Электр жабдықтарын пайдалану тиімділігі жүктелім бірлігінің жиынтық шығынымен бағаланады және көптеген факторларға байланысты. Электр жабдықтарын жүктеу қуатының әсері зор. Жүктелуді дұрыс таңдап алудың маңызы өндірісте автоматтандырылған электр жетектерді молынан пайдалануға байланысты арта түседі. Электр жетектері үшін тиімділік белгісінің жүктеуге қатынасы сызықтық емес күрделі сипаталады (2.2-суретті қара). Жүктемесі төмен болғанда, демек қуаты артық қозғалтқышты пайдаланғанда, электр жетектің ПӘК мен cosφ-дің мәні төмен болады. Жүктеуді арттыру энергетикалық көрсеткіштерді жақсартады, бірақ кері әсер пайда болады – қозғалтқыш қызады және оның сенімділігі төмендейді. Жүктеу қуаты үйлесімді болғанда ғана қорытынды шығын ең төменгі мәніне жетеді, ал электр жетегін эксплуатациялау тиімділігі ең жоғары болады. Таңдауларда азғантай ғана қате жіберіліп оны жаппай пайдаланса зиян көлемі күрт көбейеді.
Электр жабдықтарын үйлесімді жүктеуді тиянағтау мақсаты теріс және оң салдарларды тауып, олардың әсерін салыстыру, демек жүктемені арттырғанда туындайтын бәсекелес тиімділікті және жүктеудің, эксплуатациялау кезінде тиімділік белгісінің ең жақсы деңгейіне жететін мәнін табу, жеке жағдайда, қозғалтқыштың қорытынды шығыны мұндай белгі бола алады.
Электр машиналар теориясында, электр қозғалтқышының қорытынды шығынының ең аз мәні жүктеме еселігі β=P_н/P_н болғанда, қозғалтқыш шығыны қатынасының квадрат түбіріне тең екені анықталған.
β_1=√(P_(б.ж.)/P_(қ.т.) ),
мұндағы P_(б.ж.), P_(қ.т.) – бос жүріс (тұрақты) пен қысқа тұйықталу шығыны (айнымалы).
Нақтылы жағдайда дәл есептеу мақсатында жүктеу үйлесімділігін зерттеп білу нысаны қозғалтқыш ғана емес С-Э-Т-Эқ жүйесі де болуы тиіс.
Қозғалтқыш пен ауылды электрмен қамтамасыз ету жүйесінің кешенді сипаттамасын есептеу, үйлесімді жүктеме өрнегі арқылы атқарылады:
β_2=√((cP_(б.ж.)+k_р q_(б.ж.))/(cP_(қ.т.)+k_р q_(б.ж.) ))
мұндағы c — электрмен қамтамасыз ету жүйесі есебінен шығынның арту еселігі (c=1,1…1,2); k_р — әр қозғалтқыштың реактивті қуатының кВ∙Ар желідегі қолма-қол шығын мәнін көрсететін реактивті қуаттың баламасы (k_р=0,12…0,18 кВт/кВ∙Ар); q_(б.ж.), q_(б.ж.) — бос жүріс пен қысқа тұйықталудың реактивтік қуаты.
Қозғалтқыш магниттерінің реактивтік қуаты, оның шашырау қуатынан артық, сондықтан әрқашан β_2>β_1. С-Э-Т-Эқ жүйесіндегі аз шығын белгісі бойынша үйлесімді жүктелуі, қозғалтқыштың тек қана үйлесімдік ПӘК-нен үйлестіру белгілері әртүрлі болса, олардың арасында недәуір айырмашылық болатынын (β_2=0,7…0,8; β_1=0,80…0,95), эксплуатацияныңнақтылы факторлары толық ескерілсе ғана үйлестіру қорытындысы анық болатынын есептеулер айқындап және дәлелдеп береді. Асинхронды қозғалтқышлардың жүктемесі өзгеруіне энергетикалық қасиетінің тұрақтылығы жоғары екенін атап өту керек. Номиналлықтан ауытқуы 30 % болса, шығынныңең аз төменгі деңгейден жоғарылауы 7%-дан аспайды. Жүктелім төмендеуі 40 %-дан асқанда ғана ПӘК-нің қарқынды төмендеуі байқалады. Электр жетектеріне байланысты энергия шығынын түбегейлі азайту үшін, қозғалтқышты эксплуатациялау кезінде жүктемесін дұрыс таңдап алу ғана емес, сонымен қатар, кезеңінде оның номинал ПӘК-ін жоғарылату және реактивтік қуатын нығайту керек.
Жүктеуді, қозғалтқыштың сенімділігі бойынша үйлестіру, жүктелудің қозғалтқыштың сенімділігіне әсері, оның артуына қарай оқшаулағыштың температурасы жоғарылап қозғалтқыштың қызмет мерзімі қысқарады (температурасының 8…10 °С артуы қорғауыштың қызмет мерзімін екі есе қысқартады). Жүктелудің төмендеуі электр жетектің құнын арттырады. Сондықтан, сенімділігіне қарай үйлесімді жүктеуді С-Э-Т-Эқ жүйесінің экономикалық көрсеткіші бойынша таңдайды.
Тиімділік белгісі ретінде қозғалтқыштың орындалған жұмыс бірлігіне келтірілген шығын З алынады. Олар үш құрамнан: электр жетегінің баланстағы құнынан аударылған қаржыдан, оған қызмет көрсету шығыннан, күрделі жөндеу және технологиялық шығындардан тұрады
З=Eα_K β_3^(-1)+α_T β_3^(-1)+α_Р (1+У^*)β_3^(n-1),
мұндағы α_K, α_T, α_Р – аударылған қаржы үлесінің көрсеткіштері және қызмет шығындары, сондай-ақ күрделі жөндеуге (тенге/кВт∙сағат); n-1 – жүктелімнің қозғалтқыштың бұзылу қарқынына әсері сипатының көрсеткіші.
Үйлесімді жүктемені анықтау үшін, белгінің бірінші туындысын β_3 бойынша есептейміз де мына теңдеуді шешеміз:
d_3/(dβ_3 )=-(Eα_K-α_T ) β^(-2)+α_Р (1+У^* )(n-1) β^(n-2)=0
бұдан сенімділік белгісі бойынша қозғалтқыштың үйлесімді жүктелуін табамыз
β_3=√(n&(Eα_K-α_T)/((n-1)(1+У^* ) α_Р )),
Шыққан теңсіздіктен қозғалтқышты сатып алу мен оған жасалатын қызмет неғұрлым қымбат болса, соғұрлым оның үйлесімді жүктелуі жоғары болады, бірақ күрделі жөндеуге шығыны мен технологиялық зияны өскен сайын ол төмендейді. Мысалы, сауын қондырғысының вакуум сорғының қозғалтқышының У^*=5, үйлесімді жүктелуі, У^*=0,3, мал қораны тазалайтын тасымалдауыш жетегінің қозғалтқышының үйлесімді жүктелуінен 1,4 есе аз. Қозғалтқыштың энергия бойынша үйлесімді жүктелу еселігі, сенімділігі бойынша үйлесімді жүктелу еселігімен тура келмеуі мүмкін.
Технологиялық зияны бойынша жауапкершілігі төмен нысандарда қолданылатын қозғалтқыштар үшін (У^*<0,5) энергия шығыны белгісіне басымдық беріледі.
Қозғалтқыштың бұзылуы технологиялық үлкен шығын келтіретін болса, сенімділік белгісін алады. Қозғалтқышты бірінші немесе екінші топқа жатқызуға келмейтін болса, жүктелу еселігін β_2 мен β_3 мәндерінің арасынан алады.
Трансформаторлар жұмысының экономикалық іс-тәртібі. Жауапты тұтынушыларды электрмен сенімді қамту үшін, ауылдағы қосалқы станцияларда, жүктелім графигі біркелкі болмаса, көбінесе ортақ шинаға бірнеше трансформаторды жалғайды. Бір мезгілде істейтін трансформаторлар саны оларды пайдаланудың үнемділігі мен ондағы энергия шығынының құнына әсер етеді. Жүктелуді азайту шарасы трансформаторлардың бір бөлігін ажыратып тастау, сөйтіп энергия шығынын азайту. Қатарласа істейтін екі трансформаторларды жүктелуі өзгергенде, қосудың үйлесімді нұсқасын таңдап алу шартын анықтайық. Жүктеудің сұлбасын өзгертуді керексінетін шекті қуатын табу үшін қуаты S_н бірдей бір немесе екі трансформаторлардағы энергияның жылдық шығынын іздеп отырған бірдей үйлесімді (шекті) жүктемеге S_шек келтіреміз:
P_(б.ж) З_(б.ж) 8760+P_(қ.т) З_(қ.т) τ(S_шек/S_н )^2=
=2P_(б.ж) З_(б.ж) 8760+2P_(қ.т) З_(қ.т) τ(S_шек/S_н )^2,
мұндағы P_(б.ж), P_(б.ж) – бос жүріс пен қысқа тұйықталудың активті шығыны, З_(б.ж), З_(қ.т) – ретінше 8760 және τ сағат ішінде жоқалған энергияға айналдырғандағы шығыны. Бұдан:
S_тр/S=√((2P_(б.ж.) З_(б.ж.) 8760)/(P_(қ.т.) З_(қ.т.) τ))
Жүктеме есептегіден артқан кезде екі трансформаторды да, ал төмендегенде біреуін ғана қосу тиімді. Кернеуі 35/10 кВ, номинал қуаттылығы 1-ден 6,3 МВ∙А трансформаторлар үшін өрнекке енген өлшемдердің орташа қатынастарында, шекті жүктелім шамасы бір трансформатордың номинал жүктелуінің 100…110 %-ын құрайды.
Дегенмен, келтірілген мысалда шекті реактивтік қуатпен қатар нақтылы (активті) қуат жұмсалатыны ескерілмеген. Сондықтан қатарласа істейтін трансформаторлардың санын шығыны бойынша анықтағанда, реактивті шығынды нақтылы шығынға айналдырып қозғалтқыштың жүктелімін талдағандағыдай, оны экономикалық балама К_Р көбейту неғұрлым тиімді:
P_Σ n(P_(б.ж.)+K_P Q_(б.ж.))+1/n(P_(қ.т.)+K_P Q_(қ.т.))β^2,
мұндағы K_P – таратқыш 6…10 кВ-тық желілердің трансформаторлары үшін 0,15; 35…110 кВ үшін — 0,08; Q_(б.ж.), Q_(қ.т.) – бос жүріс пен қысқа тұйықталудың реактивті қуаты.
Трансформатортардың қуаты мен құрылымы бірдей қосалқы станцияларды, бір мезгілде қосылатын трансформаторлардың санын мына теңсіздікпен анықтауға болады: жүктеме өскен кезде қатарласа істейтін n трансформаторға, егер жалпы жүктелім S_Σ мына шартты қанағаттандыратын болса,
S_Σ>S_н √((n+1)(P_(б.ж.)+K_P Q_(б.ж.) )/n(P_(қ.т.)+K_P Q_(қ.т.) ) )
тағы бір трансформатор қосуға болады, жүктелім кемігенде, керісінше, трансформаторлардың бірін ағыту тиімді, егер:
S_Σ>S_н √((n-1)(P_(б.ж.)+K_P Q_(б.ж.) )/n(P_(қ.т.)+K_P Q_(қ.т.) ) ),
реактивті шығындарды мына өрнектермен есептеуге болады:
Q_(б.ж.)=i_(б.ж.)/100 S_н; Q_(қ.т.)=U_(қ.т.)/100 S_н,
мұндағы i_(б.ж.), U_(қ.т.) – сәйкес номинал өлшемдердің бос жүріс тоғы мен қысқа тұйықталу кернеуі, %.
Қуаты әртүрлі трансформаторлар үшін мұндай есептерді, әдетте, 4.3-суретте көрсетілгендей, графикалық әдіспен шығарады.
Сурет-4.3.
Ол үшін әрқайсысына жеке (1 мен 2 қисықтар), сондай-ақ қатарлас сұлбалар үшін де (3-қисық), келтірілген шығындардың жүктемеден тәуелділігін тұрғызады. Қисықтардың қиып өту нүктелері трансформаторларды пайдаланудың экономикалық шартын анықтайды: 1 — жүктелім аралығында жұмысқа қуаты шағын трансформаторды қосады, 2 — қуаты үлкенін, 3 — екі трансформатор қозғалтқышты қатар қосады. Мұндағы әр аралықта, қуат шығыны мүмкін болатын шығынның ең аз мәнін көрсетеді.
Электр жабдықтарының жүктелім қабілеті. Электр жабдықтарының көптеген түрі бір номинал жүктемемен жұмыс істейді. Электр жетектерінің 30 %-ына жуығының жүктемесі айнымалы, ал 20 %-і күрт өзгермелі. Тұтынушылар қосалқы станциясында тоқтың лезде (өзгеруі) ауытқуының орта тәуліктік мөлшері 50 %-ға дейін жетеді.
Тұтынушылық қосалқы станцияларда тоқтың кенет өзгеруі тәуліктік орташа мәнінің 50 %-на дейін жетеді. Тұтас алғанда жүктеменің ауытқуы тәулік ішінде, жыл маусымында белгілі мерзімділікпен қайталап тұрады. Суытқыш ортаның температурасы да кең ауқымда ауытқиды. Мұндай жағдайда қуатты жете пайдалану үшін электр жабдықтарын белгілі мөлшерде артық жүктеуге тура келеді. Мұндайда электр жабдықтың жүктелімдік қабілетін пайдаланады.
Жүктелімдік қабілеті дегеніміз электр жабдықтарында нақтылы эксплуатация жағдайында ауық-ауық болып тұратын, қысқа мерзімде артық жүктелуден жабдықтың қызмет ету мерзімі қысқармай өзінің жүктелу графигі бойынша, қоршаған ортаның температурасында жұмыс атқаруы.
Жүктелімдік қабілетін есептеуге негіз болатын оқшаулағыштың жылудан тозуы. Температураның, тағы сондай көптеген факторлардың әсерінен оқшаулағыштың физикалық-химиялық қасиеттері, уақыт өткен сайын тоқтаусыз нашарлайды. Ол созылғыштығын жоғалтып өткізгіштен ажырап, қабатталып жарыла бастайды. Шын мәнінде электр төзімділігі төмендеумен қатар, оқшаулағыш дірілден болатын механикалық жүктелуге, жылудан ұлғаюға шыдамай күйрейді (үгітіледі). Бұл процесті ескіру дейді. Ескіру жылдамдығы температураға, ал жалпы ескіру – температура мен оның әсер ету мерзіміне байланысты. Температурасының 8…10 °С өзгеруі, оқшаулағыштың қызмет мерзімін екі есе қысқартатыны есептеу жолымен анықталған. Толық жүктелмеген кезде электр жабдығының температурасы номинал жағдайдағыдан төмен, соның есебінен кенет артық жүктелімге шыдайды да, пайдалану мерзімі ұзарады, сөйтіп нормативтегі бұйымның ғұмыр ұзақтығы сақталады. Электр жабдықтары артық жүктелгенде оқшаулағыш температурасының өсу жылдамдығы, біріншіден оның жүктелім қабілетін анықтайтын қызу уақыт тұрақтысына байланысты.
Күш трансформаторларының қызу уақыт тұрақтылары бірнеше сағатқа жетеді. Сондықтан да трансформаторлар жүйелі түрде елеулі артық жүктелуді көтере алады, олардың мәндері ГОСТ 14209-69-бен белгіленеді. 4.4-суретте жүктелім қабілетін көрсететін қисық сызықтар табу көрсетілген.
Сурет-4.4. Трансформаторлардың жүктелім қабілеті
Абцисса өсіне β_с еселіктерінің мәндері салынған, ол трансформатордың күтілетін максимумына дейін жүктелуін сипаттайды, ал ординат өсіне максимум кезіндегі артық жүктелу еселігінің β_п мәндері салынған. Графикте әрқайсысы артық жүктеу уақытының мүмкіндік шегін көрсететін бірнеше қисық жүргізілген. Жүктелу қабілетін анықтау үшін, әуелі лайықты қисық сызықтар тобын таңдап алады. Содан кейін абцисса өсіне алдындағы жүктелімнің мәндерін салады және сол мәннен қисық сызықпен қиылысқанша тік сызық жүргізеді қиылысу нүктесінен жазық сызық сызады, ол ординат өсінде трансформаторды артық жүктеудің максимум шегін көрсетеді. Апат болған жағдайда, тұтынушыларды электрмен үздіксіз қамту үшін артық жүктеуге барады.
Электр жабдығының қорын жасау. Электр қондырғыларының тұрып қалуын азайту үшін, электр жабдықтарының қорын жасайды. Қордағы электр жабдықтардың санын, түрін дұрыс алу үшін тізімін жасап, олардың әрқайсынан қанша керектігін, оны қайда ұстауды дұрыс таңдап алудың маңызы зор. Электр жабдықтарының қорын нормативтік немесе үйлесімдік әдіспен анықтайды. Бірінші жағдайда қажетті қорды нормативтік негізде жасайды. Ол ЖЕЖ жүйесі бойынша жасалады. Нормативтік есептің кемшілігі онда нысандардың электр жабдықтарыныңсенімділігіне нақтылы талаптары ескерілмейді. Үйлесімдік әдісі бұл кемшіліктің орынын толтырады.
Қосалқы қордың үйлесімділігі деп қордағы электр жабдықтары паркінің құрамы, оны сақтау мен тоқтап қалған жұмыстан келтірілген барлық зиянды жабу шығыныныңең аз мөлшерін қамтамасыз ете алатын деңгейін атайды.
Қор мөлшері үйлесімділік өлшемдерінен артық жақын а ауытғыса электр жабдықтарын кейде, қолданылусыз жатып қалуына, ал азайса технологиялық үрдістің тоқтап тұруы ұзақға созылып, өндіріске зиянын тигізеді.
Н.Н.Сырых пен И.А. Пястоловтар жаппай қызмет көрсету теориясын қолданып, қорда болуға тиіс электр қозғалтқыштардың санын есептеп шығарды. Осы әдіспен анықталған қор мөлшері, қозғалтқышлардың бұзылуынан технологиялық жабдықтардың істемей қалу ұзақтығы нормадағы шамадан аспауын кепілдендіреді. Қордағы қозғалтқыштардың санын анықтау үшін, нақтылы шаруашылықта қорды толықтырып тұру мерзімділігін, бір түрлі немесе оны ауыстыра алатын қозғалтқышлардың санын, осы қозғалтқышлар қатысатын технологиялық үрдістердің тұрып қалуының орташа шекті уақытын білу керек. Мысалы, шаруашылықтың түрлі жұмыс машиналарына 4А түріндегі 40 қозғалтқыш қойылған, олардың тұрып қалу ұзақтығының шегі 4 сағат. Сақтық қорын айына 2 рет толықтырады, жөндеуде тұру уақытының ұзақтығы 15 күн. Сақтықтағы қозғалтқыш санын анықтау керек 2.3-кестеден сақтықта 3 қозғалтқыш болған кезде, тұрып қалу ұзақтығы 3,2 сағат екенін табамыз, Бұл мүмкіндік шегінен аз уақыт. Демек, бұл жағдайда бір түрлі 40 қозғалтқыш бар жерде, қорда 3 қозғалтқыш ұстау жеткілікті.
Кесте-4.3. Сақтықтағы қозғалтқыш санын таңдап алу
Жөндеудің ұзақтығы, күн Пайдала-нылатын бір түрлі қозғалт-қыштар саны Сақтықтағы қозғалтқыштар санына байланысты (дана) қондырғының тұрып қалу уақытының ұзақтығы (сағат)
0 1 2 3 4 5
5 20 16,5 1,6 0,2 0,2 0 0
40 17,0 3,0 0,5 0 0 0
60 17,7 4,6 0,7 0,2 0 0
80 21,0 6,3 1,9 0,5 0 0
10 20 28,0 3,9 0,6 0 0 0
40 31,6 8,0 2,5 0,6 0,1 0
60 40,0 13,0 4,3 1,6 0,6 0
80 54,0 29,0 15,0 8,0 4,2 2,3
15 20 42,0 8,0 1,6 0,3 0 0
40 57,0 21,0 8,2 3,2 1,3 0,5
60 61,0 39,0 25,0 20,0 4,2 2,1
80 140,0 107,0 92,0 88,0 68,0 50,0
22 10 61,1 9,4 1,4 0,2 0 0
20 72,8 22,1 6,7 1,5 0,4 0
40 114,0 68,0 41,0 24,3 14,6 8,8
60 175,0 100,0 77,0 56,0 42,0 32,0