительных мощностей;
•при замене трансформаторов, исчерпавших ресурс, или модернизации трансформаторных подстанций предпочтительной является установка трансформаторов с пониженным уровнем потерь, что позволяет снизить потери на 20–60%.
Экологические преимущества
Сокращение потребления вторичных энергоресурсов.
Воздействия на различные компоненты окружающей среды
Известные воздействия отсутствуют.
Производственная информация
Как правило, на трансформаторных подстанциях имеется избыток установленных мощностей, вследствие чего средний фактор загрузки относительно низок. Этот избыток мощностей традиционно поддерживается для того, чтобы обеспечить бесперебойную работу в случае выхода из строя одного или нескольких трансформаторов.
Применимость
Критерии оптимизации применимы ко всем трансформаторным подстанциям. Согласно оценкам, оптимизация загрузки возможна в 25% случаев.
Величина трансформаторных мощностей, заново устанавливаемых или обновляемых в промышленности ежегодно, оценивается в 5% общей установленной мощности. В этих случаях может рассматриваться возможность установки трансформаторов с пониженным уровнем потерь.
Экономические аспекты
В случае установки трансформаторов с пониженным уровнем потерь или замены ими используемых в настоящее время низкоэффективных трансформаторов срок окупаемости, как
216