Источники (усилители) гармоник: тиристорные контроллеры; частотные приводы; устройства плавного пуска двигателя; конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров); полупроводники; дуговая сварка; трансформаторы, реакторы; нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока, что генерирует гармоники. Гармоники генерируемые источниками не остаются в системе, а проявляются в соседних связанных электросетях и могут приводить к катастрофическим последствиям в других системах: перегрев и выход из строя трансформаторов; увеличение тока, или перегрузка током конденсаторов и шум; сбои в работе систем контроля; изменение напряжения; перегрузка вращающихся устройств; ошибки срабатывания автоматических выключателей; ошибки в коммуникационном оборудовании.

Гармонические искажения могут подавляться в электрических системах при использовании гармонических фильтров. В классическом виде фильтр представляет собой последовательно соединенные конденсаторы и индуктивности и настроенные на определенную гармоническую частоту. В теории сопротивление фильтра равно нулю на частоте резонанса, поэтому гармонический ток абсорбируется фильтром. Этот эффект вместе с сопротивлением линии означает, что таким образом можно хорошо подавлять гармоники в сети.

Существуют три типа фильтрации гармоник: пассивные; активные; гибридные. конденсатор реактивный электрический энергия

Принцип действия пассивных фильтров: параллельно нелинейной нагрузке устанавливается LC-контур (состоящий из емкостей и индуктивностей), настроенный на частоту гармоники, которую необходимо подавить. Этот контур поглощает гармоники, предотвращая их попадание в распределительную сеть. Обычно пассивные фильтры настраиваются на частоту, близкую к частоте гармоники, которую необходимо подавить. Если требуется подавление нескольких гармоник, могут использоваться несколько параллельно соединенных фильтров. Принцип действия активных фильтров: они представляют собой системы силовой электроники, которые устанавливаются последовательно или параллельно нелинейной нагрузке и компенсируют гармоники тока или напряжения, потребляемые этой нагрузкой. Активные компенсаторы гармоник генерируют в распределительную сеть гармоники, потребляемые соответствующими нелинейными нагрузками, но с противоположной фазой. В результате этого ток в сети остается синусоидальным. Принцип действия гибридных фильтров: они состоят из комбинации пассивных и активных фильтров. Обладают преимуществами обоих типов фильтров и пригодны для применения в широком диапазоне мощностей и режимов работы электроустановки. Эффективность фильтров гармоник: улучшение cos (ц) в сети (уменьшаются перетоки реактивной мощности, улучшается эффективность использования электроэнергии и как следствие снижаются затраты); подавление(вытягивание) гармоник из сети; решение проблемы резонанса между индуктивностями и емкостями в системе; увеличение производительности и срока службы оборудования на производстве вследствие контроля за качеством напряжения.

Обеспечение достаточного сечения кабелей, соответствующих мощности всех потребителей. Диаметр кабелей или проводки, используемых для электроснабжения оборудования, должен быть достаточно большим, чтобы избежать избыточных потерь, связанных с сопротивлением. Системы энергоснабжения могут быть оптимизированы при помощи использования оборудования с повышенной энергоэффективностью, например, энергоэффективных трансформаторов.

Размещение оборудования, требующего большой силы тока, как можно ближе к источникам питания (например, трансформаторам). В линиях электропередач и кабелях имеют место омические потери мощности, которые (при заданной мощности) тем выше, чем ниже напряжение. Поэтому оборудование, потребляющее значительную мощность, должно находиться так близко к высоковольтной линии, как только возможно. Это означает, например, что соответствующий понижающий трансформатор должен находиться как можно ближе к энергопотребляющему оборудованию.

Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов. Трансформатор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Широкое распространение трансформаторов обусловлено, в частности, тем, что электроэнергия передается и распределяется при более высоком уровне напряжения, чем уровень, необходимый для питания промышленного оборудования, что позволяет снизить потери при передаче. Как правило, трансформатор является статическим устройством, состоящим из сердечника, набранного из ферромагнитных пластин, а также первичной и вторичной обмоток, расположенных с противоположных сторон сердечника. Важнейшей характеристикой трансформатора является коэффициент трансформации, который определяется как отношение выходного напряжения к входному. Независимо от мощности конкретного трансформатора, зависимость его КПД от коэффициента загрузки имеет максимум, находящийся в промежутке от 45 % до 75 % от номинальной загрузки. Эта особенность позволяет рассмотреть следующие варианты повышения эффективности для трансформаторной подстанции: если общая мощность, потребляемая нагрузкой, ниже уровня 40-50 % номинальной мощности трансформаторной подстанции, то в качестве меры энергосбережения целесообразно отключить один или несколько трансформаторов, чтобы довести загрузку остальных до оптимальной величины; в противоположной ситуации (общая мощность, потребляемая нагрузкой, превышает 75 % номинальной мощности трансформаторной подстанции), достичь оптимального КПД трансформаторов можно лишь посредством установки дополнительных мощностей; при замене трансформаторов, исчерпавших ресурс, или модернизации трансформаторных подстанций предпочтительной является установка трансформаторов с пониженным уровнем потерь, что позволяет снизить потери на 20 - 60 %.

Результаты исследований. Практическая применимость описанных выше методов и экономический эффект от их применения зависят от масштабов и конкретных условий предприятия. Выбор мероприятий, одновременно удовлетворяющих критериям практической реализуемости и экономической эффективности, целесообразно осуществлять на основе анализа потребностей предприятия в целом. Этот анализ должен осуществляться силами квалифицированных консультантов в области электроснабжения предприятий. Итогом такого анализа должен быть перечень мероприятий, применимых в условиях конкретного предприятия, с оценкой объемов сбережения, затрат и срока окупаемости каждого мероприятия.

Список литературы

1. Данилов О.Л. Основы энергосбережения. - М.: Изд. дом МЭИ, 2010. - 424 с.

2. Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности. Русская версия. - М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2009. - 455 с.

3. Щелоков Я.М. Энергетическое обследование. - Екатеринбург: УрФУ, 2011. - 150 с.

Аннотация

В данной статье в результате литературно-патентного анализа доступных в настоящее время технологий повышения энергоэффективности электроснабжения предприятий, приведены наиболее хорошо зарекомендовавшие себя и экономически эффективные методы повышения энергоэффективности электроснабжения предприятий.

Ключевые слова: энергоэффективность, электроснабжение, компенсация реактивной мощности, фильтры гармоник, трансформаторы.

Размещено на Allbest.ru