Введение

Введение
Электроснабжение отрасли изучает вопросы производства, передачи и распределения
электроэнергии.
Электроэнергия производится на электростанциях в виде трехфазного переменного тока частотой
50 Гц. Передача электроэнергии осуществляется по воздушным и кабельным линиям. Распределение
производится с помощью защитных и коммутационных аппаратов.
Схема передачи энергии переменного тока.
↑Тр
U=6,10 кВ
U=35, 110, 220, 330, 500, ↓Т U=6 кВ
р
750, 1150 кВ
Схема передачи энергии на постоянном токе.
U=6,10 кВ
U=35, 110, 220, 330, 500,
750, 1150 кВ
↑Тр
↓Тр
В
И
Выпрямитель
Инвертор
U Н~
≈ 80% в стране Тепловые электростанции
ЭС
ТЭС
ТЭЦ
КЭС
ГЭС
МГДЭС
АЭС
ЭС на
возобновляемых
источниках
СЭС
ВЭС
ПЭС
ГеоТЭС
КЭС
Основным продуктом производства КЭС является электроэнергия. КПД КЭС 40-42%. КЭС
работает по блочному принципу. Блок: котел, генератор, турбина, трансформатор.
КЭС работает по графику электрических нагрузок.
Схема КЭС
1.Склад угля
2.Участок углеподготовки, уголь сушат и измельчают
3.Форсунка котлоагрегата
4.Котел
5.Турбина
6.Электрогенератор (Турбогенератор)
7.Трансформатор (повышающий) – трансформатор связи
8.Конденсатор
9,10,12. Насосы
11. Деаэратор
13. Пароподогреватель
14. Газоподогреватель
15. Воздухоподогреватель
16, 17. Вентиляторы
18. Химводоочистка
19. Распределительное устройство высокого напряжения
ВГ – Воздух горячий
ПВ – питательная вода, смесь воды и пара
В – воздух
ПП – перегретый пар, ОП – отработанный пар, ПО – пар отбора, К – конденсат, ЦВ –
циркуляционная вода, СВ – свежая вода, ДВ – добавочная вода, КП – участок подготовки конденсата.
Турбогенератор – машина быстроходная чаще всего с одной парой полюсов (реже с двумя). Как
правило с горизонтальным расположением вала.
Передача электроэнергии для потребителей производится на повышенном напряжении.
Топливом является уголь, газ, торф, горючие сланцы.
1
Котельная
2
17
ВГ
ПВ
3
14
15
В
16
4
5
13
ПП
6
Турбина
ОП
12
ПО
8
КП
11
СВ
ДВ
7
К
18
10
9
19
МАШЗАЛ
ЛЭП
ЦВ
ТЭЦ
Основным продуктом производства является тепловая энергия. ТЭЦ – электростанции местного
масштаба.
ПП
Турбина
В теплофикационную сеть
На произвдство
На нужды ЭС
ОП
К
Перепад давлений на входе и выходе турбины гораздо меньше чем на КЭС, поэтому мощность
энергоблока ТЭЦ меньше. ТЭЦ располагают как можно ближе к потребителю, поэтому передача эл. эн.
потребителю осуществляется на генераторном напряжении. Блочная система на ТЭЦ нарушена так как
теплофикационная сеть общая. КПД ТЭЦ 80-85%.
ГЭС
ГЭС сооружения уникальное строится для конкретных условий долго и дорого при этом
себестоимость электроэнергии самая низкая.
ГЭС высоко маневренна, запуск и остановка агрегатов составляет от полуминуты до нескольких
минут. КПД 90-95%
АЭС
По принципу действия относятся к КЭС. Источником получения тепловой энергии на АЭС
является ядерный реактор. При расщеплении ядра атома урана выделяется огромное количество тепла,
которое вращает турбину обычного парогенератора. 1кг урана заменяет 2900 тон угля, поэтому в
принципе АЭС можно строить в любой точке земного шара.
Энергосистемы.
Совокупность станций, подстанций, ЛЭП и тепловых сетей представляет собой энергосистему.
Достоинства:
a. Появляется запас по мощности
b.Появляется возможность качественного ремонта оборудования.
c. Появляется возможность учесть особенности каждого типа электрических станций. В стране
создана единая энергосистема (ЕЭС)
Классификация потребителей энергосистемы
1.по величине напряжения (до 1000В, свыше 1000В)
2.по роду тока (потребители постоянного и переменного тока)
Наибольшие применение получил переменный ток, так как:

электростанции оборудованы синхронными генераторами, которые являются машинами
переменного тока.

силовые трансформаторы, которые широко используются в системах электроснабжения
работают только на переменном токе

наиболее применяемым на производстве двигателем является асинхронный двигатель –
это машина переменного тока, простая, дешевая

переменный ток экономичнее передается по трем или четырем проводам в три фазы; у
постоянного тока требуется два провода для передачи одной фазы
3.по режиму работы (с длительным режимом работы, с кратковременным, с повторно
кратковременным)
4.по надежности электроснабжения (1ая категория, 2ая и 3ья)
Первая категория, перерыв в электроснабжении которой связан с опасностью для жизни и здоровья
людей или с выходом из строя сложного технологического оборудования, требует два независимых
источника питания, допускают перерыв в электроснабжении на время автоматического резерва
включения, т.е. доли секунды. Например вентилятор главного проветривания в шахте, доменная печь.
Среди потребителей первой категории выделяют потребителей особой категории, перерыв в
электроснабжении которых может вызвать массовую гибель людей, взрыв и пожар.
Вторая категория: такие потребители, перерыв в электроснабжении которых вызывает массовый
простой оборудования и людей, значительный недостаток продукции. Требует два независимых
источника питания, допускают перерыв в электроснабжении на время ручного включения резервного
источника, но не более одних суток. Пример: конвейерное производство, прокатные цеха.
К третьей относятся все прочие потребители, которые не предъявляют особых требований к
электроснабжению.
Воздушные ЛЭП
Подвод электроэнергии к предприятию называется внешним электроснабжением. Как правило оно
осуществляется воздушными линиями электропередач. Достоинства ВЛЭП перед кабельными: 1.Они
дешевле; 2.доступны для осмотра и ремонта. Недостатки: 1.Громоздкие; 2.подвержены атмосферным
воздействиям.
Основные элементы конструкции: провода, опоры, изоляторы, грозозащитный трос.
Провода могут быть медными, стальными, алюминиевыми или стале-алюминиевыми.
Медь дефицитна, алюминий имеет малую механическую прочность, сталь подвержена коррозии.
Наибольшие применение получили стале-алюминиевые провода, марки АС.
Опоры могут быть железобетонные, деревянные, металлические. Металлические опоры
оцинковывают или красят для уменьшения коррозии, деревянные опоры применяют для
электроснабжения маломощных и малоответственных потребителей.
По назначению опоры могут быть:

Концевые (в начале и конце ЛЭП);

промежуточные (составляют 90% от всех);

угловые (при повороте ЛЭП);

анкерные (при пересечении с другими объектами).
В одноцепных ЛЭП к опоре крепятся провода одной линии, если трассы ЛЭП совпадают, то к
опоре крепят провода двух ЛЭП. Одна двуцепная ЛЭП занимает меньше места и дешевле, чем две
одноцепные.
Изоляторы.
Бывают стеклянные или керамические, подвесные или штырьевые.
По форме изолятор должен быть таким чтобы Эл. поле внутри распределялось равномерно.
Грозозащитный трос выполняют стальным, крепят к самым высоким точкам опоры, в двуцепных
их может быть два. Через определенное расстояние грозозащитный трос заземляют.
Грозозащитный
трос
Одноцепная
Двуцепная
Кабельные линии.
Кабельные ЛЭП применяют для внутреннего электроснабжения, т.е. для распределения
электроэнергии по территории предприятия, цеха, объекта, как правило применяют при напряжении до
10 кВ, токоведущие жилы кабеля – медные или алюминиевые, изоляция ПХВ, бумага, пропитанная
маслом, капрон, резина, в зависимости от способа прокладки кабеля могут быть различные защитные
оболочки.
Выбор сечений токоведущих частей по нагреву длительным током.
Сечение токоведущих частей зависит от силы тока. При протекании тока по проводнику
проводник нагреется и кол-во теплоты пропорционально току в квадрате. Одновременно с нагревом
проводника происходит процесс охлаждения, рассеяния тепла в окружающую среду. При правильно
выбранном сечении будет существовать равновесие между количеством теплоты, выделенном в
проводнике и рассеянном в окружающую среду.
Условие выбора сечения токоведущих частей по нагреву длительным током: Iрас  Iдоп, ток
допустимый определяется по справочнику.
Если данное условие выполняется, то при длительном протекании тока проводники не будут
перегреваться свыше допустимой температуры (для воздушных ЛЭП tдоп = 70оС; для кабельных ЛЭП
при U<1000В tдоп = 80оС; при U=6кВ tдоп = 65оС; при U=10кВ tдоп = 60оС)
Пример: Выбрать сечение ВЛЭП если Iрас=237 А
Выбираем провод АС – 70, Iдоп=265 А
Так как Iрас < Iдоп, то АС – 70 не перегреется свыше допустимой температуры равной 70◦C
Выбор сечения токоведущих частей с учетом поправочных коэффициентов.
Если температура окружающей среды отличается от стандартной, то при выборе сечения вводится
поправочный коэффициент К1.
Сечение выбирают по условию I’рас Iдоп , где I’рас = Iрас / К1
При прокладке в земле стандартной является температура 15 оС, на воздухе 25 оС.
<<<<<<Все задачи решают для худших условий>>>>>>
Температуру среды округляют в большую сторону. Если кабель проложен в земле и их количество
больше одного, то при выборе сечения вводят поправочный коэффициент К2
I’рас = Iрас / (К1 К2)
Расстояние между кабелями округляют в меньшую сторону.
Пример: Выбрать кабель АВВГ с номинальным напряжением 10кВ, номинальной мощностью –
1430 кВА, температурой среды 23 оС. Кабель проложен в земле
Решение:
1. Определяем расчетный ток
Iрас =
SH
3U H
=
1430
= 82,6 А ;
1,73 * 10
2. Определяем поправочные коэффициенты
К1=0,88;
К2=0,87;
3. Определяем расчетный ток с учетом поправочных коэффициентов
Iрас ′=
I рас
K1 * K 2
=
82,6
= 107,9 A
0,88 * 0,87
4. Выбираем кабель
АВВГ 3х25, Iдоп = 115 А
Так как Iрас ′< Iдоп , то кабель АВВГ 3х25 не перегреется выше 60 оС.
Потеря и падение напряжения.
Потеря напряжения – это алгебраическая разность в начале и в конце ЛЭП, определяется для
проводов и кабелей напряжением до 35 кВ включительно.
∆U = ((√3  Iрас  L  100) / Uном)  (rocos + xosin)
При напряжении 110кВ и выше провод проверяют на падение напряжения, которое представляет
собой геометрическую разность напряжений в начале и в конце ЛЭП. Определяется по формуле ∆U =
√∆Uпр2 + U2
∆Uпр – продольная составляющая падения напряжения ∆Uпр = (P  R + Q  X) / Uн
R = ro  L; X = xo  L
U – поперечная составляющая падения напряжения
U = (P  X - Q  R) / Uн
Пример:
Выбрать сечение провода при U=110 кВ, L=7,5 км, S=24 МВА, cos=0,8, sin=0,6, tср=370С
Решение:
1. Определяем расчетный ток
SH
3U H
Iрас =
=
24000
= 126,1 А ;
1,73 *110
2. Определяем поправочные коэффициенты
К1=0,81;
3. Определяем расчетный ток с учетом поправочных коэффициентов
Iрас ′=
I рас
K1 * K 2
=
126,1
= 155,7 A ;
0,81
4. Выбираем провод
АС – 35 с Iдоп = 175 А
Так как Iрас ′< Iдоп , то провод АС – 35 не перегреется выше 70оС.
5. Определяем сопротивления
R=
1000
1000
*L =
* 7,5 = 6,12 Ом ;
γS
35 * 35
X=0,4*7,5=3 Ом;
6. Определяем мощности
Р= cos *S= 24*0,8=19,2 МВт
Q= sin *S= 24*0,6=14,4 МВт
7. Определяем продольную составляющую падения напряжения
19,2 * 6,12 + 14,4 * 3 *10 6
= 1461 В ;
∆Uпр = (P  R + Q  X) / Uн =
110
8. Определяем поперечную составляющую падения напряжения
19200 * 3 _14400 * 6,12 _
= 277 ,5 В ;
U = (P  X - Q  R) / Uн =
110
9. Определяем падение напряжения
∆U = ΔU пр + δU
2
2
= 14612 + ( _ 277,5) 2 = 1487 ,2 В ;
10. Определяем долю падения напряжения
110000 В – 100%
1487 В – Х%
1487 *10
= 1,3 %
110000
так как Uрас<Uдоп, то провод АС – 35 выбран верно.
Проверка ВЛЭП на минимальные потери на корону.
Для уменьшения потерь на корону увеличивают сечение провода или провод делают
расщепленным.
Пример: Выбрать сечение провода ВЛЭП и проверить его на корону
Iрас =110 А, L=1 км, U=35 кВ, cos=0,8, sin=0,6.
Решение:
1. Выбираем провод
АС – 16 с Iдоп = 111 А
Так как Iрас ′< Iдоп , то провод АС – 35 не перегреется выше 70оС.
2. Проверяем провод на потерю напряжения
∆U = ((√3  Iрас  L  100) / Uном)  (rocos + xosin)
r=
1000
= 1,79 Ом/км
35 *16
х0 = 0,4 Ом/км
ΔU =
1,73 *1*110 *100
(1,79 * 0,8 + 0,4 * 0,6) = 0,9 %
35000
так как Uрас<Uдоп, то провод АС – 16 выбран верно.
3. Проверяем выбранный провод на корону
Sрас = 16 мм2, Sмин = 35 мм2
Окончательно принимаем провод АС – 16. Он обеспечит минимальные потери на корону.
Экономически выгоднейшее сечение проводов и кабелей.
Сечение, при котором стоимость и потери оптимальны называется экономически
наивыгоднейшим.
Стоим,
Потери
S, мм2
Sэк
0
Расчет графиков электрических нагрузок.
Различают суточные графики активной и реактивной нагрузок и годовые графики по
продолжительности.
Пример:
P, МВА
10
8
6
4
2
0
4
8
12
16
20
24
t, ч
1. Определяем расход активной энергии за сутки
Wас = ΣP * t = 2 * 8 + 4 * 4 + 8 * 4 + 6 * 4 = 96 МВт;
2. Определяем среднюю за сутки мощность
Pср =
Wас 96
=
= 4 МВт;
24 24
3. Определяем коэффициент заполнения графика
К зт =
Рср
Рмак
=
4
= 0,5
8
4. Определяем расход активной энергии за год
Wаг = Wас * 365 = 96 * 365 = 35040 МВт*ч
5. Определяем время использования максимума
Т м = Ти =
Wаг 35040
=
= 4380 ч
Рм ак
8
Тм – это условное время, в течении которого предприятия, работая с максимальной нагрузкой
израсходует такое же количество электрической энергии, что и при фактической нагрузке за год.
6. Определяем время потерь
τ = f (Tм * cos )
τ = 2300 ч
Время потерь – это условное время, в течение которого предприятие, работая с максимальной
нагрузкой создаст те же потери, что и при фактической нагрузке за год.
7. По суточному графику строим годовой график по продолжительности
P, МВА
10
8
6
4
2
0
1000
3000
5000
7000
9000
t, ч
Назначение ГПП.
1.Принять электроэнергию повышенным напряжением.
2.Понизить U до требуемого уровня.
3.Распределить электроэнергию между потребителями.
Питание на ГПП осуществлено по системе глубокого ввода, т.е. электроэнергия высокого
напряжения подводится как можно ближе к потребителям при этом потери в линии электропередач
существенно снижаются. Как правило на ГПП устанавливают два силовых трансформатора.
Трансформаторы включены и одновременно работают. ПУЭ рекомендует загрузку каждого из
трансформаторов на 60-80%. Такой режим работы трансформаторов называется неявным резервом.
Выключатели Q являются наиболее надежным коммутационным аппаратом. Со стороны
первичного напряжения устанавливают стационарные выключатели, со стороны вторичного
напряжения установлены выключатели выкатного типа.
АВ и CD перемычки или мостики. Они обеспечивают гибкость и надежность схемы
электроснабжения. В номинальном режиме работы перемычки разомкнуты, их включают в аварийных
ситуациях и при производстве ремонтных работ.
Разомкнутые перемычки в схемах обеспечивают раздельную работу линий, трансформаторов и
секций шин. Что является способом ограничения токов короткого замыкания. Шины секционируют,
количество секций равно числу силовых трансформаторов. В схемах может разное количество
перемычек, их количество зависит от наличия потребителей первой категории.
QS – разъединитель, выполняет две функции: создание видимого разрыва цепи, обеспечение
безопасных условий работы на подстанции. Разъединитель отключает цепь без тока, после того как эта
цепь будет разорвана выключателем.
Q – высоковольтный выключатель, коммутирует цепь в любых режимах работы. Обладает
коммутационной способностью, т.е. способностью гасить дугу трехфазного короткого замыкания.
QSG – разъединитель с заземляющими ножами. В номинальном режиме отключен, является
стационарным заземлителем, включают для производства ремонтных работ.
ТА – измерительный трансформатор тока. Служит для питания оперативных цепей.
TV – измерительный трансформатор напряжения. Служит для питания оперативных цепей.
Напряжение во вторичной обмотке не превышает 100В. Работает в режиме близком к холостому ходу.
Схема типовой ГПП
(главная понизительная подстанция)
ЛЭП1
ЛЭП2
QS1
QS2
Q1
QS3
A
Q3
Q2
QS4
B
QSG
QS5
QSG
QS6
FV
FV
ТА
ТА
FV
FV
T1
T2
QSG
QSG
QS7
QS8
ТА
TV
ТА
TV
Q4
TV
FU
QSG
TV
Q5
FU
QS9
QS10
QSG
Iс.ш
IIс.ш
C
Q7
Q8
Q9
Q6
D
Q10
Q11
Q12
ТА
Вывод в ремонт оборудования подстанции.
Вывод в ремонт силового трансформатора Т2. Для вывода в ремонт необходимо снять напряжение
с ремонтируемого участка, обеспечить безопасность производства работ, исключить случайную подачу
напряжения, обеспечить потребители первой категории бесперебойным питанием.
Вывод в ремонт Силового трансформатора Т2:
1. Включаем Q6 в перемычке с низкой стороны силовых трансформаторов.
2. Отключаем выключатель Q5,выкатываем его.
3. Отключаем выключатель Q2.
4. Отключаем разъединители QS2, QS6.
5. На рукоятке управления отключенных аппаратов вывешивают плакаты «Не включать!
Работают люди.!»
6. С высокой и низкой стороны трансформатора Т2 накладывают заземления.
7. Производят ограничение по мощности отключением потребителей третьей категории и частично
второй.
Вывод в ремонт трансформатора TV. TV работает в режиме близком к холостому ходу, поэтому
токи трансформатора малы и достаточно отключить разъединитель для вывода в ремонт TV. С высокой
стороны трансформатора накладывают заземление, на рукоятку управления разъединителем
вывешивают плакат.
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов.
При наличии потребителей первой и второй категорий к установке принимают два силовых
трансформатора, которые одновременно включены и имеют запас по мощности, т.е. в силовых
трансформаторах не явный резерв обеспечивается запасом по мощности. Выбранные трансформаторы
проверяют на надежность электроснабжения в номинальном режиме работы по условию: К зт  Кдп , где
Кзт - коэффициент загрузки трансформаторов. Кзт = Sмак / (n  Sнт)
Sмак – максимальная мощность предприятия.
n – число трансформаторов, установленных на подстанции.
Sнт – номинальная мощность трансформатора.
Кдп – коэффициент допустимой систематической перегрузки. Определяется по кривым в
зависимости: Кдп = f(tпм,Kзт), где tпм – число работы предприятия с максимальной нагрузкой в сутки.
Определяется по суточным графикам электрических нагрузок.
Если условие выполняется, то выбранные трансформаторы обеспечат надежное электроснабжение
в номинальном режиме работы, не перегреваясь.
На надежность электроснабжения в аварийном режиме работы проверяют потребители первой
категории. 1,4Sнт  SIкат
140% ПУЭ допускает нагрузку, оставшегося в работе трансформатора в течение 5 суток не более 6
часов в сутки.
Общие сведения о коротком замыкании.
Замыкание электрической цепи на весьма малое сопротивление называется коротким.
Сопровождается протеканием в цепи значительных токов.
Виды коротких замыканий:
 трехфазное короткое замыкание – называется симметричным коротким замыканием – самый
тяжелый режим работы электрической цепи, так как сопровождается самым большим током;
 двухфазное короткое замыкание;
 однофазное короткое замыкание – наиболее часто встречающийся вид короткого замыкания.
Проверка оборудования на устойчивость к токам короткого замыкания производится по
трехфазному короткому замыканию.
Причины коротких замыканий:
 не правильное действие обслуживающего персонала;
 механическое разрушение изоляции токоведущих частей;
 старение изоляции;
 нарушение технологических процессов;
 стихийные бедствия.
Расчет токов короткого замыкания с учетом влияния мощных двигателей.
Если в короткозамкнутой цепи подключены мощные двигатели, то при коротком замыкании
двигатель по инерции продолжает вращаться и переходит в генераторный режим, что подпитывает
точку короткого замыкания дополнительным током. Влияние двигателей учитывается при мощности
двигателя более 100 кВт. Ток подпитки двигателей: Iпд = 4,5Iнд
Iнд = Рд / (√3  Uн  cos)
Iкд = Iк + Iпд
iуд = 6,5Iнд
iуп = iу + iуд
Действие токов короткого замыкания.
Токи короткого замыкания действуют термически и динамически. Рассмотрим на примере шин.
Расчет и выбор шин.
1. Определим ток расчетный.
Iрас = Р / (√3  Uн  cos)
2. Выбираем шины марки АТ – h*b
3. Проверяем выбранные шины на динамическую устойчивость к токам к.з.
3.2. Определяем усилие, действующие на среднюю фазу при трехфазном к.з.
F = 1,76  iуд2  (l/a)  0,1
3.3. Определяем изгибающий момент
М = (F  l) / 10
3.4. Определим момент инерции
W = (h2b) / 6 - плашмя
W = (hb2) / 6 - на ребро
3.5. Определяем расчетное напряжение, возникшее в средней шине
рас = M / W
рас  доп – условие динамической устойчивости шин.
доп = 65 МПа для шин алюминиевых прямоугольного сечения.
4. Проверяем выбранные шины на термическую устойчивость к токам к.з.
Sрас  Sмин
Sрас = h  b
Sмин = (Iк  √tп) / c
Расчет многополосных шин.
При токе более 2070А применяют многополосные шины, которые фиксируются в пакете с
помощью прокладок, количество зависит от числа полос в пакете. Если шины трех полосные, то длина
пролета делится на 3. При определении механического напряжения учитывают дополнительное усилие,
возникающие от взаимодействия шин в пакете.
Коэффициент мощности.
Коэффициент мощности (cos) показывает какая часть выработанной мощности расходуется на
создание полезной работы.
Р – активная мощность. Преобразуется в тепловую, световую, механическую энергию и энергию
химических реакций. Малая часть активной мощности создает тепловые потери.
Q – реактивная мощность. Расходуется на создание электрических и магнитных полей. Реактивная
мощность возникает в цепях переменного тока и может быть индуктивного и емкостного характера.
Основные потребители реактивной мощности: асинхронные двигатели, трансформаторы,
реакторы, индукционные печи.
Последствия низкого коэффициента мощности.
1. Возникают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы
электроснабжения, вызванные загрузкой их реактивной мощности. Дополнительные потери активной
мощности пропорциональны нагреву в квадрате.
2. Возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях
районного значения.
3. Загрузка реактивной мощностью систем промышленного электроснабжения и трансформаторов
уменьшает их пропускную способность, требует увеличение сечений проводов воздушных и кабельных
линий. Увеличение мощности или числа силовых трансформаторов на подстанции.
Способы повышения коэффициента мощности.
Различают естественные и искусственные способы повышения cos.
Естественные:
1. Сокращение работы оборудования р режиме холостого хода. В электроснабжении в ночное
время при значительном снижении нагрузки на трансформаторы один силовой трансформатор
отключают и с помощью перемычек всю нагрузку переводят на оставшийся в работе трансформатор. В
системах электропривода вводят автоматическое отключение электродвигателей, работающих в
холостую более положенного времени.
2. Замена малонагруженного оборудования на оборудование меньшей мощности.
3. По возможности заменять асинхронные двигатели на синхронные.
4. Качественный ремонт оборудования. Сведение к минимуму наличия воздушных включений.
Естественные способы повышения cos 0,83-0,85
Искусственный способ повышения коэффициента мощности установкой статических
батарей конденсаторов.
Батареи конденсаторов устанавливают как можно ближе к потребителю, при этом включают
батареи в треугольник. По сравнению с включением в звезду создается примерно в 3 раза больше
реактивная мощность.
На предприятиях большинство двигателей малой и средней мощности работают на напряжении
0,4кВ, только мощные двигатели подключают к сети 6 или 10кВ. Если на данном предприятии есть
потребители 10 и 0,4кВ, то как правило устанавливают батареи конденсаторов на шинах 10кВт и на
шинах 0,4кВ. В случае отсутствия высоковольтных потребителей батареи конденсаторов размещают на
напряжении 0,4кВт. Это позволяет разгрузить воздушные кабельные линии от реактивной мощности и
тем самым снизить потери в линиях и трансформаторах.
Искусственный способ повышения коэффициента мощности установкой синхронных
компенсаторов.
Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без
механической нагрузки на валу. Синхронные компенсаторы выпускают с глухими подшипниковыми
щитами, т.е. машина имеет герметичную конструкцию, возможно применение водородного охлаждения.
Синхронный компенсатор может работать в трех режимах:
1. По обмотке возбуждения протекает ток возбуждения больший, чем ток возбуждения
номинальный, - это режим перевозбуждения, в питающей сети вырабатывается реактивная мощность.
cos = P / S
2. Ток входной меньше тока входного номинального, режим недовозбуждения, который
сопровождается потреблением реактивной мощности из сети.
3. Ток входной равен току входному номинальному, режим нормального возбуждения.
Батарей конденсаторов не имеют вращающихся частей, не требуют фундамента для установки,
характеризуются малым потреблением активной мощности, дешевле синхронных компенсаторов, но
трудно регулируемые и реактивная мощность пропорциональна напряжению в квадрате питающей сети.
Синхронные компенсаторы создают значительный шум при работе, потребляют больше активной
энергии, чем батарей конденсаторов. Для установки требуется фундамент и специальный
обслуживающий персонал. При этом синхронные компенсаторы позволяют плавно и в широких
пределах регулировать реактивную мощность. Как правило синхронные компенсаторы применяют на
крупных промышленных предприятиях, во всех остальных случаях устанавливают батарей
конденсаторов.
Регулирование напряжения питающей сети.
1. Установка силовых трансформаторов на подстанции с регулированием числа витков
(коэффициент трансформации) К = Е1 / Е2 = w1 / w2
Для уменьшения искрения под скользящим контактом, регулятор числа витков устанавливают в
обмотку высшего напряжения, где сила тока меньше.
Как правило регулирование напряжения данным методом сезонное: летом нагрузка снижается.
Поэтому снижаются потери в линии и напряжение в сети увеличивается. Летом напряжение на входе
силовых трансформаторов уменьшают, а зимой увеличивают.
2. Продольная компенсация. Если напряжение на потребителе нужно увеличить, то переключатель
S отключают, реактивное сопротивление линии уменьшается, напряжение на потребителе
увеличивается. Если требуется уменьшить напряжение на потребителе, переключатель S включают при
этом конденсатор с шунтируется, реактивное сопротивление линии увеличивается, увеличиваются и
потери напряжения, напряжение на потребителе уменьшается.
3. Поперечная компенсация. На шинах потребителей включают синхронный компенсатор и
переводят его в один из трех режимов, регулируя напряжение на потребителе. Если напряжение на
потребителе требуется увеличить, то синхронный компенсатор приводят в режим перевозбуждения,
если уменьшить, то в режим недовозбуждения.
Расчет электрических нагрузок по коэффициенту максимума.
Электрические нагрузки рассчитывают по потребляемой мощности, которая может быть средней и
максимальной. По средней потребляемой мощности выбирают силовые трансформаторы для цеховых
подстанций и рассчитывают цеховые электрические сети. По максимально потребляемой мощности
выбирают силовые трансформаторы для ГПП.
Если предприятие для которого рассчитывают нагрузки работает по трехсменному графику и
загрузка оборудования по сменам не одинаковая, то расчет ведут по наиболее загруженной смене. Рср =
Ки   Рном
Ки – коэффициент использования, зависит от степени загрузки оборудования, по времени, по
мощности. Ки = Кв  Кз; Ки  1; Кз  1; Кз = Рфакт / Рном
Если в цехе установлены разнородные по характеру и режиму работы потребителей их разбивают
на отдельные группы однородных потребителей, по справочнику по электрическому снабжению под
редакцией Федорова (Том 2 стр. 11). Для каждой из групп определяют коэффициент использования, и
тогда мощность участка или цеха определяют по формуле:
Рср =  Рср = Ки1   Рном1 + Ки2   Рном2 + … + Киn   Рномn
Рмак = Км Рср.
Км – коэффициент максимума, определяется либо по кривым, либо по справочным таблицам. Рмак
= Км  Ки   Рном
Существует метод расчета электрических нагрузок по коэффициенту спроса. Этот метод весьма не
точен, применяется довольно редко. Км = f(Ки,nэ)
nэ – эффективное число электроприемников – это условное число электроприемников с
одинаковой мощностью и одинаковым режимом работы, которые в питающей цепи создают такой же
максимум что и фактические потребители.
Задача: определить максимальную нагрузку цеха машиностроительного завода со следующими
механизмами: металлообрабатывающие станки при мелкосерийном производстве с номинальным
режимом работы мощностью Р от 5 до 15кВт, карусельные станки с тяжелым режимом работы,
ленточные конвейеры, центробежные насосы, сварочные машины для стыковой сварки.
Колво
Рн,
кВт
Рн,
кВт
Ки
cos
tg
Км
Р,
кВт
17
-
160
0,12
-
-
-
19,2
-
-
-
4
50
200
0,17
-
-
-
34
-
-
-
Конвейеры
8
15
120
0,4
-
-
-
48
-
-
-
Насосы
3
80
240
0,7
-
-
-
168
-
-
-
4
22
88
0,35
-
-
-
30,8
-
-
-
36
-
808
0,37
0,74
0,91
1,24
300
372
338,8
502,7
-
-
-
-
-
-
-
-
15,1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10,06
50,27
-
-
-
-
-
-
-
-
-
397
388,8
556
Потребители
Металлообр.
станки
Карусельные
станки
Сварочные
машины
Итого на
шинах 0,4кВ
Потери в ЛЭП
Потери в
трансф-ре
Итого на
шинах 6кВ
Рмак, Qмак,
кВт
квар
Sм,
кВА
Определяем средневзвешенный коэффициент использования:
Ксир = Рср / Рном = 300 / 808 = 0,37
Методика определения эффективного числа электроприемников.
Если фактическое число электроприемника не более четырех, то эффективное число равно
фактическому. Если же оно более четырех, то эффективное число определяется по отношению к m: m =
Рнмак / Рнмин.
Если m  3, то эффективное число электроприемников равно действительному.
Если m  3, то эффективное число электроприемников определяется: nэ = 2Рном / Рнмак.