Источники реактивной мощности на промышленных предприятиях.

Источники реактивной мощности могут быть трех типов:

- воздушные и кабельные линии электрических сетей; (Затраты на генерацию реактивной мощности линиями равны нулю.)

- генераторы электростанций и синхронные двигатели (Генерируемая синхронным двигателем (СД) реактивная мощность зависит от коэффициента загрузки по активной мощности β, коэффициента загрузки по реактивной мощности α и относительной величины напряжения на зажимах .

Максимальная величина реактивной мощности, которую может генерировать СД:

, (4.2)

где Р _Н – номинальная активная мощность двигателя, МВт;

– соответствуют номинальным данным двигателя;

– наибольшая допустимая перегрузка СД по реактивной мощности, зависящая от типа двигателя, относительного напряжения и коэффициента загрузки по активной мощности (определяется по табл. 4.1).

При подсчете реактивных нагрузок предприятия располагаемая реактивная мощность синхронных двигателей должна определяться по выражению (4.2).

Синхронные двигатели нормальных серий изготовляются с опережающим cosφ = 0,9 независимо от реактивной мощности, которую предприятие может использовать. Поэтому в расчетных затратах должна учитываться только стоимость активных потерь электроэнергии на генерацию реактивной мощности и стоимость регулятора возбуждения, если он устанавливается.

Потери активной мощности в СД на генерацию реактивной мощности Q

,где D ₁, D ₂ – постоянные величины, зависящие от технических параметров двигателя, кВт

дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства – синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов поперечного включения, вентильные установки со специальным регулированием и др.

Генерируемая БК реактивная мощность пропорциональна квадрату напряжения на ее зажимах:

, (4.6)

где - отношение номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети;

- относительная величина напряжения сети в пункте присоединения БК.

20. Расчетные затраты на генерацию реактивной мощности синхронными двигателями и конденсаторными установками

В общем случае затраты на генерацию реактивной мощности могут быть определены по формуле

(у.е.), (4.1)

где Q – генерируемая источником реактивная мощность для проектируемой установки, МВАр;

– постоянная составляющая затрат, не зависящая от генерируемой мощности, у.е./МВАр;

– удельные затраты на 1МВАр генерируемой мощности, у.е.;

– удельные затраты на 1 генерируемой мощности, у.е./ .

Затраты в формуле (4.1) для синхронного двигателя составляют

где – стоимость регулятора возбуждения СД, у.е.;

– величина отчислений от ;

– стоимость потерь, у.е./кВт.

Величины в формулах относятся к одному двигателю.

Для практических расчетов можно принимать .

N – число однотипных двигателей.

D ₁, D ₂ – постоянные величины, зависящие от технических параметров двигателя, кВт

– реактивная мощность, генерируемая группой однотипных двигателей соответственно для проектируемого объекта и для прочих потребителей, МВАр;

Для БК величины равны:

где – стоимость вводного устройства, у.е.;

– удельная стоимость БК, у.е./МВАр;

– стоимость регулирующего устройства, у.е.

- отношение номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети;

- относительная величина напряжения сети в пункте присоединения БК.

21. Преимущества и недостатки конденсаторных батарей как источников реактивной мощности.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых БСК 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. При этом изменяется С- емкость БСК и мощность, выдаваемая в сеть.

 

Основные преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами:

- отсутствие вращающихся частей, отсутствие шума во время работы

- относительно невысокая стоимость

· возможность применения, как на низком, так и на высоком напряжении;

· малые потери активной мощности.

- простота монтажа и эксплуатации, малая масса

- возможность установки около отдельных групп ЭП

 

Недостатки конденсаторов:

· зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения может способствовать возникновению лавины напряжения;

· невозможность потребления реактивной мощности (регулирование напряжения возможно только в одну сторону);

· ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения

· чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения, чувствительность к перенапряжениям и толчкам тока.

- пожароопасность

- наличие остаточного заряда

- малый срок службы (8—10 лет) и недостаточная электрическая прочность.

 

 

22. Виды компенсации реактивной мощности в зависимости от места установки батарей конденсаторов.

Групповая компенсация - для нескольких одновременно работающих индуктивных потребителей подключается совместный постоянный конденсатор. Нерегулируемые БК мощностью не менее 30 кВАр устанавливаются, как правило, в цехах у силовых шкафов или присоединяются к магистральному шинопроводу.

Индивидуальная компенсация, при которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно в месте ее возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов (типично для отдельных, в продолжительном режиме работающих потребителей с постоянной или относительно большой мощностью — асинхронные двигатели, трансформаторы, сварочные инструменты, разрядные лампы и т. д.). Целесообразна лишь у крупных электроприемников напряжением 0,4–0,69 кВ с относительно низким коэффициентом мощности и большим числом часов работы в году.

Централизованная компенсация - установка БК напряжением до 1000 В в помещении трансформаторной подстанции или на головном участке магистрального шинопровода трансформаторной подстанции (ТП) допускается только в тех случаях, когда установка БК в цехе невозможна по условиям пожаро- и взрывоопасности цеха. Конденсаторы управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают конденсаторы, с помощью которых компенсируется мгновенная реактивная мощность общей нагрузки и, таким образом, уменьшается суммарная потребность сети.

Комбинированная компенсация – сочетание индивидуальной компенсации с групповой или централизованной.

23. Определение мощности батарей конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В

Суммарная расчетная мощность низковольтных БК определяется по минимуму приведенных затрат двумя последовательными расчетными этапами:

Этап I – выбор экономически оптимального числа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций.

Этап II – определение дополнительной мощности батарей в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети 6/10 кВ предприятия, питающей эти трансформаторы.

Суммарная расчетная мощность батарей ниже 1000 В равна суммарной реактивной нагрузке (кВАр), где и – суммарные мощности батарей, определенные на указанных этапах расчета.

Суммарная мощность батарей ниже 1000 В распределяется между всеми отдельными трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам. Минимальное число цеховых трансформаторов одинаковой мощности, необходимое для питания наибольшей расчетной активной нагрузки, определяется по формуле

, (4.8)

где – средняя суммарная расчетная активная нагрузка данной группы трансформаторов за наиболее загруженную смену;

– коэффициент загрузки трансформаторов (см. табл. 4.3);

– принятая номинальная мощность одного трансформатора;

Δ N – добавка до ближайшего большего целого числа трансформаторов.

При выборе числа и мощности комплектных трансформаторных подстанций (КТП) для питания сети ниже 1000 В цехов следует учитывать, что при повышении мощности комплектных трансформаторных подстанций 6–10/0,4 кВ выше 1000 кВ×А резко растет их стоимость. По технико-экономическим соображениям номинальная мощность трансформатора цеховой подстанции не должна превышать 1000 кВ×А. Применение трансформаторов 1600 и 2500 кВ×А возможно только по техническим требованиям и условиям, если это не приводит к значительному увеличению капиталовложений в сетевые узлы. Для вспомогательных цехов предприятия следует выполнить расчет числа и выбор типа и мощности КТП отдельно от основных цехов по их суммарной нагрузке. Питание вспомогательных цехов от отдельных крупных КТП приводит к удорожанию сети НН и к росту потерь мощности и напряжения. Для вспомогательных цехов целесообразно применять КТП небольшой мощности (до 400 кВ×А) с учетом плотности нагрузки в этих цехах.

Наибольшая реактивная мощность, которая может быть передана со стороны сети 6–10 кВ в сеть до 1000 В без увеличения заданного числа трансформаторов, может быть определена по формуле

Таким образом, для решения поставленной задачи следует сравнить величину расчетных затрат для вариантов с минимальным числом трансформаторов, с числом трансформаторов, увеличенным на 1 и 2. Во многих случаях достаточно сравнения расчетных затрат для первых двух вариантов.

24. Размещение конденсаторных батарей по узлам нагрузки в сетях напряжением до 1000 В при электроснабжении радиальными линиями.

В цехах промышленных предприятий БК рекомендуется размещать у групповых распределительных пунктов, если окружающая среда допускает такую установку, т. е. нет опасности пожара или взрыва.

При круглосуточном режиме работы предприятия, устанавливаемые у распределительных пунктов БК могут быть нерегулируемыми. Если же реактивная нагрузка цеха меняется в течение суток, то необходимо при снижении реактивной нагрузки часть БК отключать.

При определении оптимального распределения суммарной мощности БК между различными пунктами сети, следует различать два случая:

1. Суммарная мощность всех БК больше суммы реактивных нагрузок всех распределительных пунктов:

.

В этом случае к шинам «А» распределительного щита также должна быть присоединена БК. Так как удельные затраты для БК одинаковы, получим, что оптимальное решение соответствует случаю, когда протекающая по радиальным линиям реактивная нагрузка равна нулю. Т.к. наибольший эффект снижения потерь электроэнергии в сети имеет место при полной компенсации ее реактивных нагрузок. Задача сводится к выбору для каждого распределительного пункта БК, мощность которых по возможности равна реактивной нагрузке этого пункта.

2. Суммарная мощность БК меньше или равна сумме реактивных нагрузок распределительных пунктов: .

В этом случае БК к шинам «А» не присоединяется, а распределение реактивной мощности в такой сети производится по формуле

,где – искомая мощность n -й линии, передаваемая со стороны 6-10 кВ;

Q – суммарная распределяемая мощность, полученная в результате технико-экономического расчета и передаваемая со стороны 6-10кВ на сторону 0,4 кВ;

- сопротивление радиальной линии длиной и сечением , питающей узел присоединения нагрузок;

- эквивалентное сопротивление сети напряжением до 1000 В, определяемое по формуле , где - сопротивления участков радиальной сети.

Приведенные выше формулы соответствуют случаю распределения реактивной мощности по линиям при их параллельном соединении.

25. Размещение конденсаторных батарей по узлам нагрузки в сетях напряжением до 1000 В при электроснабжении шинопроводом с ответвлениями

Здесь следует различать два случая:

1. Длина ответвлений от токопровода невелика и потерями электроэнергии в этих ответвлениях можно пренебречь по сравнению с потерями в значительно более нагруженных участках токопровода.

В данном случае наибольшее снижение потерь электроэнергии в токопроводе будет иметь место при установке БК в наиболее его удаленных пунктах. БК следует размещать, начиная с наиболее удаленного РП, соблюдая при этом требования, чтобы реактивные нагрузки участков токопровода были наименьшими.

2. Длина ответвлений от токопровода значительна и сопротивления этих ответвлений должны учитываться.

В данном случае сеть должна быть последовательно эквивалентирована согласно формуле , начиная с конца токопровода. Так как каждый раз последовательно складываются только два сопротивления, удобнее пользоваться формулой сложения двух параллельно соединенных сопротивлений:

Когда эквивалентирование всей сети будет закончено, распределение реактивных нагрузок по участкам токопровода и ответвлениям рассчитывается по выражению , что позволяет определить оптимальную мощность БК, присоединяемых к шинам РП.