Электротехническое материаловедение
Цель: ознакомиться с понятием потери мощности и электроэнергии, пути их снижения.
Подготовка к работе:
1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.
2. Ознакомиться с описанием работы, краткими теоретическими сведениями.
3. Ознакомиться со средствами регултрования реактивной мощности.
При проектировании электроснабжения и электрооборудования следует принимать решения, направленные на оптимальное снижение потерь энергоресурсов на промышленных предприятиях. Потери активной электроэнергии (ΔW) на нагревание в линиях электропередачи, токопроводах и других элементах, обладающих активным сопротивлением R, за расчетный период Т могут быть найдены по выражению:
(1)
где К.и К. — коэффициенты формы графиков нагрузки по активной и реактивной мощности; Рс и Qc — средние величины активной и реактивной нагрузок за время Т; R — активное сопротивление проводника.
Анализ формулы (1) показывает, что уменьшение потерь электроэнергии может быть достигнуто повышением Uном и снижением величин остальных ее составляющих.
Средняя активная нагрузка зависит от производительности оборудования и установленных режимов работы электроприемников. Следовательно, величина Р, может быть уменьшена совершенствованием технологического процесса, применением энергоэффективных электроприемников, рациональным расходованием электроэнергии на освещение, вентиляцию, выработку сжатого воздуха и т.п.
Снижение величины Q осуществляется путем компенсации реактивной мощности. Уменьшение потерь активной мощности при этом определяется по выражению:
(2)
где Q — реактивная мощность, протекающая через элемент СЭС до компенсации; QK — суммарная мощность компенсирующих устройств, установленных у потребителей, питающихся через данный элемент; R — активное сопротивление элемента; Uном — номинальное напряжение.
Снижение величин Кфа и Кфр достигается выравниванием графиков электрических нагрузок. При определении потерь электроэнергии, как правило, принимают значения Кфа и Кфр одинаковыми, равными коэффициенту формы графика нагрузки по току Кф. В этом случае используется выражение:
(3)
где Ic — среднее значение тока нагрузки линии за время Т.
Если коэффициент формы графика Кф снижается до значения К', то потери активной электроэнергии уменьшаются на величину:
(4)
Как известно, при равномерном графике нагрузки К = 1. При достижении такой конфигурации графика снижение потерь активной электроэнергии определяется выражением:
(5)
Выравнивание суточного графика нагрузки потребителя электроэнергии позволяет также снизить плату за заявленную мощность, что уменьшает себестоимость продукции.
Для регулирования графика нагрузки на промышленном предприятии выявляются потребители-регуляторы, т.е. такое электротехническое оборудование, которое может работать в режиме регулирования мощности в соответствии с потребностями энергосистемы. К ним могут быть отнесены нагревательные печи, компрессорные и насосные станции, вспомогательные цехи и т.п.
К основным мероприятиям по регулированию графиков электрических нагрузок относятся:
1) широкое применение заделов производства, запасов материалов и промежуточных продуктов;
2) отключение вспомогательного оборудования и проведение профилактического обслуживания в часы максимума энергосистемы;
3) применение различных аккумулирующих устройств, используемых в качестве потребителей-регуляторов;
4) поочередная загрузка, пуск и остановка однотипных агрегатов в часы максимума нагрузки;
5) изменение режима работы энергоемких агрегатов в течение суток;
6) смещение времени начала и перерывов в работе отдельных структурных подразделений;
7) временное ограничение производительности производственного оборудования.
При проектировании и эксплуатации СЭС могут предусматриваться мероприятия по снижению сопротивления линий электропередачи путем применения кабелей или проводов с большими площадями сечения, использования проводникового материала с меньшим удельным сопротивлением, уменьшения длины линии. Получаемое при этом снижение потерь активной электроэнергии определяется по выражению:
(6)
где r01 и l01— удельное активное сопротивление и длина линии в исходном режиме; r02 и l02— то е, но после внедрения мероприятий по снижению активного сопротивления линии.
Применение более высокого напряжения без изменения сечения проводников при одной и той же мощности нагрузки снижает ток линии, что уменьшает потери активной электроэнергии на величину:
(7)
где Ic1 и Ic2 — средний за время Трток нагрузки линии при низшем и высшем напряжениях соответственно.
При более высоком напряжении могут быть применены проводники с меньшей площадью сечения, что снижает расход цветного металла, но увеличивает удельное активное сопротивление линии. В данном случае выражение (7) приобретает следующий вид:
(8)
где l — длина линии; r01 и r02 — удельное активное сопротивление линии при низшем и высшем напряжениях соответственно.
Снижение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах достигается правильным выбором их номинальных мощностей и поддержанием рационального режима работы.
Коэффициент загрузки трансформатора, соответствующий минимальным потерям мощности, определяется из выражения:
(9)
где ΔР'х и ΔР'k — приведенные потери холостого хода и КЗ трансформатора.
Приведенные потери холостого хода:
(10)
где ΔРХ , ΔР'Х и ΔQx — потери активной и реактивной мощности холостого хода трансформатора; Кк — коэффициент изменения потерь, ориентировочно принимаемый для промышленных предприятий 0,07 кВт/квар.
Приведенные потери КЗ:
(11)
где ΔРк и ΔQK — потери активной и реактивной мощности КЗ трансформатора.
Величины ΔQx и ΔQK вычисляются по выражениям (11) и (12).
При работе п однотипных трансформаторов одинаковой единичной мощности Smu на общую нагрузку целесообразно отключить один трансформатор для снижения суммарных потерь мощности, если общая нагрузка окажется меньше величины:
(12)
Если общая нагрузка превышает SA , то экономически выгодно подключить к работающим трансформаторам еще один трансформатор.
Пример 1.Определите, на сколько снизятся потери активной мощности в линии электропередачи 10 кВ длиной 1,5 км, выполненной кабелем ААБ-10(3x70), при установке у потребителей компенсирующих устройств общей мощностью QK = 600 квар. Реактивная нагрузка линии до компенсации Q = 1200 квар.
Решение. Приняв по табл. для кабеляААБ-10(3x70) г0= 0,447 Ом/км, вычислим активное сопротивление кабеля:
По формуле (2) находим величину снижения потерь активной мощности:
Пример 2.Потребитель питается по линии 10 кВ длиной 2,6 км, выполненной кабелем ААБ-10(3x95). В течение суток ток нагрузки линии имеет следующие значения и соответствующие им длительности: 120 А — 5 ч, 80 А — 5 ч, 60 А — 6 ч, 30 А — 8 ч. Определите, на сколько уменьшатся потери активной электроэнергии в линии за сутки при полном выравнивании графика, при котором сохраняется то же электропотребление, а коэффициент формы графика снижается до 1.
Решение. Удельное активное сопротивление кабеля ААБ-10 (3x95) r0= 0,329 Ом/км. В этом случае для линии длиной 2,6 км активное сопротивление:
R = 0,329 • 2,6 = 0,848 Ом.
Находим среднее значение тока линии за сутки:
Среднеквадратический ток линии вычисляется:
Коэффициент формы исходного графика нагрузки определяется из выражения:
По формуле (5) находим, на сколько снизятся потери электроэнергии в линии электропередачи за сутки при выравнивании ее графика:
Пример 3. Электроснабжение потребителя, имеющего среднегодовую полную мощность нагрузки S = 1200 кВА, может осуществляться на напряжении 6 или 10 кВ по линии с активным сопротивлением R - 1,2 Ом. Коэффициент формы графика нагрузки линии Кф - 1,05. Определите величину экономии годовых потерь активной электроэнергии в линии при применении напряжения 10 кВ.
Р е ш е н и е . Вычислим среднегодовые значения тока линии при напряжениях 6 и 10 кВ:
Экономию годовых потерь активной электроэнергии в линии при использовании более высокого напряжения подсчитаем по формуле (7):
Пример 4.На цеховой подстанции 10/0,4 кВ установлены два трансформатора типа ТМЗ-1000/10, работающие на общую нагрузку.
Каждый трансформатор имеет следующие параметры:
Коэффициент изменения потерь Кнп = 0,07 кВт/квар. Определите длительную нагрузку ТП, при которой целесообразно отключить один из трансформаторов с целью снижения суммарных потерь мощности.
Решение. Выполним расчет потерь реактивной мощности холостого хода и КЗ трансформатора:
Приведенные потери холостого хода и КЗ для трансформатора подсчитываются по выражениям (10) и (11):
По формуле (12) вычислим:
Отключение одного трансформатора целесообразно в тех случаях, когда длительная нагрузка ТП меньше величины 549,5 кВА.
Контрольные вопросы:
1. Дать определение потерям мощности иэлектроэнергии.
2. Решить задачи аналогичные разобранным.
Электротехническое материаловедение
В настоящем руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые с использованием комплекта типового лабораторного оборудования «Электротехнические материалы».
Комплект предназначен для проведения лабораторных работ в учреждениях высшего и среднего профессионального образования.
Комплект может быть также использован на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.
Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:
1.однофазный источник питания для безопасного подключения всех блоков данного комплекта к сети 220 В;
2.блок генераторов напряжений с наборным полем, содержащий регулируемые и нерегулируемые источники постоянного и переменного тока пониженного напряжения;
3.электронагреватель для нагревания испытываемых образцов материалов (изделий);
4.бок конденсатора для испытания образцов диэлектриков;
5.набор миниблоков «Электротехнические материалы», содержащих как образцы испытываемых изделий, так и некоторые вспомогательные элементы, используемые в ходе испытаний;
6.наборы резисторов из разных материалов и пластин из различных диэлектриков;
7.измеритель R L С и мультиметр;
8.нетбук и USB осциллограф для снятия динамических характеристик электротехнических материалов;
9.соединительные провода, перемычки, кабели;
10.лабораторный стол с двухуровневой рамой для установки необходимых в экспериментах функциональных блоков и ящиком для хранения принадлежностей.
Питание комплекта осуществляется от однофазной электрической сети напряжением 220 В с нейтральным и защитным проводниками.
Потребляемая мощность В А, не более 100
Габариты (длина/ ширина / высота), мм 910x320x820
Масса, кг, не более 20
Методическая часть комплекта включает настоящее руководство как материалы для подготовки к проведению лабораторных работ.
Описания экспериментов содержат перечень используемого оборудования, описание лабораторной установки, метода измерений и электрической схемы соединения, методические указания к проведению эксперимента.
Лабораторная работа №1
Дата добавления: 2015-02-19; просмотров: 1131;