ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА СНИЖЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСАХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследована возможность экономии электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности в вертикальных скважинных насосах, подаваемой от подстанции «Логон» Ферганского района Ферганской области. Проанализированы результаты измерений, проведенных до и после установки компенсации реактивной мощности на 8 выбранных вертикальных скважинных насосах. На основе полученных данных было показано, что можно повысить коэффициент мощности и существенно повысить энергоэффективность. За счет установки компенсации реактивной мощности достигается экономия электроэнергии на 27-29%.

ABSTRACT

This article examines the possibility of saving electricity by compensating for reactive power in vertical borehole pumps supplied from the Logon substation in the Fergana district of the Fergana region. The results of measurements taken before and after installing reactive power compensation on 8 selected vertical borehole pumps are analyzed. Based on the data obtained, it was shown that it is possible to increase the power factor and significantly improve energy efficiency. By installing reactive power compensation, electricity savings of 27-29% are achieved.

Ключевые слова: Реактивная мощность, коэффициент мощности, вертикальные скважинные насосы, энергоэффективность, компенсационные устройства, потери мощности.

Keywords: Reactive power, power factor, vertical borehole pumps, energy efficiency, compensation devices, power losses.

Вертикальные скважинные насосы, имеющие вертикальное строение, в основном используются для добычи воды из глубины. Эти насосы обычно используются в системах орошения и водоснабжения и приводятся в действие асинхронными двигателями. Однако эти насосы в процессе работы генерируют значительное количество реактивной мощности, что создает дополнительную нагрузку на электросеть и снижает КПД [2].

Реактивная мощность (Q) играет важную роль в электроэнергетической системе, но ее влияние может быть скорее отрицательным, чем положительным. Реактивная мощность генерируется в основном на индуктивных и емкостных нагрузках и перерабатывает энергию внутри системы, но эта энергия не совершает полезной работы. Наличие реактивной мощности может привести к перегрузке энергосистем, что вызывает снижение КПД и изменения в энергосетях [3].

Насосы и другие электромеханические устройства, например трансформаторы, часто потребляют реактивную мощность. Эти устройства обычно работают с использованием асинхронных двигателей, и этим двигателям требуется реактивная мощность, что снижает коэффициент мощности. Коэффициент мощности (cos φ) важен при оценке эффективности системы. Уменьшение этого коэффициента снижает энергоэффективность и ухудшает общую производительность системы [4].

Для минимизации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности применяются различные технические и экономические мероприятия. Например, конденсаторы и другие устройства постоянного тока используются для коррекции реактивной мощности и увеличения коэффициента мощности в сети. Эти меры помогают повысить энергоэффективность и снизить затраты на электроэнергию. Кроме того, управление реактивной мощностью помогает повысить общую эффективность системы и обеспечить экономию энергии [1].

Для повышения  используются следующие методы:

1) вместо двигателей, работающих не с полной нагрузкой, используются двигатели меньшей мощности;

2) снижается напряжение в обмотках двигателей, не работающих при полной нагрузке;

3) двигатели и трансформаторы, еще работающие, отключаются от сети;

4) к электросети подключаются специальные компенсирующие устройства с усовершенствованными (емкостными) генераторами тока.

Статические конденсаторы используются для повышения cosph в электрических устройствах мощностью несколько сотен кВА. Изготавливаются для сетей напряжением от 0,22 кВ до 10 кВ. В паспорте напряжение указано в кВ, емкость мкФ и емкость в кВАр.

На рисунке 1 показана диаграмма нагрузки, состоящая из R и XL и создающая угол сдвига фаз φ между напряжением и током. Емкостная нагрузка С подключается параллельно для уменьшения угла фазового сдвига. Чтобы угол сдвига фаз φ был равен нулю, емкостный ток, проходящий через конденсатор, должен быть равен индуктивному току [1]:

здесь

Емкостный ток определяется как:

здесь  напряжение электрической сети;  угловая частота переменного тока;  емкость конденсаторов;

Мощность компенсирующих устройств определяется по следующей формуле:

При необходимости частичного улучшения cosph ток емкости равен:

из этого:

За счет экономии энергии и повышения эффективности системы можно предотвратить перегрузки в электрических сетях и повысить общую производительность энергетических систем. В то же время минимизация реактивной мощности и повышение коэффициента мощности позволяют эффективно использовать энергоресурсы и могут быть экономически выгодными [5].

Проведены научные исследования по снижению потерь электроэнергии и повышению энергоэффективности на подстанции «Логан» Ферганского района Ферганской области. Кроме того, из числа вертикальных скважинных насосов, поставленных с подстанции Логон, в добровольном порядке были выбраны и проведены измерительные работы. В таблице 1 приведены параметры вертикальных скважинных насосов, на которых проводились измерения.

Таблица 1.

Параметры вертикальных скважинных насосов, на которых проводились измерения

По результатам измерений были выбраны вертикальные скважины №8 и №621 с высоким потреблением реактивной мощности. Для повышения коэффициента мощности на выходе ТП выбранных насосов вертикальной скважины экспериментально было установлено устройство компенсации реактивной мощности мощностью 20 кВАр. Полученные результаты и анализ представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Полученные результаты и анализ

Таблица 3.

Параметры после установки устройства компенсации реактивной мощности

На рис. 1 представлен график изменения коэффициента реактивной мощности (КТМ) до и после установки компенсационного устройства.

КПД, достигаемый за счет компенсации реактивной мощности в насосах вертикальных скважин, можно определить с помощью следующих расчетов:

По мере увеличения коэффициента мощности общая мощность системы снижается, что снижает энергопотребление [6], [10].

Рисунок 1. График изменения коэффициента реактивной мощности (tgf) до и после установки компенсационного устройства

здесь:

 коэффициент мощности до компенсации;

;

Экономия электроэнергии достигается при установке устройства компенсации реактивной мощности в вертикальной скважине №8 мощностью 22 кВт:

Экономия электроэнергии, достигнутая при установке устройства компенсации реактивной мощности на вертикальной скважине №621 мощностью 32 кВт:

Из расчетов видно, что при установке компенсации реактивной мощности можно сэкономить 27,06% ВСН №8 и 28,87% ВСН №621.

Таких насосов на территории нашей республики тысячи. Поэтому целесообразно устанавливать вертикальные скважинные насосы, потребляющие наибольшую реактивную мощность [7].

Установка компенсации реактивной мощности для вертикальных скважинных насосов технически и экономически удобна и существенно повышает эффективность системы. Данное решение направлено на эффективное использование электроэнергии и снижение энергозатрат и окупается за короткий период времени [8].

В вертикальных скважинных насосах компенсация реактивной мощности имеет решающее значение для повышения эффективности системы, снижения энергопотребления и получения экономической выгоды. Эту технологию можно использовать особенно в местах с высоким спросом на электроэнергию. Общая эффективность системы существенно возрастает за счет правильного выбора методов и технологий компенсации.

Список литературы:

1. L.G.Prishchen “Qishloq elektr montyori uchun qo‘llanma”. “O‘qituvchi” nashiriyoti. Toshkent-1967.
2. J. A. Edminister"Electrical Engineering: Principles and Applications" McGraw-Hill Education. 2017 (6-nashr)
3. ohn J. Grainger, William D. Stevenson. "Power System Analysis". McGraw-Hill Education. 1994.
4. Mehrdad Ehsani, Yimin Gao. "Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design". CRC Press. 2009.
5. C. Sankaran. "Power Quality in Electrical Systems". CRC Press. 2002
6. Xolidinov I. X., Qodirov A. A., Kamoliddinov S. Kuchlanish o‘zgarishini reaktiv quvvatni avtomatik kompensatsiyalash qurilmasida rostlash //Academic research in educational sciences. – 2022. – Т. 3. – №. 3. – С. 973-981.
7. Kamoliddinov, S., et al. "РЕГУЛИРОВКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В УСТРОЙСТВЕ АВТОКОМПЕНСАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ОДНОЙ ФАЗЫ)." Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук (2022): 49.
8. ҚОДИРОВ А. А., КОМОЛДДИНОВ С. С. РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ В ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМ, ОГРАНИЧЕНИЕ НАГРУЗКИ И КОМПЕНСАЦИЯ //ЭКОНОМИКА. – С. 1124-1130.
9. Dale R. Patrick, Stephen W. Fardo. "Electrical Power Systems Technology". Delmar Cengage Learning. 2010