Электромонтер строительной площадки — Повышение коэффициента мощности
Содержание материала
Низкий коэффициент мощности электроустановок строительных площадок является в большинстве случаев результатом:
недоиспользования мощности строительных механизмов, машин, технологического оборудования и соответственно установленных электродвигателей;
наличия холостых ходов электродвигателей, обусловленных конструкцией оборудования или плохой организацией производства;
завышенной мощности установленных электродвигателей;
работы трансформаторов с малой загрузкой.
Выбор средств компенсации реактивной мощности должен производиться для режима наибольшего ее потребления в сети проектируемой электроустановки и преимущественно с учетом номенклатуры изготовляемых заводами комплектных конденсаторных установок.
При выборе средств компенсации необходимо учитывать, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении в непосредственной близости от электроприемников, потребляющих реактивную мощность.
Нерегулируемые конденсаторные установки в сетях напряжением до 1000 В размещают у групповых распределительных пунктов, если окружающая среда допускает такую установку.
При эксплуатации электроустановок рекомендуется осуществлять следующие мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности:
а) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и к снижению расчетного максимума реактивной нагрузки;
б) ограничение холостой работы асинхронных двигателей, cварочныx трансформаторов и других электроприемников путем внедрения ограничителей холостого хода;
в) замена или отключение на период малых нагрузок трансформаторов, загружаемых менее чем на 30% их номинальной мощности, если это допускается по условиям режима работы сети и электроприемников;
г) замена загружаемых менее чем на 60% асинхронных двигателей на двигатели меньшей мощности при условии технико-экономического обоснования и при наличии практической возможности такой замены.
За работой используемых компенсирующих устройств должен обеспечиваться систематический контроль.
При установке конденсаторов у групповых щитов, помимо повышения напряжения в сети, увеличивается ее пропускная способность.
Коэффициент мощности электроустановок небольших строительных площадок можно повысить с помощью статических конденсаторов с размещением их по одному из следующих вариантов: на стороне низшего напряжения подстанции, питающей электроэнергией строительную площадку (централизованная компенсация); непосредственно у потребителей электроэнергии (индивидуальная компенсация).
Установка конденсаторов у групповых щитов напряжением 380 В, как правило, более выгодна, поскольку практически при той же мощности и стоимости конденсаторов, что и при расположении их у главного щита с тем же напряжением, она дает дополнительную экономию от потерь в кабелях, проложенных от главного щита к групповым щитам.
Однако целесообразность такого расположения конденсаторов должна быть подкреплена расчетом.
Во избежание возрастания расходов на отключающую аппаратуру, измерительные приборы и шкаф, в котором монтируется оборудование, мощность батареи конденсаторов, устанавливаемой у групповых щитов, рекомендуется принимать не менее 30 квар.
Так как основными электроприемниками строительных площадок являются краны (преимущественно башенные) и сварочные трансформаторы, то следует считать рациональным непосредственно их укомплектовывать конденсаторами. Преимуществом индивидуальной компенсации таких электроприемников является то, что для присоединения конденсаторов можно использовать пусковое устройство электроприемника, а разрядным сопротивлением будет служить сам электроприемник. При этом конденсаторы могут быть установлены в шкафах и без них. При установке без шкафа их располагают в кабине башенного крана. При этом упрощается установка, снижаются затраты металла (кожухом защищаются только токоведущие части). Размещать конденсаторы на башенном (или подобном строительном) кране следует таким образом, чтобы была обеспечена требуемая вентиляция и исключена тряска. Включаются и отключаются они одновременно с работой крана.
Конденсаторы, предназначаемые для установки на строительных кранах, должны выбираться по средней реактивной нагрузке. Коэффициент мощности электроустановки крана рекомендуется доводить до 0,8.
При комплектовке конденсаторами сварочных трансформаторов конденсаторы присоединяют параллельно первичной обмотке. Благодаря этому с отключением пускового устройства одновременно отключаются от электросети и конденсаторы. Мощность конденсатора следует выбирать с учетом (преимущественно) использования к каждому сварочному трансформатору по одному конденсатору. Ориентировочно реактивную мощность конденсатора можно принимать равной половине кажущейся номинальной мощности трансформатора, приведенной к продолжительности включения ПВ = 1,
В целях экономии электроэнергии рекомендуется работа конденсаторов в сетях напряжением 380/220 В без постоянно присоединенных разрядных сопротивлений; автоматическое присоединение их предусматривается только в момент отключения конденсаторов.
Для исключения работы конденсаторов в периоды, когда не требуется повышение коэффициента мощности, рекомендуется применять схемы дистанционного управления с диспетчерских пунктов и простейшие схемы автоматического регулирования. Они основаны на действии включающих и отключающих устройств в зависимости от уровня напряжения, величины коэффициента мощности или от времени суток.
Установка конденсаторов на строительной площадке допускается только с разрешения энергосистемы.
В настоящее время Усть-Каменогорским конденсаторным заводом изготовляются конденсаторные установки на напряжение до 1000 В с автоматическим регулированием по величине напряжения.
При установке статических конденсаторов необходимо обеспечить хорошую вентиляцию. Обследованиями выявлено, что в помещениях с конденсаторными установками, имевшими неудовлетворительную вентиляцию, конденсаторов выходит из строя в три раза больше.
Номинальный ток плавких предохранителей, защищающих отдельный конденсатор или всю конденсаторную установку, не должен превышать 160% номинального тока конденсатора или суммы токов конденсаторов. Уставка по току максимального токового реле или расцепителя автомата не должна быть более 130% номинального тока конденсаторной установки.
При повторном автоматическом отключении конденсаторной установки от действия защиты включение ее разрешается только после выявления и устранения причин, вызвавших отключение. Повторное включение установки после ее отключения допускается для конденсаторов напряжением 660 В и ниже не ранее чем через 5 мин при условии остаточного напряжения на батарее не более 50 В.
При конденсаторной установке должны находиться:
однолинейная принципиальная схема с указанием на ней номинального тока плавких вставок предохранителей, защищающих отдельные конденсаторы, часть или всю установку, или тока уставок реле максимального тока в случае его применения;
термометр для измерения температуры окружающего воздуха;
разрядная штанга для контрольного разряда конденсаторов, на которой должен быть надежно закреплен металлический стержень. Штанга выполняется из изоляционного материала размером, одинаковым с размером изолирующей штанги, применяемой для оперативных переключений в установках того же напряжения сети, к которой присоединена данная;
противопожарные средства: огнетушитель, ящик с песком и совок.
Вместе с однолинейной схемой должен находиться список конденсаторов с указанием порядкового и заводского номеров, даты установки конденсаторов, номинального напряжения, мощности и емкости каждого конденсатора (по данным завода-изготовителя) и батареи конденсаторов.
Осмотр (без отключения) конденсаторных установок мощностью менее 500 квар производится с учетом требований, предусматриваемых местными инструкциями, но не реже одного раза в месяц. Во время осмотра проверяют:
исправность ограждении токоведущих частей, целость запоров, отсутствие посторонних предметов;
отсутствие пыли, грязи, трещин на изоляторах; температуру окружающего воздуха;
отсутствие вспучивания стенок корпусов конденсаторов и следов вытекания пропитывающей жидкости (масла и т. и.) из конденсаторов. Наличие пятен пропитывающей жидкости (отпотевание) не является основанием для снятия конденсаторов с эксплуатации, их следует взять под наблюдение;
целость плавких вставок предохранителей и их соответствие;
величину тока и равномерность нагрузки отдельных фаз конденсаторной установки;
величину напряжения на установке;
исправность цепи разрядных сопротивлений или предусмотренного устройства;
исправность всех контактов соединений электрической схемы установки;
наличие и исправность блокировок безопасности; исправность цепи заземления установки;
наличие и качество защитных средств (разрядной штанги и др.) и средств пожаротушения.
Очистка поверхности изоляторов, конденсаторов, аппаратуры и каркаса от пыли и различных загрязнений, ремонты, при которых возможно прикосновение к токоведущим частям, замена сгоревших плавких вставок или неисправных предохранителей должны производиться на отключенной конденсаторной установке после контрольного разряда всех конденсаторов (независимо от наличия у конденсаторов разрядных сопротивлений).
Внеочередные осмотры конденсаторных установок производятся в случаях появления разрядов (треска) в конденсаторах, повышения напряжения на зажимах или температуры окружающего воздуха до значений, близких к наивысшим допустимым, и других ненормальных явлений в работе установки.
Обо всех неисправностях и нарушениях, выявленных при осмотрах, делают записи в эксплуатационном (оперативном) журнале.
Включение в сеть конденсаторов запрещается:
в ночное время, выходные и праздничные дни (когда в них нет необходимости);
при напряжении на конденсаторной установке (или на конденсаторе), превышающем 110% номинального;
при температуре окружающего воздуха, превышающей наивысшую и наинизшую температуры, допустимые для конденсаторов данного типа;
при наличии вспучивания стенок конденсаторов;
при неравномерности нагрузки фаз конденсаторов более 10% среднего значения тока;
при увеличении тока батареи конденсаторов более чем на 30% номинального значения;
при наличии капельной течи пропиточной жидкости;
при повреждении изоляторов выводов.
Источник
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
Одной из причин низкого значения является неполная загрузка асинхронных электродвигателей, так как активная мощность определяется активной нагрузкой, тогда как реактивная зависит от общей мощности двигателя, его типа и загрузки. Следовательно, неправильный выбор типа двигателя и его мощности (с запасом) приводит к понижению значения
Важнейшим условием рационального использования электроэнергии (т. е. повышения является полная загрузка электродвигателя и недопущение его длительной работы на холостом ходу, правильный выбор типа двигателя и его мощности. Такой способ повышения называют естественным.
Если применение естественного способа не дает нужных результатов, то могут быть применены и способы искусственного повышения
Одним из наиболее распространенных способов искусственного повышения является компенсация сдвига фаз между напряжением и общим током в цепи потребителя (или группы потребителей). Например, параллельно двигателю Д подключают конденсатор (рис. 1-24). Компенсация сводится к тому, что за счет емкостного тока конденсатора уменьшается сдвиг по фазе между током и напряжением в цепи двигателя. Путем подбора емкости конденсатора С можно довести значение сдвига по фазе до нуля.
Физическая сущность явления компенсации состоит в том, что двигатель, например, в четные четверти периода запасает энергию в магнитном поле, а в нечетные — отдает ее, а конденсатор, наоборот, в нечетные четверти периода запасает энергию в электрическом поле, а в четные — отдает ее. Причем энергия, накапливаемая в магнитном поле двигателя и в электрическом поле конденсатора, является «обменной» (неиспользуемой)
энергией. Таким образом, обменная энергия будет частично или полностью «циркулировать» междумагнитным полем двигателя и электрическим полем конденсатора. При установившемся режиме работыисточник тока и линия электропередачи будут частично или полностью разгружены от «обменной» энергии.
Однако искусственные методы не позволяют в данной цепи избавиться от «обменной» энергии, они могут лишь локализовать ее, освобождая при этом сети и их станции. Практическое применение конденсаторов для компенсации несколько ограничено из-за их высокой стоимости. Поэтому на практике получили широкое распространение так называемые синхронные компенсаторы — синхронные двигатели облегченной конструкции, работающие на холостом ходу и создающие емкостный ток
| Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока |
 Большинство современных потребителей электрической энергии имеют индуктивный характер нагрузки, токи которой отстают по фазе от напряжения источника. Так для асинхронных двигателей, трансформаторов,сварочных аппаратов и других реактивный ток необходим для создания вращающегося магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов. Активная мощность таких потребителей при заданных значениях тока и напряжения зависит от cosφ: P = UICosφ, I = P / UCosφ Снижение коэффициента мощности приводит к увеличению тока. Косинус фи особенно сильно снижается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую или при большой недогрузке. Если в сети есть реактивный ток мощность генератора, трансформаторных подстанции и сетей используется не полностью. С уменьшением cosφ значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и катушек электрических аппаратов.  Например, если активная мощность остается постоянной, обеспечивается током 100 А при cosφ=1, то при понижении cosφ до 0,8 и той же мощности сила тока в сети возрастает в 1,25 раза (Iа = Iсети х cosφ, Iс = Iа / cosφ ). Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) Pнагр = I 2 сети х Rсети пропорциональны квадрату тока, то есть они возрастают в 1,25 2 = 1,56 раза. При cosφ= 0,5 сила тока в сети при той же активной мощности равна 100 / 0,5 = 200 А, а потери в сети возрастают в 4 раза (!). Возрастают потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей. Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество потребляемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор подает в сеть силу тока, в 2 раза большую, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью в киловольт-амперах, то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам. Если обозначить сопротивление проводов линии Rл, то потери мощности в ней можно определить так:  Таким образом, чем выше потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии. Коэффициент мощности показывает, как используется номинальная мощность источника. Так, для питания приемника 1000 кВт при φ= 0,5 мощность генератора должна быть S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 кВА, а при cosφ = 1 S = 1000 кВА. Следовательно, повышение коэффициента мощности увеличивает степень использования мощности генераторов. Для повышения коэффициента мощности (cosφ) электрических установок применяют компенсацию реактивной мощности. Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла φ — сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами: 1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности, 2) понижением напряжения 3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу, 4) включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока. На мощных районных подстанциях для этой цели специально устанавливают синхронные компенсаторы — синхронные перевозбужденные электродвигатели.  Синхронные компенсаторы Чтобы повысить экономичность энергетических установок наиболее часто используют батареи конденсаторов, подключаемые параллельно индуктивной нагрузке (рис. 2 а).  Рис. 2 Включение конденсаторов для компенсации реактивной мощности: а — схема, б, в — векторные диаграммы Для компенсации cosφ в электрических установках до нескольких сотен кВА применяют косинусные конденсаторы. Их выпускают на напряжение от 0,22 до 10 кВ. Емкость конденсатора, необходимую для повышения cosφ от существующего значения cosφ1 до требуемого cosφ2, можно определить по диаграмме (рис. 2 б, в).  При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I1 отстает от вектора напряжения на угол φ1Iа совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока Iр отстает от него на 90° (рис. 2 б). После подключения к потребителю батареи конденсаторов ток I определяется как геометрическая сумма векторов I1 и Ic. При этом вектор емкостного тока опережает вектор напряжения на 90° (рис. 2, в). Из векторной диаграммы видно, что φ2 2 ) х (tgφ1 — tgφ2). На практике обычно коэффициент мощности повышают не до 1,0, а до 0,90 — 0,95, так как полная компенсация требует дополнительной установки конденсаторов, что часто экономически не оправдано. |
Резонанс напряжений и токов в цепи переменного тока. Векторные диаграммы, частотные и энергетические характеристики. Понятие о расчете сложных (с несколькими источниками питания) цепей.
Явление резонанса. Электрическая цепь, содержащая индуктивность и емкость, может служить колебательным контуром, где возникает процесс колебаний электрической энергии, переходящей из индуктивности в емкость и обратно. В идеальном колебательном контуре эти колебания будут незатухающими. При подсоединении колебательного контура к источнику переменного тока угловая частота источника ? может оказаться равной угловой частоте ?0, с которой происходят колебания электрической энергии в контуре. В этом случае имеет место явление резонанса, т. е. совпадения частоты свободных колебаний ?0, возникающих в какой-либо физической системе, с частотой вынужденных колебаний ?, сообщаемых этой системе внешними силами.
Резонанс в электрической цепи можно получить тремя способами: изменяя угловую частоту ? источника переменного тока, индуктивность L или емкость С. Различают резонанс при последовательном соединении L и С — резонанс напряжений и при параллельном их соединении — резонанс токов. Угловая частота ?0, при которой наступает резонанс, называется резонансной, или собственной частотой колебаний резонансного контура.
Резонанс напряжений. При резонансе напряжений (рис. 196, а) индуктивное сопротивление XLравно емкостному Хси полное сопротивление Z становится равным активному сопротивлению R:
Z = ?( R 2 + [?0L — 1/(?0C)] 2 ) = R
В этом случае напряжения на индуктивности UL и емкости Uc равны и находятся в противофазе (рис. 196,б), поэтому при сложении они компенсируют друг друга. Если активное сопротивление цепи R невелико, ток в цепи резко возрастает, так как реактивное сопротивление цепи X = XL—Xс становится равным нулю. При этом ток I совпадает по фазе с напряжением U и I=U/R. Резкое возрастание тока в цепи при резонансе напряжений вызывает такое же возрастание напряжений UL и Uc, причем их значения могут во много раз превышать напряжение U источника, питающего цепь.
Угловая частота ?0, при которой имеют место условия резонанса, определяется из равенства ?oL = 1/(?0С).
Рис. 196. Схема (а) и векторная диаграмма (б) электрической цепи, содержащей R, L и С, при резонансе напряжений
Если плавно изменять угловую частоту ? источника, то полное сопротивление Z сначала начинает уменьшаться, достигает наименьшего значения при резонансе напряжений (при ?o), а затем увеличивается (рис. 197, а). В соответствии с этим ток I в цепи сначала возрастает, достигает наибольшего значения при резонансе, а затем уменьшается.
Резонанс токов. Резонанс токов может возникнуть при параллельном соединении индуктивности и емкости (рис. 198, а). В идеальном случае, когда в параллельных ветвях отсутствует активное сопротивление (R1=R2 = 0), условием резонанса токов является равенство реактивных сопротивлений ветвей, содержащих индуктивность и емкость, т. е. ?oL = 1/(?oC). Так как в рассматриваемом случае активная проводимость G = 0, ток в неразветвленной части
цепи при резонансе I=U?(G 2 +(BL-BC) 2 )= 0. Значения токов в ветвях I1 и I2 будут равны (рис. 198,б), но токи будут сдвинуты по фазе на 180° (ток IL в индуктивности отстает по фазе от напряжения U на 90°, а ток в емкости I с опережает напряжение U на 90°). Следовательно, такой резонансный контур представляет собой для тока I бесконечно большое сопротивление и электрическая энергия в контур от источника не поступает. В то же время внутри контура протекают токи IL и Iс, т. е. имеет место процесс непрерывного обмена энергией внутри контура. Эта энергия переходит из индуктивности в емкость и обратно.
Как следует из формулы (74), изменяя значения емкости С или индуктивности L, можно изменять частоту колебаний ?0 электрической энергии и тока в контуре, т. е. осуществлять настройку контура на требуемую частоту. Если бы в ветвях, в которых включены индуктивность и емкость, не было активного сопротивления, этот процесс колебания энергии продолжался бы бесконечно долго, т. е. в контуре возникли бы незатухающие колебания энергии и токов IL и Iс. Однако реальные катушки индуктивности и конденсаторы всегда поглощают электрическую энергию (из-за наличия в катушках активного сопротивления проводов и возникновения
Рис. 197. Зависимость тока I и полного сопротивления Z от ? для последовательной (а) и параллельной (б) цепей переменного тока
Рис. 198. Электрическая схема (а) и векторные диаграммы (б и в) при резонансе токов
в конденсаторах токов смещения, нагревающих диэлектрик), поэтому в реальный контур при резонансе токов поступает от источника некоторая электрическая энергия и по неразветвленной части цепи протекает некоторый ток I.
Условием резонанса в реальном резонансном контуре, содержащем активные сопротивления R1и R2, будет равенство реактивных проводимостей BL= BCветвей, в которые включены индуктивность и емкость.
Из рис. 198, в следует, что ток I в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением U, так как реактивные токи 1L и Iс равны, но противоположны по фазе, вследствие чего их векторная сумма равна нулю.
Если в рассматриваемой параллельной цепи изменять частоту ?о источника переменного тока, то полное сопротивление цепи начинает увеличиваться, достигает наибольшего значения при резонансе, а затем уменьшается (см. рис. 197,б). В соответствии с этим ток I начинает уменьшаться, достигает наименьшего значения Imin = Ia при резонансе, а затем увеличивается.
В реальных колебательных контурах, содержащих активное сопротивление, каждое колебание тока сопровождается потерями энергии. В результате сообщенная контуру энергия довольно быстро расходуется и колебания тока постепенно затухают. Для получения незатухающих колебаний необходимо все время пополнять потери энергии в активном сопротивлении, т. е. такой контур должен быть подключен к источнику переменного тока соответствующей частоты ?0.
Явления резонанса напряжения и тока и колебательный контур получили весьма широкое применение в радиотехнике и высокочастотных установках. При помощи колебательных контуров мы получаем токи высокой частоты в различных радиоустройствах и высокочастотных генераторах. Колебательный контур — важнейший элемент любого радиоприемника. Он обеспечивает его избирательность, т. е. способность выделять из радиосигналов с различной длиной волны (т. е. с различной частотой), посланных различными радиостанциями, сигналы определенной радиостанции.
Резонанс напряжений
Если в цепь переменного тока включены последовательно катушка индуктивности и конденсатор, то они по-своему воздействуют на генератор, питающий цепь, и на фазовые соотношения между током и напряжением.
Катушка индуктивности вносит сдвиг фаз, при котором ток отстает от напряжения на 
четверть периода, конденсатор же, наоборот, заставляет напряжение в цепи отставать по фазе от тока на четверть периода. Таким образом, действие индуктивного сопротивления на сдвиг фаз между током и напряжением в цепи противоположно действию емкостного сопротивления.
Это приводит к тому, что общий сдвиг фаз между током и напряжением в цепи зависит от соотношения величин индуктивного и емкостного сопротивлений.
Если величина емкостного сопротивления цепи больше индуктивного, то цепь носит емкостный характер, т. е. напряжение отстает по фазе от тока. Если же, наоборот, индуктивное сопротивление цепи больше емкостного, то напряжение опережает ток, и, следовательно, цепь носит индуктивный характер.
Общее реактивное сопротивление Хобщ рассматриваемой нами цепи определяется путем сложения индуктивного сопротивления катушки XL и емкостного сопротивления конденсатора ХС.
Но так как действие этих сопротивлений в цепи противоположно, то одному из них, а именно Хс приписывается знак минус, и общее реактивное сопротивление определяется по формуле:
Хобщ = XL -ХС, XL = ?L, ХС = 1 / ?С
Применив к этой цепи закон Ома, получим:
Формулу эту можно преобразовать следующим образом:
U = I Хобщ = I (XL -ХС) = IXL -IХС
В полученном равенстве IXL —действующее значение слагающей общего напряжения цепи, идущей на преодоление индуктивного сопротивления цепи, а IХС—действующее значение слагающей общего напряжения цепи, идущей на преодоление емкостного сопротивления.
Таким образом, общее напряжение цепи, состоящей из последовательного соединения катушки и конденсатора, можно рассматривать как состоящее из двух слагаемых, величины которых зависят от величин индуктивного и емкостного сопротивлений цепи.
Мы считали, что такая цепь не обладает активным сопротивлением. Однако в тех случаях, когда активное сопротивление цепи не настолько уже мало, чтобы им можно было пренебречь, общее сопротивление цепи определяется следующей формулой:
где R — общее активное сопротивление цепи, XL -ХС — ее общее реактивное сопротивление. Переходя к формуле закона Ома, мы вправе написать: U = I / Z
Источник
