СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR POWER INTENSITY REDUCTION OF CONSUMER'S POWER SUPPLY SYSTEM AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для снижения энергоемкости энергетической системы потребителя путем улучшения качества электроэнергии в электрической сети. Преимущественной областью применения являются сельские электрические сети, в которых распространенным режимом является несимметричная нагрузка фаз.
Известно понятие энергоемкости, в соответствии с которым энергоемкость - это величина потребления энергии и(или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы [ГОСТ Р 51387-1999. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Введ. 2000-07-01].
Численным выражением энергоемкости системы является показатель, представляющий собой отношение энергии, потребляемой системой, к величине, характеризующей результат функционирования данной системы.
7
Известен способ снижения энергоемкости [Пат. 2212746. Российская Федерация, МПК H02J 2/06. Способ контроля и управления энергопотреблением / Карпов В.Н., Беззубцева М.М., Петров В.Ф.; заявители Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Карпов В.Н., патентообладатели Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Карпов В.Н. - №2001118101/09; заявл. 29.06.2001; опубл. 20.09.2003], в котором всю энергетическую систему потребителя разбивают на элементы; устанавливают измерители энергии перед каждым элементом и измеряют энергию на каждом элементе; определяют энергоемкость элементов и конечного продукта; минимизируют ее за счет регулирования режимов или замены элементов.
Известные технические устройства для реализации данного способа представляют собой различного рода регуляторы параметров и режимов работы энергетической системы потребителя.
Недостатком известного способа снижения энергоемкости является необходимость в информации о протекании технологических процессов в элементах энергетической системы потребителя. Набор разрозненных средств регулирования параметров и режимов работы энергетической системы потребителя не позволяет осуществить снижение энергоемкости энергетической системы на основе одного параметра.
Для электрической сети как технического средства передачи энергии от источника к технологическому процессу величина энергоемкости может быть выражена через отношение полной мощности к активной и представляет собой величину, обратную коэффициенту мощности сети.
Наиболее близким способом снижения энергоемкости (и, соответственно, повышения коэффициента мощности) является применение управляемых конденсаторных батарей.
3
Известно устройство для реализации данного способа, содержащее датчик напряжения, датчик реактивного тока нагрузки, блок деления, общий исполнительный элемент, переключающий секции конденсаторной установки [А.с. 855851 СССР, МКИ H02J 3/18. Устройство для управления конденсаторной установкой / Комлев В.П., Малафеев С.И.; заявитель Владимирский политехнический институт. - №2826173/24-07; заявл. 12.10.79; опубл. 15.08.81. - Бюл. №30].
Применение данного способа и данного технического устройства не обеспечивает минимальной энергоемкости при несимметричной загрузке фаз, что является типичным режимом работы в сельских электрических сетях.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости энергетической системы потребителя в условиях несимметричной нагрузки фаз.
Способ снижения энергоемкости энергетической системы потребителя путем повышения ее коэффициента мощности заключается в том, что применяют компенсирующую конденсаторную установку, вычисляют требуемую емкость конденсатора из условия обеспечения максимального значения коэффициента мощности в каждой фазе, емкость каждой фазы трехфазной конденсаторной установки принимают как среднее арифметическое значение из вычисленных значений емкости.
Новые существенные признаки способа заключаются в принятии для емкости каждой фазы трехфазной конденсаторной установки среднего арифметического значения из вычисленных значений емкости.
На чертеже в общем виде показана схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит фазные 1, 2, 3 клеммы; фазные питающие 4, 5, 6 шины; датчики 7, 8, 9 напряжения; датчики 10, 11, 12 реактивного тока; блоки 13, 14, 15 деления; фазные 16, 17, 18 нагрузки; сумматор 19; блок 20 масштабирования; исполнительный элемент 21; регулируемую конденсаторную установку 22.
Устройство работает следующим образом.
К питающим шинам подается фазное питающее напряжение.
Для фазы А
где U - действующее значение напряжения;
ω - частота;
φ - фаза питающего напряжения.
Это напряжение измеряется датчиком 7 напряжения.
А
Ток нагрузки отстает по фазе от питающего напряжения на угол ψ. Косинус этого угла (коэффициент мощности в фазе)
А
где Р - активная мощность, Вт;
A
S - полная мощность, ВА.
Активная мощность является выходом электрической сети как элемента энергетической системы, полная мощность - входом сети. Тогда величина энергоемкости
Снижение энергоемкости возможно путем повышения коэффициента мощности.
Значение тока нагрузки
нА
где I - действующее значение тока.
нA
A
Действующее значение реактивной составляющей тока нагрузки Isinψ измеряется датчиком 10 реактивного тока в фазе А.
Ток компенсирующего конденсатора опережает по фазе питающее напряжение на четверть периода
А
где С - емкость конденсаторной установки для фазы А.
Ток в фазе А равен
Значение коэффициента мощности
Коэффициент мощности принимает максимальное выражение, равное единице, при выполнении равенства
Это возможно, если емкость конденсаторной установки в фазе А регулируется по закону
Таким образом, если емкость конденсаторной установки регулировать пропорционально отношению действующего значения реактивной составляющей тока нагрузки к действующему значению питающего напряжения, то коэффициент мощности сети будет максимальным и равным единице, а энергоемкость сети - минимальна.
При несимметричной нагрузке фаз требуются различные значения емкостей в разных фазах, т.е.
В этом случае для минимизации энергоемкости сети емкость каждой фазы трехфазной конденсаторной установки устанавливают как среднее арифметическое значение из вычисленных значений емкости
В предлагаемом устройстве вычисление требуемой величины емкости конденсаторной установки производится сумматором 19, к входам которого подключены выходы блоков 13, 14, 15 деления. Выход сумматора через блок 20 масштабирования соединен с исполнительным элементом 21, который переключает секции конденсаторной установки 22 пропорционально среднеарифметическому значению вычисленных для всех фаз сети значений емкости.
Новые существенные признаки устройства заключаются в применении сумматора, к входам которого подключены выходы блоков деления, а выход через блок масштабирования соединен с исполнительным элементом.
Перечисленные новые существенные признаки способа и устройства в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Применение предлагаемого устройства для управления конденсаторной установкой по сравнению с известными обеспечивает минимизацию энергоемкости энергетической системы потребителя в условиях несимметричной нагрузки фаз.