Потребители и компенсация реактивной энергии

 

Потребителями реактивной энергии, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, реакторы, линии электропередачи), так и электроприемники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии (асинхронные двигатели, сварочные трансформаторы, катушки контакторов, индукционные печи и т.д.).

Трансформаторы потребляют до 25% всей реактивной энергии энергосистемы. Реактивная мощность трансформатора состоит из двух частей: реактивной мощности холостого хода, не зависящей от нагрузки, и реактивной мощности, зависящей от тока нагрузки.

Пример. Трансформатор ТМ-6300: кВ∙А, = 35/6 кВ, , ток холостого хода .

Реактивная мощность трансформатора при холостом ходе,

квар.

Реактивная мощность, зависящая от нагрузки, составляющая для номинальной нагрузки

квар.

Полная реактивная мощность для номинальной нагрузки

квар.

Полная реактивная мощность этого же трансформатора для нагрузки

квар.

Вывод. При уменьшении нагрузки трансформатора от номинальной до холостого хода реактивная мощность уменьшается от 100% примерно до 30÷50%.

У сварочных трансформаторов ток холостого хода составляет примерно 6% , а коэффициент мощности .

Асинхронные двигатели потребляют до 65% всей реактивной энергии энергосистемы. Реактивная мощность асинхронного двигателя состоит из двух частей: реактивной мощности холостого хода (), не зависящей от нагрузки, и реактивной мощности, зависящей от нагрузки.

Пример. Экскаватор ЭКГ-5, сетевой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором АЭ-113-4: кВт, кВ, А, %, , .

Номинальная реактивная мощность

квар.

Реактивную мощность холостого хода вычисляют по результатам измерений активной мощности и тока холостого хода

.

Реактивная мощность двигателя при холостом ходе

квар.

Приращение реактивной мощности при нагрузке двигателя от холостого хода до номинальной равно

квар.

Для любой нагрузки двигателя в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки, реактивная мощность,

.

При квар.

Индуктивность на 1 км длины трехфазной линии, Гн/км

,

где – среднегеометрическое расстояние между проводами, м; А, В, С – расстояние между проводами, м; – радиус провода, м.

Индуктивное сопротивление 1 км трехфазной ВЛ

.

Пример. Провод А 120: мм м, км, м,

м

.

При м м, .

Реактивная мощность, потребляемая линией,

квар/км.

Принимая Ом/км, получим квар/км.

При передаче электроэнергии от места ее выработки (генераторов) к месту потребления передается активная энергия (полезно используемая на месте потребления), и одновременно реактивная энергия, необходимая для действия электроприемника.

Полная передаваемая мощность

Полный ток в звене электропередачи

 

Потери активной мощности в этом звене, кВт

,

где – потери активной мощности от передачи активной мощности, кВт;

– потери активной мощности от передачи реактивной мощности, кВт.

Общие потери активной мощности в зависимости от коэффициента мощности

.

Мощность компенсирующих устройств, , квар

,

где – средняя активная нагрузка, кВт; – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации ( соответствует 0,95).

Реактивная мощность, потребляемая конденсатором из сети, квар

.

Пример. Конденсатор КМ 63-25-1 емкостью 2 мкФ и номинальным напряжением 6,3 кВ, частота сети 50 Гц, т.е. , потребляет реактивную мощность при подключении:

к сети кВ квар.

к сети В квар.

При включении конденсаторов на линейное напряжение в треугольник общая мощность такой батареи, квар

,

где – емкость конденсаторов, включенных между каждой парой фаз, Ф.

Пример. Определить необходимую мощность компенсирующего устройства на ГПП, подключенного к шинам 6 кВ, если расчетная активная мощность 1600 кВт, расчетная реактивная мощность квар.

Полная мощность ГПП кВА

Коэффициент активной мощности .

Коэффициент реактивной мощности .

Коэффициент, требуемый энергосистемой и .

Необходимая мощность компенсирующего устройства

квар.

Принимаем к установке комплектную конденсаторную установку УК 6,3-900-УЗ напряжением 6,3 кВ с номинальной реактивной мощностью квар. Размеры установки 3,5х0,88х1,8 м (длина, ширина, высота), масса 1160 кг.

 

 

4.9. Контрольные вопросы к главе 4

 

1. Одиночная система шин с одним и двумя трансформаторами с секционированием разъединителем и выключателем.

2. Схемы внешнего электроснабжения с плавкими предохранителями, короткозамыкателями и отделителями, с выключателями.

3. Выбор мощности трансформатора для ламп накаливания, для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Коэффициент спроса.

4. Продольная, поперечная и комбинированная схемы распределительных сетей на карьерах.

5. Расчет электрических нагрузок на ГПП. Полная расчетная мощность ГПП.

6. Суточный график активной и реактивной нагрузки ГПП.

7. Плата за электроэнергию.

8. Потребители и компенсация реактивной энергии.

9. Расчет ВЛ-35 от районной подстанции до ГПП.

10. Выбор экскаваторных кабелей. Расшифруйте КГЭ 3х70+1х35+1х10.

 

Глава 5. Схемы внешнего и внутреннего

электроснабжения

 

5.1. Схемы внешнего электроснабжения ГПП

 

От районной понизительной подстанции (РПП) электроэнергия напряжением 35 или 110 кВ подаётся к ГПП предприятия по двум воздушным линиям ВЛ 35 или 110 кВ или по одной двухцепной ВЛ на металлических или железобетонных опорах. На открытом распределительном устройстве (ОРУ) ГПП устанавливают блочные комплекты «разъединитель - выключатель - разъединитель», два трансформатора ТМ-6300 35/6, два трансформатора собственных нужд ТМ-160 6/0,4 кВ, вентильные разрядники и ограничители перенапряжений для защиты от грозовых перенапряжений (рис. 5.2).

В закрытом распределительном устройстве (ЗРУ) установлены металлические шкафы типа КРУ с разъединителями, вакуумными выключателями, приборами, от которых отходят фидера на горные участки.

Рассмотрим возможные схемы оборудования ГПП:

1. С плавкими предохранителями (рис. 5.1, а);

2. С короткозамыкателями и отделителями (рис. 5.1, б);

3. С выключателями и разъединителями (рис. 5.2).

Плавкие предохранители типа ПСН-35 выпускают с предельным током плавкой вставки на 100 А и ПСН-110 на 50 А, поэтому предохранитель ПСН-35 может защитить трансформатор мощностью не более 4000 кВ∙А, а ПСН-110 не более 6300 кВ∙А.

 

 

Рис. 5.1. Принципиальные электрические схемы ГПП:

а – с плавкими предохранителями; б – с короткозамыкателями и отделителями

 

Схема с короткозамыкателями и отделителями работает следующим образом. При коротком замыкании в трансформаторе ТР1, на шинах 6-10 кВ реле защиты включает короткозамыкатель КЗ1, который замыкает одну фазу сети 35 кВ на землю. На РПП выключатель ВМ 35 отключит линию Л1. В это время отделитель ОД1 отключает ТР1 и повреждение. Через 5 секунд релейная защита включит выключатель ВМ-35 и напряжение на линии Л1 восстановится. Такое включение называется «автоматическое повторное включение» или сокращенно АПВ. Из-за случаев ненадежной работы схемы с короткозамыкателями и отделителями при гололеде и отложениях изморози такие схемы не рекомендуются в новых проектах, а существующие подстанции с ОД и КЗ подлежат реконструкции с установкой более надежных аппаратов.

Опыт эксплуатации показал, что в 60% случаев короткое замыкание было случайным и самоустранилось. Если после АПВ короткое замыкание не устранилось, то больше не производится повторное включение АПВ, и ремонтная бригада выезжает для устранения короткого замыкания (падение опоры с проводами, схлестывание проводов и т.п.).

В схеме с выключателями при коротком замыкании срабатывает выключатель на ГПП и линия 35 кВ не отключается выключателем на РПП. ГПП надо располагать как можно ближе к электроприемникам. Это уменьшает потери электроэнергии в проводах, уменьшает потери напряжения в линии и облегчает запуск сетевых электродвигателей экскаваторов, особенно шагающих экскаваторов драглайнов с объемом ковшей 10 м³ и более. Максимальное приближение подстанции 35/6 к электроприемникам называется «глубоким вводом».

Рис. 5.2. Схема ГПП с выключателями и разъединителями

 

В табл. 5.1. представлена смета затрат на электрооборудование для ГПП.

Таблица 5.1

Смета затрат на электрооборудование для ГПП

Наименование оборудования	Кол-во	Цена ед., руб.	Сумма, руб.
Трансформатор ТМ –6300 35/6 Разъединитель РЛНД –35 Выключатель ВМ –35 Разрядник вентильный РВП Трансформатор ТМ –100 6/0,4 Ячейки Итого:

 

Системы сборных шин

Электроэнергия после понижающего трансформатора 35/6 (110/6) поступает на сборные шины и от них распределяется к отдельным отходящим линиям.

Сборные шины являются узловым пунктом, к которому присоединяются подводящие и отводящие линии электроэнергии. Различают одиночную и двойную систему шин.

Одиночная система шин с одним источником питания является простейшей (рис. 5.3).

На подстанциях, где установлено два трансформатора шины секционируют, т.е. делят на две части. Секции соединяют между собой разъединителем или выключателем, которые называют секционными. В нормальном режиме секционный разъединитель разомкнут (рис. 5.4, 5.5).

 

Рис. 5.3. Одиночная система шин с одним источником питания: 1 – трансформатор 35/6; 2 – выключатель; 3 – разъединитель; 4 – сборные шины; 5 – отходящие линии

Рис. 5.4. Одиночная система шин с секционным разъединителем

Если 1-я секция обесточивается из-за трансформатора Т1, то включается разъединитель РС и обе секции работают под напряжением. Допускается работа с включенным секционным разъединителем, но в этом случае при аварии обесточиваются все потребители и необходимо время для разъединения секций.

Рекомендуется, чтобы секционный выключатель был разомкнут, и использовался для автоматического включения резерва (АВР).

 

 

Рис. 5.5. Одиночная система шин

С секционным выключателем

Двойная система шин используется только на мощных подстанциях с большим количеством присоединений, с наличием транзитных линий. При нормальной работе электроустановки одна система шин является рабочей, а другая – резервной. Обе системы шин соединяются выключателем, который называется шиносоединительным, и позволяет осуществлять переход с одной системы шин на другую (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Двойная система шин:

1 – рабочая система шин; 2 – резервная система шин;

3 – шиносоединительный выключатель

 

 

Рис. 5.7. План горных работ со схемой электроснабжения

 

 

 

Рис. 5.8. Электрическая схема подстанции 35/6 кВ

 

План сети