Етапи та способи забезпечення якості електроенергії

Потрібна якість електроенергії у споживачів забезпечується комплексом заходів: організаційних, нормативно-методичних та технічних.

Забезпечення допустимих відхилень напруги основної частоти прямої послідовності залежить як від характеристики живлячої мережі, так і від ступеню впливу специфічних електроприймачів (зварювальні трансформатори, вентильні перетворювальні установки та ін.) на звичайні ЕП (рис. 10.6).

Сучасні синхронні генератори (СГ) виготовляють з низьким значенням коефіцієнту реактивної потужності , тобто на електростанціях номінальну напругу можна підтримувати тільки коли на 1 кВт потужності припадає не більше квар реактивної потужності. У більшості ЕП , тобто необхідно генерувати додаткову реактивну потужність (компенсувати реактивну потужність).

Поздовжній магнітний потік СГ (рис. 10.7) спрямований назустріч основному потоку ( обумовлений струмом навантаження). Це знижує основний потік до значення і отже, ЕРС генератора. Для забезпечення потрібного рівня напруги на затискачах генератора потрібно встановлювати компенсуючі пристрої (КП).

 

 

Рисунок 10.6. Вплив специфічних Рисунок 10.7. Спрощенні векторні

електроприймачів (ЕПс) на якість діаграми, що ілюструють вплив за-

електроенергії, що поступає до вантаження синхронного генерато-

звичайних електроприймачів (ЕП) ра по реактивній потужності на ЕРС

 

Забезпечення необхідних рівнів та відхилень напруги у споживачів за нормальних напруг джерел можливе за допомогою КП. При передачі потужності в мережі виникають втрати напруги . Для підтримки необхідного рівня напруги споживачів здійснюють регулювання напруги в електричних мережах та системах. З цією метою також використовують компенсацію реактивної потужності. Забезпечення нормативної якості напруги прямої послідовності основної частоти досягають: компенсацією реактивної потужності, регулюванням напруги, спеціальними засобами регулювання (симетрування напруг, зменшення вищих гармонік).

 

Техніко-економічна ефективність компенсації реактивної

Потужності

Розглянемо основні техніко-економічні переваги компенсації реактивної потужності.

З м е н ш е н н я п о в н и х с т р у м і в при компенсації визначається так:

. (10.25)

Зниження струму в результаті компенсації особливо відчутне при невисоких .

Завдяки цьому вдається зменшити кількість трансформаторів, приблизно на 5...10% знизити капіталовкладення в системи електропостачання.

З н и ж е н н я н а в а н т а ж н и х в т р а т а к т и в н о ї п о т у ж н о- с т і при компенсації реактивної можна визначити за формулою

. (10.26)

Залежність на рис. 10.8 припускає, що . З неї видно, що «перекомпенсація» шкідлива, оскільки збільшуються втрати порівняно з їх можливим мінімумом при коефіцієнті компенсації реактивної потужності . У споживачів на шинах 6, 10 кВ в режимі максимальних навантажень спостерігається в середньому . Це означає, що близько 25% навантажних втрат ідуть на передачу реактивної потужності. На рис. 10.9 наведений графік реактивної потужності у часі при її компенсації регульованою потужністю компенсуючих пристроїв КП.

 

Рисунок 10.8. Зміна втрат активної Рисунок 10.9. Річний графік

потужності в ЛЕП при встановленні реактивного навантаження при

компенсуючого пристрою його компенсації

Втрати при цьому реактивної енергії за рік, тобто за 8760 год, можна представити так:

 

, (10.27)

 

де Q(t), Q _к (t) – реактивна потужність, що змінюється у часі відповідно до прийнятої моделі її річного графіка і регульована потужність КП при її номінальному значенні Q _к.

За виразом (10.27) легко розрахувати річні втрати електроенергії без КП та при наявності їх, а також визначити зменшення цих втрат

 

. (10.28)

 

Останню формулу можна спростити, вважаючи, що КП працюють цілий рік з номінальною потужністю, тобто не регулюються. В цьому випадку

 

, (10.29)

де Q _ср.р – середньорічне реактивне навантаження.

Зниження втрат при компенсації реактивної потужності має дві складові: по-перше, зменшення втрат активної потужності Δ Р _р в режимі максимальних навантажень енергосистеми; по-друге, зменшення втрат електроенергії.

Перша складова вказує на можливість знизити необхідну потужність електростанцій для покриття активних навантажень енергосистеми та відсунути термін їх будівництва або введення до експлуатації. Друга складова визначає економію палива на електростанціях. Якщо оцінити вартість першої складової як α, а другої – β, то вартість зниження втрат

 

(10.30)

Цю формулу можна спростити, використовуючи еквівалентну розрахункову вартість с ₀. Тоді

(10.31)

Зниження навантажних втрат реактивної потужності

аналогічно виразу (10.26) знаходимо за формулою:

. (10.32)

В лініях живлячої мережі зазвичай , тому втрати реактивної потужності тут у декілька разів перевищують втрати активної потужності. В середньому . Значення складає 9...10% сумарних навантажень енергосистеми, а – близько 50%.

Застосовуючи компенсацію реактивної потужності, можна суттєво зменшити необхідну за умовами балансу потужність КП внаслідок значного зменшення втрат реактивної потужності. Зниження втрат Δ Р _к і Δ Q _к тим більше, чим ближче до споживачів установлюють КП.

Зниження втрат напруги в повітряних лініях та трансформаторах з урахуванням компенсації реактивної потужності визначається формулою

 

. (10.33)

 

Установка КП, знижуючи втрату напруги в лінії чи трансформаторі, підвищує напругу на приймальному кінці.

Таким чином, компенсація реактивної потужності підвищує технічний та економічний рівні спорудження та експлуатації електричних мереж та систем. Споживачі отримують не більше 30% потрібної реактивної потужності від електростанцій, решту – від КП та інших джерел (зарядна потужність ліній та ін.).