Что понимается под коэффициентом мощности и какие способы его повышения применяют на шахтах?

Приведенные примеры показывают, что работа при пониженном значении коэффициента мощности, а следовательно, при значительной реактивной мощности требует дополнительных затрат, которые в масштабах горной промышленности могут составлять значительную сумму.

Необходимо помнить, что проблема снижения передаваемой реактивной мощности связана со всем комплексом вопросов от проектирования до эксплуатации электроустановок.

Рассматривая данный вопрос, необходимо учитывать, что производство и потребление электрической энергии взаимосвязаны, совпадают во времени и представляют экономически единое целое.

К основным причинам сравнительно большой реактивной мощности потребителей относятся: несовершенство конструкций асинхронных электродвигателей; установка асинхронных двигателей и силовых трансформаторов завышенной мощности по сравнению с расчетной; некачественный ремонт электродвигателей; повышение напряжения электрической сети.

Как известно, в электрических машинах между ротором и статором имеется воздушный зазор, обусловливающий большое магнитное сопротивление и, следовательно, высокие значения намагничивающего тока и реактивной мощности. Величину минимально допустимого зазора определяют, исходя из условий механической надежности двигателя. Естественно, что двигатели, предназначенные для работы в особо тяжелых условиях, что относится к горной промышленности, должны иметь повышенную механическую надежность. Последняя может быть достигнута за счет увеличения воздушного зазора, что приводит к возрастанию намагничивающего тока асинхронных электродвигателей, особенно взрывобезопасного исполнения.

Реактивная мощность мало зависит от нагрузки, так как при постоянном напряжении сети магнитный поток двигателей и трансформаторов и, следовательно, намагничивающий ток практически не меняются. Неполное использование активной мощности при постоянной реактивной мощности снижает коэффициент мощности. Особенно резкое снижение происходит в установках, где по условиям взрывобезопасности асинхронные электродвигатели встроены внутрь корпусов машин и не подлежат замене, хотя при выполнении маневровых операций их нагрузка не превышает 10 % номинальной мощности. При холостом ходе электродвигателей коэффициент мощности мал (0,1—0,25). Соотношения мощностей в зависимости от коэффициента мощности приведены в табл. 12.1.

Причинами, снижающими коэффициент мощности и увеличивающими реактивную мощность после ремонта электродвигателей, являются изменение обмоточных данных и обточка ротора, что приводит к увеличению воздушного зазора.

Повышение напряжения на зажимах двигателей на 1 % выше номинального увеличивает реактивную мощность в среднем на 3%.

Для разработки мероприятий по снижению реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий, в том числе горных предприятий, в стране с 1982 г. действует «Инструкция по системному расчету компенсации реактивной мощности в электрических сетях» [18]. В данной инструкции изложена методика расчета оптимальных значений реактивной мощности, задаваемых потребителю.

Но при проектировании и эксплуатации электромеханического хозяйства в первую очередь необходимо рассмотреть и осуществить мероприятия, которые не требуют установки компенсирующих устройств, вызывающих дополнительные затраты денежных средств.

К таким мероприятиям относятся: 1) упорядочение технологического процесса, которое ведет к улучшению энергетического режима электрооборудования и к снижению расчетного максимума реактивной нагрузки; 2) подбор электродвигателей и силовых трансформаторов, которые по своим параметрам должны соответствовать или быть близкими к расчетным данным, полученным методом технико-экономического обоснования; 3) установка устройств, ограничивающих холостой ход электроприемников; 4) использование синхронных электродвигателей вместо асинхронных для нерегулируемых электроприводов с постоянным режимом работы, если это допустимо по техническим и экономическим условиям; 5) применение других технических средств, которые смогут обеспечить повышение технико-экономических показателей системы электроснабжения.

В период реконструкции системы электроснабжения необходимо предусматривать: 1) замену или отключение на период малых нагрузок силовых трансформаторов, загружаемых менее чем на 30 % их номинальной мощности, при условии сохранения нормального режима сети и электроприемников; 2) замену загружаемых менее чем на 60 % асинхронных электродвигателей на двигатели меньшей мощности или изъятие отдельных электродвигателей при наличии практической возможности; 3) повышение качества ремонта электродвигателей. Основа качества — выпуск двигателей после ремонта с сохранением номинальных данных. Несоблюдение этого требования приводит к повышению тока холостого хода и, следовательно, реактивной мощности, большой неравномерности нагрузки отдельных фаз и другим недостаткам, что в конечном итоге приводит к повышенным потерям электроэнергии.

Для искусственной компенсации реактивной мощности используют статические конденсаторы и синхронные компенсаторы (синхронные двигатели облегченной конструкции без нагрузки на валу). Кроме этого, используют синхронные электродвигатели, работающие с нагрузкой на валу и имеющие запас реактивной мощности. Предпочтение отдают статическим конденсаторам, но иногда для крупных горных предприятий установка синхронных компенсаторов бывает необходимой по условиям работы энергосистемы. Необходимость диктуется созданием условий устойчивости и возможности регулирования напряжения в энергосистеме. Компенсаторы в периоды малой нагрузки работают с недовозбуждением (с отстающим током), а в период максимальной нагрузки — с перевозбуждением (с опережающим током). При наличии надежной схемы управления компенсатор позволяет плавно регулировать уровень напряжения на приемных концах сети.

К положительным качествам компенсаторов относятся также: возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности, достаточная термическая и электродинамическая стойкость обмоток при возникающих к. з., возможность восстановления поврежденных компенсаторов.

Недостатки компенсаторов - значительные потери активной энергии на выработку реактивной, которые при полной их нагрузке колеблются в пределах 0,15—0,32 кВт-ч/квар*ч; сложные условия пуска; шум во время работы; более сложная эксплуатация по сравнению со статическими конденсаторами.

Статические конденсаторы представляют собой специальные емкости, способные вырабатывать реактивную энергию. Они могут работать лишь как генераторы реактивной энергии, т. е. по своему действию подобны синхронному компенсатору, работающему с перевозбуждением.

Достоинства статических конденсаторов следующие: бесшумность в работе, простота в эксплуатации ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей, простота выполнения монтажных работ ввиду малого веса и отсутствия фундамента, малые потери (0,0025—0,05 кВт/квар), возможность их установки для компенсации реактивной мощности отдельно стоящего электродвигателя, группы двигателей участка или цеха, возможность установки для всех электроприемников горного предприятия, возможность использования в распределительных сетях напряжением от 220 В до 35 кВ. Недостатки конденсаторов: отсутствие плавного автоматического регулирования их реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда, недостаточная прочность при возникающих к. з., сравнительно малый срок службы в пределах 8—10 лет, зависимость реактивной мощности от напряжения сети.

Задача

Определить сечение линии трехфазного тока напряжением 6 кВ, питающего трансформаторный киоск мощностью Sк = 1310 кВ • А, средневзвешенный коэффициент мощности потребителей cos_φ  = 0,8, длина линии L = 2,5 км.

Решение

Расчет выполнить в двух вариантах: 1. Воздушная линия с алюминиевыми проводами. Определяем сечение воздушной линии по допустимому току нагрузки.

Ток нагрузки

Где S = 1310 кВА, мощность киоска;

U = 6кВ – напряжение сети.

По табл. 25 (2) этому току соответствует сечение алюминиевого провода А-25 S = 25 мм².

Определяем сечение провода по допустимой потере напряжения:

Где - сумма моментов нагрузки кВт/м;

Р =

Р – реактивная мощность потребителя;

L = 2500 м – длина воздушной линии,

γ =32  - удельная проводимость алюминия

U = 6кВ – напряжение сети.

U  - активная составляющая потери напряжения в линии, В;

 - допустимая потеря напряжения в линии, В;

- индуктивная составляющая потери напряжения в линии, В;

% = 5 – допустимая потеря напряжения в линии, %;

Где  - удельное сопротивление воздушной линии;

Q= квар – реактивная нагрузка потребителей,

при

L - длина воздушной линии, км;

Принимаем ближайшее большее стандартное сечение – S = 95мм

Окончательно принимаем провод марки А-95.

Задача

Рассчитать и выбрать высоковольтный кабель и высоковольтное КРУ, питающее передвижную подстанцию ТСВП-630/б. Мощность короткого замыкания на шинах ЦПП S = 50 000кВА. От ЦПП до РПП-6 проложен кабель СБН-Зх70 L, = 2000 м. Расстояние от РПП-6 до ПУПП L₂ = 800 м. Допустимая потеря напряжения в кабельной сети от ЦПП до ПУПП — 2,5%. На участке работает комбайн 1ГШ-68. Сумма токов приемников участка = 700 А. Средневзвешенный коэффициент мощности токоприемников участка