5 Потребление и оплата электроэнергии

Между заводом, т.е. потребителем, и энергоснабжающей организацией заключается типовой договор, на основании которого производится оплата за пользование электроэнергией.

Имеется два вида тарифов на электроэнергию: двухставочный и одноставочный.

Двухставочный тариф состоит из основной и дополнительной ставки. Одноставочная ставка предусматривает готовую оплату, либо за 1 кВт заявленной потребителем мощности, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы, либо за 1 кВт присоединенной мощности трансформаторов и высоковольтных электродвигателей.

Дополнительная плата двухставочного тарифа взымается за отпущенную электроэнергию, учитываемую счетчиком активной энергии.

Двухставочный тариф с основной, предусматривающей оплату за 1 кВт заявленной потребителем мощности, участвующей максимум нагрузки энергосистемы, распространяется на промышленные предприятия и приравненных к ним потребителей с годовым максимумом не ниже 500 кВт.

Под заявленной мощностью имеется ввиду наибольшая получасовая мощность в киловаттах, отпускаемая потребителем в часы суточного максимума нагрузки энергосистемы.

Двухставочный тариф с основной ставкой, предусматривающей оплату за 1 кВт присоединенной мощности, распространяется в основном на потребителей, характеризуемых максимумом нагрузки не менее 500 кВт и присоединенной к оплачиваемой, мощностью не ниже 100 кВт.

При двухставочном тарифе учитывают также коэффициент реактивной мощности промышленного предприятия.

Одноставочный тариф включает только оплату за отпущенную активную электроэнергию в киловатт-часах. учтенную счетчиком.

По одноставочным тарифам оплачивают электроэнергию промышленные и приравненные к ним потребители с присоединенной мощностью до 100 кВт, электротарифицированный железнодорожный городской транспорт, население (бытовое потребление) и другие потребители.

Как энергоснабжающие организации (электрические станции и энергосистемы), так и основные потребители электроэнергии – промышленные предприятия являются организациями, имеющими определенные производственные планы.

Если энергоснабжающая организация недосдаст электроэнергию, то это приведет к тому, что промышленное предприятие не выполнит своего производственного плана. Поэтому энергоснабжающая организация несет ответственность перед потребителем за недоотпущенную электроэнергию в размере двукратной стоимости в случае перерывов в электроснабжении, вызванных отсутствием топлива, и восьмикратной стоимости недоотпущенной электроэнергии во всех остальных случаях. С другой стороны, электроснабжающая организация должна иметь гарантии в том, что потребитель будет пользоваться электроэнергией в полном соответствии с установленным режимом потребления. В двухставочном тарифе предусмотрена оплата предприятием за установленную мощность независимо от потребляемой энергии, этим и контролируется с экономической точки зрения потребление электроэнергии промышленным предприятием.

6 Мероприятия по снижению токов короткого замыкания и компенсации реактивной мощности

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазные КЗ. Если нейтраль электроэнергетической системы соединена с землей, то возможны однофазные КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ), реже трехфазные КЗ (1-7%).

Возможно двойное замыкание на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки, в системах с незаземленными или резонансно-заземленными нейтралями.

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами КЗ могут быть: механические повреждения изоляции, например: проколы и разрушение кабелей при земляных работах, поломка фарфоровых изоляторов; падение опор ВЛ; т.е. износ изоляции; увлажнение изоляции; различные набросы на провода ВЛ; перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений.

Короткое замыкание может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, например при отключении нагруженной линии разъединителем, когда возникающая дуга перекрывает изоляцию между фазами.

Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата, т.е. после

снятия напряжения с электроустановки. К ним относятся КЗ, самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата.

Так, перекрытие гирлянды изоляторов ВЛ вследствии атмосферного перенапряжения прекращается после снятия напряжения с линии.

Последствиями коротких замыканий являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникающая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин или других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сетях и других элементах электроснабжения, и будут причиной дальнейшего развития аварии.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигатели затормаживаются, работа механизмов прекращается. Еще большее влияние снижение напряжения оказывает на работу электросистемы, где могут быть нарушены условия синхронной параллельной работы отдельных генераторов или станций между собой. Ток КЗ зависит от мощности генерируемого источника, напряжения и сопротивления короткозамкнутой цепи. В мощных энергосистемах токи КЗ достигают нескольких десятков тысяч ампер, поэтому последствия таких ненормальных режимов оказывают существенное влияние на работу электрической установки.

Для уменьшения последствий коротких замыканий необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Немаловажную роль играют автоматическое регулирование и форсировка возбуждения генераторов, позволяющие поддерживать напряжение

в аварийном режиме на необходимом уровне. Все электрические аппараты и токоведущие части электрических установок должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов короткого замыкания.

На данном предприятии токи короткого замыкания снижают за счет трех сухих токоограничивающих реакторов на бетонном каркасе и трансформаторов с расщепленными обмотками.

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения тока короткого замыкания. Включается последовательно в схему и работает как индуктивное дополнительное сопротивление, уменьшающее ток при коротком замыкании, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом.

При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения тока короткого замыкания применяют токоограничивающие реакторы.

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3-4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания бо́льшая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

где I_H — номинальный ток сети, Xp — реактивное сопротивление реактора. Соответственно, чем выше будет реактивное сопротивление, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.

Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению

катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом, для

поддержания такого же значения индуктивности, их приходится делать больших размеров и массы.

Бетонные реакторы получили распространение на внутренней установке и на напряжения до 35 кВ. Бетонный реактор представляет собой концентрически расположенные витки изолированного многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки. Бетон выпускается с высокими механическими свойствами. Все металлические детали реактора изготавливаются из немагнитных материалов. В случае больших токов применяют искусственное охлаждение.

Фазные катушки реактора располагают так, что при собранном реакторе поля катушек расположены встречно, что необходимо для преодоления продольных динамических усилий при коротком замыкании.

Компенсация реактивной мощности на предприятии осуществляется за счет мощных синхронных двигателей.

Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии^[1]. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учетом необходимого резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещенных в электрической сети и в

электроустановках потребителей электрической энергии.

Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для промышленных предприятий, основными электроприёмниками которых являются асинхронные двигатели, в результате чего коэффициент мощности без принятия мер по компенсации составляет 0,7 — 0,75. Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют:

• уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы,

• уменьшить нагрузку на провода, кабели, использовать их меньшего сечения,

• улучшить качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения искажения формы напряжения),

• уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях,

• избежать штрафов за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности,

• снизить расходы на электроэнергию.

Всё чаще вместе со специальными средствами компенсации реактивной мощности рекомендуется использовать синхронные двигатели, если они уже установлены у потребителя по технологическим соображениям.

Синхронные двигатели, в процессе своей работы способны генерировать реактивную мощность. По этой причине электропривод с синхронным двигателем может работать с заданным коэффициентом мощности cosφ,  максимальным КПД  и обеспечивать необходимый уровень показателей качества электросети, к которой он подключён. Воздействие на энергетические показатели осуществляется с помощью регулирования тока возбуждения двигателя в ручном или автоматическом режиме.

При некотором токе возбуждения реактивная составляющая тока станет равной нулю, т.е. ток статора станет чисто активным. Это состояние

характеризуется минимальным значением тока статора и максимальным значением cosφ = 1. Если продолжить увеличивать ток возбуждения вновь появится, и начнёт расти реактивная составляющая тока, но она будет опережать напряжение сети на 90⁰. За счёт этого ток статора, будет также опережать напряжение сети, и синхронный двигатель начнет работать с опережающим cosφ, уже отдавая реактивную энергию в питающую сеть. Обобщая выше сказанное, получим что,  при работе синхронного двигателя с переменной нагрузкой на валу для наилучшего использования его компенсирующих свойств требуется соответствующее изменение тока возбуждения.

 

Рис.1. U - образная характеристика синхронного двигателя.

Принимая синхронный двигатель как компенсатор реактивной мощности необходимо отметить, что преимуществом его использования в этом качестве является плавность регулировки величины отдаваемой или принимаемой реактивной мощности, а основным недостатком является  - большая удельная величина потребляемой активной мощности для выработки реактивной.

Способность перевозбуждённого  синхронного двигателя  потреблять кроме активной составляющей тока и активной мощности ещё и ёмкостную составляющую тока и ёмкостную мощность легла в основу создания синхронной машины под названием синхронный компенсатор.  Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель облегчённой конструкции, работающие без механической нагрузки.

Практика показывает, что применение синхронного двигателя как компенсатора реактивной мощности наиболее выгодно при малом коэффициенте мощности нагрузки.  Использование синхронного двигателя как компенсатора реактивной мощности наиболее выгодно на рабочем напряжении 0,4 кВ чем на 6,3 и 10 кВ.