Компенсация реактивной мощности

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 11

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением U, током I и активной мощностью Р. Но для удобства расчетов и учета применяют и другие параметры, в том числе реактивную мощность Q. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического полей. Ин­дуктивная нагрузка рассматривается как потребитель реактивной мощности, а емкостная — как ее генератор.

В цепи постоянного тока существует только активная электрическая нагрузка. Мощность в этой цепи

Р = U*I

Для характеристики мощности цепи переменного тока требуется дополнительный показатель, отражающий сдвиг фаз тока и напряжения — угол φ (рис. 6.1, а).

Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью S, для трехфазной цепи S =  U*I

Средняя за период переменного тока мощность называется активной мощностью Р=

На основании этих выражений полную мощность S можно представить как гипотенузу прямоугольного треугольника (рис. 6.1, б), один катет которого представляет собой активную мощность Р = S*соsφ, а другой — реактивную мощность Q = S*sinφ. Q названа мощностью по аналогии с активной мощностью Р. Из треуголь­ника мощностей получают следующие зависимости:

S=

cosφ = P/S; tgφ = Q/P

где cosφ — коэффициент мощности; tgφ — коэффициент реактивной мощности.

Таким образом, для характеристики мощности в цепи переменного тока введены понятия полной S, активной Р и реактивной Q мощностей и коэффициента мощности cosφ. Для расчета реактивной мощности удобней пользоваться не cosφ, a tgφ, так как расчетное значение реактивной мощности легко найти из выражения

Q_p=P_p*tgφ

Когда угол φ близок к нулю, подсчет Q_p дает меньшую погрешность, чем подсчет по формуле, в которую входит соsφ, так как в зоне малых углов φ изменение коэффициента мощности на 1 % приводит к изменению коэффициента реактивной мощности на 10%.

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, тока и напряжения невозможны.

Передача значительной реактивной мощности в системе электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам

1. Возникают дополнительные потери активной мощности во  всех элементах системы электроснабжения

2. Возникают дополнительные потери напряжения. Дополнительные потери напряжения приводят к снижению качества электроэнергии и дополнительным затратам на ввод средств регулирования напряжения.

3. Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, повышения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек распределительных устройств.

Из сказанного следует, что технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению передачи реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

1.снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2. применение компенсирующих устройств.

Мероприятия первой группы должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных вложений. К таким мероприятиям относятся:

· упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;

· замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

· понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

· ограничение продолжительности холостого хода двигателей;

· применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно но условиям технологического процесса;

· повышение качества ремонта двигателей;

· замена и перестановка малозагруженных трансформаторов;

· отключение части трансформаторов в периоды снижения их нагрузки (например, в ночное время).

Мероприятия второй группы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея, подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке, например асин­хронному двигателю. Подключение конденсатора С уменьшает угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки и соответственно повышает коэффициент мощности нагрузки.

Для стимулирования проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности на действующих предприятиях Госэнергонадзором установлена шкала скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию. Скидки и надбавки к тарифу определяются по таблице в зависимости от степени компенсации реактивной мощ­ности, которая оценивается коэффициентами

tgφ_э= Q_э/P_э.м;, tgφ_M= Q_м.ф/P_э.м,

где tgφ_э, tgφ_м — соответственно оптимальный и фактический коэффициенты реактивной мощности; Q_э — оптимальная реактивная нагрузка предприятия в часы максимума активной нагрузки, заданная энергосистемой на границе балансового раздела сетей системы и предприятия и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, квар; Р_{м э} — заявленная предприятием активная мощность, участвующая в максимуме энергосистемы и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, кВт; Q_м.ф — фактическая реактивная нагрузка предприятия, участвующая в максимуме энергосистемы, квар.

КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

Батареи конденсаторов (БК) — это специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки (ККУ) серии УК-0,38 напряжением 380 В мощностью 110...900 квар (табл. 6.1) и серии УК-6/10 мощностью 450... 1800 квар (табл. 6.2). Оборудование ККУ размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления.

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности требуется применение разрядных устройств. В качестве разрядных устройств в ККУ на 6 (10) кВ применяют два однофазных заполненных маслом трансформатора напряжения НОМ. В ККУ на 380... 660 вместо НОМ для той же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации электроприемника разрядные сопротивления не требуются.

Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами (для контроля за целостью предохранителей и работой каждой фазы) и счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх заданного значения и для включения при понижении напряжения предусматриваются специальные автоматические устройства.

Основной недостаток емкостных КУ заключается в том, что при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату снижения напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности БК осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.

Синхронные машины могут генерировать и потреблять реактивную мощность, т.е. оказывать на электрическую сеть воздействие, тождественное воздействию емкостной и индуктивной нагрузок. При перевозбуждении синхронной машины генерируется реактивная составляющая тока статора, значение которой растет при увеличении тока возбуждения. Перевозбужденная синхронная машина генерирует опережающий ток, подобно конденсатору.

В системах электроснабжения предприятий используются синхронные машины всех видов. Наиболее широкое применение находят синхронные двигатели (СД), которые используются в приводах производственных машин и механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.

Синхронные генераторы (СГ) обладают, как и СД, плавным и автоматическим регулированием генерируемой реактивной мощности в функции напряжения сети. В отличие от СД передача реактивной мощности от СГ может осуществляться на значительное расстояние (даже от СГ собственных электростанций предприятий). Поэтому использование генераторов в качестве источников реактивной мощности ограничивается технико-экономическими условиями режима энергосистемы.

Синхронные компенсаторы (СК) представляют собой синхронные электрические машины, работающие в режиме двигателя без нагрузки на валу. Они предназначены специально для выработки реактивной мощности. Удельная стоимость выра­батываемой мощности, руб./квар, и удельные потери, кВт/Мвар, для СК значительно больше, чем для СД, так как удельные стоимость и потери целиком приходятся на реактивную мощность; кроме того, добавляются расходы на эксплуатацию СК. При большом дефиците реактивной мощности в точке подключения потребителей, когда требуется плавное и быстродействующее средство регулирования напряжения, оказывается выгодным ввод СК. При наличии резкопеременной реактивной нагрузки зона применения СК расширяется.

К недостаткам С К относятся:

· повышенные потери активной мощности; большие масса и вибрация, из-за чего СК необходимо устанавливать на массивных фундаментах;

· необходимость применения водородного или воздушного охлаждения с водяными охладителями;

· необходимость постоянного дежурства эксплуатационного персонала на подстанциях с синхронными компенсаторами;

· невозможность (в отличие от БК) наращивания мощности в процессе роста нагрузок.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США