Качество электрической энергии

И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

В последнее время вопросам качества электроэнергии, снабжающей промышленные предприятия, уделяется всевозрастающее внимание.

Согласно ГОСТ Р 13109-97 установлено два вида норм: нормально допустимые и (или) предельно допустимые показатели качества электрической энергии (ПКЭ).

Номенклатура ПКЭ:

1) установившееся отклонение напряжения (у.о.н.). Нормально и предельно допускаемые значения у.о.н. на выводах приемников равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети;

2) колебания напряжения; характеризуются показателями "размах изменения напряжения" и "доза фликера";

3) несинусоидальность напряжения;

4) несимметрия напряжений;

5) отклонение частоты; нормально и предельно допускаемые значения отклонения частоты равны соответственно ±0,2 и ±0,4 Гц;

6) провал напряжений;

7) импульс напряжений;

8) кратковременное перенапряжение.

Оценку соответствия ПКЭ нормам качества электрической энергии проводят специализированные организации с лицензиями на проведение таких работ. Значимость соответствия ПКЭ нормам качества электрической энергии иллюстрируют нижеследующие примеры.

При снижении напряжения АД на 10 % моменты пусковой и максимальный снижаются на 19 %, токи в обмотках статора и ротора возрастают на 10 и 14 %, КПД уменьшается на 2 %, температура обмотки статора увеличивается на 5–6 ^оС. Увеличиваются электрические потери в электроприводе и во внутренней системе электроснабжения предприятия, уменьшаются срок службы и производительность двигателей.

Снижение частоты также приводит к уменьшению производительности оборудования, увеличению электрических потерь в электроприводе и во внутренней системе электроснабжения предприятия, дополнительному перегреву электрооборудования и его физическому старению. Использование некачественной электроэнергии ложится неоправданным бременем на экономику предприятия.

Потери электроэнергии на предприятии от снижения частоты можно оценить приближенно следующим образом.

При изменении частоты на 1 % из-за снижения производительности электропривода предприятие расходует дополнительно, кВт∙ч,

D W _эп = 0,01К_эп W _а,

где К_эп – доля электропривода в электропотреблении;

W _а – потребленная электроэнергия.

При снижении частоты возрастают электрические потери электроприемников и в электросетях предприятия за счет уменьшения индуктивных сопротивлений (2p fL) и увеличения тока.

Электрические потери, например, при f ₂ = 49,5 Гц, f ₁ = 50 Гц и

tgj₂ = 0,794 (где tgj₂ – средневзвешенное значение, измерен при f ₂):

.

Отношение

т. е. электрические потери при снижении частоты возрастут на 0,8 %.

Нормально и предельно допускаемые значения коэффициентов несиммерии напряжения по обратной последовательности К₂ допускаются соответственно 2 и 4 % [22]. Допускается вычислять по приближенной формуле (при этом погрешность не превышает 8 %):

К₂ = 0,62 (U _2нб – U _2нм)100 / U _{2 ном} %,

где U _2нб, U _2нм – наибольшее, наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений; U _{2 ном} – номинальное напряжение.

Нормально и предельно допускаемые значения коэффициентов несиммерии напряжения по нулевой последовательности К₀ допускаются соответственно 2 и 4 %. Допускается вычислять по приближенной формуле:

К₀ = 0,62 (U _2нбф – U _2нмф)100 / U _{2 ном ф} %,

где U _2нбф, U _2нмф – наибольшее, наименьшее из трех действующих значений фазных напряжений; U _{2 ном ф} – номинальное фазное напряжение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Электроснабжение и электропривод: методические указания к курсовому проектированию по курсу «Электроснабжение и электропривод» / сост. А. Н. Кошкин. Екатеринбург: УПИ, 1992.

2. Ключев В. И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов / В. И. Ключев, В. М. Терехов. М.: Энергия, 1980.

3. Москаленко В. В. Электрический привод / В. В. Москаленко. М.: Мастерство, 2001.

4. Дьяков В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию / В. И. Дьяков. М.: Высш. шк., 1991.

5. Справочник по электрическим машинам / под ред. И. П. Копылова. М.: Энергоатомиздат, 1988. Т.1.

6. Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. М.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Князевский Б. А. Электроснабжение промышленных предприятий / Б. А. Князевский, Б. Ю. Липкин. М.: Высш. шк., 1979.

8. Электротехнический справочник: в 3 т. Т.3, кн. 2. Использование электрической энергии / под общ. ред. проф. МЭИ: И. Н. Орлова [и др.]. 7-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Справочник по проектированию электрических сетей и электро-оборудования / под ред. Ю. Г. Барыбина. М.: Энергоатомиздат, 1991.

10. Потенциал энергосбережения предприятий / А. Н. Кошкин [и др.] // Труды Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий» АПЭЭТ-06. Екатеринбург, 2006.

11. Шумилин В. К. Светильники с электронными пускорегулирующими аппаратами для снижения коэффициента пульсаций освещенности // Безопасность труда и жизни. 2006. № 1. Режим доступа: http: //www. Gazeta. Asot. ru

12. Справочник по проектированию электроснабжения /под ред. Ю. Г. Ба-рыбина. М.: Энергоатомиздат, 1990.

13. Правила устройств электроустановок. 6-е изд. М.: Энергоатомиздат, 2002.

14. Кнорринг Г. М. Справочная книга для проектирования электрическо-го освещения / Г. М. Кнорринг, И. М. Фадин, В. Н. Сидоров. СПб.: Энергоаудит, 1992.

15. Правила устройств электроустановок. 7-е изд. М.: НЦ ЭНАС, 2006. Главы 1.1, 1.2, 1.7-1.9, 2.4, 2.5, 4.1, 4.2, 6.1-6.2, 7.1. 7.5, 7.6, 7.10.

16. Казаков Ю. Б. Учет изменения потерь трансформаторов в период срока службы при расчете потерь в распределительных сетях / Ю. Б. Казаков,

А. Б. Козлов, В. В. Коротков // Электромеханика. 2006. № 5.

17. Федоров А. А. Основы электроснабжения промышленных предпри-ятий / А. А. Федоров, В. В. Каменева. М.: Энергоатомиздат, 1984.

18. Электротехнический справочник / под ред. И. Н. Орлова. М.: Энергоатомиздат, 1988. Т. I-III.

 

19. ГОСТ Р 50807-94. Устройства защитные, управляемые дифференци-альным током. Общие требования и методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1994.

20. Браславский И. Я. Энергосберегающий асинхронный привод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков. М.: Академия, 2004.

21. Онищенко Г. Б. Электрический привод / Г. Б. Онищенко. М.: РАСХН, 2003.

22. Литвак В. В. Электроэнергия: экономия, качество / В. В. Литвак, Г. З. Маркман, Н. Н. Харлов. Томск: STT, 2001.

23. Соколов М. М. Автоматизированный электропривод общепромыш-ленных механизмов / М. М. Соколов. М.: Энергия, 1976.

24. Александров К. К. Электротехнические чертежи и схемы /

К. К. Александров, Е. Г. Кузьмина. М.: МЭИ, 2004.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Примеры определения момента нагрузки М_с

Для вентилятора М_с = К_з Q _в Н /(h_в ω_в i η_п),

где К_з = 1,1–1,5 – коэффициент запаса; Q _в – производительность вентилятора, м³/с; Н – напор, Па; h_в – КПД вентилятора, определяют по каталогам (для осевых вентиляторов h_в = 0,8–0,9 и для центробежных h_в = 0,6–0,85); i, h_п – передаточное число и КПД передачи (для клиноременной передачи h_п = 0,92–0,94; для плоскоременной h_п = 0,87–0,9); ω_в – угловая скорость, рад/с.

Для механизма подъемной лебедки [21] с одноступенчатым редуктором М_с = GR /(i η), где G – сила тяжести поднимаемого груза, Н; R – радиус барабана лебедки, м; i, η – соответственно передаточное число и КПД механической передачи.

Передаточное число редуктора лебедки i = z ₂ / z ₁ = ω₂ /ω₁,

где ω_1, ω₂ (рад/с) и z _1, z ₂ – угловые скорости двигателя и барабана лебедки и число зубцов соответствующих шестерен.

Численный пример

Грузоподъемная лебедка с одноступенчатым редуктором поднимает груз массой 1000 кг. Максимальная скорость подъема груза V_max = 1 м/с. Ускорение при разгоне и замедлении скорости (при достижении V_max и при снижении её до нуля) a = 0,25 м²/с. Момент инерции барабана лебедки 80 кг∙м²; момент инерции ротора двигателя 1,5 кг∙м²; моменты инерции ведущей и ведомой шестерен редуктора соответственно равны 0,1 и 5,0 кг∙м². Радиус барабана лебедки

0,25 м. КПД редуктора 0,9. Высота подъема груза H = 24 м. Приводной двигатель имеет максимальную частоту вращения n _max = 600 об/мин.

Построить диаграмму изменения скорости и момента на валу двигателя за время подъема груза.

Решение

1. Время ускорения при разгоне и замедлении груза при подъеме груза

t ₁ = t ₂ = V_max/a = 1,0/0,25 = 4 с.

2. Путь, проходимый за время t ₁и t ₃,

S ₁ = S ₃ = at ²/2 = 0,25∙4²/2 = 2 м.

3. Время движения с максимальной скоростью

t ₂ = (Н – S ₁ – S ₃)/ V_max = (24 – 2 – 2)/1 = 20 c.

4. Максимальная скорость вращения двигателя

ω _max = π n_max/ 30 = 3,14∙600/30 = 62,8 1/с.

5. Максимальная скорость вращения барабана лебедки

ω _{max Б} = V_max/R_Б = 1,0/0,25 = 4 1/с.

6. Передаточное отношение редуктора

i = ω _max /ω _{max Б} = 62,8/4 = 15,7.

7. Статический момент нагрузки на валу барабана

М_сБ = m g R _Б = 1000∙9,81∙0,25 = 2452 Н∙м.

8. Статический момент нагрузки, приведенный к валу двигателя,

М_с = М_сБ /(i η) = 2452/(15,7∙0,9) = 174Н∙м.

9. Суммарный момент инерции механической системы, приведенный к валу двигателя,

J _∑ = J _рот + J _эк1 + (J _эк2 + J _Б + mR _Б²)/ i ² =

= 1,5 + 0,1 + (5 + 80 + 1000∙0,25²)/15,7² = 2,2 кг∙м².

10. Момент на валу двигателя в период разгона t ₁

М = М_с + J _∑ dω / dt =174+2,2∙62,8/4 = 211Н∙м.

11. Момент на валу двигателя в период движения с максимальной скоростью М = М_с = 174 м.

12. Момент на валу двигателя в период торможения

М = М_с – J _∑ dωdt = 174 – 2,2∙62,8/4 = 139,4Н∙м.

На рис. П.1 приведена диаграмма изменения скорости ω(t) и момента М(t) на валу двигателя за время подъема груза.

 

Рис. П.1. Диаграмма изменения скорости ω(t) и момента М(t)

на валу двигателя за время подъема груза

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

Пример определения мощности двигателя для поршневого насоса

Насос подает воду на высоту Н = 60 м с расходом Q = 0,02 м³/с. Горизонтальная длина магистрали l = 1200 м при диаметре труб d = 135 мм, магистраль содержит две заслонки, два вентиля и четыре колена в 90° с радиусом закругления R = 500 мм, h_н = 0,81. КПД механической передачи от двигателя к насосу h_п = 0,95. Режим работы насоса продолжительный.

Мощность двигателя для насоса определяется по (1.1) с учетом падения напора в элементах магистрали – D Н. Это падение складывается из падения напора в самой магистрали D Н _м, падения напора в ее коленах D Н _к и падений напора в заслонках D Н _з и вентилях D Н _в:

.

Падение напора в магистрали определяется по формуле

,

где а = 0,00074 для новых чугунных труб; а = 0,00092 для чугунных труб, бывших в употреблении; J – скорость воды

м/с.

Следовательно, м.

Падение напора в коленах, заслонках и вентилях находится по формуле

,

где k_i определяется типом арматуры.

Для колен d / R = 135/500 = 0,27 k _к = 0,155 и падение напора для четырех колен (n = 4)

м.

Для вентилей k _в = 0,49 и при двух вентилях падение напора

м.

Для заслонок k _з = 0,063 и при двух заслонках падение напора

м.

Суммарное падение напора м. Требуемая мощность приводного двигателя

кВт.

Коэффициент запаса К _з определяется при выборе двигателя по каталогу.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

 

 

Рис. П.3.1. Схема электроснабжения здания с трехфазным вводом

 

 

Рис. П.3.2. Схема электроснабжения коттеджа с системой ТN-C S

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Таблица П.4.1

Графические обозначения элементов электрических схем

Наименование	Обозначение
1. Трансформатор тока с одной вторичной обмоткой
2. Трансформатор тока с одним сердечником и двумя вторичными обмотками
3. Трансформатор тока с двумя сердечниками и двумя вторичными обмотками
4. Трансформатор тока шинный нулевой последова- тельности с катушкой подмагничивания
5. Трансформатор тока быстронасыщающийся
6. Трансформатор напряжения измерительный
7. Контакт коммутационного устройства (реле):
а) замыкающий
б) размыкающий
в) переключающий
г) переключающий без размыкания цепи
8. Контакт импульсный замыкающий:
а) при срабатывании
б) при возврате
в) при срабатывании и возврате
	Продолжение табл. П.4.1
9. Контакт импульсный размыкающий:
а) при срабатывании
б) при возврате   в) при срабатывании и возврате
10. Контакт без самовозврата:
а) замыкающий
б) размыкающий
11. Контакт для коммутации сильноточной цепи:
а) замыкающий
б) размыкающий
в) замыкающий дугогасительный
г) размыкающий дугогасительный
12. Контакт замыкающий с замедлением:
а) при срабатывании
б) при возврате
13. Контакт размыкающий с замедлением:
а) при срабатывании (на размыкание)
б) при возврате (на замыкание)
14. Контакт с механической связью:
а) замыкающий
б) размыкающий
Окончание табл. П.4.1
15. Контакт с автоматическим возвратом при перегрузке
16. Выключатель кнопочный нажимной:
а) с замыкающим контактом
б) с размыкающим контактом
17. Соединение контактное разъемное
18. Перемычка контактная:
а) неразборная
б) разборная
19. Обмотка реле, контактора и магнитного пускателя. Общее обозначение
20. Обмотка реле:
а) токовая последовательная
б) напряжения параллельная
21. Обмотка контактора и магнитного пускателя
22. Совмещенное изображение электромеханического реле
23. Электромагнит. Общее обозначение
24. Электромагнит:
а) последовательного включения
б) параллельного включения
25. Предохранитель плавкий. Общее обозначение
26. Предохранитель пробивной

 

 

Таблица П.4.2

Буквенные обозначения элементов электрических схем

Вид элемента	Код	Вид элемента	Код
А. Устройства, блоки		Реле газовое	KSG
Комплектные устройства (панели, пульты, шкафы)	А	Реле времени	KT
Регуляторы	АА	Реле напряжения	KV
Приводы исполнительных механизмов	АВ	Реле мощности	KW
Комплекты защиты (типа КЗ, ДЗ)	АК	Реле сопротивления	KZ
Устройства блокировки типа КРБ	АКВ	G. Генераторы, источники питания
Устройство АПВ	AKS	Генераторы переменного и постоянного тока	G
Комплект продольной дифзащиты	AKW	Батареи аккумуляторные	GB
Комплект реле сопротивления	AKZ	Синхронный компенсатор	GC
Высокочастотный приемопередатчик	AV	Возбудитель	GE
С. Конденсаторы		Н. Устройства сигнализации и индикации
Блоки конденсаторные зарядные	CG	Приборы индикации и сигнализации	H
D. Элементы логические, микросхемы		Лампа сигнальная	HL
Триггеры	DS	L. Катушки индуктивности
Устройства задержки	DT	Дроссель, дугогасящая катушка	L
Элемент НЕ	DU	Реактор	LR
Элемент ИЛИ	DW	Обмотка возбуждения генератора	LG
Элемент И	DX	М. Двигатели (асинхронные и синхронные)	М
Элемент ИЛИ-НЕ	DWU	Р. Приборы, измерительное оборудование
Элемент И-НЕ	DXU	Амперметр	PA
К. Реле		Частотомер	PF
Реле тока	KA	Вольтметр	PV
Реле частоты	KF	Ваттметр	PW
Реле указательное	KH	Секундомер Счетчик активной энергии Счетчик реактивной энергии	PT РI РК
Реле промежуточное	KL	Т. Трансформаторы, автотрансформаторы	Т
Реле положения «ВКЛЮЧЕНО»	KQC	Трансформатор тока	TA
Реле положения «ОТКЛЮЧЕНО»	KQT	Трансформатор напряжения	TV
Контактор, пускатель	KM	Трансформатор промежуточный	TL
Окончание табл. П.4.2
Q. Выключатели, разъединители		V. Приборы электровакуумные и полупроводниковые
Выключатель Выключатель автоматический	Q QF	Диоды, стабилитроны тиристоры	VD VS
Короткозамыкатель	QN	Электровакуумные приборы	VL
Выключатель нагрузки Разъединитель Разъединитель заземляющий R. Резисторы	QW QS QSG	Транзистор Преобразователь частоты, инвертор, генератор частоты, выпрямитель Х. Устройства соединительные	VT UZ
Перемычка	XB
Резисторы постоянные и переменные Терморезистор	R RК	Испытательный зажим Токосъемник, контакт скользящий	XG ХА
Потенциометр Шунт измерительный	RP RS	Соединение неразборное	XN
Реостат S. Устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации и измерительных	RR	Соединение разборное	XT
Y. Устройства механические с электромагнитным приводом
Рубильник	S	Электромагнит	YA
Переключатель	SA	Электромагнит включения	YAC
Кнопка управления	SB	Электромагнит отключения	YAT
Выключатель автоматический	SF	Z. Фильтры Фильтр тока	ZA
Блок испытательный Накладка (оперативная контактная перемычка) От различных воздействий: уровня давления положения (путевой) частоты вращения температуры	SG SX SL SP SQ SR S
Фильтр частоты Фильтр напряжения F. Элементы защитные Плавкий предохранитель Разрядник	ZF ZV FU FV

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 5