Рис. 1.9. Согласование вольт-амперных характеристик электрической сети
и нагрузки электрических печей сопротивления: а – электрическая схема замещения; б – ВАХ нагрузки ЭПС различной мощности;
в, г – потребляемая мощность ЭПС снижается:
в – при снижении напряжения в центре питания;
г – при удалении ЭПС от центра питания
Электрическая схема замещения традиционных ЭПС может быть представлена в виде постоянной величины электрического сопротивления Вольт-амперная характеристика (ВАХ) нагрузки таких ЭПС для каждой фазы сети будет представлять прямую линию с углом наклона относительно оси абсцисс (оси тока). Чем больше мощность ЭПС, тем меньше будет её сопротивление и тем положе пойдет ВАХ (рис. 1.9, б) и наоборот, ВАХ печи малой мощности пойдет с большим углом наклона относительно оси тока. Площадь прямоугольника под точкой пересечения ВАХ сети и ВАХ нагрузки печи представляет полную мощность печи S (произведение тока на напряжение). При проектировании системы электроснабжения следует таким образом выбрать конфигурацию сети и сечение проводников, чтобы при согласовании ВАХ сети с ВАХ нагрузки каждой ЭПС (находящейся в произвольной точке сети) отклонение напряжения не превышало допустимых по действующим стандартам
(рис. 1.9, в,г). Только в этом случае технические характеристики ЭПС будут находиться в пределах, гарантированных заводом-изготовителем.
Высокотемпературные и маломощные ЭПС чувствительны к колебаниям напряжения в питающей сети. Это относится и к печам точного нагрева. Точность регулирования температуры основана на том, что на зажимы печи должно быть подано напряжение с допустимым установившимся отклонением напряжения согласно требованиям технологического процесса. Это требование обусловлено зависимостью электрической мощности печей сопротивления, и, соответственно, теплотехнических характеристик от величины напряжения.
Рассмотрим подробнее понятия падения напряжения, потерь напряжения и отклонения напряжения. На рис. 1.9 приведены векторные диаграммы на основе схемы замещения (рис. 1.9, а) по уравнению, составленному согласно второму закону Кирхгофа: . Напомним, что – комплексная величина напряжения в начале сети, – ток, протекающий по сети к ЭП, – сопротивление подводящей сети,
– напряжение в точке подключения ЭП, В.
Сравнение величины векторов напряжений U1 и U2 на рис. 1.10 показывает, что для поддержания заданного напряжения на ЭП U2 (например на уровне номинальной величины) при меньшем индуктивном сопротивлении сети требуется меньшее значение напряжения в начале сети U1 (на рис. 1.10, б отрезок ОС меньше отрезка ОС на рис. 1.10, а).
Векторная разность векторов U1 и U2 получила название падение напряжения∆U. Алгебраическая разность модулей U1 и U2 получила название потеря напряжения ∆U.
В проектной практике величину потери напряжения рассчитывают приближенно как сумму двух отрезков AE и ED (отрезок DC исключается). Используя тригонометрические соотношения для вычисления величин катетов прямоугольных треугольников ABE и BCF, расчетное выражение для определения потери напряжения представляется следующим образом:
.
(1.10)
Формула (1.10) умножается на дробь отношения фазных напряжений Uном/Uном, а значение фактического тока I заменяется его номинальной величиной. Слагаемые числителя группируются по выражениям активной мощности и реактивной мощности
. Получаем: