Ранее отмечалось, что правилами допускается отклонение напряжения от номинального для электродвигателей в пределах ±5%, для наиболее удаленных ламп рабочего освещения снижение не более 2,5%, для ламп наружного и аварийного освещения не более 5%.
Ряду производств (в особенности электротермическому и электролизному, отличающимся большим потреблением электроэнергии) эти нормы не удовлетворяют требованиям экономического режима, вследствие чего возникает необходимость применения дополнительных устройств для стабилизации напряжения в целом по предприятию или частично для отдельных агрегатов.
На основании детальных обследований некоторых промышленных предприятий установлено, какое важное значение для экономики отдельных предприятий имеет качество напряжения.
На одном машиностроительном заводе на электропечах для плавки цинкового сплава (три индукционные печи и две печи сопротивления) в течение месяца среднее снижение напряжения составило 3,86% номинального. Хотя это отклонение находится в пределах действующих норм, оно привело к значительному ущербу. Из-за снижения напряжения увеличилось время плавки, что вызвало перерасход электроэнергии. По обследованным пяти печам перерасход электроэнергии за год из-за снижения напряжения составил 65 тыс. кВт-ч. Помимо этого, увеличение времени плавки вызывало снижение производительности оборудования.
На обувной фабрике прессы горячей вулканизации подошвы и каблука требуют поддержания постоянной температуры, которая создается нагревательными элементами пресс-форм. Как выяснилось, отклонение напряжения всего на 1—2% от номинального вызывает изменение температуры и существенно задерживает выпуск продукции. Среднее отклонение напряжения на фабрике, составившее около 3%, привело к недоотпуску 327 тыс. пар обуви, в год. Поэтому на фабрике была оборудована местная станция автоматического терморегулирования процесса горячей вулканизаций.
На заводе по обработке цветных металлов длительно снижалось напряжение на шинах заводской подстанции в пределах 6—7% от номинального, что отразилось на печах сопротивления для отжига изделий и привело к большому ущербу. Технологический процесс в печах затягивался до 7 ч вместо 3 ч по технологической карте. Когда напряжение снижалось на 10% и более от номинального, работать на отжигальных печах становилось невозможно, так как нельзя было получить минимально необходимую температуру и металл оставался «сырым». На заводе была проведена реконструкция электроснабжения, обеспечившая устойчивое напряжение на уровне номинального.
Для заводов электровакуумных изделий качество напряжения также является важным экономическим фактором. Имеют место случаи, когда отклонения напряжения на шинах заводской подстанции не превышают нормированных ±5%, но в то же время у отдельных приемников, включаемых на фазовое напряжение 220 В (при напряжении в сети 380/220 В), отклонения напряжения в результате неравномерной нагрузки сети по фазам доходят до 10% и более.
Так, на одном из обследованных заводов радиоламп из-за колебаний напряжения на тренировочных стендах больше чем на ±2% и отсутствия автоматических устройств для стабилизации напряжения брак продукции составлял 21% от общего выпуска. У каждого тренировочного аппарата были установлены стабилизаторы напряжения, стоимость которых окупилась за несколько месяцев.
Как известно, на промышленных предприятиях наиболее распространены асинхронные двигатели. Влияние качества напряжения на работу асинхронных двигателей зависит от их загрузки. При загрузке электродвигателей в пределах до 70% от их номинальной мощности отклонения напряжения даже на 10—15% от номинального не вызывают существенного изменения скорости их вращения. По мере увеличения загрузки электродвигателей становится ощутимым влияние снижения напряжения и при наличии сильно загруженных асинхронных двигателей качество напряжения приобретает важное значение.
При применении для компенсации реактивных нагрузок косинусных конденсаторов следует учитывать, что реактивная мощность конденсаторов пропорциональна квадрату напряжения. Поэтому при снижении напряжения резко снижается реактивная мощность статических конденсаторов, что вызывает возрастание реактивных токов в питающих сетях.
Если для печей, электродвигателей, конденсаторов решающее влияние имеет снижение напряжения, то для осветительных приемников важное значение имеет как повышение, так и понижение напряжения. Срок службы ламп накаливания при повышении напряжения на 1% от номинального сокращается на 15%, а при повышении напряжения на 5% сокращается в два раза. Для люминесцентных ламп при повышении напряжения на 10% от номинального срок службы сокращается на 20—30%. Повышение напряжения в сети может привести к большим затратам на замену ламп.
При снижении напряжения у ламп уменьшается их световой поток, что ведет к снижению производительности работающих и общему ухудшению санитарно-гигиенических условий труда. При значительных снижениях напряжения (около 20%) становится невозможным зажигание люминесцентных и других газоразрядных ламп.
Приведенные примеры показывают, что эксплуатационный персонал должен уделять первостепенное внимание качеству напряжения. Необходимо вести суточный контроль за отклонениями напряжения и предъявлять соответствующие требования энергоснабжающей организации в тех случаях, когда отклонения превышают допустимые нормы.
В зависимости от особенностей технологического процесса на том или ином предприятии могут потребоваться для обеспечения экономичной работы устройства для стабилизации напряжения или его регулирования в отдельные периоды суток, даже при соблюдении энергоснабжающей организацией установленных норм на отклонение напряжения (±5%).
Для поддержания установленного номинала напряжения на главных понизительных трансформаторных подстанциях предприятий, а также на районных подстанциях применяют трансформаторы с устройством для регулировки напряжения под нагрузкой.
Конденсаторные батареи высокого напряжения одновременно с задачей повышения cos φ также иногда используют для регулирования напряжения путем регулирования их мощности. Это осуществляется одноступенчатым или многоступенчатым включением и отключением конденсаторов вручную или автоматически. Число и мощность ступеней определяется графиком нагрузки предприятия и режимом работы энергосистемы.
Контрольные вопросы
- Как определяется коэффициент мощности (cos φ) из треугольника мощностей и какие отрицательные последствия для электрохозяйства имеет низкое значение cos φ?
- Как определить средневзвешенное значение cos φ за сутки, имея показания счетчиков активной и реактивной энергии?
- Какое влияние имеет недогрузка асинхронных двигателей на коэффициент мощности электрической сети?
- Каковы основные способы повышения коэффициента мощности в электроустановках промышленных предприятий?
- Что подразумевается под качеством напряжения и какие основные требования установлены для допустимых отклонений напряжения от его номинального значения?
- Как влияет повышение напряжения сети на срок службы ламп накаливания и люминесцентных ламп?
