Экономия электроэнергии за счёт оптимизации работы электрооборудования

УДК 621.311.031.004.18

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЁТ ОПТИМИЗАЦИИ

РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

, доцент кафедры ЭГПП ГУ КузГТУ

, студент гр. ЭП-061 ГУ КузГТУ

Постоянное увеличение тарифов на электроэнергию вынуждает предприятия, в том числе и угольные шахты, более экономно и рационально использовать энергетические ресурсы. Согласно Федеральному закону «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» -Ф3, организации, осуществляющие добычу угля, должны провести первое энергетическое обследование до 31декабря 2012 года, а последующие энергетические обследования проводить не реже одного раза каждые пять лет.

Энергетическое обследование производится с целью определения показателей энергетической эффективности шахты или разреза в целом или отдельных технологических процессов на них и разработку мероприятий по энергосбережению с оценкой их стоимости.

По результатам энергетического обследования составляется энергетический паспорт, в котором должен быть указан перечень типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности.

Существует много различных способов уменьшения потерь электроэнергии на различных ступенях системы электроснабжения угольных предприятий: при трансформации, передаче, распределении и потреблении электрической энергии. Одним из способов повышения энергоэффективности горного производства является оптимизация работы силовых трансформаторов и электродвигателей.

При работе асинхронных двигателей и трансформаторов в режиме недогрузки снижается коэффициент мощности и возрастает потребление реактивной энергии, а учитывая значительную разветвленность и протяженность электрических сетей на горных предприятиях, это приводит к значительным потерям электроэнергии. Перетоки реактивной мощности в электрических сетях вызывают не только дополнительные активные потери (что приводит к уменьшению пропускной способности сетей), но и снижение качественных показателей электрической энергии. В некоторых электроустановках реактивная мощность может быть значительно больше активной.

Для оценки влияния нагрузки силовых трансформаторов на потребление ими реактивной мощности рассмотрим график зависимости (рис.1.) коэффициента реактивной мощности (tgφ) от коэффициента загрузки трансформатора (b).

Анализ графика показывает, что в диапазоне нагрузок от 30 до 100 % номинальной мощности коэффициент реактивной мощности трансформаторов изменяется весьма незначительно. При нагрузке трансформаторов менее 30 % номинальной мощности потребление ими реактивной мощности существенно увеличивается.

Рис. 1. Графики зависимости tgφ = f(b) для трансформаторов типа ТМ:

1 – 25 ÷ 100 кВА; 2 – 160 ÷ 630 кВА; 3 – 1000 ÷ 2500 кВА

Основными потребителями электрической энергии на горных предприятиях является электродвигатели. Если двигатели перегружены, то они быстро выходят из строя, если они недогружены, то двигатели работают неэффективно: снижается коэффициент полезного действия и коэффициент мощности.

Экономию электроэнергии за счёт оптимизации работы электродвигателей можно получить, проводя нижеуказанные мероприятия.

Многие электродвигатели работают с неполной нагрузкой. Средний уровень эффективности использования двигателей составляет 50%. Следовательно, имеется возможность регулирования количества потребляемой электроэнергии двигателями в процессе их работы за счет повышения коэффициента загрузки.

Например, заменять малозагруженные двигатели двигателями меньшей мощности или на двигатели той же мощности, но с улучшенными характеристиками.

При замене двигателя двигателем меньшей мощности часто потери активной мощности из-за более низкого номинального кпд нового двигателя могут остаться неизменными или же увеличиться, а потребление реактивной мощности в ряде случаев уменьшиться. Поэтому необходимо провести технико-экономический расчёт, который определит целесообразность замены двигателя.

Как правило, в ряде случаев, при снижении мощности двигателя, в среднем на 40%, потребление им реактивной мощности снижается на 20-25% (зависит от конструкции и типа двигателя). В дополнение к этому, при выборе двигателя с меньшей мощностью, появляется возможность достижения оптимального коэффициента его загрузки, при котором коэффициент активной мощности и коэффициент полезного действия будут максимальными для двигателя данной модификации.

Как показывают исследования, двигатель целесообразно заменять при коэффициенте загрузки менее 45%. При загрузке двигателя на 45..70% от номинальной мощности для определения целесообразности его замены требуются технико-экономические расчеты. При загрузке двигателя более чем на 70%, его замена нецелесообразна.

Следующим мероприятием по экономии электроэнергии является ограничение времени работы двигателей на холостом ходу. Оно осуществляется на практике с помощью автоматических ограничителей холостого хода.

На рис. 2. приведена построенная эмпирическая зависимость потерь электроэнергии от времени простоя для двигателя с характеристиками: Рн=5,8 кВт; cos φн=0,86; и при заданных параметрах его рабочего процесса: нагрузка двигателя ­ Рп=1,25 кВт; число технологических циклов в час ­ z = 38.

Рис. 2. Зависимость потерь электроэнергии от времени простоя

Если время простоя превышает 10 секунд, применение ограничителей холостого хода дает экономию активной и реактивной энергии, которая зависит от: коэффициентов эффективности, определяемых из диаграмм, номинальной мощности двигателя, числа технологических циклов в час, продолжительности времени простоя. Как следует из графика, чем больше время работы двигателя на холостом ходу или с низким коэффициентом загрузки, тем больше потери электрической энергии.

Значительной экономии электроэнергии (10-15%) можно достичь за счет использования частотного регулирования работы электроприводов.

Повышение качества ремонта асинхронных двигателей также снижает потери мощности в них. Выпуск из ремонта двигателей с большой неравномерностью загрузки отдельных фаз, с эксцентриситетом и конусностью ротора, с увеличенным током холостого хода, с отклонением от заводских характеристик и т. д. вызывает значительное повышение потребления двигателями реактивной мощности из сети, а также может стать источником высших гармоник.

Таким образом, реализация данных мероприятий по экономии электрической энергии повысит энергоэффективность горных предприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон -Ф3 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

2. Ефременко, влияние нагрузки силовых трансформаторов на потребление реактивной мощности / , // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. ­ № 6.­С. 46­48.

3. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий : Учебник для студентов высших учебных заведений. – М. : Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.