Методические указания к РГ и КР по экономии электроэнергии

Ц3Экономия электроэнергии при повышении коэффициента мощности
Основные приемники электроэнергии строительной площадки - трехфазные асинхронные двигатели и
трансформаторы, а также воздушные ЛЭП и люминесцентные лампы - являются потребителями реактивной
мощности. Асинхронные двигатели потребляют -65 - 70% всей реактивной мощности объекта, трехфазные
трансформаторы систем электроснабжения - ~15 - 25%, воздушные ЛЭП, реакторы, люминесцентные лампы
и другие приемники - 5 - 10%.
Динамику изменения реактивной мощности достаточно полно отражает коэффициент реактивной
мощности
где Q - реактивная мощность (Q=UIsinφ),
Р - активная мощность (P=UIcos(φ),
φ - угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока.
Использование tgφ для характеристики режима работы электроприемников считается специалистами
наиболее предпочтительным.
Однако на практике для определения динамики изменения реактивной мощности пользуются
коэффициентом мощности. Для цепей синусоидального тока его принимают равным косинусу угла сдвига
ср между векторами тока I и напряжения U
где S - полная (кажущаяся) мощность.
Этот коэффициент характеризует степень использования полной мощности генераторов
электрических станций. Поэтому энергоснабжающая организация прежде всего заинтересована в том,
чтобы потребители использовали электрическую энергию с высоким значением cosφ.
Эта величина cosφ (должна быть в пределах cosφ2э-0,92-0,95) согласуется с энергоснабжающей
организацией и строительный объект обязан принять все меры для обеспечения искусственной (связана с
применением дополнительных компенсирующих устройств - конденсаторов, синхронных двигателей и
компенсаторов и др.) или естественной (правильный выбор двигателей по мощности, полная загрузка
электрооборудования, снижения или ликвидация холостого хода строительных механизмов, замена
недогруженных электродвигателей и др.) компенсации, т.е. увеличения низкого значения cosφ 1 строительной
площадки или завода стройиндустрии до cosφ2э.
Рассмотрим, какое влияние на экономические показатели строительной организации или
промышленного предприятия окажет низкое значение коэффициента мощности
электрооборудования в случае, когда меры для увеличения cosφ1 объекта до согласованного с
энергосистемой значения cosφ2э не принимаются.
Сравнивать будем с вариантом, когда организация обеспечивает с помощью естественной и
искусственной компенсации согласованное с энергосистемой значение cosφ2э.
Величина коэффициента мощности объекта cosφ1 прежде всего определяет мощность силового
трансформатора ТП (трансформаторной подстанции) завода или строительства. Причем низкое
значение cosφ1 требует при той же расчетной активной мощности объекта Рр приобретения трансформатора большей мощности, т.к. полная мощность трансформаторной подстанции Sт.п., ПО которой
выбирается трансформатор, зависит от cosφ1 и определяется из выражения
На рис Л показан график ST.n=f(cosφ1), приведенный в долях от Pp=const.
Как следует из этого графика, чем выше коэффициент мощности объекта, тем меньшей
мощности может быть выбран трансформатор.
Паспортные данные силовых трехфазных трансформаторов, используются на подстанциях
строительных объектов, приведены в табл, 1.
Как следует из этой таблицы, приобретение трансформатором большей мощности требует и
больших финансовых затрат.
Кроме того , возрастают и потери в трансформаторе (учитываются счетчиком активной энергии
объекта и оплачиваются потребителем), которые в обоих рассматриваемых случаях можно определить из
соотношения
2. Значение коэффициента мощности стройплощадки или завода стройиндустрии
определяет величину рабочего тока Iр в подводящих электрических проводах при одной и той же
передаваемой мощности
График, определяющий зависимость Iр от cosφ1 при Pp=const и UЛ=380В, показан на рис. 2
(приведен в долях от Рр). Из его рассмотрения следует, что чем больше коэффициент мощности , тем
меньшим током можно передавать одну и ту же электрическую мощность Р Р.
Необходимо отметить, что величина рабочего тока объекта Iр влияет на:
а) величину потерь электроэнергии в подводящих проводах, а следовательно, и величину оплаты
за электроэнергию
На рис.3 приведена зависимость ∆P=f(I), рассматриваемая для различных стандартных сечений
от 2,5 до 240 мм2.
Величину стоимости электроэнергии, идущей на технологический расход (иначе говоря, на потери в
ЛЭП) можно рассчитать по формуле:
где
t - время работы линии электроснабжения объекта, ч;
d о- стоимость 1кВт;ч электроэнергии.
б) сечение линий электроснабжения (а следовательно, и на стоимость . ЛЭП), которое напрямую
зависит от тока нагрузки Iр. Сечение S этой линии находится из соотношения
где Iд -длительное допустимое для данного сечения значение тока (определяется из табл.3,
приведенной в "Правилах устройства электроустановок" (ПУЭ).
Отметим, что кабельная и воздушная линия большого сечения имеет и большую стоимость.
где
С- стоимость линии электроснабжения, руб;
D- стоимость 1км ЛЭП, руб;
1- длина линии, км.
3. Значение cosφ1 определяет и величину оплаты за электроэнергию и всего строительного объекта.
Если cosφ1 отличается от согласованного с энергосистемой, то рассчитывается коэффициент,
определяющим отклонение мощности компенсирующего устройства (КУ) стройплощадки Qкфакт (ему
соответствует значение cosφ1 факт) от мощности КУ заданного энергосистемой Q3 и повышающего
значения коэффициента мощности до величины cosφэ :
Где
расчетный коэффициент, зависящий от величины коэффициента мощности
стройплощадки до компенсации.
В зависимости от значения К строительная организация получает скидку или надбавку:
-скидку к оплате за электроэнергию (если К=90 ÷ 110%);
-не имеет скидок или надбавок (если К=70 ÷ 90%);
-имеют надбавку к тарифу на электроэнергию, если 110%<К<70%(табл. 2).
4. На оплату за электроэнергию влияет несоблюдение предприятием или организацией режима
работы устройства, компенсирующего низкое значение cosφ2э объекта и увеличивающего его до величины
cosφ2э
Если такой режим, определенный также энергосистемой, не выполняется, то к тарифу α2,% на
электроэнергию начисляют надбавки в размере 50% за квартал.
Определение величины оплаты за электроэнергию
Стимулирование мероприятий, связанных с экономией и рациональным использованием
электроэнергии, уменьшением присоединенной мощности приемников, выравниванием графика активной
нагрузки строительства и компенсацией реактивной мощности, осуществляется по двухставочному тарифу на электроэнергию, отпускаемую предприятиям с присоединенной мощностью электроустановок
750 кВА и выше. Этот тариф предусматривает годовую оплату: за 1 кВт заявленной потребителем
мощности, зафиксированной в договоре с энергоснабжающей организацией и измеренной счетчиком в период
максимальной нагрузки по кварталам; за 1 кВт активной энергии, отпущенной потребителю согласно
показаниям расчетного счетчика активной энергии.
При расчетах по двухставочному тарифу применяют скидки и надбавки за компенсацию
реактивной мощности в электроустановках потребителей. В соответствии с этим оплату за электроэнергию,
потребляемую предприятием в течение квартала, вычисляют по формуле
Где
g - оплата за 1кВт максимальной нагрузки, руб. в год,
Рmax - наибольшая получасовая активная мощность предприятия в период максимальной нагрузки
электросистемы, кВт,
d - оплата за 1кВт*ч потребленной активной энергии, коп.,
Wa - потребленная активная энергия за квартал, кВт.ч,
α1 -надбавка к тарифу за повышенное потребление реактивной мощности по сравнению с заданной
энергосистемой (за низкое значение cosφ) объекта), %,
α2 - скидка или надбавка за отклонение режима работы компенсирующего устройства от
определенного энергосистемой, %.
Предприятия и строительные площадки с присоединенной мощностью электроустановок до 750
кВА оплачивают электроэнергию по одноставочному тарифу, согласно которому плата взимается за
1кВт»ч отпущенной активной энергии, учтенной счетчиком, а также скидки и надбавки за компенсацию
реактивной мощности в установках потребителей (см.п.З). Учитывается также нарушение строительным
объектом графика работы компенсирующего устройства (см.п.4). Оплата за электроэнергию, потребляемую
объектом строительства за квартал, может быть определена по формуле:
Задача 1. На границе территории строительной площадки многоэтажного дома находится
трансформаторная подстанция, обеспечивающая соседние жилые дома электроэнергией и имеющая
резервное место для установки дополнительного трансформатора. Планируется ее использование для обеспечения электроэнергией данного строительства. Определить влияние величины коэффициента мощности
электрооборудования стройплощадки на экономические показатели строительной организации, если
известно следующее:
- расчетная активная мощность строящегося здания Рр , кВт;
- фактический коэффициент мощности стройплощадки без учета установки компенсирующих
устройств cosφ1;
- длина линии электроснабжения, проложенной кабелем с алюминиевыми жилами от
трансформаторной подстанции до строящегося здания - L, м;
- число часов работы электрооборудования t=6000 часов в год:
- стоимость электроэнергии, поставляемой ОАО «Ростовэнерго» строительным организациям
равна (на 31 декабря 2001г.) d0=l,15 руб. за кВт.ч.,
- коэффициент мощности электрооборудования стройплощадки, согласованный с
энергосистемой, составляет cosφэ (табл. 3).
Решение
1. Определим, как влияет величина коэффициента мощности на выбор силового трансформатора
ТП стройплощадки. Для этого вычисляем величину полной мощности трансформатора для случая, когда
cosφ1=0,41(SТП1) и cosφэ=0,95(SТП1`)
По табл. 1 выбираем силовые трехфазные трансформаторы:
- при cosφ1=0,41 → ТМ
; С`1=48840 руб.;
- при cosφэ=0,95 → ТМ
; С``1=33132 руб.
Увеличение расходов финансовых средств на приобретение трансформатора при уменьшенном
cosφ составляет таким образом
∆С1=С`1-С``1=48840-33132=15708руб.
Необходимо отметить ,что при выборе трансформатора большей мощности ( при пониженном
значении cos φ) будут больше потери в самом трансформаторе
∆Р'= 0,025S`ТП = 0,025·250 = 6,25кВт;
∆Р`` = 0,025 SТП =0,025·100=2,5 кВт,
т. е. потери возрастают на ∆Ртр = 3,75 кВт. Тогда оплата за электроэнергию, расходованную на
потери при выборе трансформатора, работающего на объект с низким коэффициентом мощности,
возрастет на величину
∆C2=∆PTP-tЧ=3,75·6000·1,15=25875 руб.
2. определяем , как влияет величина cosφ на сечение линии электроснабжения. Для этого :
а) находим расчетное значение тока кабельной линии, соединяющей трансформаторную
подстанцию и строящийся объект до (I`р)и после( I``р) подключения компенсирующих устройств
б) определяем сечение линии, потребное для передачи мощности Рр строящегося объекта при
коэффициенте мощности до компенсации cosφ1 и в случае подключения компенсирующих устройств. Для
этого используем значения I`р и I``р (п.2) и табл. 4 из ПУЭ. Сечения выбирают при условии I`д >I`р ( в этом
случае S`=185 мм2 ), а также при I``д >I``р (S``=50 мм2).
Стоимость кабельной линии длиной L до компенсации cosφ1 составит;
∆C`3=D3*L=221,57 р.*360 м.=79765,2 руб.,
∆C``3=D3*L=56,58*360=20368,8 руб.
При этом увеличение стоимости ЛЭП при низком значении коэффициента мощности составит:
∆Сз = 79765 - 20369 = 59396 руб.
Примечания:
стоимости тары.
1. Стоимость 1м кабеля дана по материалам ООО «Севкабель» и КЗ «Роскабель» на 15.03.2001., с учётом НДС, без
2.Летырёхжильный кабель АВВГ выпускается промышленностью следующими сечениями: 3x4+1x2,5; 3x6+1x4; 3x10+1x6;
3x16+1x10; 3x25+1x16; 3x35+1x16; 3x50+1x25; 3x95+1x35; 3x120+1x35; 3x25+1x16; 3x35+1x16; 3x50+1x25; 3x70+1x25;
Зх95+1х35;3х120+1х35; 3x150+1x50; 3x185+1x50.
3. Оценим влияние cosφ объекта на потери мощности в линии электроснабжения, соединяющей ТП
и этот объект. Для этого :
а) находим значение сопротивлений кабелей
б)определяем величину потерь мощности в этих случаях ;
Стоимость расходуемой на потери электроэнергии составит при этом;
т.е. расходы на оплату потерь уменьшились на
4. Для оценки влияния низкого cosφ1 на величину оплаты за электроэнергию предприятия, вычислим
величину коэффициента β, считая, что строительная организация не приняла мер по увеличению cosφ
установкой батарей конденсаторов, т.е. cosφ1=cosφ
а затем значение К и α1
По табл. 2 находим величину надбавки к тарифу ах = +50 %.
б) если компенсирующее устройство предприятием не устанавливается, то
при оплате за электроэнергию учитывается надбавка за отклонение режима
работы компенсирующего устройства от определённого энергосистемой
О2=50%.).
в) исходим величину оплаты за электроэнергию за квартал при отсутствии компенсирующих
устройств
При наличии компенсирующих устройств и соответствии их режима работы согласованному с
Энергосистемой -α1=0; α2=0, тогда
Тогда превышение величины оплаты за электроэнергию при низком значении cosφ1
т.е. увеличится в 2 раза
5. Определим общее увеличение финансовых расходов строительной организации, не выполняющей
обязательства по увеличению коэффициента мощности строящегося объекта cosφ1 до величины,
согласованной с энергосистемой:
∆С=∆С1+∆С2+∆С3+∆С4+∆С0 = 15708 + 25875+ 59396 +41400 + 634800 = 777119 руб.
6. Составляем заказ на приобретение :
б) силового трансформатора трансформаторной подстанции
строительного объекта;
в) конденсаторной установки для повышения коэффициента
мощности до значения, согласованного с энергосистемой.
Для этого используем информацию, приведенную ниже.
Данные для заказа силовых электрических кабелей для систем электроснабжения
Кабельные линии (KJI) электропередачи, использующиеся для питания электроприемников
строительных площадок и предприятий стройиндустрии состоят из одного или нескольких параллельно
проложенных кабелей, а также кабельной арматуры.
Для кабельных линий используются силовые кабели (рис.3,4) с медными и алюминиевыми
ТОКОПРОВОЛЯШИМИ ЖИЛАМИ круглой или секторной формы. Они могут быть выполнены
сплошными однопроволочными или многопроволочными.
Отметим, что наиболее широкое распространение на стройплощадках получили кабели с жилами из
алюминия.
Для ИЗОЛЯЦИИ ТОКОПРОВОЛЯШИХЖИЛ силовых кабелей наиболее широко используются :
а) кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом (например, изоляция кабелей 1-10
кВ пропитывается составом МП-3, содержащим 5-10% полиэтиленового воска, а остальное - нефтяное
масло);
б) пластмассы различного химического состава, обладающие высокими электроизоляционными и физикомеханическими свойствами. К ним относятся :
- полиэтилен ПЭ, инертный к большей части агрессивных сред, который выпускают самозатухающими,
стойким к термо- и фотоокислительному старению;
- политетрафторэтилен ПТФЭ (фторопласт), обладающий в широком диапазоне температур высокими
механическими свойствами и исключительной стойкостью к большинству химических веществ ;
- поливинилхлоридный пластикат ПВХ, наличие в котором ряда добавок обеспечивает длительное
сохранение высокого удельного сопротивления, гибкость при низких температурах и нагревостойкость;
в) резиновые смеси, состоящие из натурального или синтетического каучука, вулканизирующего
вещества, противостарителеи и др. специальных материалов.
У силовых кабелей поверх скрученных токопроводящих жил накладывают ПОЯСНУЮ ИЗОЛЯЦИЮ из
кабельной бумаги (кабели с пропитанной бумажной изоляцией); ПЭ, ПТФЭ, ПВХ и др. (кабели с пластмассовой
изоляцией и оболочкой); прорезиненной ткани или х/б оплетки (кабели с резиновой изоляцией). Кабели с обмоткой
лентами в качестве поясной изоляции имеют большую подвижность жил по отношению к оболочке и благодаря
этому становятся более гибкими. Кроме того, наличие поясной изоляции, улучшающей и электроизоляционные
свойства кабелей, уменьшает расход материала оболочки за счет исключения его проникновения между
толопроводящими жилами при изготовлении.
Изолированные жилы силовых кабелей во многих случаях скручивают определенным образом. Если при
этом между их отдельными элементами образуются промежутки, то используют ЗАПОЛНИТЕЛИ (пластмассовые,
резиновые или волокнистые материалы).
Для защиты изоляции жил от воздействия света, влаги, химических веществ, а также для предохранения ее
от механических повреждений кабель снабжают ОБОЛО ЧКАМИ. Наибольшее распространение получили
оболочки из алюминия, свинца или стали. Кабели с резиновой или пластмассовой изоляцией не нуждаются в металлической оболочке, и поэтому их изготовляют в резиновой или пластмассовой (из ПХВ пластиката или ПЭ).
Свинцовые оболочки силовых кабелей изготавливаются из свинцовосурьмянистых сплавов или свинца
различных марок. Для них нежелательны: длительное приложение растягивающих усилий (уменьшается
прочность), вибрация и тепловые нагрузки (образуются трещины), установка на вертикальных и крутонаклонных
трассах (большая ползучесть приводит к разрыву). Свинцовые оболочки также подвержены разрушению
почвенной и электрохимической коррозией.
Алюминиевые оболочки из алюминия чистотой до 99,3 (марка А5) или 99,3 (марка АД1) выпускают
гладкими и гофрированными. Такие оболочки герметичны и в 2 -2,5 раза прочнее, чем свинцовые, имеют
повышенную стойкость к вибрационным нагрузкам. Благодаря большей механической прочности алюминия
кабели с такими оболочками могут использоваться и небронированными. Высокая электрическая проводимость
алюминия позволяет применять оболочки из него в качестве экрана для защиты кабеля от внешних электрических
влияний, а в четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ допускается оболочку из алюминия использовать в
качестве нулевого провода.
Стальные оболочки изготавливают из стальной холоднокатаной ленты. Для повышения гибкости кабеля и
придания ему большей механической прочности стальную оболочку гофрируют. Необходимо отметить, что такие
оболочки нуждаются в антикоррозионной защите битумными составами и пластмассовыми шлангами.
Поливинилхлоридные оболочки кабелей изготавливают из шлангового пластика, отличающегося от
изоляционного подбором компонентов, обеспечивающих большую стойкость против светового старения." ПВХ
оболочки не распространяют горения, влаго- и маслостойки, но при температуре, ниже допустимой, становятся жесткими и при ударе могут разрушаться, при положительных температурах эластические свойства ПВХ пластикатов
восстанавливаются.
Высокие физико-механические свойства полиэтилена и особенно малая влагопроницаемость, а также
стойкость против воздействия агрессивных сред послужили основанием для его успешного применения в качестве
оболочек кабелей
Достаточно широкое распространение для изготовления оболочек находят также различные типы резины,
обеспечивающие в различной степени масло-, холодо- и нагревостойкость оболочек, а , также не
распространяющие горение.
К ЗАЩИТНЫМ ПОКРОВАМ кабелей относятся подушка, броня и наружные покровы.
Подушка кабеля предназначена для предохранения его оболочки от повреждения стальными листами или
проволоками брони и защиты ее от коррозии. Она представляет собой концентрические слои из пластмассовых
лент, пропитанных полугудроном кабельной пряжи или кабельной бумаги.
Броня из стальных лент применяется для защиты кабелей, работающих при отсутствии
растягивающих усилий, от механических повреждений. Кабели, растягивающиеся в условиях эксплуатации,
снабжаются броней из оцинкованных стальных проволок.
Наружный покров кабеля может состоять из слоя пропитанной битумом кабельной пряжи, слоя
битума и мела или дробленной слюды, предохраняющей витки кабеля от слипания на барабане.
Негорючий наружный покров включает в себя слой негорючего состава (каменноугольный пек и совол),
пряжу из штапелированного стекловолокна, второй слой негорючего состава, и покрытие,
предохраняющее витки кабеля от слипания. Пластмассовый наружный покров состоит из слоя битумного
состава (битума), ленты ПВХ, ПТФЭ или полиамидной, а также ПЭ или ПВХ шланга. Такие шланги герметичны по всей длине и плотно прилегают к битумному составу и пластмассовым лентам. Наружные
покровы из ПВХ шланга поверх брони силовых и контрольных кабелей придают им свойства не
распространять горение. ПЭ шланги более влагостойки, чем из ПВХ, поэтому они нашли широкое применение для защиты алюминиевых и стальных оболочек.
Достаточно полную информацию о конструкции, т,е. о материале токопроводящих жил, виде
изоляции и оболочки, наличии брони и защитных покровов, дает марка кабеля.
Буквенные обозначения отдельных элементов силовых кабелей, входящих в марку, приведены в
табл.5. Отметим, что медные жилы, бумажная пропитанная изоляция, подушка и наружный покров
нормального исполнения во всех марках кабелей не имеют буквенных обозначений.
Для примера рассмотрим конструкцию нескольких марок силовых кабелей:
ААШвУ 3x185 - силовой трехжильный кабель с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1
кВ с алюминиевыми жилами (А) сечением по 185 мм в алюминиевой оболочке (А), с защитным
покровом в виде выпрессо-ванного шланга из поливинилхлорида (Шв) и с повышенной температурой
нагрева (У);
АВВГ 3x95 + 1x35 - силовой четырехжильный кабель на напряжение 1кВ с тремя токоведущими
рабочими жилами из алюминия (А) сечением по 95 мм2 и нулевой жилой 35 мм2, с поливинил-хлоридной
оболочкой (В) и такой же изоляцией (В), без наружного покрова (Г); (ВВГ 3x95 + 1x35 - такой же кабель, но
с медными жилами );
АНРБ 3x300 + 1x70 - силовой четырехжильный кабель на напряжение 0,66 кВ с тремя
алюминиевыми токопроводящими жилами (А) сечением по 300 мм и нулевой жилой 70мм в резиновой и
маслостойкой оболочке, не распространяющей горение (Н), с резиновой изоляцией жил (Р) и в броне из
двух стальных лент с антикоррозионным защитным покровом (Б).
В заявке желательно указать :
а) вид транспорта доставки;
б) количество комплектов сопроводительной документации ;
в) возможные другие требования;
Данные для заказа силовых трехфазных трансформаторов.
Заказ на силовой трехфазный трансформатор должен содержать его типовое обозначение по схеме
Как уже указывалось выше, в заказе желательно указать :
а) вид транспорта доставки;
б) цвета соединительных шин и проводов;
в) количество комплектов сопроводительной документации;
г) возможные другие требования.
Данные для заказа компенсационных конденсаторов и установок
Заказ конденсаторной установки или косинусных конденсаторов для повышения коэффициента мощности
электроустановок переменного тока частотой 50 Гц должен содержать, прежде всего, типовые обозначения
(отечественные установки, производства республики Казахстан и республики Украина) по следующей
системе:
В заказе желательно указывать:
а) вид транспорта для доставки;
б) цвета соединительных проводников и их обозначения;
в) количество комплектов сопроводительной документации (с указанием, на каком языке);
г) требования к приёмке у завода-изготовителя;
д) материал шин (медь, алюминий);
е) возможные другие специальные требования.
Компенсационные установки типа OR для автоматического управления коэффициентом мощности (фирма ZEZ
S1LKOY)
Типовые обозначения установок типа QR для автоматического управления коэффициентом мощности
(производства республики Чехия), имеющего сертификат соответствия Госстандарта России.
Конденсаторные установки 10- 87,5 кВА
Конденсаторная установка QRV размещена в шкафу из листовой стали с размерами 600x800x300 мм
со степенью защиты IP 40 (по желанию IP 43, с регулятором внутри) - при открытых защитных дверках -IP
00, предназначена для укрепления на стену или другую вертикальную конструкцию, подходящую своей
грузоподъемностью массе распределительного шкафа. Стандартно кабель подводится снизу. По заказу можно
сделать подвод сверху. В качестве главного выключателя установлен предохранительный отключатель ряда
LTL с предохранителями PN. Компенсационная мощность разделена на три или четыре ступени в
отношении (отношение мощности в отдельных ступенях)
1:1:1 или 1:2:2.
Технические данные отдельных типов установок показаны в табл.6
Конденсаторные установки QRV с мощностью 110-400 квар
Конденсаторные установки QRV сконструированы в шкафах из листовой стали типа ZERAK с
размерами 800x2090x650 мм- степень защиты IP30 (при открытых дверках IP00) с вентиляционными
решетками для естественной вентиляции теплого воздуха. Конденсаторные установки помещаются на пол
или с конденсаторами типа CSADR над кабельным каналом. Стандартно кабель подводится снизу. По заказу
может быть подвод сверху или шинами из распределителя на низкое напряжение. В качестве главного
выключателя установлен трехполюсный отключатель типа VISUALCOMPACT. Каждую ступень
защищают силовые предохранители PN00 или PN00 с характеристикой «гГ», которые помещены в
предохранительных отключателях типа LTL00. Распределитель решен модульно, по две ступени в одном
модуле. Мощность разделена на шесть, восемь или двенадцать ступеней в отношении 1:1:1 (1:1:2 или 1:2:2).
Технические данные отдельных типов показаны в табл.7.
ОБЩИЕ СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ РАБОТЕ СТРОИТЕЛЬНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Чтобы сократить потери электроэнергии отдельными электроприемниками и всей строительной
площадки или завода в целом, необходимо проводить целесообразные во всех случаях мероприятия
естественной компенсации коэффициента мощности, к которым относятся :
1. Увеличение загрузки электрооборудования строительных машин и механизмов до номинальной
мощности и увеличение равномерности его работы.
Доказано, что с увеличением нагрузки в пределах до номинальной возрастают коэффициент
мощности cosφq и КПД ηq двигателя, рабочей машины ηм и всего привода ηо.
Расчет экономии электроэнергии удобно вести в этом случае, определяя удельный расход энергии
(1)
где
- КПД рабочей машины при номинальной загрузке ;
Кн - коэффициент нагрузки ;
Кт - коэффициент использования рабочей машины ;
λ - коэффициент, зависящий от типа и конструкции рабочей машины (λ= 0,7 ÷ 0,9).
Значения Кн и Кт определяются при этом из выражений
КH = Р/PH;
где
КТ = ТМ/(ТМ+ТХ),
PH - номинальная мощность электродвигателя ;
ТM
- время работы механизма;
ТX - время холостого хода (х.х.)«
При максимальном использовании рабочей машины, т.е. при отсутствии х.х. (Кт =1) и полной
нагрузке машины (КH = 1) удельный расход энергии будет минимальным:
W0 = [1+ λ(1-ηMH)]/ ηMH
(2)
Отношение ∆W и ∆W0 определяет увеличение удельного расхода электроэнергии в зависимости от
нагрузки и продолжительности холостого хода электродвигателя
β = ∆W/∆W0 = [КНКТ +λ(1-ηмн)]/[1+ λ(1- ηмн) ] КНКТ,
(3)
Из этого выражения следует, что экономию электроэнергии можно достигнуть отключением
двигателя, работающего вхолостую, повышением загрузки двигателя и увеличением КПД рабочей
машины.
Собственно экономию энергии, получаемую в результате повышения нагрузки рабочих машин,
определяют с использованием кривых, показанных на рис.6 с учетом коэффициента β = ∆W/∆W0
Часовая экономия электроэнергии может быть при этом определена так:
∆W= (β1-β2)∆W0,
где
β1 - значение коэффициента р до проведения мероприятия ;
β2 - после повышения нагрузки.
Пример :
Электрорубанок, работающий в столярном цехе строительной площадки, имеет асинхронный
электродвигатель, работающий с нагрузкой, равной 40% от номинальной (КH=40%) и с
продолжительностью холостого хода, равной 50% (Кт=0,5). При этом ηMH= 0,85, а λ= 0,8.
Найти часовую экономию электроэнергии при увеличении загрузки устройства (до Кн=80%) и
сокращении времени холостого хода (до Кт=0,9).
Решение:
1. По графику, показанному на рис.5, для значения Кн=40% по кривой для Кт=0,5, определяем
величину β1= 161%.
2. По тому же графику, но для значения Кн=:80% и по кривой для Кт=0,9 находим, что β2=107%.
3. Определяем удельный расход электроэнергии при работе этого механизма, считая λ = 0,8
∆W0 = [l+ λ(1-ηмн)] / ηмн = [1+0,8 (1-0,85)]/0,85 = 1,32 кВт.ч.
4. Часовая экономия электроэнергии
∆W = (β1 - β2) ∆W0 = (1,61 - 1,07) 1,32 = 0,71 кВт.ч.
Задача 2.
Найти часовую экономия электроэнергии строительного механизма с электроприводом при
увеличении загрузки и сокращении времени холостого хода. (табл. 8)
2. Ликвидация или снижение до минимума холостого хода (х.х.) асинхронных двигателей за
счет совершенствования технологии производства, использования ограничителей холостого хода и
приближения кнопочных станций магнитных пускателей к рабочим местам. В качестве ограничителей
холостого хода можно использовать конечные выключатели рычажные или шпиндельного типов,
бесконтактные электронные приборы, например, ЕК-А, КВД-3, БК и др.
Необходимо отметить, что применение таких устройств в рабочих машинах, имеющих время
холостого хода 10 секунд и более, всегда приводит к повышению cosφ и экономии электроэнергии. Когда
время х.х. менее 10 секунд, вопрос об эффективности работы ограничителей необходимо решать путем
контрольного расчета. Используя диаграмму на рис.6, можно определить размер достигаемой экономии
электроэнергии и установить экономическую целесообразность применения ограничителей х.х. Для этого
находят расчетные параметры
а = Р0/Рн,
b=1/4ТХ.Х,
где Р0 - средняя мощность х.х., определяемая как сумма механической мощности х.х. системы
электропривода и потерь мощности в стали электродвигателя (определяется путем замера нагрузки
привода во время х.х.), кВт;
Рн - номинальная мощность электродвигателя кВт;
Тх.х.- время холостого хода между циклами, с.
По параметрам "а" и "b" на диаграмме находится показатель эффективности е , используя который
по формуле:
∆W=ε*Z*PH*Tx.x/3600, кВт,
(5)
где Z- число циклов работы механизма в час, определяется часовая экономия электроэнергии
производственного механизма.
Пример.
I. Электродвигатель серии 4А растворонасоса, предназначенного для транспортирования
штукатурного раствора при устройстве оснований под полы строящегося здания, имеет следующие
характеристики:
-номинальная мощность Рн==7,5 кВт;
-средняя мощность х.х. Р0= 1,12 кВт;
-число циклов работы в час Z=20 цикл/ч;
-время х.х. между циклами Тх.х.=25 с.
Решение.
1. Находим значение параметров
а=РO/РH=1,12/7,5=0,15,
b=1/4Тх.х=1/4*25=0,01.
2. По диаграмме, показанной на рис. 6, определяем показатель эффективности оборудования ε=+0,125,
что означает экономию электроэнергии.
3. Часовая экономия электроэнергии в этом случае
∆W= ε *Z*PH*TX.X/3600=0,125*20*7,5*25/3600=0,13KBT*Ч,
что подтверждает целесообразность установки ограничителей холостого хода.
Пример 2.
Электродвигатель серии АИ металлообрабатывающего станка, используемого в заготовительном
цехе стройплощадки имеет следующие характеристики:
Рн=4кВт, Ро=0,4кВт, Тх.х=5 с. Z=42цикл/ч.
Решение:
1. Находим значение параметров
а = Ро/Рн=0,4/4,0=0,1 кВт,
b=1/4Тх.х.=1/4*5=0,05.
2. По диаграмме определяем величину
ε=0,024, тогда ∆W=-0,0056 кВт,
что означает перерасход электроэнергии. Поэтому установка ограничителей х.х. не является
целесообразной.
Задача 3.
Определить целесообразность установки ограничителей холостого хода строительного оборудования,
имеющего характеристики, приведенные в табл. 9.
Замена незагруженных электродвигателей электродвигателями меньшей мощности, что всегда
целесообразно, если средняя нагрузка электродвигателя составляет менее 45%. При его нагрузке более 70% от
номинальной мощности следует считать замену двигателя нецелесообразной, а при нагрузке от 45 до 75%
возможность замены должна быть подтверждена уменьшением суммарных потерь активной мощности в
электрической сети и двигателе. Эти потери можно найти из соотношения:
∆Pz=[Qx(l-KH2)+KH2*Qx]*KЭ+∆Px+KH2∆P б
где
(6)
Qx - реактивная мощность, потребляемая двигателем при х.х., квар;
Qx=√3UH*Ixsinφ;
Кн - коэффициент нагрузки двигателя, Кн=Р/Рн;
QH- реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке, квар, QH=PH*tgHφ/ηH;
К2 - коэффициент потерь, кВт/квар (Кэ=0,1 и Кэ=0.15);
∆РХ - потери активной мощности при х.х. двигателя, кВт,
∆РХ = √3 UH*Ixcosφx;
∆Р - прирост потерь активной мощности в электродвигателе при возрастании нагрузки до
номинальной, кВт,
∆Р=РН([1- ηН]/ ηН)*[1/(1+ γ)];
γ- расчетный коэффициент, зависящий о конструкции двигателя
γ=∆Px%/[[(100- ηН)-∆Px,%],
где ∆Рх% - потери х.х. в процентах от активней мощности, потребляемой двигателем при
номинальной нагрузке
∆РХ=АРХ.Х*100%/РH.
Значение sinφ может быть определено по коэффициенту мощности электродвигателя на холостом ходу, который
находится в пределах cosφ=0,1-0,2.
Средние величины токов холостого хода Iх двигателей в зависимости от Рн и IН приведены в табл.10. Точные
значения cosφx и 1х определяются из опыта холостого двигателя.
Задача4.
Определить целесообразность замены асинхронного двигателя строительного механизма
завышенной мощности двигателем меньшей мощности. Характеристики двигателя представлены в табл.
11.
Рассматриваем следующий пример.
Пример.
Для электропривода бетоносмесительного устройства используется асинхронный электродвигатель
серии А02 ( Рн= 30 кВт; IH =55 А; n1 ,=1500 об/мин, ηH=91%, cosφ=0,9I; IX=23,1 A; cosφ=0,17), который работает с
нагрузкой Р=14,7 кВт. Необходимо проверить целесообразность его замены двигателем серии 4А/РH= 15
кВт;
IH =29, 9А ; {JH =87 ,5%; cosφH =0,87; I x=I2,8 A; cosφx=0,l ; η1=1500об/мин.
Решение.
1. Для двигателя А02, который предполагается заменить, находим:
а) величину sinφх по значению cosφx из задания cosφх =0,17 → sinφx = 0,985 ;
б) по данным табл. 10 > по величине номинально тока двигателя Iн при заданной частоте вращения
n1 =1500 об/мин определяем Ix=23,l A;
в) находим реактивную мощность, потребляемую двигателем в режиме холостого хода, считая ,
что UH=380 В,
Qx = √3 • UH IX sinφ x= √3-380-23,l-0,985 = 14,97 квар;
г) коэффициент нагрузки двигателя определяем по данным табл. 11
Кн = Р/Рн = 14,7/30= 0,49;
д) находим реактивную мощность двигателя при номинальной нагрузке, определив предварительно
tqφH (по cosφн)
QH = (PH / ηH )tgφH = 30 • 0,456/0,91 = 15,03 квар;
е) потери активной мощности в режиме х.х.
∆Рх= √ 3·UH·Ix·cosφx = √3·380·23,1·0,17 = 2,58 кВт,
а в процентах от номинальной
∆Рх= ∆Рх·х/Рн · 100 = 2,58 • 100/30 = 8,6% ;
ж) значение коэффициента
γ = ∆Рх,% /[(100- ηH ,%) - ∆Рх,%] = 8,6/[[ (100-91) - 8,6] = 21,5;
з)прирост активной мощности АД при возрастании нагрузки до номинальной
∆Р = Рн,[1- ηH)/ ηH]·[1/(1+у)] = 30 (1-0,91/0,91)-[1/1+21,5] =0,132 кВт;
i
и) суммарные потери в электрической сети и двигателе до замены
∆Р'H = [Qx (1-Кн2) + Кн2 -QH] КЭ + ∆Рх + Кн2 • ∆Р = [14,97- (1-0,492) + 0,492 -15,03] -0,1+ 2,58 +
0,49 -0,132= 4,11 кВт.
2
2. Для двигателя серии 4А, который предполагается к установке, аналогичным образом определяем :
а) cosφх = 0,1 → sinφх = 0,995 ;
б) при Iн = 29,9А и η1 = 1500 об/мин. → Iх = 12,8 А (из табл. 10 ) ;
в) Qx = √ 3- 12,8- 380- 0,995 = 8,38 квар;
г) Кн= 14,7/15 = 0,98;
д) QH = 15- 0,567/0,875 = 9,72 квар;
е) ∆Рх = √ 3 -380 -12,8 -0,1 = 0,84 кВт;
∆Рх,% = 0,84- 100/15 = 5,6%;
γ = 5,6/[(100 - 87,5) - 5,6] = 0,81;
ж) ∆Р = 15- [1-0,875]/0,875)-(1/[1+0,81]) = 1,18 кВт;
з) ∆Р"∑ = [8,38 ( 1-0,982) + 0,982 -9,72] ОД + 0,81 +0,982 -1,18 =2,9 кВт.
3. Определим изменение суммарных потерь в электрической сети, питающей двигатель, и в самом
двигателе в случае его замены :
∆Р∑ = ∆Р`∑ - ∆Р"∑ = 4,11 - 2,9 = 1,21 кВт.
Так как потери активной мощности снижаются, замена двигателя является целесообразной
Рис.5. Зависимость изменения удельных расходов электроэнергии от коэффициента нагрузки рабочей
машины