При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

QС = 3U2Ф wС.

Q_С = 3U² wС = 9U²_Ф wС.

Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на напряжение 6 кВ и выше соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. Выпускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на напряжения 0,38; 6; 10 кВ, снабженные пускорегулирующим устройством, необходимым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями).

На практике изменение мощности, вырабатываемой батареей в нормальных эксплуатационных условиях, достигается включением или отключением части конденсаторов, составляющих батарею, т. е. путем ступенчатого регулирования. Одноступенчатое регулирование заключается в отключении или включении всех конденсаторов батареи, многоступенчатое – в отключении или включении отдельных секций батареи, снабженных контакторами или выключателями.

Рис. 4.11. Включение батарей конденсаторов:

а – под отдельный выключатель; б – под выключатель нагрузки потребителя (ВН)

При отключении конденсаторов необходима их автоматическая разрядка на активное сопротивление, присоединенное к батарее. Величина его должна быть такой, чтобы при отключении не возникло перенапряжений на зажимах конденсаторов. В качестве разрядного сопротивления для конденсаторных установок напряжением 6 – 10 кВ используется активное сопротивление трансформаторов напряжения (ТV). Для БК до 1 кВ применяют специальные разрядные сопротивления (R_P.C на рис. 4.10). Защита конденсаторов осуществляется плавкими предохранителями, включаемыми по одному в цепь каждого конденсатора. Кроме того, батарея в целом защищается с помощью предохранителей или выключателей в цепи батареи (рис. 4.11).

Продольная компенсация для уменьшения реактивного сопротивления линии иллюстрируется рис. 4.12.

В нормальном режиме через УПК течет ток I_НОРМ. При этом напряжение на УПК равно

U_К.НОРМ = I_НОРМ x_K » (5¸20 %) U_НОМ.C

где U_НОМ.C – номинальное напряжение сети.

При коротком замыкании через батарею конденсаторов течет большой ток короткого замыкания и U_К сильно возрастает. Необходима защита УПК от перенапряжений. Кроме того, УПК должна быть изолирована от земли на полное номинальное напряжение линии. Батареи конденсаторов в УПК, например воздушной линии 6 кВ, монтируются на опоре линии.

В сетях систем электроснабжения промышленных предприятий возможны следующие виды компенсации с помощью БК: а) индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника; б) групповая – с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах; в) централизованная – с подключением батареи на шины 0,38 и 6 – 10 кВ подстанции. Во избежание существенного возрастания затрат на отключающую аппаратуру мощность батарей конденсаторов должна быть не менее 400 квар при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель к силовым трансформаторам, асинхронным двигателям и другим электроприемникам.

Основные преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем:

а) возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении;

б) малые потери активной мощности (0,0025 – 0,005 кВт/квар);

в) удельная стоимость (за 1 квар) БК совместно с пускорегулирующей аппаратурой наименьшая по сравнению со стоимостью других компенсирующих устройств;

г) простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей);

д) простота производства монтажа (малая масса, отсутствие фундамента);

е) возможность использования для установки конденсаторов любого сухого помещения.

Недостатки конденсаторов:

а) зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения;

б) невозможность потребления реактивной мощности;

в) ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения;

г) чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

д) малый срок службы (8 – 10 лет);

е) недостаточная электрическая прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номинального).

Синхронные компенсаторы (СК). Синхронный компенсатор – это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность Р»0 (если пренебречь потерями холостого хода), и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обычным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.

Схема замещения СК и отвечающая ей векторная диаграмма показаны на рис. 4.13, где E_q – обратная ЭДС компенсатора, U_C – напряжение сети в точке его подключения. Напряжение U_C равно сумме E_q, и падения напряжения в x_d. Векторная диаграмма в режиме перевозбуждения (рис. 4.13, б) совпадает с векторной диаграммой синхронного двигателя при перевозбуждении на рис. 4.13, б с той разницей, что ток СК I_CK – емкостный и его обратная ЭДС E_q совпадает по направлению с U_C. Модуль тока равен

Рис. 4.13. Схемы замещения и векторная диаграмма напряжений синхронного компенсатора:

а – схема замещения; б, в – режимы перевозбуждения и недовозбуждения

а поскольку P_C.K=0, его реактивная мощность

(4.14)

Из выражения (4.14) видно, что значение и знак реактивной мощности СК зависят от соотношения между E_q и напряжением сети U_C ; ЭДС E_q определяется значением тока возбуждения, причем росту тока возбуждения соответствует увеличение E_q . При токе возбуждения, при котором E_q = U_C , реактивная мощность СКU_C.K=0. При перевозбуждении E_q,>U_C СК генерирует в сеть реактивную мощность, причем I_C.K опережает напряжение U_C.K на 90° (рис. 4.13, б).

Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения, тогда E_q,<U_C и I_C.K отстает на 90° от напряжения U_C (рис. 4.13, в). В этом режиме в соответствии с (4.14) СК потребляет реактивную мощность, получая ее из сети. Номинальная мощность синхронного компенсатора Q_C.K.НОМ указывается для режима перевозбуждения. По конструктивным особенностям в режиме недовозбуждения Q_C.K.=0,5Q_C.K.НОМ.

Положительными свойствами СК как источников реактивной мощности являются:

а) возможность увеличения генерируемой мощности при понижении напряжения в сети вследствие регулирования тока возбуждения;

б) возможность плавного и автоматического регулирования генерируемой реактивной мощности.

Шунтирующие реакторы можно применять для регулирования реактивной мощности и напряжения. Реактор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. Активное сопротивление реактора очень мало. Шунтирующие реакторы рассчитаны на напряжения 35 – 750 кВ и могут как присоединяться к линии (рис. 4.14), так и включаться на шины подстанции. Реактор потребляет реактивную мощность, которая в зоне линейности его электромагнитной характеристики зависит от квадрата напряжения U:

Q_P = b_P U² ,

(4.15)

где b_P – индуктивная проводимость реактора.

Рис. 4.14. Схема замещения реакторавключённого в линию

Рис. 4.15. Принципиальная схема ИРМ с последовательным соединением управляемого реактора x_L и нерегулируемой БК x_С:

УУ – устройство управления

Рис. 4.16. Принципиальная схема ИРМ с параллельным соединением управляемого реактора x_L и нерегулируемой БКx_С

Используются нерегулируемые и регулируемые шунтирующие реакторы. С точки зрения регулирования нерегулируемый реактор характеризуется лишь двумя дискретными состояниями: «включено» – при этом потребляется номинальная реактивная мощность Q_P.НОМ или близкая к ней, «отключено» – при этом Q_P=0. При допустимых отклонениях напряжения на шинах высшего напряжения подстанций, к которым подключаются шунтирующие реакторы, потребляемая реактивная мощность Q_P изменяется в пределах (0,8¸1,1) Q_P.НОМ.

Регулируемые или управляемые реакторы изменяют потребляемую реактивную мощность по сигналам управления, что более эффективно для регулирования напряжения и реактивной мощности. Управление реактором осуществляется в результате целенаправленного изменения его параметров с помощьюподмагничивания. Такое подмагничивание возможно для управления только реактором, имеющим магнитопровод из ферромагнитного материала.

Возможно несколько видов подмагничивания. Диапазон регулирования Q_P регулируемого реактора определяется его конструкцией и зависит от напряжения.

Кроме шунтирующих реакторов в электроэнергетических системах применяются заземляющие реакторы для компенсации емкостных токов на землю итокоограничивающие реакторы для ограничения тока КЗ.

Статические источники реактивной мощности (ИРМ) предназначены для плавной (регулируемой) генерации или потребления реактивной мощности, что достигается в ИРМ использованием нерегулируемой батареи конденсаторов и включенного последовательно или параллельно с ней регулируемого реактора (рис. 4.15, 4.16). Плавность регулирования реактивной мощности ИРМ достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входящего в устройство управления. Схемы ИРМ весьма разнообразны и позволяют вырабатывать или потреблять реактивную мощность в зависимости от режима и вида схемы.

Наибольший интерес с точки зрения регулирования напряжения и реактивной мощности представляют статические ИРМ с параллельным соединением БК и управляемых реакторов. Схема такой установки приведена на рис. 4.16. Управление мощностью реакторов осуществляется либо с помощью встречно-параллельно соединенных управляемых тиристорных преобразователей, либо путем изменения подмагничивания реактора.

Стоимость статических ИРМ имеет тенденцию к снижению с увеличением мощности устройства. Есть основания считать, что совершенствованиетиристоров, составляющих значительную часть стоимости ИРМ, в ближайшее время приведет к улучшению их технико-экономических показателей. При этом применение статических ИРМ может оказаться более целесообразным, чем установка синхронных компенсаторов.

4.11 РАССТАНОВКА КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Степень оснащения компенсирующими устройствами g характеризуется отношением их суммарной мощности в мегаварах к максимальной активной нагрузке энергосистемы Р_НБ, МВт:

В большинстве отечественных энергосистем показатель не превышает 0,25 – 0,3 с учетом КУ, установленных в сетях промышленных предприятий, что явно недостаточно. Для преодоления отставания в оснащенности КУ величина g в ближайшем будущем должна быть доведена до 0,45 Мвар/МВт.

Задача расстановки КУ состоит в определении мощности КУ, устанавливаемых на каждой из подстанций системы.

До недавнего времени мощность компенсирующих устройств на промышленных предприятиях выбиралась по нормативному средневзвешенному коэффициенту мощности. Он должен быть не ниже 0,92 – 0,95 и определяется так:

где W¢ – показания счетчика активной энергии за отчетный период (год, месяц, сутки); W² – показания счетчика реактивной энергии за отчетный период.

Сейчас в качестве критерия степени компенсации реактивной мощности принята разрешаемая энергосистемой к использованию реактивная мощность в часы максимума нагрузки энергосистемы. Энергосистема определяет значения реактивной мощности Q_C , передаваемой по сети системы, для режимов максимума и минимума активных нагрузок системы и для послеаварийных режимов.

Необходимая мощность компенсирующих устройств для i-й подстанции Q_Кi определяется следующим образом:

Q_Кi = Q_i – Q_Ci ,

(4.16)

где Q_i – реактивная мощность нагрузки в режиме максимума; Q_Ci – мощность, предоставляемая из сети энергосистемы в этом же режиме. Эта мощность определяется в результате расчета и оптимизации режима работы энергосистемы.

Рассмотрим выбор и расстановку компенсирующих устройств с помощью упрощенного способа из условия равенства коэффициентов мощности на отдельных подстанциях. Именно такой упрощенный способ применяется в большинстве учебных курсовых проектов по электрическим сетям.

До установки КУ реактивная нагрузка подстанции i составляет Q_i =P_i tgj_i.

Суммарная мощность реактивных нагрузок всех n подстанций системы

Определим сбалансированную с помощью КУ суммарную реактивную мощность нагрузок:

где Q_K – суммарная мощность компенсирующих устройств,

т.е.

Суммарная активная мощность нагрузок всех подстанций в системе после установки КУ практически не изменится:

Тогда

(4.17)

где j_БАЛ – угол треугольника суммарных мощностей всех подстанций после установки КУ.

Компенсирующие устройства расставляются так, чтобы на каждой подстанции угол j_i был равен j_БАЛ. Поэтому после установки КУ

Q_{i БАЛ} =P_i tgj _БАЛ .

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности