Экономическая сущность компенсации реактивной мощности

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47) , №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

Понятие об активной и реактивной мощностях

Когда электросеть включает в себя только активные нагрузочные компоненты, изменения фаз тока и напряжения совпадают друг с другом, и потребляемый ресурс ограничивается полезной мощностью (ее можно также называть активной). Но на практике сети часто включают в себя компоненты, несущие значительную индуктивную нагрузку. Продуцируемая ею реактивная мощностная компонента отличается отставанием одной из величин (напряжения либо тока) от другой. В итоге в периоды времени, когда величины имеют обратные друг другу знаки, мощность идет в сторону генератора, не выполняя полезную работу. Это приводит к тратам энергетических ресурсов вхолостую, при этом за эти траты платит потребитель.

Важно! Реактивная мощность создает избыточную нагрузку на кабельные элементы (для ее нивелирования требуется применение более толстых проводов), коммутационные и трансформаторные устройства, из-за чего они быстрее выходят из строя. Еще один побочный эффект – отклонение сетевого напряжения от номинального показателя

Фазовый сдвиг между токовой силой и напряжением

Выгоды использования

Повысить энергоэффективность энергоносителей, свести к нулю вероятность поломок промышленного оборудования помогает установка УКРМ. Причем этот вид компенсации экологичен, ни окружающей среде, ни здоровью человека не наносится какого-либо вреда. К преимуществам использования приборов потребители и специалисты относят:

  • увеличение полезной мощности (КПД электросетей и оборудования до 97%);
  • снижение количества фактически потребленной энергии на 20-30%;
  • увеличение стабильности уровня напряжения;
  • повышение срока безаварийной работы техники;
  • снижение расходов на коммунальные услуги (электроэнергию);
  • уменьшение пропускной способности в электросетях (минимизация риска перегрева и короткого замыкания).

Использование УКРМ в производстве позволяет избежать и таких расходов как штрафы со стороны органов госконтроля.

Компания «РУСЭЛТ» специализируется на производстве современной техники, которая помогает сократить энергетические затраты. Наша задача – удовлетворить запросы потребителей и предоставить устройства, на 100% соответствующие поставленным задачам. В ассортименте УКРМ различной функциональности, конструкции, типа работы, поэтому мы уверены – выбрать прибор с оптимальными характеристиками сможет каждый потребитель.

Параметры режимов электрических систем

Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей ее состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчетов режимов применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность. Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи она выражается формулой:(1)гдеI — ток в одной фазе;U — линейное напряжение.Активная мощность трехфазного переменного тока определяется по формуле:(2)Множитель cosφ называется коэффициентом мощности. Угол ф указывает сдвиг по фазе тока и напряжения.На основании этих выражений полная мощность S представляется гипотенузой прямоугольного треугольника, один катет которого представляет активную мощность Р = S cosφ, а другой — реактивную Q = S sinφ.Реактивная мощность находится также из выражения:(3)гдеtgφ — коэффициент реактивной мощности.Следует помнить об условности толкования Q как мощности. Только активная мощность и энергия могут совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию. Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первичного двигателя, полученной от природного источника, в электроэнергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу, и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрических полей. Для анализа режимов в цепях синусоидального тока реактивная мощность является очень удобной характеристикой, широко используемой на практике.Особенностью производства и потребления электроэнергии является равенство выработанной и израсходованной в единицу времени электроэнергии (мощности). Следовательно, в электрической системе должно выполняться равенство (баланс) для активных мощностей: (4)гдеРг — суммарная активная мощность, отдаваемая в сеть генераторами электростанций, входящих в систему;РПОтр — суммарная совмещенная активная нагрузка потребителей системы;АРпер — суммарные потери активной мощности во всех элементах передачи электроэнергии (линиях, трансформаторах) по электрическим сетям;Рсн — суммарная активная нагрузка собственных нужд всех электростанций системы при наибольшей нагрузке потребителя.Основная доля выработанной мощности идет на покрытие нагрузки потребителей. Суммарные потери на передачу зависят от протяженности линий электрических сетей, их сечений и числа трансформаций и находятся в пределах 5…15% от суммарной нагрузки. Нагрузка собственных нужд электростанций зависит от их типа, рода топлива и типа оборудования; она составляет для тепловых электростанций

  1. .12%, для гидростанций — 0,5… 1 % от мощности электростанции.

Cинхронные электродвигатели для компенсации реактивных нагрузок.

На большинстве промышленных предприятий компенсация реактивных нагрузок
может осуществляться за счет перевозбуждения имеющихся синхронных
электродвигателей (СД) напряжением 6-10 кВ или путем размещения в сети
конденсаторных установок высокого (ВКБ) и низкого (НКБ) напряжения.

Зависимость стоимости годовых потерь электроэнергии в СД Зс,
вызванных генерацией ими РМ Qс , является квадратичной функцией:

ЗС = З * Q с + З * Q
с2
, грн./кВт.год, (4.1)

где З и З — коэффициенты, определяемые
параметрами СД и стоимостью электроэнергии.

Потери
электроэнергии в СД, обусловленные генерацией ими РМ, минимальны при работе
двигателей с небольшим потреблением РМ. Рост выработки РМ сопровождается резким
ростом потерь электроэнергии, греющих прежде всего ротор СД. Исследования
показывают, что использование низковольтных СД любой мощности, а также
высоковольтных СД мощностью ниже 1600 кВт неэкономично. Следует заметить, что даже при избыточной РМ мощных
высоковольтных СД и генераторов собственных станций, позволяющей соблюсти
договорные параметры с поставщиком электроэнергии, предприятие не застраховано
от неоправданных потерь последней. Замечание характерно для нефтехимических
предприятий, обладающих протяженными сетями напряжением 6 кВ и большим числом
маломощных понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ.

Виды компенсаторов и их принцип действия

Чаще всего в роли компенсирующего устройства применяется либо батареи конденсаторов, либо двигатели. При этом может использоваться как один компенсатор, так и множество подключенных параллельно.

В течение дня баланс мощности в сети может изменяться, на что УКРМ должно реагировать соответствующим образом. С этой точки зрения компенсаторы бывают:

  • нерегулируемые – без возможности переключения составных элементов;
  • автоматические – компенсатор сам отслеживает cosф, производит расчеты и решает, какое количество конденсаторов следует добавить в схему;
  • с ручным управлением – человек сам анализирует cosф по приборам и производит соответствующие переключения.
Популярные статьи  Как соединить 2 провода, которые отличаются друг от друга?

В зависимости от условий эксплуатации выделяют следующие типы коммутирующих устройств:

  • контакторные – только статические переключения;
  • тиристорные – работа в реальном времени;
  • вакуумные выключатели – для напряжений свыше 1 кВ.

Конструкция, назначение и принцип работы компенсаторов реактивной мощности (КРМ)

Конструкция, назначение и принцип работы компенсаторов реактивной

В промышленном производстве наблюдается опережающий рост потребления реактивной мощности по сравнению с активной. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели — на их долю приходится 65-70 % реактивной мощности, потребляемой предприятием, на трансформаторы — 20-25 %, на другие приёмники — около 10 %. В качестве компенсирующих устройств на промышленных предприятиях широко применяются батареи конденсаторов (БК): шунтовые БК — для генерации реактивной мощности в узлах сети (поперечная компенсация); устройства продольной компенсации (УПК) — для уменьшения реактивного сопротивления линий.

Шунтовые БК включают как на шины 0,4-10 кВ подстанций (групповая компенсация), так и на зажимы крупных потребителей реактивной мощности (индивидуальная компенсация).

К таким устройствам относятся также групповые автоматизированные конденсаторные установки (АКУ) и локальные КРМ. В отличие от АКУ КРМ состоят из К.-Ь-С деталей, соединенных специальным образом, и подключаются непосредственно на зажимы потребителя или через кабель длиной до 40 м.

Это дает возможность не только компенсировать реактивную мощность (функция АКУ), но и уменьшить потребление активной мощности двигателем.

Чтобы эффект был максимальным, КРМ подбирают индивидуально к каждому двигателю при помощи набора переносных подстроечных К-Ь-С узлов, смонтированных в одном блоке. По полученным данным на заводе изготавливают КРМ для обследованного двигателя.

Чтобы получить экономию активной энергии при работе двига% и снижение потребляемой реактивной мощности до 5-8% при сроке окупаемости КРМ за 2,5-3 года, необходимо выполнение следующих условий:

— у работающего двигателя должен быть со5 ц> 1

Закрытое акционерное общество «Измеритель-авто»

Компенсаторы

для экономии электроэнергии на Вашем предприятии

КРМ належное, простое п обслуживании и нелорогое устройство,

включаюшее в себя результаты исслелований параметров

потребляемой электрической энергии.

Излелие имеет Сертификат соответствия

РОСС Ш.ЛЕ05.Н01540

Предлагаемое устройство имеет в своем составе блоки конденсаторов специального исполнения со множеством параллельных цепей, состоящих из последовательно соединенных емкости и индуктивности, параметры которых являются расчетными. Поскольку только точный подбор параметров КРМ дает необходимый экономический эффект, их выбор и настройка для каждого электроприемника осуществляется индивидуально. Необходимо отметить, что подобных результатов нельзя достичь, применяя групповые компенсаторы.

Новизна технологии вносит изменения в эксплуатационные характеристики злектроприемников. Так, включение КРМ в работу с асинхронным двигателем позволит уменьшить кратность пускового тока и повысит КПД данного двигателя.

Полная компенсация

Совместная работа компенсатора с нагрузкой позволяет уменьшить ток на 40%. На эту же величину разгружаются не только генераторы энергосистемы, но и линии электропередачи Вашего предприятия

Вследствие компенсации потока реактивной мощности (до 100%) уменьшаются и потери активной мощности на ее передачу и, что немаловажно, уменьшаются потери напряжения всети

Применение оборудования

КРМ применяют в трехфазных распределительных сетях частотой 50 Гц с напряже­нием 0,4 кВ, Компенсатор является индивидуальным дополнением к каждому электроприемнику индуктивного характера: сварочные трансформаторы, индукционные печи, асинхронные двигатели и др.

Рекомендуем в первую очередь рассмотреть возможность внедрения КРМ в приводах с ДЦ — как наиболее масштабных потребителей реактивной моцности.

Основные потребители реактивной мощности на промышленных предприятиях

Рассмотрим основные виды электроприемников различного технологического назначения, электропотребителей разных отраслей промышленности, характер их нагрузок и особенности режимов работы.
Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов на всех промышленных предприятиях. Электропривод представляет собой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управления, в котором электродвигатели конструктивно связаны с исполнительным механизмом и преобразуют электрическую энергию в механическую работу. В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются исключительно электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели). го тока — основной вид электроприемников в промышленности, на долю которого приходится около 2/3 суммарной мощности. Доля электропотребления асинхронными двигателями напряжением 0,38 кВ составляет 52% в машиностроении.
Электротермия, электросварка, электролиз и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки. Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева делятся на следующие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева, для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления, электросварочные установки, термические коммунально-бытовые приборы.
Наибольшее распространение в цеховых электрических сетях напряжением 0,38 кВ имеют печи сопротивления и установки индукционного нагрева. Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощность до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением: 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0. Индукционные плавильные печи промышленной и повышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5.
Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 — для дуговой сварки и 0,7 — для контактной. Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности установок — 0,8.. .0,9.
Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применяются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В.Аварийное освещение, составляющее 10% общего, выполняется лампами накаливания. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0.

Компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ: сколько требуется конденсаторов?

Выбор конденсаторной батареи тесно связан со следующими параметрами:

  • cos φ2 – желаемая величина коэффициента мощности
  • cos φ1 – начальное значение
  • установленная реактивная мощность.

Необходимая компенсирующая мощность определяется выражением:

QC = P (tan φ1 – tan φ2)

Это выражение можно переписать в виде: Qc = k * P, где параметр k легко определить из таблицы 1 и

QC – требуемая реактивная мощность конденсаторов ;

P – активная мощность ;

QL и QL’ – реактивная мощность до и после установки конденсаторной батареи;

A, A’ – полная мощность до и после коррекции коэффициента мощности .

Таблица 1

Начальный коэффициент мощности Конечный коэффициент мощности
0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95
0,40 1,807 1,836 1,865 1,896 1,928 1,963
0,41 1,740 1,769 1,799 1,829 1,862 1,896
0,42 1,676 1,705 1,735 1,766 1,798 1,832
0,43 1,615 1,644 1,674 1,704 1,737 1,771
0,44 1,557 1,585 1,615 1,646 1,678 1,712
0,45 1,500 1,529 1,559 1,589 1,622 1,656
0,46 1,446 1,475 1,504 1,535 1,567 1,602
0,47 1,394 1,422 1,452 1,483 1,515 1,549
0,48 1,343 1,372 1,402 1,432 1,465 1,499
0,49 1,295 1,323 1,353 1,384 1,416 1,450
0,50 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403
0,51 1,202 1,231 1,261 1,291 1,324 1,358
0,52 1,158 1,187 1,217 1,247 1,280 1,314
0,53 1,116 1,144 1,174 1,205 1,237 1,271
0,54 1,074 1,103 1,133 1,163 1,196 1,230
0,55 1,034 1,063 1,092 1,123 1,156 1,190
0,56 0,995 1,024 1,053 1,084 1,116 1,151
0,57 0,957 0,986 1,015 1,046 1,079 1,113
0,58 0,920 0,949 0,979 1,009 1,042 1,076
0,59 0,884 0,913 0,942 0,973 1,006 1,040
0,60 0,849 0,878 0,907 0,938 0,970 1,005
0,61 0,815 0,843 0,873 0,904 0,936 0,970
0,62 0,781 0,810 0,839 0,870 0,903 0,937
0,63 0,748 0,777 0,807 0,837 0,870 0,904
0,64 0,716 0,745 0,775 0,805 0,838 0,872
0,65 0,685 0,714 0,743 0,774 0,806 0,840
0,66 0,654 0,683 0,712 0,743 0,775 0,810
0,67 0,624 0,652 0,682 0,713 0,745 0,779
0,68 0,594 0,623 0,652 0,683 0,715 0,750
0,69 0,565 0,593 0,623 0,654 0,686 0,720
0,70 0,536 0,565 0,594 0,625 0,657 0,692
0,71 0,508 0,536 0,566 0,597 0,629 0,663
0,72 0,480 0,508 0,538 0,569 0,601 0,635
0,73 0,452 0,481 0,510 0,541 0,573 0,608
0,74 0,425 0,453 0,483 0,514 0,546 0,580
0,75 0,398 0,426 0,456 0,487 0,519 0,553
0,76 0,371 0,400 0,429 0,460 0,492 0,526
0,77 0,344 0,373 0,403 0,433 0,466 0,500
0,78 0,318 0,347 0,376 0,407 0,439 0,474
0,79 0,292 0,320 0,350 0,381 0,413 0,447
0,80 0,266 0,294 0,324 0,355 0,387 0,421
0,81 0,240 0,268 0,298 0,329 0,361 0,395
0,82 0,214 0,242 0,272 0,303 0,335 0,369
0,83 0,188 0,216 0,246 0,277 0,309 0,343
0,84 0,162 0,190 0,220 0,251 0,283 0,317
0,85 0,135 0,164 0,194 0,225 0,257 0,291
0,86 0,109 0,138 0,167 0,198 0,230 0,265
0,87 0,082 0,111 0,141 0,172 0,204 0,238
Популярные статьи  Как проверить конденсатор мультиметром

Для чего используется конденсаторная установка

Экономическая сущность компенсации реактивной мощности

Большинство электроприемников переменного тока сопровождаются индуктивностью, что предполагает потребление не только активной, но и реактивной мощности. Последняя необходима для формирования электромагнитного поля. Циркуляция негативно сказывается на работе энергосистемы, так как появляются потери из-за нагрева проводников. Чтобы снизить циркуляцию R-мощности, используются УКРМ. Если говорить конкретно об автоматических установка компенсации, то она решает следующее:

Снижает нагрузку силовых трансформаторов, так как снижается потребление полной мощности.
Дает возможность организовать питание по проводнику с меньшим сечением без потери технико-физических характеристик.
Избежать глубокой просадки напряжения, что важно для обеспечения стандартов качества для удаленных потребителей.
Возможность контролировать основные параметры сети, изменение cosφ и так далее.
Исключается генерации R-мощности в сеть. Исключение появления перенапряжений.. Отсутствие нагрева проводов и изоляции продлевает срок службы последних, снижает периодичность обслуживания и обеспечивает безаварийность работы

Также снижаются потери в сетях и затраты на покупку электрической энергии

Отсутствие нагрева проводов и изоляции продлевает срок службы последних, снижает периодичность обслуживания и обеспечивает безаварийность работы. Также снижаются потери в сетях и затраты на покупку электрической энергии.

Смысл реактивной нагрузки

В электрической цепи с реактивной нагрузки фаза тока и фаза напряжения не совпадают во времени. В зависимости от характера подключенного оборудования напряжение либо опережает ток (в индуктивности), либо отстаёт от него (в ёмкости). Для описания вопросов используют векторные диаграммы. Здесь одинаковое направление вектора напряжения и тока указывает на совпадение фаз. А если вектора изображены под некоторым углом, то это и есть опережение или отставание фазы соответствующего вектора (напряжения или тока). Давайте рассмотрим каждый из них.

В индуктивности напряжение всегда опережает ток. «Расстояние» между фазами измеряется в градусах, что наглядно иллюстрируется на векторных диаграммах. Угол между векторами обозначается греческой буквой «Фи».

В идеализированной индуктивности угол сдвига фаз равен 90 градусов. Но в реальности это определяется полной нагрузкой в цепи, а в реальности не обходится без резистивной (активной) составляющей и паразитной (в этом случае) емкостной.

В ёмкости ситуация противоположна – ток опережает напряжение, потому что индуктивность заряжаясь потребляет большой ток, который уменьшается по мере заряда. Хотя чаще говорят, что напряжение отстаёт от тока.

Если сказать кратко и понятно, то эти сдвиги можно объяснить законами коммутации, согласно которым в ёмкости напряжение не может изменится мгновенно, а в индуктивности – ток.

Выбор ступени регулирования УКРМ

Конденсаторная батарея (УКРМ) содержит ограниченный набор конденсаторов. Конденсаторы могут быть одинаковой или различной ёмкости и разбиты на группы. Каждая группа имеет свое коммутационное устройство (контактор) для включения в электрическую цепь. Микропроцессорный блок контроля и управления измеряет параметры текущего режима (ток и напряжение) и подбирает такое сочетание имеющихся групп конденсаторов, чтобы обеспечить требуемое значение коэффициента реактивной мощности. Очевидно, что регулирование реактивной мощности УКРМ является дискретным. Минимальная величина изменяемого значения реактивной мощности УКРМ называется ступенью регулирования ΔQКУ. Чем меньше ступень регулирования, тем более громоздким и дорогим получается УКРМ, так как увеличивается число конденсаторных групп и коммутационных устройств, но тем точнее поддерживается заданный коэффициент реактивной мощности.

Таким образом, при выборе УКРМ необходимо наряду с номинальной мощностью определить величину ступени регулирования. Ступень регулирования должна быть достаточно мала для поддержания коэффициента реактивной мощности в заданном диапазоне, см. (12), и в то же время без необходимости не увеличивала габариты и стоимость УКРМ.

Для наглядности нанесём значения QКУ, QКУ.min и QКУ.max на числовую ось Q для текущего (не расчетного) режима нагрузки в фиксированный момент времени (см. рис. 2, а).

Текущий режим нагрузки характеризуется значениями:

  • Pнагр.(Qнагр.) – активная (реактивная) мощность нагрузки;
  • cosϕнагр. – коэффициент мощности нагрузки;
  • QКУ – реактивная мощность, вырабатываемая КУ;
  • QКУ.min и QКУ.max – граничные значения реактивной мощности УКРМ для текущего режима нагрузки.

Рис. 2. Изображение реактивной мощности УКРМ в текущем режиме.

а – до переключения ступени регулирования; б – в момент переключения ступени регулирования

Значение QКУ находится между значениями QКУ.min и QКУ.max, значит коэффициент реактивной мощности tgϕВН находится в допустимом диапазоне значений. При уменьшении реактивной мощности нагрузки Qнагр. значения QКУ.min и QКУ.max начинают уменьшаться, см. (5), (16) и (17). При этом они смещаются влево на оси Q до тех пор, пока QКУ.max не достигнет значения QКУ (см. рис. 2, б). При дальнейшем снижении Qнагр. значение QКУ выходит за допустимый диапазон. В этот момент УКРМ снижает вырабатываемую реактивную мощность QКУ на величину ступени регулирования ΔQКУ до значения Q’КУ. Очевидно, что величина ступени регулирования не должна превышать разность между значениями QКУ.max и QКУ.min. Аналогичные рассуждения можно провести при увеличении реактивной мощности нагрузки Qнагр.

Итак, расчётная величина ступени регулирования компенсирующего устройства определяется по выражению:

(21)

Подставив в (21) выражения (16) и (17), получим формулу расчёта ступени регулирования УКРМ:

(22)

Выбор ступени регулирования УКРМ ΔQКУ выполняется по выражению:

(23)

Подставив (22) в (23), окончательно получим:

(24)

Из (22) видно, что расчетное значение ступени регулирования зависит от величины активной мощности нагрузки Pнагр.; при снижении Pнагр. снижается и расчетное значение ΔQКУ.р. Следовательно, если ступень регулирования выбрана по расчетной мощности нагрузки Pр.нагр., то приемлемое значение tgϕВН гарантированно будет обеспечиваться только в диапазоне расчетных (максимальных) значений нагрузок потребителей. При снижении потребляемой нагрузки Pнагр. величина ΔQКУ.р может оказаться меньше ΔQКУ, и tgϕВН выйдет за границы диапазона допустимых значений tgϕmax и tgϕmin. Во избежание этой ситуации рекомендуется производить расчет ΔQКУ.р в режиме малых нагрузок. Тогда выбранная ступень регулирования ΔQКУ по выражению (24) обеспечит поддержание tgϕВН в требуемом диапазоне в режиме и больших, и малых нагрузок.

Расчет мощности УКРМ

Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН определяется следующим образом:

(2)

Потребляемая активная мощность на шинах ВН складывается из активной мощности нагрузки и активных потерь мощности в трансформаторе:

(3)

Потребляемая реактивная мощность на шинах ВН складывается из реактивной мощности нагрузки и реактивных потерь мощности в трансформаторе за вычетом расчетной мощности компенсирующего устройства:

(4)

Выразим реактивную мощность нагрузки через известные величины (см. рис.1):

Популярные статьи  Электромагнитный пускатель 220в

(5)

(6)

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе зависят от передаваемой мощности и рассчитываются по формулам (7) и (8):

(7)

(8)

где ΔPxx – потери активной мощности холостого хода трансформатора (паспортные данные), кВт;

ΔQμ – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, квар;

ΔPнагр. (ΔQнагр.) – нагрузочные активные (реактивные) потери в трансформаторе, кВт (квар);

ΔPк – потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

SНН – потребляемая полная мощность на шинах НН, кВ*А:

(9)

SТ – номинальная полная мощность трансформатора, кВ*А;

Iхх – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Следует заметить, что расчеты по формулам (7) – (9) носят приближённый характер, так как на этом этапе нельзя определить значение QНН из-за того, что неизвестно расчетное значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р, см. формулу (4). В этом случае можно:

  • принять QКУ.р = 0 и выполнить расчет без компенсирующего устройства;
  • принять QКУ.р = Qр.нагр. и выполнить расчет при полной компенсации реактивной мощности на шинах НН (этот вариант рекомендуется использовать из-за меньшей расчетной погрешности первой итерации расчёта потерь в трансформаторе).

Подставляя в (2) выражения (3), (4) и (5), получим выражение для расчета коэффициента реактивной мощности на шинах ВН, где вторым неизвестным является значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ:

(10)

Так как максимальное значение коэффициента реактивной мощности на шинах ВН нормировано, значит должно выполняться следующее условие:

(11)

Выполнение условия (11) необходимо по нормативным требованиям, но недостаточно, так как коэффициент реактивной мощности может быть отрицательной величиной. Действительно, если в (10) QКУ.р будет достаточно большой величиной, чтобы числитель дроби стал отрицательным, то получим перекомпенсацию реактивной мощности QВН< 0 (генерацию в сеть высокого напряжения) и tgϕВН < 0. Перекомпенсация реактивной мощности также нежелательна, как и недокомпенсация, так как в сети опять появляются дополнительные потери мощности и энергии в электрической сети и возрастают капитальные затраты на её строительство. Таким образом, наряду с максимальным значением коэффициента реактивной мощности должно задаваться его минимальное значение tgϕmin. В отсутствие нормативных требований к величине tgϕmin его значение может быть определено из следующих соображений:

  • если генерация реактивной мощности в сеть ВН недопустима, то tgϕmin = 0;
  • если нельзя превышать заданный уровень потерь мощности и энергии в сети, а также обеспечить работу оборудования в номинальных режимах (перекомпенсация допустима), то tgϕmin = -tgϕmax.

Необходимое и достаточное условие для выбора УКРМ выглядит следующим образом:

(12)

Подставив (10) в (12), получим:

(13)

Рассмотрим отдельно левую и правую части выражения (13).

Очевидно, что tgϕmax будет при наименьшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р.min. Заменим в (13) QКУ.р на QКУ.р.min и подставим знак равенства между правой и средней частью выражения:

(14)

Выразив в (14) QКУ.р.min и выполнив необходимые преобразования (15), получим выражение для расчета минимально допустимой мощности компенсирующего устройства (16):

(15)

(16)

Аналогично для левой части (13), tgϕmin будет при наибольшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р.max. Соответственно, выражение для расчета максимально допустимой мощности КУ:

(17)

Номинальная мощность установки компенсации реактивной мощности выбирается из условия:

(18)

где QКУ.р.max и QКУ.р.min – граничные значения реактивной мощности УКРМ, определенные для расчётных значений Pр.нагр. и cosϕр.нагр..

Подставив (16) и (17) в (18), получаем окончательные выражения для выбора номинальной реактивной мощности УКРМ:

(19)

(20)

Выбрав УКРМ, проводим вторую итерацию расчетов по формулам (7) – (9), подставляя в формулы вместо QКУ.р значение QКУ.ном, и уточняем величину QКУ.ном по выражениям (19) и (20).

Батареи конденсаторов в сетях с резкопеременной и вентильной нагрузкой

Характерными резкопеременными нагрузками являются сварочные нагрузки на машиностроительных предприятиях, дуговые печи, прокатные станы и др. Главные приводы прокатных станов оснащаются регулируемыми вентильными преобразователями.Нагрузки с регулируемыми вентильными преобразователями характеризуются большим потреблением реактивной мощности. Резкопеременный характер потребления реактивной мощности вызывает колебания напряжения в сети.

  а)Рис. 7. Однолинейная схема питающей сети с конденсаторными батареями и фильтрами высших гармоник (а) и схема замещения (б)

Управляемые вентильные преобразователи, кроме того, значительно искажают форму кривой питающего напряжения. Нагрузки дуговых печей ввиду неравномерности потребления тока по фазам могут вызывать значительную несимметрию напряжения.Все изложенное обусловливает принципы компенсации реактивной мощности, существенно отличающиеся от общепринятых в сетях с так называемой спокойной нагрузкой.Особенности компенсации реактивной мощности в сетях с резкопеременной и вентильной нагрузкой заключаются в следующем:

  1. ввиду низкого коэффициента мощности потребителей и резкопеременного характера нагрузки необходимо осуществить компенсацию как постоянной и переменной составляющей реактивной мощности. Компенсация постоянной составляющей реактивной мощности необходима для уменьшения потребления реактивной мощности от энергосистемы. Компенсация переменной составляющей реактивной мощности преследует цель уменьшения колебаний напряжения в питающей сети;
  2. ввиду быстрых изменений потребляемой реактивной мощности необходимо применение быстродействующих компенсирующих устройств, способных изменять регулируемую реактивную мощность со скоростью, соответствующей скорости наброса и сброса потребляемой реактивной мощности;
  3. ограничивается применение батарей конденсаторов для компенсации постоянной составляющей реактивной мощности в сети с резкопеременной вентильной нагрузкой. Это обусловлено наличием в сети высших гармоник тока и напряжения при работе вентильных преобразователей, которые приводят к значительным перегрузкам батарей конденсаторов;
  4. при наличии в сети высших гармоник тока и напряжения включение конденсаторов приводит к резонансным явлениям на частотах высших гармоник, что ведет к нарушению нормальной работы БК.

Сущность явлений резонанса удобно рассмотреть на примере простой схемы электроснабжения промышленного предприятия, показанной на рис. 7. На схеме показаны три основных элемента, участвующих в резонансном процессе:

  1. питающая сеть, упрощенно представленная в схеме замещения индуктивным Хс и активным Rc сопротивлениями;

 Рис. 8. Однолинейная схема защиты конденсаторной батареи от высших гармоник

  1. вентильный преобразователь как источник высших гармоник с сопротивлениями Хпр и Rnp — индуктивно-активная цепь в схеме замещения;
  2. батарея конденсаторов С и RK — емкостно-активная цепь в схеме замещения.

При отсутствии емкостных элементов (при отключении БК) частотные характеристики Хс линейны. Включение БК резко изменяет линейный характер частотной характеристики питающей сети, причем нелинейность частотной характеристики в значительной степени зависит от добротности контура, т.е. от соотношения X/R. Нелинейность частотной характеристики питающей сети объясняется тем, что при включении БК образуется параллельный LC-контур, состоящий из индуктивного сопротивления питающей сети и емкостного сопротивления конденсатора. Таким образом, изменяются частотные характеристики систем и возникают условия для возникновения резонанса на частотах, превышающих промышленную частоту 50 Гц. Вентильные преобразователи генерируют в сеть спектр гармоник, начиная с пятой, поэтому в каждом конкретном случае необходим расчет токовой нагрузки БК резонансной группой гармоник (вплоть до 59, 61, 71 гармоник).Батареи конденсаторов, предназначенные для компенсации реактивной мощности в сетях, питающих нелинейную нагрузку, для их нормальной работы необходимо защищать реакторами, устанавливаемыми последовательно с конденсаторами (рис. 8).

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: