Билет №20

1. Коэффициент мощности. Мероприятия по повышению коэффициента мощности на буровой установке.

Работа асинхронных двигателей, трансформаторов и других устройств переменного тока, обладающих индуктивным сопро­тивлением, сопровождается периодическим изменением возни­кающего в них магнитного потока. При всяком изменении маг­нитного потока в цепи этих устройств возникает электродвижущая сила самоин­дукции, противодействующая изменению магнитного потока. По­этому напряжение генераторов переменного тока, установлен­ных на электростанциях, содержит составляющую, которая в каждый момент времени компенсирует противодействие электродвижущей силы самоиндукции. Следовательно, и мгновенное значение мощности генератора всегда содержит такую составляющую, которая обусловлена противодействием электродвижущей силы самоиндукции. Эта со­ставляющая мгновенной мощности генератора называется реак­тивной мощностью.

Как известно из курса электротехники, реактивная мощ­ность, идущая на создание магнитного потока в аппаратах и машинах, обладающих индуктивным сопротивлением, 4 раза в течение каждого периода переменного тока меняет свое направление, причем среднее значение этой мощности за каждый полупериод равно нулю.

Таким образом, токоприемникам промышленных предприя­тий доставляется, кроме активной энергии, преобразуемой в них в другие виды энергии, и реактивная энергия, которая необхо­дима для создания магнитных полей в электродвигателях и трансформаторах.

Реактивная энергия, соответствующая реактивной мощности, не производит полезной работы. Обмен реактивной мощностью между токоприемниками и генераторами электростанций приво­дит к добавочным потерям энергии в линиях, трансформаторах и генераторах.

Мерой соотношения между активной и реактивной мощно­стью является коэффициент мощности, определяемый как отно­шение активной мощности Р к полной S:

(83)

где Q – передаваемая реактивная мощность.

При синусоидальной форме напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла сдвига фаз между напряжением и током.

По формуле (83) можно определить текущее значение ко­эффициента мощности для определенного момента времени.

Основным показателем потребления реактивной мощности за некоторый период наблюдения (сутки, месяц, год) является средневзвешенный коэффициент мощности, рассчитываемый по формуле:

(84)

где W_а и W_р – разность показаний счетчиков активной и реак­тивной энергии за период наблюдения.

Коэффициент мощности электротехнической установки без применения специальных средств для повышения его носит на­звание естественного. Естественный cosφ большей части про­мышленных предприятий колеблется в пределах 0,6 – 0,8.

Реактивная энергия, потребляемая предприятием, определя­ется намагничивающей мощностью, требуемой отдельным эле­ментам электроустановки. На долю асинхронных двигателей приходится более 60% всей реактивной энергии, потребляемой от энергетических систем промышленными предприятиями, а на долю трансформаторов – до 20%. Остальная часть (около 20%) приходится на долю преобразовательных подстанций, установок индукционного нагрева, реакторов, воздушных линий. Та­ким образом, основными потребителями реактивной энергии на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели и трансформаторы.

На нефтепромыслах реактивную мощность потребляют в ос­новном асинхронные двигатели. Номинальный коэффициент мощности современных асинхронных двигателей составляет 0,75 – 0,9. Однако при эксплуатации он оказывается значитель­но более низким по нескольким причинам.

4. Недогрузка электродвигателя. При этом активная мощ­ность Р электродвигателя снижается, а реактивная мощность Q, которая зависит от намагничивающего тока, при постоянном напряжении сети мало меняется. Особенно низок коэффициент мощности у двигате­лей, работающих при пульсирующем характере нагрузки или переменном графике нагрузок. Поэтому у приводных двига­телей станков-качалок, буровой лебедки и ротора чрезвычайно низок коэффициент мощности (0,4 – 0,5). Асинхронные двигате­ли компрессорных и насосных установок, как правило, загруже­ны полностью и работают с коэффициентом мощности, близким к номинальному.

5. Увеличение напряжения сети. Магнитная индукция в магнитопроводе электродвигателя пропорциональна напряжению се­ти. При номинальном напряжении значение магнитной индукции соответствует «колену» кривой намагничивания электротехниче­ской стали. Поэтому когда напряжение возрастает, значение магнитной индукции соответствует зоне насыщения, в результа­те чего резко увеличиваются намагничивающий ток и реактив­ная мощность.

6. Некачественный ремонт электродвигателя. Снижение ко­эффициента мощности электродвигателя после ремонта может быть вызвано изменением обмоточных данных, в результате че­го магнитная индукция может перейти в зону насыщения, и проточкой ротора, то есть увеличением воздушного зазора и, следовательно, возрастанием намагничивающего тока.

Таким образом, низкий коэффициент мощности приводит к увеличению потерь электроэнергии и капитальных затрат. По­этому его повышение – важная народнохозяйственная задача.

При расчетах, связанных с определением коэффициента мощности и проведением мероприятий по его повышению, более удобно пользоваться не cos φ, а реактивной мощностью Q и ее отношением к активной мощности Р, то есть тангенсом угла φ, связанным известным соотношением с коэффици­ентом мощности – cos φ.

Коэффициент мощности электроустановки может быть повы­шен без применения компенсирующих устройств или путем ис­пользования этих устройств. В первом случае уменьшают по­требляемую токоприемниками реактивную энергию путем применения рациональных типов электрооборудования или режимов его использования. Эти меры служат для того, чтобы сократить, а если возможно, и исключить потребность в специальных ком­пенсирующих устройствах.

В нефтяной промышленности используют различные способы повышения естественного коэффициента мощности.

Применение синхронных двигателей. В до­полнение к преимуществам, синхронные двигатели обладают способностью работать с током, опережа­ющим напряжение, и, следовательно, выполнять функции гене­раторов реактивной энергии.

Максимальная загрузка двигателей и заме­на малозагруженных двигателей двигателя­ми меньшей мощности. В первую очередь следует стре­миться к увеличению загрузки асинхронных двигателей путем лучшего использования производственных механизмов и совер­шенствования технологического процесса, ведущих к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффи­циента мощности. Замена малозагруженного асинхронного дви­гателя двигателем меньшей мощности должна быть рентабель­ной, то есть должна сопровождаться уменьшением суммарных по­терь активной мощности в двигателе и сетях. Асинхронные дви­гатели, средняя нагрузка которых не превышает 40% их номи­нальной мощности, как показывают расчеты, подлежат замене двигателями меньшей мощности. При средней загрузке двигателя на 70% и более замена нерентабельна. Если же средняя за­грузка двигателя составляет 40 – 70% номинальной мощности, то для решения вопроса о замене двигателя необходимо сделать расчет рентабельности такой замены.

Снижение напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей. Часто замена недогруженно­го асинхронного двигателя двигателем меньшей мощности оказывается затруднительной как по конструктивным, так и произ­водственным соображениям. В этом случае целесообразно вклю­чить в цепь статора двигателя тиристорный регулятор напряже­ния, который при недогрузке двигателя автоматически понизит напряжение на его зажимах. Уменьшение напряжения вызыва­ет уменьшение намагничивающего тока. Поскольку активная составляющая тока при этом не изменяется, происходит умень­шение угла φ и увеличение коэффициента мощности. Уменьше­ние напряжения на зажимах статора двигателя влечет за собой также и уменьшение потерь в стали статора, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия.

К рассмотренной группе мероприятий также относятся: устранение холостой работы асинхронных двигателей посредст­вом ограничителей холостого хода, отключение трансформаторов при загрузке менее 30% с переводом их нагрузки на другие трансформаторы, улучшение качества ремонта трансформаторов и асинхронных двигателей.

Повышение коэффициента мощности с по­мощью компенсирующих устройств. Ток I₁ (рисунок 77), потребляемый асинхронным двигателем, отстает по фазе от напряжения на угол φ₁ вследствие индуктивного характера нагрузки. При параллель­ном соединении конденсатора потребляемый им ток I_к, опере­жающий напряжение на 90°, будет складываться с током U. В результате потребляемый из сети реактивный ток уменьшит­ся до величины I_2р:

(85)

Тогда ток I₂, потребляемый из сети, как видно из рисунка 77, б, меньше, чем ток I₁, и сдвинут по фазе на угол φ₂ < φ₁, чем и объясняется повышение коэффициента мощности.

Рисунок 77 – Схема включения конденсаторов (а) и векторные диаграммы токов (б) и мощности (в).

Из диаграммы токов и мощностей можно получить следую­щую формулу для расчета необходимой мощности компенсирую­щего устройства:

(86)

где P_сг – средняя годовая активная мощность, которую для не­прерывно работающих предприятий нефтяных промыслов нахо­дят делением годового потребления активной энергии на Т_в = 8000 часов, а для подсобных предприятий и заводов, работающих в две смены, – на 4000 часов и при трехсменной работе – на 6000 часов;

tgφ₁ – средневзвешенный коэффициент мощно­сти за 1 год до компенсации;

tgφ₂ – коэффициен­т мощности, который должен быть достигнут после компенса­ции.

В качестве компенсирующих устройств на нефтепромыслах обычно используют конденсаторные батареи, устанавливаемые на нефтепромысловых подстанциях напряжением 35/6 – 10 кВ и присоединяе­мые к шинам напряжением 6 – 10 кВ.

2. Обнаружение мест повреждения кабелей.

Неисправности кабеля могут быть двух групп: обрывы или к.з.

Методы поиска:

1. Акустический метод - к кабелю подключается источник напряжения со звуковой частотой. Далее, следуя по трассе кабеля, с помощью антенно-приемного устройства «прослушивают» его. По изменяющемуся звуку находят место повреждения.

2. Замер мостом сопротивления сопротивления кабеля до места повреждения (к.з.). После этого расчетом определяют длину аварийного участка. Для обеспечения надежного к.з. «прожигают» кабель, подавая в него большой ток. После чего образуется надежное металлическое соединение в точке к.з.

При невозможности хотя бы приблизительно определить место неисправности - резать кабель пополам.

3. Схема включения лампы ДРЛ, принцип её работы.

ДРЛ – дуговые ртутные лампы. Обладают большой световой отдачей 80 – 100 лм/Вт. Они являются весьма экономичными. Обладают большим сроком службы: 15000; 180004 20000 часов.

При повышении давления в лампе и плотности тока разряда в ней становится более интенсивным по излучению. Наряду с излучением в видимой области спектра получается излучение в ультрафиолетовой области. При использовании такого разряда в источнике света требуется исправление его цветности путем преобразования ультрафиолетового излучения в красное.

Для получения такого излучения используются трубчатые кварцевые лампы, которые называются горелками.

Горелка представляет собой кварцевую трубку со впаянными по концам катодами на больший ток, чем при разряде низкого давления. С целью облегчения зажигания кроме основного электрода впаиваются дополнительные электроды

зажигания 3 в один или оба конца трубки, соединенные с противоположным электродом через добавочное сопротивление R. Питание подается через вводы 2.

Вследствие малого расстояния между основными и дополнительными электродами, между ними происходит разряд при включении лампы, приводящей к ионизации газа в трубке.

Рис. 20.1 Конструкция горелки дуговой ртутной лампы.

Когда сопротивление разряда в трубке станет меньше добавочного сопротивления в цепи дополнительного электрода между основными электродами. Горелка размещается внутри колбы лампы, покрытой изнутри люминофором, который поглощает ультрафиолетовое излучение и превращает его в видимое красное.

Внешняя колба лампы наполняется инертным газом.

Время, в течении которого происходит установление нормального режима работы лампы называется временем разгорания (7…10 мин).

Повторное зажигание лампы возможно только после её остывания. Рассмотренные лампы требуют для работы ПРА.

Лампа с горелкой и нитью накала в колбе не требуют специальных устройств для включения и может включаться непосредственно в сеть.

4. Измерение активной и реактивной электроэнергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока.

Активную энергию в цепях переменного тока измеряют индукционными счетчиками, включаемыми в цепи по тем же схемам, что и ваттметры.

Рис 20.2 Схема включения однофазного индукционного счетчика активной энергии.

Активная энергия, учтенная счетчиком,

А = Сп;

где С — постоянная счетчи­ка, равная активной энер­гии, приходящейся на один оборот диска, она выража­ется в ватт - секундах или гектоватт - часах; п — число оборотов диска.

Для измерения активной энергии в системах энерго­снабжения широкое примене­ние находят двух- и трех­элементные счетчики, включенные через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 20.3 в качестве примера приведена схема включения трехфазного трехпроводного трехэлементного трансформаторного счетчика ак­тивной энергии (ГОСТ 6570—75), где зажимы Г присоединяются к источнику питания, а зажимы Н — к фазам приемника.

Рис 20.3 Схема включения трехфазного трехпроводного трехэлементного трансформаторного счетчика ак­тивной энергии.

Реактивную энергию измеряют специальными индукционными счетчиками реактивной энергии

Рисунок 20.4 Схема подключения счетчика ПСЧ – 4РП для измерения реактивной энергии.

5. Выполнение работ по распоряжению в порядке текущей эксплуатации.

Все работы, проводимые в электроустановках без наряда, вы­полняют по распоряжению уполномоченных лиц с оформлением в оперативном журнале или в порядке текущей эксплуатации с последующей записью в оперативном журнале.

Распоряжение на производство работ имеет разовый характер и выдается только на одну работу. Распоряжение действует в тече­ние одной смены. Если изменяются условия проведения работы, распоряжение отдается заново и снова оформляется в оператив­ном журнале. По распоряжению выполняют следующие работы: без отключения напряжения вдали от токоведущих частей, на­ходящихся под напряжением, продолжительностью не более одной смены;

внеплановые работы, вызванные производственной необходи­мостью, продолжительностью до 1 ч;

с отключением электроустановок напряжением до 1000 В про­должительностью не более одной смены.

Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ по распоряжению в электроустановках, те же, что и при работах по наряду. Работы, производство которых предусмотрено по распоряжению, могут выполняться и по наряду.

Сотрудник, отдающий распоряжение, назначает производите­ля работ (наблюдающего), определяет возможность безопасного проведения работ и указывает необходимые для этого техничес­кие и организационные мероприятия.

Устное распоряжение передается непосредственно или с по­мощью средств связи и записывается принимающим распоряже­ние в оперативный журнал. При этом должен быть указан работ­ник, отдающий распоряжение, место и наименование работы, срок ее выполнения, фамилия, инициалы квалификационная группа производителя работы и членов бригады В журнале также делают отметку об окончании работы.

Оперативный персонал в случае производственной необходи­мости может выполнять небольшие по объему, кратковременные (продолжительностью до 1 ч) работы со снятием напряжения, выполняемые с наложением заземле­ний (присоединение или отсоединение кабелей от электродвига­телей, переключение ответвлений на силовом трансформаторе, подтяжка и зачистка единичных контактов на шинах и оборудова­нии, доливка масла в маслонаполненные вводы и устранение течи масла из них, доливка масла в отдельные аппараты);

без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, нахо­дящихся под напряжением, не требующие установки заземлений (чистка и мелкий ремонт арматуры кожуха, маслоуказательных стекол, определение штангой места вибрации шин, фазировка, смена предохранителей, единичные операции по контролю изо­ляторов и соединительных зажимов штангой и т. п.). Такие работы выполняют два работники, включая сотрудника оперативного персонала с квалификационной группой не ниже IV который осуществляет постоянный контроль за работающим

В порядке текущей эксплуатации могут производиться работы без отключения напряжения вдали от токоведущих частей нахо­дящихся под напряжением, а также с отключением напряжения в электроустановках напряжением до 1000 В.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безо­пасность работ в порядке текущей эксплуатации в электроуста­новках, являются:

составление лицом, ответственным за электрохозяйство, пе­речня работ;

определение производителем необходимости работ и возмож­ности безопасного их проведения.

Опыт эксплуатации электрооборудования и электросетей на предприятиях России показывает, что целесообразно составлять единый перечень работ, выполняемых в электрохозяйстве конк­ретного предприятия. В перечне указывают категории работ, кем и по каким разрешениям они должны выполняться. Такие перечни (форма 8.6) существенно помогают в организации безопасного проведения работ в электрохозяйстве предприятия.

Дата добавления: 2015-10-02