Влияние качества электрической энергии на работу электротермических установок.
В промышленности широко используются дуговые сталеплавильные, руднотермические, индукционные плавильные печи, печи сопротивлений, индукционные печи для нагрева заготовок и поверхностной закалки, а также различные электронагревательные аппараты и установки. Зависимость технико-экономических характеристик электротермических установок от качества электроэнергии определяется принципиальными и конструктивными особенностями агрегата, а также наличием устройств, позволяющих регулировать напряжение непосредственно у электротермической установки. Однако и при местном регулировании напряжения оптимальный режим установки нарушается. Влияние изменения напряжения сети на электрические параметры можно показать на примере ферросплавной дуговой электропечи мощностью 16 500 кВ-А [25]. Электропечь оборудована тремя однофазными трансформаторами по 5500 кВ-А, напряжение питающей сети 10 кВ, вторичное напряжение (на выводах трансформатора) 130—204 В при 12 ступенях регулирования напряжения. Номинальный ток электрода равен 60 100—46 600 А.
При снижении напряжения от 10 до 9 кВ соs φ (рис. 2.22) электропечи падает на пятой ступени напряжения (при номинальном токе) от 0,868 до 0,834. Так же значительно меняются мощность, электрический КПД и другие параметры. Из рис. 2.23 видно, что минимальный удельный расход электроэнергии — при фазном напряжении 65 В, а максимальная производительность—при 70 В. Оптимальное напряжение находится в зоне 65—70 В. Снижение или повышение напряжения за пределами указанной зоны приводит к одновременному увеличению удельного расхода электроэнергии и снижению производительности печи.
Рис. 2.22. Зависимость cos φ ферросплавной печи от первичного напряжения.
Рис. 2.23. Зависимость производительности G и удельного расхода электроэнергии wуд от напряжения.
В еще большей мере зависят характеристики электротермических установок от напряжения при отсутствии возможности регулирования напряжения непосредственно у агрегата, поскольку его мощность снижается пропорционально квадрату напряжения. Учитывая высокий удельный вес потребления электроэнергии в электротермии, необходимо тщательно рассматривать вопрос об оптимизации напряжения у электротермических установок.
Влияние качества электрической энергии на работу электролизных установок.
Отклонения напряжения в питающей сети нарушают нормальный режим работы электролизных установок, вызывают снижение их производительности, увеличивают удельные расходы электроэнергии, сырья и вспомогательных материалов, а также приводят к порче технологического оборудования и снижению межремонтных сроков работы. Влияние отклонения напряжения на работу электролизных установок можно показать на примере производства хлора и каустической соды. Основным процессом, протекающим на аноде, является разряд ионов С1 с выделением С12; на катоде разряжаются ионы водорода. Выделившийся газообразный водород образует щелочь NaOH. Снижение напряжения приводит к снижению температуры в ванне, уменьшению подвижности ионов хлора. Это способствует увеличению роли ионов
Рис. 2.24. Влияние изменения напряжения на работу электролизера:
а—влияние уровня напряжения на производительность G; б —срок службы электролизера; 1 — при отсутствии колебания напряжения; 2 —при колебании напряжения
ОН в переносе зарядов от катода к аноду. Кислород, выделившийся на графитовых анодах при разряде ионов ОН, окисляет аноды, вызывая химический и механический их износ. При повышении напряжения плотность тока в аноде повышается. Возрастают температура в электролизе и концентрация NaOH вследствие упаривания (уноса паров воды с водородом), одновременно повышается концентрация NaCl, что способствует повышению производительности [26].
Рис. 2.25. Экономическая характеристика электролизной установки:
I- стоимость дополнительных мощностей и потерь, идущих на производство и выработку продукции; II — стоимость дополнительной реактивной мощности для повышения напряжения; III — стоимость продукции, выработанной на электролизере; IV — стоимость дополнительного пара, воды, электроэнергии для выпарки электрощелочи
На рис. 2.24 показано влияние отклонения напряжения на производительность и срок службы электролизера, а на рис. 2.25 приведены его удельные экономические характеристики y=f(∆U) при длительности отклонения напряжения 1 ч. Положительный знак означает ущерб, отрицательный — экономию. Повышение напряжения выше определенного предела приводит к перекрытию электродов и повреждению электролизера.
Осветительные установки
Осветительные установки весьма чувствительны к отклонению напряжения от номинального. Срок службы их резко снижается при увеличении напряжения, возрастает потребляемая мощность. При снижении напряжения уменьшается световой поток и снижается производительность труда, которая зависит от освещенности. Колебания напряжения в сети вызывают «мигание» света и частое перегорание ламп. Основные характеристики ламп накаливания показаны на рис. 2.26.
Срок службы ламп определяется выражением
световой поток — выражением
где Тном, Т,
Fном, F — соответственно число часов работы и световой поток при нормальном и фактическом напряжении; а—показатель изменения среднего срока службы ламп при изменении напряжения, равный 1,4 для ламп накаливания, 1,5 для люминесцентных ламп низкого давления и 3,72 для ламп ДРЛ; β — показатель изменения светового потока при изменении напряжения, равный 3,61 для ламп накаливания, 1,5 для люминесцентных ламп и 3 для ламп ДРЛ.
Рис. 2.26. Зависимость светового потока, потребляемой из сети активной мощности и срока службы ламп накаливания от напряжения (в относительных единицах)
Рис. 2.27. Схемы электроснабжения с резервированием
Влияние качества электроэнергии на потери в сетях.
Отклонения и частоты и напряжения от номинальных приводят к изменению потребляемой электроприемниками активной и реактивной мощности, что в свою очередь приводит к изменению потерь в электрических сетях предприятия. Потери в сетях определяются составом приемников электроэнергии, их загрузкой, коэффициентом включения, длительностью работы и т. п.
Электроснабжение по резервной схеме.
В системах электроснабжения промышленных предприятий предусматривается нагруженное или ненагруженное резервирование. Если, в результате повреждения того или другого элемента системы происходит переход на резервное электроснабжение, потери электроэнергии в этой системе, как правило, возрастают. Возросшие потери в сети внешнего электроснабжения определяют ущерб электроснабжающей организации. При переходе на резервное питание в собственной схеме электроснабжения потребителя возникшие при этом дополнительные потери фиксируются счетчиками потребителя и определяют ущерб.
В качестве примера определения дополнительных потерь рассмотрим схемы электроснабжения (рис. 2,27),имея в виду, что они предусматривают 100%-ное резервирование. При схеме на рис. 2.27, а дополнительные потери электроэнергии ΔW при переводе секции II на питание от Тр1
Соответственно для схемы на рис. 2.27,б при выходе из строя линии Л1 и переводе питания подстанции I по линиям Л2 и Л3
где S1, S2 — нагрузки соответствующих секций, подстанций; R1-3 — сопротивление соответствующих участков; Sном — номинальная мощность трансформаторов; ΔΡΚ — приведенные потери мощности короткого замыкания трансформаторов; Та — число часов максимальных потерь за время питания по аварийному режиму1.
Если переход на схему резервного питания приводит к ограничению мощности или электроэнергии, то это соответствующим образом отражается на работе предприятия.
