Низкий коэффициент мощности (cos φ) электроприемников потребителей приводит к необходимости установки на подстанциях трансформаторов повышенной мощности; в электросетях при одном и том же значении активной нагрузки и низком коэффициенте мощности возрастает ток, увеличиваются потери электроэнергии, из-за чего приходится принимать большие сечения сетей, снижается напряжение на зажимах электроприемников, вследствие возрастания тока перегреваются обмотки электродвигателей и катушки магнитной аппаратуры, сокращается срок их использования, иногда они даже выходят из строя.
Повышение коэффициента мощности и поддержание на электроприемниках напряжения, близкого к номинальному, является важным резервом повышения эффективности электрохозяйств (в частности путем экономии электроэнергии). Уменьшение потребления реактивной энергии на 50% позволяет снизить потери активной энергии на 20%, а потому этот резерв нужно всемерно использовать.
Согласно ПУЭ устройства компенсации реактивной мощности, монтируемые у потребителя, должны обеспечивать ее потребление от энергосистемы в пределах регламентируемых энергосистемой в договоре. Анализ электроустановок строительных площадок показывает, что для большинства из них с небольшим объемом СМР коэффициент спроса в среднем не превышает 0,3—0,4, а максимально потребляемая мощность не превышает 100 кВ·А. Как указывалось, источниками электроэнергии таких площадок преимущественно являются групповые ТП, отдельные РУ энергосистемы или предприятий; реже площадки получают энергию по существующим линиям низкого напряжения. При мощности свыше 100 кВ·А источниками служат трансформаторы, установленные в стационарных ТП или временно используемых КТПН. Чаще всего они находятся в ведении энергосистем, заказчиков или соседних с площадками предприятий.
На строительных площадках самым распространенным оборудованием являются башенные краны и сварочные трансформаторы. Для них характерны: резко переменные величины нагрузки (наибольшие в первую смену); нестабильные нагрузки (с кратковременными периодами действия); значительные перекосы по фазам из-за одно- и двухфазных нагрузок.
К мероприятиям, способствующим повышению коэффициента мощности электроустановок строительных площадок без специальных компенсирующих устройств, следует отнести: выбор электродвигателей и трансформаторов соответственно нагрузкам; нагрузка строительного оборудования, приближающаяся к его паспортной мощности; замена неисправных двигателей исправными без превышения мощности; тщательный анализ технологических процессов с целью сокращения периодов работы двигателей на холостом ходу; обеспечение строительного оборудования фронтом работ; действенный системный контроль за состоянием оборудования; выявление причин повышения потерь напряжения и электроэнергии; устранение их; рационализация схем электроснабжения и устройств; применение трансформаторов мощностью, не превышающей нагрузки; использование наиболее эффективных способов и устройств освещения, сварки, электротермообработки бетона, сушки и т. п. Многие из перечисленных мероприятий могут быть перенесены на строительные площадки, исходя из опыта промышленных предприятий.
Лишь тогда, когда нет возможности достигнуть требуемого значения коэффициента мощности посредством указанных мероприятий, надо прибегать к использованию отдельных статических конденсаторов и даже специальных конденсаторных устройств (КУ).
Преимуществами статических конденсаторов являются следующие: по сравнению с другим электротехническим оборудованием потери в них составляют 0,3—0,45% номинальной мощности, т. е. 3,45 Вт на 1 кВ Ар; при мощности КУ, равной 75 кВ-Ар, потери составляют 0,34 кВт, при 100 кВ-Ар—0,45 кВт; в зоне допустимых температур они постоянны.
С помощью конденсаторов осуществляется централизованная, групповая и индивидуальная компенсация. Эффективность КУ оценивается по величине снижения потерь мощности в период максимума нагрузки в энергосистеме и по степени снижения потерь энергии в год. При определении эффективности следует учитывать затраты на КУ, а также срок его окупаемости.
При установке централизованного КУ в ТП сети и электроустройства не разгружаются от реактивных токов, разгружаются только трансформаторы ТП и высоковольтные сети. При установке КУ у головного РУ строительной площадки дополнительно разгружается питающая линия 0,38 кВ и создастся возможность уменьшить ее сечение, а тем самым снизить затраты на линию.
Наибольший эффект разгрузки от реактивной мощности дает индивидуальная компенсация. При этом не нужно предусматривать специальные включающие и разрядные устройства: включающим служит устройство электроприемника, а разрядным— сам электроприемник. Однако при индивидуальной компенсации требуется большое количество конденсаторов; кроме того, их использование недостаточно эффективно, так как при отключении электроприемника одновременно отключается и присоединенный к нему конденсатор. Поэтому широкое распространение такого мероприятия не может быть рекомендовано.
Коэффициент мощности электроустановок строительных площадок главным образом зависит от наиболее распространенных электроприемников, таких, как однопостовые сварочные трансформаторы, башенные краны, имеющие группу электродвигателей. Так, установленная мощность электродвигателей крана КБ-572 равна 94 кВт, КБ-674,5—102 кВт; кран КБ-503 имеет мотор-генератор мощностью 100 кВт — его пусковой ток 1000 А. Поэтому одной из важнейших задач по повышению коэффициента мощности на строительных площадках является комплектование указанного оборудования конденсаторами. При их наличии наряду с повышением коэффициента мощности, например электродвигателей, будет решена и другая задача — повышение напряжения и обеспечение стабильной работы этого оборудования. Целесообразность комплектования применяемых на строительных площадках сварочных трансформаторов статическими конденсаторами уже подтверждена промышленным выпуском трансформаторов типа ТДМ-500 с конденсаторами КСТС-0,38-9, 4У2 мощностью 10,5 кВ-Ар.
Недогрузки башенных кранов и сварочных трансформаторов (укомплектованных конденсаторами по их паспортной мощности) не вызывают опасений перенапряжения в сетях, так как обычно на площадках сечения сетей занижаются, а поэтому потери напряжения в них значительно превышают нормативные.
Вследствие специфичности характера строительных нагрузок расчет и выбор конденсаторного устройства для централизованной или групповой компенсации встречает определенные трудности. Когда принимается решение о централизованной компенсации, то для соблюдения определенного ее режима КУ может комплектоваться блоком автоматики: по нагрузке, величине напряжения, времени использования. По характеру нагрузок строительных площадок наиболее рациональной следует считать схему со ступенчатой автоматизацией по току нагрузки. Однако такие КУ имеют сравнительно высокую стоимость, зависящую от мощности выбранных конденсаторов и количества ступеней регулирования (стоимость конструктивной части устройства обычно неизменна). Автоматизированные КУ способствуют не только оптимальному режиму их использования и электросетей, но и регулируют напряжение на электроприемниках. Такие автоматизированные устройства эффективны, если изменения активных и реактивных нагрузок происходят при сравнительной их стабильности, а этого в строительстве не бывает.
Регулирование напряжения переключением анцапф на трансформаторе, установленном в ТП, редко оказывается выполнимым. Размещение конденсаторных батарей на стороне напряжения 6 (10) кВ требует специальных распределительных
устройств (что повышает затраты), но, несмотря на это, такое КУ не позволяет эффективно поддерживать заданный коэффициент мощности и должное напряжение.
Согласно руководящим требованиям контроль за фактическим потреблением реактивной мощности должен осуществляться только у потребителей с присоединенной мощностью 750 кВ-А и выше. Для этого применяют приборы учета, фиксирующие 30-минутный максимум нагрузок потребителя в часы наибольших нагрузок энергосистемы, или счетчики реактивной мощности, включаемые контактными часами в пик нагрузки энергосистемы.
Оплата за электроэнергию, отпускаемую энергосистемой, производится по прейскуранту № 09-01. Строительные организации, помимо прямой стоимости электроэнергии, оплачивают надбавку к тарифу за электроэнергию при несоблюдении установленной величины реактивной мощности при отсутствии на площадке КУ.
Задаваемая энергосистемой величина реактивной мощности компенсирующего устройства (Qк.э) при присоединенной мощности потребителя до 750 кВ А определяется по формуле
где Sпр — разрешенная договором с энергосистемой мощность; dа.св — доля установленной мощности асинхронных двигателей и сварочных трансформаторов.
Для строительных площадок, приравниваемых к промышленным потребителям, Sпp принимается равной установленной мощности электроприемников. Но строительные организации допускают ошибки в подсчете Sпp, из-за чего оказываются завышенными требуемые энергосистемами площадок. Несомненно, если бы применительно к строительным площадкам понятия Sпp и da.св характеризовались реальнее, то реальнее оказалась бы Qк.э и затраты на КУ снизились бы.
Изложенное позволяет сделать следующие выводы: решение о применении КУ на площадке надо принимать, увязывая его с регулированием напряжения в сетях площадок. При договорной мощности с энергосистемой до 100 кВ-А для повышения коэффициента мощности не нужны устройства централизованной или групповой компенсации, наиболее рациональным при этом можно считать комплектование отдельными конденсаторами башенных кранов и сварочных трансформаторов. Необходимо изучить вопрос о комплектовании конденсаторами
электрифицированного строительного оборудования иного назначения.
Учитывая специфику строительного производства, отличающуюся от промышленных потребителей, следует рассмотреть вопрос о применении энергосистемой при заключении договоров со строительными организациями на пользование электроэнергией термина «установленная мощность» не как суммы мощностей присоединенных электроприемников, а как максимально потребляемой мощности, заявляемой строительной организацией.
При договорной мощности электроприемников до 100 кВ-А ведется учет только активной энергии, а при мощности 100 кВ-А и выше — рекомендуется и реактивной. Это не исключает разработку и выполнение строительной организацией плана мероприятий по повышению коэффициента мощности для каждой строительной площадки при договорной мощности до 100 кВ-А.
Можно считать, что с учетом коэффициентов спроса и участия в максимуме характерных электроприемников строительных площадок формулу подсчета экономической реактивной мощности компенсации, задаваемой энергосистемой строительной организации, следует пересмотреть. Мощность электроприемников, присоединяемых к отдельному трансформатору ТП, надо принимать равной мощности трансформатора; при присоединении электроприемников к групповому трансформатору, как указывалось выше, их расчетную мощность рекомендуется выражать суммарной максимально потребляемой мощностью, заявляемой строительной организацией.
Следует отметить, что к определению величины заявляемой мощности энергосистеме строительные организации относятся не всегда серьезно. В частности, сварочные трансформаторы и другие однофазные (двухфазные) нагрузки учитывают в заявке без пересчета на условную трехфазную мощность, предусматривают строительное оборудование, которое по разным причинам впоследствии не завозят на площадки. Не учитывают также и то, что в процессе строительного производства присоединяют одни строительные машины, механизмы и устройства и одновременно отсоединяют другие, причем действуют они кратковременно.
При выборе КУ необходимо учитывать, что вследствие частых изменений нагрузок на площадках и несимметрии их по фазам изменяются и напряжения в сетях. При наличии КУ на отдельных участках сетей могут появиться линейные напряжения (даже выше номинальных) и оказаться повреждения в сетях.
Определяя техническую необходимость применения на строительной площадке установки централизованной компенсации, следует учитывать и другие факторы: затраты на нее, возможность оборачиваемости, расходы на ремонт при транспортировке на другой объект, сокращение срока службы КУ из-за специфических условий строительных площадок и др.
Конструктивно КУ строительной площадки должна быть переносной, надежно уплотнена от проникновения пыли и влаги, соответствовать правилам по устройству и эксплуатации, учитывать возможную тряску при перевозке с объекта на объект.
Комплектные КУ выпускает Усть-Каменогорский конденсаторный завод. Целесообразность применения установок этого завода обусловлена тем, что он систематически изучает и анализирует отечественный и зарубежный опыт, на основе чего совершенствует их.
Необходимо провести экспериментальные исследования по определению оптимальных значений коэффициента мощности на строительных площадках различного назначения. Учитывая их специфичность, следует изучить возможность снижения энергосистемой требования о соблюдении коэффициента мощности электроустановок площадок, установив его до 0,8. Также должен быть изучен и пересмотрен тариф по прейскуранту № 09-01 Минэнерго на электроэнергию применительно к строительным площадкам и взимаемым добавкам по коэффициенту мощности.
Надо специально выпустить указания, рекомендации или правила по рациональному использованию на строительных площадках статических конденсаторов.
