7.4. Режимы работы электрических сетей

7.4.1. Качество электроэнергии

Потребителям необходима электроэнергия определенного качества. В соответствии с ГОСТ 13109 - 98 основными показателями, характеризующими качество электроэнергии, являются: отклонения, колебания, несинусоидальность и не симметрия напряжения, отклонение частоты и другие. Наиболее важными являются значения напряжения и частоты переменного тока, так как именно они являются базой для конструирования электроприемников и, следовательно, определяют эффективность их функционирования.

Нормально и предельно допускаемые отклонения напряжения на выводах электроприемников должны быть равны соответственно 5% и 10% от номинального значения напряжения электрической сети. Поэтому в процессе проектирования систем электроснабжения необходимо проверить все элементы системы на отклонение напряжения. Регулирование напряжения - это изменение напряжения с целью повышения экономичности работы всей системы электроснабжения.

Основное регулирование напряжения происходит в центрах питания. Для этого все трансформаторы в ЦП должны иметь устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Регулирование должно осуществляться автоматически. При этом устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание на шинах 6-10 кВ в пределах 105% номинального в периоды максимальных нагрузок и не выше 100% при минимальных нагрузках распределительных сетей. В нормальных условиях в ЦП осуществляется встречное регулирование, при котором обеспечивается компенсация потерь напряжения в сети в соответствии с загрузкой трансформаторов. Если такого регулирования окажется недостаточно для поддержания необходимого уровня напряжения у отдельных потребителей, тогда следует использовать средства местного регулирования. Например, линейные регулировочные трансформаторы, местные трансформаторы с РПН, автоматически управляемые конденсаторные батареи и другие средства.

7.4.2. Компенсация реактивной мощности и снижение потерь электроэнергии

Повышение коэффициента мощности (cos ) необходимо для снижения нагрузочного тока и уменьшения потерь мощности. Чем больше потребляемая реактивная мощность (Q), тем меньше коэффициент мощности:

cos  = P/S = P/ , (7.21)

а величина тока больше

I = P/ U cos . (7.22)

При заданной плотности тока сечение проводов прямо пропорционально току нагрузки. Следовательно, с повышением cos  уменьшается сечение проводов и кабелей.

Потери мощности на нагрев при прочих равных условиях прямо пропорциональны квадрату тока и обратно пропорциональны квадрату cos .

Р = 3 I² r = P² r/U² cos². (7.23)

Если при cos  = 1 потери Р принять за 100%, то при cos  = 0,8 они возрастут до 156, а при cos  = 0,6 - до 280%. Повышение коэффициента мощности может осуществляться за счет:

• рационального использования (загрузки) электропримников;

• установки специальных компенсирующих устройств, например, автоматически регулируемых батарей статических конденсаторов или синхронных двигателей.

Величину необходимой мощности конденсаторной батареи можно определить приближенно по выражению

Q_к = P (tg₁ - tg₂), (7.24)

где Р - активная среднесуточная нагрузка, кВт;

₁, ₂ - углы сдвига фаз до и после компенсации реактивной мощности.

Выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях следует производить на основании технико-экономических расчетов.

Потери электроэнергии зависят от сопротивления, квадрата тока нагрузки и времени потерь. Поэтому кроме уменьшения указанных параметров можно рекомендовать применение напряжения 0,66 и 10 кВ для распределительных сетей промышленных и коммунальных предприятий. Уменьшение сопротивления линий за счет параллельной работы ЛЭП. При выборе схем электроснабжения следует выбирать вариант с минимальными потерями энергии.

Потери электроэнергии в трансформаторах составляют значительную величину и могут быть уменьшены за счет правильного выбора мощности и числа трансформаторов, исключения холостых ходов и рационального режима загрузки.

Регулирование графиков нагрузки способствует снижению потерь мощности и электроэнергии. Снижение максимума нагрузки позволяет при неизменной установленной мощности трансформаторов обеспечить электроэнергией большее число потребителей. Выравнивание графиков и снижение суммарного максимума нагрузки можно достичь смещением времени начала работы предприятия, энергоемких агрегатов и цехов.

Экономия электроэнергии может быть получена за счет усовершенствования технологических процессов, применения новой техники, оптимизации режима работы электроустановок потребителя.