СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H02J3/18 

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.

Известен способ снижения энергоемкости [Пат. 2212746. Российская Федерация, МПК⁷ 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.

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, МКИ³ 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.

Ток нагрузки отстает по фазе от питающего напряжения на угол ψ_А. Косинус этого угла (коэффициент мощности в фазе)

где Р_А - активная мощность, Вт;

S_A - 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

где I_нА - действующее значение тока.

Действующее значение реактивной составляющей тока нагрузки I_нAsinψ_A измеряется датчиком 10 реактивного тока в фазе А.

Ток компенсирующего конденсатора опережает по фазе питающее напряжение на четверть периода

где С_А - 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.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в снижении энергоемкости энергетической системы потребителя в условиях несимметричной нагрузки фаз. Способ заключается в применении компенсирующей конденсаторной установки, вычислении требуемой емкости конденсатора из условия обеспечения максимального значения коэффициента мощности в каждой фазе, установки емкости каждой фазы трехфазной конденсаторной установки как среднего арифметического значения из вычисленных значений емкости. Устройство для реализации данного способа содержит в каждой фазе трехфазной сети датчик напряжения, датчик реактивного тока нагрузки, блок деления, сумматор, к входам которого подключены выходы блоков деления, а выход через блок масштабирования соединен с общим для всех фаз исполнительным элементом, переключающим секции конденсаторной установки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ снижения энергоемкости энергетической системы потребителя путем повышения ее коэффициента мощности, заключающийся в том, что применяют компенсирующую конденсаторную установку, вычисляют требуемую емкость конденсатора из условия обеспечения максимального значения коэффициента мощности в каждой фазе, отличающийся тем, что при несимметричной нагрузке фаз трехфазной сети для емкости каждой фазы трехфазной конденсаторной установки принимают среднее арифметическое значение из вычисленных значений емкостей.

2. Устройство для управления конденсаторной установкой, содержащее в каждой фазе трехфазной сети датчик напряжения, датчик реактивного тока нагрузки, блок деления, исполнительный элемент, переключающий секции конденсаторной установки, отличающееся тем, что в него введен сумматор, к входам которого подключены выходы блоков деления, а выход через блок масштабирования соединен с исполнительным элементом, который является общим для всех фаз.