Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения. Баланс активных и реактивных мощностей.

Литература

а) Использованная при подготовке текста группового занятия

1. В.И. Королев «Расчет мощностей электропривода БКСМ методом тяговых усилий» [Текст]: учебно- методическое пособие М-во образования и науки РФ, СПбГТУРП. – СПб: СПбГТУРП 2010;

2. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

3. Ушаков В. Я. «Современные проблемы электроэнергетики» Томск: Томский политехнический университет 2014;

 б) Рекомендуемая обучающимся для самостоятельной работы по теме группового занятия

1. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

 

 

                                                         Санкт-Петербург 2020 г.

                                                Текст лекции:

 

Повышение коэффициента мощности электроустановок. Расчёт мощности потребляемой нагрузкой и компенсирующих устройств.

Повышение коэффициента мощности электроустановок.

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями, расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

Рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин.

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Защитное отключение.

Систему защиты, обеспечивающую автоматическое отключе­ние всех фаз или полюсов аварийного участка сети за полное вре­мя отключения не более 0,2 с, называют защитным отключением.

Независимо от состояния нейтрали питающей системы любое однофазное замыкание на корпус приводит к появлению напря­жения относительно земли на корпусах электрооборудования. Это обстоятельство используют при построении универсальной защи­ты, которая обеспечивает отключение автоматами поврежденно­го электрооборудования при появлении некоторой заданной раз­ности потенциалов между корпусом и землей. Такая система иден­тична заземлению и основана на автоматическом отключении элек­троприемника, если на его металлических частях, нормально не находящихся под напряжением, последнее появляется. Защитное отключение применяют для си­стем с изолированной и глухо-заземленной нейтралью.

Рассмотрим действие защит­ного отключения при возникно­вении напряжения на корпусе одиночного электроприемника в результате повреждения его изо­ляции. Здесь возможны два слу­чая: электроприемник не зазем­лен и электроприемник имеет заземление.

                                             

Первому случаю соответству­ет разомкнутое положение кон­такта 9 (рис. 2). На некото­ром расстоянии от защищаемо­го электроприемника забивают в землю заземлитель 7 (в том слу­чае, если нет естественных заземлителей, которые не должны иметь электрической связи с корпусом /электроприемника). Защитный отключатель позволяет произвести разрыв цепи электроснабже­ния контактами сетевого контактора при подаче напряжения на катушку 6.

При обесточенном состоянии катушки 6 ее сердечник 5 удер­живает защелку 4, не позволяя пружине 2 разомкнуть контакты 3 (на схеме контакты показаны разомкнутыми, хотя сердечник удер­живает защелку). Один конец обмотки катушки присоединен к корпусу 1 электроприемника, второй — к выносному заземлителю 7. В случае повреждения изоляции между корпусом электро­приемника и выносным заземлителем 7 появится фазное напря­жение. Отключающая катушка покажется под напряжением, и по ее обмотке потечет ток. Сердечник 5 втянется и освободит удер­живающую защелку 4. Пружина 2 разомкнет контакты 3 сетевого контактора, и цепь питания электроустановки разорвется. Напря­жение прикосновения на корпусе электроприемника исчезнет, со­прикосновение с ним станет безопасным.              

                                                                                                    

Второму случаю, когда корпус электроприемника заземлен, соответствует замкнутое положение контакта 9. При возникнове­нии повреждения изоляции на корпусе электроприемника появится напряжение, значение которого будет определять падение напря­жения в заземлителе, равное току замыкания на землю, умно­женному на сопротивление заземления заземлителя. Принципиальной разницы в действии защиты в первом и втором случаях нет.

Основой защиты с помощью защитного отключения является быстрое отключение поврежденного электроприемника.

380 В

Рис. 3. Схема защитного отклю­чения при изолированной нейтрали

Согласно ПУЭ, защитное отключение рекомендуется при­менять в следующих установках:

электроустановки с изолиро­ванной нейтралью, к которым предъявляются повышенные требования в отношении безо­пасности (в дополнение к уст­ройству заземлений). Схема та­кого защитного отключения по­казана на рис.3. При появ­лении в катушке реле КА тока замыкания на землю его размы­кающий контакт в цепи катуш­ки контактора КМ размыкается и контактор своими главными контактами отключает электро­двигатель М от сети;

электроустановки с глухозаземленной нейтралью напряже­нием до 1000 В, корпуса которых не имеют присоединения к за­земленному нейтральному проводу, поскольку выполнение тако­го присоединения затруднено;

передвижные установки, если заземление их не может быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.

Защитное отключение отличается универсальностью и быст­родействием, поэтому его использование в сетях как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью весьма перспек­тивно. Особенно целесообразно использовать его в сетях напряже­нием 380/220 В.

Недостатком защитного отключения является возможность от­каза отключения в случае пригорания контактов коммутационно­го устройства или обрыва проводов.

                                                                                             

Литература

а) Использованная при подготовке текста группового занятия

1. В.И. Королев «Расчет мощностей электропривода БКСМ методом тяговых усилий» [Текст]: учебно- методическое пособие М-во образования и науки РФ, СПбГТУРП. – СПб: СПбГТУРП 2010;

2. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

3. Ушаков В. Я. «Современные проблемы электроэнергетики» Томск: Томский политехнический университет 2014;

 б) Рекомендуемая обучающимся для самостоятельной работы по теме группового занятия

1. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

 

 

                                                         Санкт-Петербург 2020 г.

                                                Текст лекции:

 

Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения. Баланс активных и реактивных мощностей.

Реактивная мощность относится к техническим потерям в электросетях согласно Приказу Минпромэнерго РФ № 267 от 04.10.2005.

При нормальных рабочих условиях все потребители электрической энергии, режим которых сопровождается постоянным возникновением электромагнитных полей (электродвигатели, оборудование сварки, люминесцентные лампы и многое др.) нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая мощности (далее реактивная мощность) необходима для работы оборудования содержащего значительные индуктивности и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка на сеть.

В реальных условиях электроснабжения звенья электропередачи и нагрузка потребителя всегда содержат наряду с активным сопротивлением составляющие индуктивного и емкостного сопротивлений. Устройства, потребляющие индуктивный ток, принято называть приемниками реактивной мощности (энергии), а устройства, потребляющие емкостный ток, – источниками реактивной мощности (энергии). Большая часть промышленных устройств потребляет реактивную мощность.

Состав потребителей реактивной мощности показывает, что основную часть реактивной мощности потребляют четыре вида устройств: асинхронные двигатели – 40 % (совместно с бытовыми, сельскохозяйственными электродвигателями и асинхронными электроприводами собственных нужд электростанций), электропечные установки – 8 %; вентильные преобразователи – 10 %, трансформаторы всех ступеней трансформации (потери в них) – 35 %, линии электропередачи (потери в них) – 7 %. Так как превалирует индуктивная нагрузка, то одновременно с активной мощностью по сети должна передаваться и реактивная мощность индуктивного характера.

При значительном потреблении реактивной мощности напряжение в сети понижается. В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостаточная для выполнения баланса активная мощность передается в такие системы из соседних энергосистем, в которых имеется избыток генерируемой мощности. Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности, которые можно установить на подстанциях электрической сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором, позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления предприятия, выработке методики и поиску средств для компенсации реактивной мощности.