Snížení spotřeby jalového výkonu průmyslového podniku lze dosáhnout pouze správnou kombinací různých metod, které musí být technicky a ekonomicky odůvodněné.
Opatření ke snížení spotřeby jalového výkonu lze rozdělit do následujících skupin:
· snížení spotřeby jalového výkonu u elektrických přijímačů bez použití kompenzačních zařízení;
· použití kompenzačních zařízení.
Činnosti první skupiny by měly být zváženy jako první, protože jejich realizace nevyžaduje významné kapitálové výdaje. Tyto zahrnují:
· zvýšení zatížení technologických celků; zefektivnění technologického procesu; zvýšení zatížení a faktoru zatížení elektromotorů. Tato opatření vedou ke zlepšení energetických podmínek zařízení;
· snížení napětí u asynchronních motorů zatížených ne více než 45 % přepnutím obvodu vinutí z trojúhelníku (D) do hvězdy (U). V tomto případě se točivý moment a činný výkon elektromotoru sníží 3krát, zvýší se zatížení motoru a jeho účiník a sníží se spotřeba jalového výkonu. Takové spínání je možné při napětí vinutí motoru 660/380 V a síťovém napětí 380 V;
· instalace omezovačů volnoběhu pro asynchronní elektromotory a svařovací transformátory;
· odstavení dílenských transformátorů (například v noci), přenesení zátěže na jiné transformátory;
· výměna systematicky podtížených transformátorů za méně výkonné (méně než 40 % jmenovitého výkonu);
· nahrazení systematicky nedostatečně zatěžovaných asynchronních motorů (o méně než 45 %) motory s nižším výkonem;
· výměna opotřebovaných asynchronních motorů za synchronní (místo spotřebovaných QBP Objeví se vygenerované -QSD), kdy je to podle podmínek technologického postupu možné. Pro nově instalované mechanismy, které nevyžadují regulaci otáček a pracují v kontinuálním režimu (čerpadla, kompresory, ventilátory), se doporučuje použít synchronní motory.
· zlepšení kvality oprav motorů.
Opatření druhé skupiny počítají s instalací speciálních kompenzačních zařízení (CP) na příslušných místech (v místech spotřeby) podnikové napájecí soustavy pro výrobu jalového výkonu.
Kompenzace jalového výkonu – jedná se o instalaci kompenzačních zařízení, díky kterým se zvyšuje kapacita sítě, snižují výkonové a elektrické ztráty v síti a zlepšují napěťové poměry sítě.
Technické a ekonomické podmínky pro kompenzaci jalového výkonu jsou podmínky, za kterých je zajištěn nejlepší výkon solárních elektráren. Toto jsou definující podmínky:
· díky kompenzaci se sníží celkový výkon a proud; zvyšuje se kapacita vedení a transformátorů; Při navrhování můžete snížit průřez vodičů a výkon transformátoru:
· Díky kompenzaci se snižují ztráty činného a jalového výkonu
· Ztráty elektřiny jsou sníženy
· Snížené ztráty napětí
Na obrázku 8.2 je schéma vysvětlující princip a význam problematiky kompenzace jalového výkonu. Na obrázku jsou schémata napájení pro průmyslový podnik s ekvivalentním obvodem, vektorová schémata a možná umístění pro připojení kompenzačních zařízení. Jak je vidět z diagramu, úhel φ se zvyšuje, když se vzdaluje od spotřebitelských sběrnic a přibližuje se ke sběrnicím napětí generátoru elektrárny, což naznačuje, že všechny sekce přenosu energie jsou velmi silně zatíženy jalovým výkonem. Přenos jalového výkonu na začátku přenosu je větší než na konci, což vede ke zvýšenému proudovému zatížení sítě a v důsledku toho ke zvýšeným nákladům na její výstavbu, zvýšeným ztrátám a zhoršení kvality elektřiny. Instalace kompenzačních zařízení na uzly v různých částech sítě snižuje proudové zatížení v těchto částech.
a – schéma napájení; b – náhradní obvod; c – vektorové diagramy charakterizující úhel mezi proudem a napětím v různých bodech napájecí soustavy před a po kompenzaci jalového výkonu; hodnoty vektorů proudu a napětí se berou podmíněně; —- – vektory proudu před kompenzací; – vektory proudu po kompenzaci
Obrázek 8.2 – Ekvivalentní obvod napájecího systému (a), jeho náhradní obvod (b) a vektorová schémata (c)
Z důvodu nehospodárnosti předávání jalového výkonu spotřebitelům musí být kompenzační zařízení instalována přímo v distribučních sítích. Zajišťují regulaci jejich výkonu v souladu s měnícím se zatížením sítě.
Použití zařízení kompenzujících jalový výkon mírně zvyšuje náklady na provoz elektroinstalace. Kromě toho vytvářejí některé další ztráty činného výkonu ΔРcomp, které jsou však výrazně menší než ztráty ΔР.
Opatření ke snížení spotřeby jalového výkonu elektrickými přijímači (asynchronní motory, transformátory, ventilové měniče) jsou ekonomicky výhodnější, protože nevyžadují dodatečné kapitálové náklady, které obvykle doprovázejí realizaci kompenzačních instalací.
Metody pro snížení spotřeby jalového výkonu elektrickými přijímači:
1) výměna málo zatěžovaných asynchronních motorů za motory nižšího výkonu;
2) snížení napětí u motorů, které systematicky pracují při nízké zátěži;
3) omezení asynchronních motorů XX;
4) výměna nebo odstavení transformátorů během období nízkého zatížení;
5) použití nejvhodnějšího silového obvodu a řídicího systému ventilového měniče.
1. Výměna málo zatěžovaných motorů za motory s nižším výkonem. Spotřeba jalového výkonu asynchronních motorů závisí na faktoru zatížení a jeho technických vlastnostech. Při jmenovité zátěži a jmenovitém napětí spotřebovává indukční motor (IM) jalový výkon
Jalový výkon spotřebovaný IM ze sítě na XX se zjistí z výrazu
U motorů se jmenovitým účiníkem je jalový výkon XX asi 60 % jalového výkonu při jmenovitém zatížení motoru. U BP spánek dosahuje 70 %.
Nárůst spotřeby jalového výkonu při plném zatížení motoru oproti spotřebě při XX je určen rozdílem mezi výrazy (5.4) a (5.5), tzn.
Když je zatížení asynchronního motoru menší než jmenovité, zvýšení spotřeby jalového výkonu ve srovnání s XX je úměrné druhé mocnině faktoru zatížení motoru
kde je faktor zatížení motoru.
Účiník IM se snižuje se snižujícím se zatížením, jak vyplývá z výrazu:
Například, pokud pro konkrétní motor při 100% zatížení, pak při 50% se rovná 0,65 a při 30% je 0,51.
V důsledku toho systematické nahrazování málo zatěžovaných motorů motory s nižším výkonem pomáhá zvýšit výkon průmyslových elektroinstalací.
Výzkum ukázal, že pokud je průměrné zatížení motoru nižší než 45 % jeho jmenovitého výkonu, pak je vždy vhodná výměna motoru za méně výkonný a není nutná kontrola pomocí výpočtů. Když je zatížení motoru více než 70 % jmenovitého výkonu, lze se domnívat, že jeho výměna je obecně nepraktická. Při zatížení motorů na 45-70% musí být proveditelnost jejich výměny potvrzena dostatečným snížením celkových ztrát činného výkonu v elektrickém systému a motoru, které se vypočítají podle vzorce:
kde je koeficient změny ztrát (nastavený energetickým systémem podniku); je nárůst ztrát činného výkonu v motoru při 100% zatížení,kW;- vypočítaný koeficient v závislosti na konstrukci motoru; – ztráta činného výkonu IM při volnoběhu,kW.
2. Snížení napětí u motorů, které systematicky pracují při nízkém zatížení. Pokud není možné vyměnit málo zatížený asynchronní motor, měli byste zkontrolovat proveditelnost snížení napětí na jeho svorkách. Snížení napětí na svorkách IM na určitou minimální přípustnou hodnotu vede ke snížení spotřeby jalového výkonu (v důsledku poklesu magnetizačního proudu) a tím ke zvýšení účiníku. Současně se snižují ztráty činného výkonu a následně se zvyšuje účinnost motoru. Používají se následující metody snížení napětí u lehce zatíženého krevního tlaku:
a) Přepnutí vinutí statoru z trojúhelníku na hvězdu. Doporučeno pro motory s napětím do 1kV, systematicky zatížené na méně než 40 % jmenovité kapacity. Kvůli 3násobnému snížení točivého momentu je však nutné kontrolovat při maximálním zatížení motoru, určeném stavem stability.
kde je násobek maximálního točivého momentu vzhledem ke jmenovitému.
b) Dělení statorových vinutí. Doporučeno pro motory s paralelními větvemi ve vinutí statoru.
c) Snížení napětí v sítích průmyslových podniků přepínáním větví snižovacích transformátorů. Slouží ke snížení provozního napětí IM a je zaměřen na zvýšení jeho účiníku. Pokud však tento transformátor současně napájí další přijímače, které neumožňují pokles napětí na jejich svorkách, pak se tato metoda nepoužívá.
3. Omezení volnoběžných otáček asynchronních motorů. Provoz většiny motorů je charakteristický tím, že při přestávkách mezi zátěží se otáčejí na XX. Pokud jsou intervaly provozu na XX dostatečně velké, pak je vhodné během této doby motor odpojit od sítě. Použití omezovačů XX vede k úspoře energie, když provozní doby na XX překročí 10с. Když jsou intervaly XX menší než 10с, je otázka účinnosti omezovačů řešena na základě technicko-ekonomických výpočtů.
4. Výměna nebo odstavení transformátorů v období nízkého zatížení. Zvýšení účiníku průmyslového podniku se dosahuje racionalizací provozu transformátorů, která se provádí jejich výměnou a přeskupením (v případě podtížení transformátorů viz část „výběr transformátorů“) a také vypnutím některých transformátorů. transformátory v obdobích minimálního zatížení.
5. Aplikace nejvhodnějšího silového obvodu v řídicím systému ventilového měniče. DC ventilový měnič je spotřebičem jalového výkonu, protože základní harmonická proudu zaostává za napětím. Úhel posunu mezi hlavními harmonickými napětím a proudem je určen především hloubkou regulace usměrněného napětí. Uvažuje se, že kde je průměrná hodnota usměrněného napětí; – usměrněné napětí ideálního XX, určené výkonovým obvodem převodníku.
Účiník měniče () je určen základní harmonickou
kde je koeficient proudového zkreslení, je základní harmonická střídavého proudu měniče.
Jalový výkon na sběrnicích měniče ze strany AC systému je určen rovnicemi:
kde je průměrná hodnota usměrněného proudu, je vypočtený koeficient zohledňující například výkonový obvod převodníku, je fázové napětí na vstupu převodníku.
Jalový výkon spotřebovaný měničem je určen poměrem mezi napětím na AC straně a průměrným usměrněným napětím (stupeň regulace).
Rýže. 3. Závislost relativního jalového výkonu na stupni regulace pro různá schémata VP a způsoby řízení:
1 – třífázový můstkový měnič se symetrickým řízením; 2 – symetricky řízený měnič s nulovými hradly 3 – střídavé řízení sériově zapojených měničů; 4 – asymetrické řízení paralelně zapojených měničů
Následující opatření vedou ke snížení jalového výkonu spotřebovaného měničem:
1) použití složitějšího silového obvodu (zapnutí nulového ventilu, regulace napětí na AC straně);
2) aplikace komplikovaných zákonů řízení (střídavé řízení sériově zapojených měničů (viz obr. 2), asymetrické řízení);
3) použití umělého spínání (jednostupňové, dvoustupňové).
Slibným schématem je sériové zapojení můstků se střídavým řízením (viz obr. 3). Toto provedení je vhodné zejména pro motory s dvojitou kotvou zapojené podle osmičkového obvodu.
Rýže. 4. Schéma sériového zapojení převodníků se sekvenčním řízením.
Vzhledem k tomu, že změna usměrněného napětí se provádí regulací jednoho měniče, je spotřeba jalového výkonu snížena o 30-40% ve srovnání s konvenčními obvody.
V moderní technologii přeměny elektřiny se pro zvýšení účiníku měničů používají obvody s umělým spínáním. Hlavním prvkem v umělém spínacím zařízení je skupina kondenzátorů (speciální transformátor nebo frekvenční měnič). V důsledku akumulované elektromagnetické energie kondenzátorů zaváděné do komutačního obvodu dochází k nucenému posunu proudu ve směru náběhu a měniče mohou pracovat, aniž by spotřebovávaly jalový výkon nebo jej generovaly jako kompenzátor.
