Технические науки 3

Соборницкий В.И., Павлюс С.Г., Папанова И.И., Замурников В.М.

Украинский государственный химико-технологический университет

ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

На современном этапе развития энергетики Украины важен быстрый переход на энергосберегающие технологии, который позволит сберечь энергетические ресурсы страны. На стадии эксплуатации действующих установок особенно важным является повышение коэффициента полезного действия (КПД) системы электроснабжения и улучшение качества электроэнергии, которая отпускается потребителю. В свою очередь, величина КПД зависит от коэффициента мощности (cosφ). В масштабе Украины увеличение cosφ на 1% дает возможность получить дополнительно до 60 млн. кВт·ч. электроэнергии в год [1].

Электрометаллургия является одной из самых энергоемких производств из-за наличия очень мощных потребителей – ферросплавных и сталеплавильных печей, печей для возгонки фосфора. Мощность таких печей может достигать100 МВА, а коэффициент мощности при промышленной частоте составляет всего 0,8 – 0,85.

Одним из способов повышения cosφ является применение токов пониженной частоты (~ 30 Гц), что позволяет уменшить индуктивное сопротивление подводящей линии (короткая сеть). Однако наличие преобразователя частоты между печным трансформатором и печью несколько снижает этот эффект. Уменьшить индуктивность короткой сети можно изменив геометрию токоподводящих шин, которая зависит от ее длины и поперечного сечения.

Индуктивность шин квадратного сечения можно определить по формуле [2]:

L = , (1)

где l – длина шины, b – сторона квадрата, являющегося поперечным сечением шины.

$C:\Users\Admin\Pictures\Безымянный7.png$

Рис. 1. Площади сечения квадратных шин

Расчеты велись в относительных единицах. Было принято l = 10b. Для полых шин квадратного сечения (рис. 1) толщина стенок t варьировалась: t = с/2 (сплошное сечение), t = с/3, t = с/4, t = с/5, t = с/10. Внешняя площадь сечения квадратной шины - S₂, внутренняя – S₁. При этом площадь сечения токопроводящей поверхности (S = S₂ – S₁) остается постоянной, т.е. при уменьшении t S₂ и S₁ увеличиваются.

Для шины полого квадратного сечения –

L = . (2)

Результаты расчета индуктивностей представлены в табл. 1.

Шины короткой сети обычно имеют прямоугольную форму поперечного сечения, так как прямоугольная форма при вертикальном расположении большей стороны прямоугольника обладает меньшим моментом инерции и меньшими габаритами. Индуктивность шин прямоугольной формы примерно на 7% меньше индуктивности квадратных шин (при условии равенства токопроводящих площадей сечения). Расчет выполняли по формуле [3]

L = , (3)

где m и n – стороны прямоугольного поперечного сечения.

Таблица 1 Индуктивности шин квадратного сечения

t	с/2	с/3	с/4	с/5	с/10
S₂	1,00	1,12	1,33	1,56	2,78
S₁	0	0,12	0,33	0,56	1,78
с/b	1,00	1,11	1,15	1,25	1,67
L×10^-6	2,8026	2,6514	2,5342	2,4436	2,1259

Таблица 2 Индуктивности полых шин прямоугольного сечения

t	-	0,113	0,09	0,085
S₂	0,01	0,025	0,036	0,049
S₁	0	0,015	0,026	0,039
L×10^-6	11,6	9,8	9,16	8,4

В таблице 2 приведены значения индуктивности, толщина стенки полых шин прямоугольного сечения t, при постоянной токопроводящей площади сечения S = 0,01 и m/n = 0,1. В первом столбце таблицы указаны параметры сплошной шины. Как видно из таблиц, при переходе от сплошной шины к полой с увеличением S₂ в 4 раза индуктивность снижается на 28%. Кроме того, внутреннее пространство полых шин может быть использовано для транспортировки охлаждающего агента.

Оптимально выбранная геометрия шин (соотношение m/n), а также применение полых шин при постоянной плотности тока увеличивает площадь их поперечного сечения (по сравнению со сплошными). Это приводит к уменьшению индуктивности шин и их реактивного сопротивления. В результате повышается коэффициент мощности (таблица 3).

Таблица 3 Изменение cosφ в зависимости от изменения индуктивности

Δ L, %	0	10	20	30	40
cosφ	0,8	0,81	0,86	0,9	0,92
Δ cosφ, %	0	1,25	7,5	12,5	15

Литература

1. Павлюс С.Г., Папанова И.И., Соборницкий В.И., Замурников В.М. Повышение коэффициента мощности малых государственных предприятий / Совр. науч. вестник, № 11 (107), 2011. – С. 84-91.

2. Калантаров П.П. Расчет индуктивностей / П.П. Калантаров, Л.А. Цейтлин. – Энергоатомиздат, 1985. – 484 с.

3. Соборницкий В.И. Выбор формы шин для питания потребителей большой мощности / В.И. Соборницкий, С.Г. Павлюс, В.М. Замурников, И.И. Папанова // Будущее исследований 2014: тезисы докл. Х Междунар. науч-техн. конфер. – София, 2014. Т.48, – С. 67-69.