Компенсация реактиваной мощности
ВСТУП 3
1. Загальні відомості 4
2. Послідовна компенсація потужності 15
3. Особливості послідовної
4. Спрощений метод визначення опору установок 21
ВИСНОВОК 24
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА 27
Компенсація реактивної потужності - цілеспрямований вплив на баланс реактивної потужності у вузлі електроенергетичної системи з метою регулювання напруги, а в розподільних мережах ще й з метою зниження втрат електроенергії. Здійснюється з використанням компенсувальних пристроїв. Для підтримки необхідних рівнів напруги у вузлах електричної мережі споживання реактивної потужності необхідно забезпечувати генерування необхідної потужності з урахуванням необхідного резерву. Реактивна потужність, що генерується, складається з реактивної потужності, що виробляється генераторами електростанцій і реактивної потужності компенсувальних пристроїв, розміщених в електричній мережі та в електроустановках споживачів електричної енергії. Компенсація реактивної потужності особливо актуальна для промислових підприємств, основними електроприймачами яких є асинхронні двигуни, в результаті коефіцієнт потужності без вживання заходів щодо компенсації становить 0,7 - 0,75. Заходи для компенсації реактивної потужності на підприємстві дозволяють:
- зменшити навантаження на трансформатори, збільшити термін їх служби;
- зменшити навантаження на проводи, кабелі, використовувати їх меншого перерізу;
- поліпшити якість електроенергії електроприймачів (за рахунок зменшення спотворення форми напруги);
- зменшити навантаження на комутаційну апаратуру за рахунок зниження струмів у ланцюгах;
- уникнути штрафів за зниження якості електроенергії зниженим коефіцієнтом потужності;
- знизити витрати на електроенергію.
1. Загальні відомості
Завантаження системи
Передача значної кількості реактивної потужності лініями електропередач і через трансформатори не вигідна відповідно до наступних причин:
1. Виникають додаткові втрати активної потужності в мережах системи електропостачання, які обумовлені завантаженням їх реактивною потужністю.
При передачі споживачам активної та
реактивної потужності в мережах
системи електропостачання з’
Тут перший доданок- втрати активної потужності за рахунок передачі електричним ланцюгом активної потужності, другий – втрати активної потужності за рахунок передачі цієюж лінією реактивної.
Таким чином, додаткові активні втрати, що пов’язані з нескомпенсованою реактивною потужністю пропорційні її квадрату:
Крім того, втрати також пропорційні активному опору провідників.
Компенсація реактивної потужності особливо актуальна, коли навантаження підключено тоненьким довгим кабелем із алюмінієвим виводом. Якщо врахувати, що навантаження підключається не одним провідником, а який складається з відрізків, в ланцюзі присутні комутаційні й захисні апарати, то значення зростає за рахунок зростання активного опору.
При передачі електроенергії від джерела живлення до споживача велике значення має коефіцієнт потужності, який дорівнює:
Звідки випливає:
Втрати потужності:
При незмінних параметрах потужності , що передається, напруги і опору мережі величина втрат в мережі обернено пропорційна квадрату коефіцієнту потужності:
Використовуючи цю залежність, у таблиці 1 представлений розрахунок корисної активної потужності при різних значеннях і умови, що при передачі цієї кількості потужності втрати активної потужності в мережі при дорівнюють .
Таблиця 1
Потужність |
Активні втрати |
Корисна активна потужність споживача | |||
Реактивна |
Повна | ||||
1,00 |
0,000 |
0,0 |
100,0 |
10,0 |
90,0 |
0,90 |
0,484 |
48,4 |
111,1 |
12,3 |
87,7 |
0,80 |
0,750 |
75,0 |
125,0 |
15,6 |
84,4 |
0,70 |
1,020 |
102,0 |
142,9 |
20,4 |
79,6 |
0,50 |
1,732 |
173,2 |
200,0 |
40,0 |
60,0 |
0,32 |
3,016 |
301,6 |
316,5 |
100,0 |
0,0 |
З розрахунків таблиці 4 видно, що втрати активної потужності в електричній мережі швидко зростають із пониженням cosφ. При cosφ = 0,5 вони досягають 40%, а при cosφ = 0,316 вся активна потужність, що передається мережею, витрачається на втрати в ній. При цьому величина реактивної потужності майже в три рази перевищує активну потужність.
Додаткові втрати активної потужності, пов'язані з перетіканням реактивної, змушують за умовами нагрівання збільшувати перетин провідників усіх ланок електропередачі. Це призводить до перевитрат кольорового металу. Зі збільшенням перетину зростає маса дроту, що вимагає застосування більш важких опор.Так як повний струм пов'язаний з активною складовою співвідношенням:
То загальні втрати активної потужності від коефіцієнту будуть рівними:
2. Виникають додаткові втрати реактивної потужності.Передача реактивної потужності споживачу супроводжується її додатковими втратами ΔQ в лінії та трансформаторі. На ці величину має бути збільшена потужність компенсувальних пристроїв.
3. Виникають додаткові втрати напруги.
Проблема найбільш актуальна в протяжних мережах, виконаних провідниками малого перетину. При передачі потужностей Р і Q через елемент мережі з активним R і реактивним Х опором втрати напруги складуть:
де - втрати напруги, обумовлені передачею активної потужності; - втрати напруги, обумовлені передачею реактивної потужності. Вираз вище показує, що втрати напруги в лінії залежать не тільки від значення переданої активної потужності, але і від значень переданої реактивної потужності і реактивного опору лінії. При зменшенні передаваної реактивної потужності до нуля напруга в кінці лінії збільшиться на
Додаткові втрати напруги збільшують розмах відхилень напруги на затискачах електроприймачів від номінального значення при змінах навантажень і режимів електричної мережі. Характер навантаження і величина переданої реактивної потужності позначаються також і на втрати напруги в трансформаторах. На рис. 1 показана зміна втрат напруги в трансформаторі в залежності від коефіцієнта потужності споживачів. Один і той же трансформатор при одному і тому самому навантаженні буде давати різну напругу на вторинних затискачах при зміні . Чим нижче коефіцієнт потужності вторинного ланцюга, тим втрати напруги більше.
Рис. 1. Залежність втрат напруги в трансформаторі від коефіцієнта потужності на вторинних затискачах
Рис. 2. Статичні характеристики комплексного навантаження по напрузі
Статичні характеристики (рис .2) реактивної потужності крутіші, ніж статичні характеристики активної потужності - зміна напруги на 1% призводить до зміни реактивної потужності на 2-5%, у той час як активної лише на 0,6-2%. При зниженні напруги споживач з асинхронним навантаженням свою потужність все одно споживає. Це призводить до додатковому збільшенню струму в лініях електропередачі і подальшого зниження напруги (рис. 3). При зниженні напруги на шинах навантаження до рівня (критичної напруги статичної характеристики вузла навантаження по напрузі (рис. 2)) відбувається різке підвищення споживання реактивної потужності, що призводить до збільшення втрат напруги, подальшому зниженню напруги і швидкоплинному протягом декількох секунд процесу, і який є лавиною напруги (рис. 4). Поряд із відхиленнями в мережах трапляються провали напруги, викликані коротким замиканням, розрядами блискавок в лінії електропередачі і шини ВРУ, призводять до відключень на час дії АВР або АПВ, а також пуском і самозапуску групи потужних електродвигунів та деякими електротехнологічними процесами споживачів, в яких режими аналогічні режимам коротких замикань (електродугові плавильні печі, електрозварювання).
Рис. 3. Вплив зниження напруги на роботу споживачів
Для мінімізації ймовірності відключень споживачів при провалах напруг в системах електропостачання повинен бути витриманий запас статичної стійкості навантаження за напругою:
де - коефіцієнт статичної стійкості; - напруга у вузлі в розглянутому режимі; - критична напруга в тому самрму вузлі, при якому порушується статична стійкість навантаження.
Рис. 4. Розвиток лавини напруги
Через зниженого рівня напруги в сталих режимах роботи мережі (в тому числі і через завантаження реактивної потужністю) ця умова не завжди виконується.
4. Завантаження реактивною потужністю ліній електропередач і трансформаторів зменшує пропускну здатність мереж електропостачання, що в ряді випадків не дозволяє використовувати повну встановлену потужність електрообладнання. Коефіцієнт потужності асинхронних двигунів підприємств близький до 0,7. Якщо на підприємстві експлуатуються тільки асинхронні двигуни без компенсаторів, то і загальний cosφ близький до 0,7. Припустимо, що споживач підприємства з живиться від трансформаторної підстанції, де повна номінальна потужність трансформатора 1000 кВА.Тоді максимальна активна потужність, яку може отримати споживач за умовою, що він один навантажує всю підстанцію:
Для отримання більшої активної потужності вже потрібно задіяти другу трансформаторну підстанцію. У той же час компенсація реактивної потужності зі збільшенням до 0,9 забезпечила б використання:
тобто є додатково 200 кВт при однакових параметрах трансформатора.
З наведеного на рис. 5 графіка видно, як при передачі через трансформатор активної потужності 1000 кВт і завантаженні його реактивною потужністю буде зростати необхідна повна потужність. Низький системи електропостачання вимагає або збільшення номінальної потужності трансформаторів, або встановлення додаткового обладнання.
Рис. 4.5. Зростання повної потужності трансформатора в залежності від cosφ
5. Завантаження реактивною
потужністю трансформаторів
6. Недовикористання корисної потужності генераторів електростанцій і збільшення питомої витрати палива. Якщо реактивна потужність перевищить номінальне значення, що визначається за номінальним коефіцієнтом потужності генератора, то активне навантаження повино бути знижено. Повний струм навантаження за умовами нагріву обмоток не повинен перевищувати номінального струму генератора. При коефіцієнті потужності нижчим за номінальний в результаті збільшенню зсуву фаз в мережі через посилення поздовжнього поля реакції якоря (чинного проти основного поля) відбудеться зниження напруги на клемах статора. Це потребує більш сильного збудження. Підвищене збудження при зниженому коефіцієнті потужності призведе до зниження ККД і підвищенню потужності первинних двигунів.
Проблеми, які викликає завантаження мереж та електрообладнання систем електропостачання реактивною потужністю, узагальнені на рис.7. Наведені негативні фактори змушують наближати джерела покриття реактивної потужності до місць її споживання. Це розвантажує устаткування, що рівносильно збільшенню коефіцієнта потужності. Існує два взаємодоповнюючих один одного шляхт зниження реактивних навантажень мереж і генераторів.
1. Установка на підприємстві
спеціальних компенсуючих уст-
Як власні джерела реактивної потужності в системах електропостачання промислових підприємств:
- Генератори власних електростанцій і синхронні двигуни;
- Повітряні та кабельні лінії електричних мереж;
- Додатково встановлювані компенсуючі пристрої: синхронні компенсатори, батареї конденсаторів високої та низької напруги, вентильні установки зі спеціальним регулюванням.
- Зниження реактивної потужності самих приймачів електроенергії - природна компенсація.
До заходів щодо природної компенсації відносяться:
- впорядкування технологічного процесу, що веде до покращення енергетичного режиму обладнання та вирівнювання графіка навантаження (рівномірне розміщення навантажень по фазах, зміщення часу обідніх перерв, початку і закінчення зміни окремих цехів і дільниць, переклад енергоємних великих електроприймачів на роботу поза годин максимуму енергосистеми, вивід в ремонт потужних електро-приймачів в години максимуму енергосистеми);
- створення раціональної схеми електропостачання за рахунок зменшення кількості ступінів трансформації;
- заміна електрообладнання старих конструкцій на нове з меншими втратами на перемагнічування;
- заміна малозавантажених трансформаторів і двигунів меншими за потужністю або їх повне завантаження;
- застосування синхронних двигунів замість асинхронних, коли це допустимо за умовами технологічного процесу;
- обмеження тривалості холостого ходу двигунів і зварювальних трансформаторів;
- скорочення тривалості і розсередження в часі пуску великих електроприймачів;
- поліпшення якості ремонту електродвигунів;
- відключення при малому навантаженні частини силових трансформаторів.
Частина заходів щодо природної компенсації реактивної потужності не вимагає великих матеріальних витрат і повинна проводиться на підприємствах в першу чергу. Проблема компенсації реактивної потужності включає в себе цілий ряд техніко-економічних завдань, до числа яких можна віднести:
- організацію заходів для реалізації природної компенсації;
- вибір видів і типів компенсувальних пристроїв;
- розміщення компенсувальних пристроїв в мережах;
- оптимізацію режимів роботи компенсувальних пристроїв.
Вибір найбільш ефективного варіанту компенсації, необхідної потужності і типу компенсувального пристрою повинен спиратися на аналіз схеми мережі електропостачання промислового підприємства.
2. Послідовна компенсація реактивної потужності
При послідовній компенсації конденсатори включаються в мережу послідовно. Через них проходить повний струм лінії. Схема установки поздовжньої компенсації (УПК) лінії із зазначенням-ем складу її обладнання показана на рис. 9. Схема заміщення КПК, в якій послідовно з опорами лінії і ХL включено ємнісний опір ХС, наведена на рис.10а. Діючі значення струму і напруги на ділянках послідовного ланцюга визначаються виразами:
В залежності від співвідношення між індуктивним і ємнісним опорами векторна діаграма , , - ланцюга має три види:
- при індуктивному характері ланцюга, коли , кут , струм відстає від наруги (рис. 10б)
- при ємнісному характері ланцюга, коли , кут , струм випереджає наругу (рис. 10в)
- при , кут , струм збігається за фазою з наругою , а падіння напруги в індуктивності й ємності рівні між собою і компенсуються, так як взаємно протилежні за напрямком (рис.10г).
Рис. 9. Схема установки з послідовною компенсацією
Рис. 10. Схема заміщення й векторні діаграми УПК
Останній випадок називається резонансом напруг, характеризуется максимальним значенням струму в ланцюзі при :
У системах електропостачання, де активний опір невеликий в порівнянні з індуктивним опором трансформаторів, при резонансі напруг в режимі короткого замикання може бути дуже великим струм КЗ і неприпустимі підвищення напруги на ін-дуктівності і ємності: при , = → ∞.Тому в установках поздовжньої компенсації ємність вибирається з розрахунку, щоб напруга на конденсаторах = I ⋅ становило 5-20% номінальної напруги мережі. При цьому ємність УПК компенсує лише частину втрат реактивної потужності:
тобто УПК практично не є джерелом потужності. Опір шунта (рис. 9), що перевищує опір конденсаторів приблизно на порядок, обмежує резонансні явища в установках поздовжньої компенсації. Головне призначення поздовжньої компенсації - часткова компенсація індуктивного опору ділянок електричного кола для зменшення втрати напруги в них. Вплив УПК на співвідношення напруг на початку і в кінці ділянки мережі ілюструє векторна діаграма на рис. 11. При наявності в ланцюзі тільки опорів і напруга в кінці лінії менше напруги на її початку на величину падіння напруги на активному і індуктивному опорах (суцільна лінія на рис. 11б), при цьому > , > . Якщо включити послідовно ємність , то з'явиться ще одна складова падіння напруги. Її напрямок на діаграмі протилежний індуктивній складовій (пунктирні лінії на рис. 4.11б). Вибором значення можна знизити різниця напруг та . Найбільш істотний вплив УПК робить на напруги при низькому . Компенсація індуктивного опору кола ємністю привозводить до підвищення струмів КЗ у всіх елементах трансформаторної підстанції. Причому це особливо небезпечно для самих конденсаторів УПК, так як напруга на них при наскрізних струмах короткого замикання зростає пропорційно кратності струму КЗ
Рис. 11. Вплив поздовжньої компенсації на співвідношення напруг на початку і в кінці лінії: а - схема включення ємності в навантажувальну ланцюг; б - векторна діаграма
Для захисту конденсаторів шляхом їх шунтування при наскрізних струмах КЗ можуть застосовуватися, наприклад, іскрові спікаючі розрядники (див. рис. 9), які після спрацювання тимчасово виводяться з роботи за допомогою роз'єднувачів QS1, QS2 і QS3 для відновлення розрядних властивостей.
Перевагою УПК є здатність стабілізації напруги при зміні навантаженні. Якщо, наприклад, при струм різко збільшиться, то зміниться лише величина ⋅ (рис. 11), що несуттєво при малому значенні опору . Збільшення падіння напруги в індуктивності ⋅ компенсується збільшенням падіння напруги на ємності (- ⋅ ).
- Особливості послідовної компенсації
Схема включення ємності в навантажувальний ланцюг при поздовжній компенсації наведена на рис. 4.11а. Потужність конденсатора визначається співвідношенням:
з іншого боку
де - струм, що протікає через конденсатор. З цього виразу випливає:
Підставимо у формулу вище й отримаємо:
Так як при поздовжній компенсації струм конденсатора дорівнює струму, що проходить через нього повному струму навантаження лінії (рис. 11а), то
Таким чином, потужність конденсаторів при поздовжньій компенсації є величиною змінною і залежить від мінливого у часі струму навантаження лінії.
До компенсації втрати напруги в трифазній лінії рассчіти-вають за висловом
а після компенсації
Зменшення втрати напруги складає:
З цього виразу випливає, що рівень напруги підвищується не на постійну величину, а на величину, що змінюється пропорційно зміні реактивного навантаження лінії (при незмінному значенні для встановлених конденсаторів). Вибором потужності конденсаторів можна домогтися рівності напруг на початку і приймальному кінці лінії.
Розглянемо як впливає зміна навантаження на втрати напруги в мережі. До компенсації втрати напруги:
- при повному навантаженні:
- при неповному навантаженні:
де k – коефіцієнт, який враховує пропорційне зменшення навантаження.
- зменшення втрат напруги:
Втрати напруги з урахуванням послідовної компенсації:
- при повному навантаженні:
- при неповному навантаженні:
- зменшення втрат напруги:
Так як a – величина постійна для певного ступіню завантаження лінії, то
З цього випливає, що при зміні навантаження лінії коливання напруги в ній при наявності поздовжньої компенсації будуть меншими, ніж при її відсутності. Якщо підбором опорів домогтися рівності напруги на початку і приймальному кінці лінії (), то при будь-якій зміні навантаження ніякої зміни напруги на приймальному кінці лінії не буде - напруга буде стабільною, так як в цьому випадку
Ступінь стійкості системи при всіх інших рівних умовах обернено пропорційна величині реактивного опору системи. Так як при поздовжній компенсації зменшується реактивний опір лінії, а отже, і системи, то стійкість останньої підвищується. Поздовжня компенсація, яка підвищує стійкість системи, підвищує ще й рівень і зменшує коливання напруги, може розв’язати труднощі, які пов'язані з великою протяжністю ліній електропередачі
- Спрощений метод визначення опору конденсаторних установок послідовної компенса
ції
Основним параметром УПК є ємнісний опір конденсаторів . При його виборі необхідно виходити з величини підвищення напруги . З векторної діаграми установки послідовної компенсації (рис. 12) виводиться рівняння
де - напруга на виході установки; - лінійна напруга на вході установки; - опір установки; - струм навантаження; - кут між струмом і напругою установки. З цього рівняння можна визначити умови для
Рис. 12. Векторна діаграма УПК
, щоб при заданих , і співвідношення напруг мало б максимальне значення. Для цього вирішується рівняння
і знаходимо необхідну умову
для ємнісного опору
При такому значенні досягається максимальне значення відношення напруг:
З рівняння видно, що установка поздовжньої компенсації має ряд характерних особливостей, які виражаються в тому, що відносне підвищення напруги залежить в основному від характеру навантаження, який визначається величиною струму і коефіцієнтом потужності навантаження і їх взаємною зміною в часі. Відносне підвищення напруги збільшується з ростом струму навантаження і зменшенням коефіцієнта потужності. Зі збільшенням ємнісного опору збільшується, досягаючи при виконанні умови максимального значення. При цьому максимальне значення відносного підвищення напруги залежить тільки від коефіцієнта потужності навантаження, збільшуючись зі зменшенням його значення.
За рис.16 можна встановити зв'язок між коефіцієнтами потужності навантаження до і після установки поздовжньої компенсації, яка визначається залежністю
Установка поздовжньої компенсації покращує коефіцієнт потужності тим більше, чим більше вона підвищує напругу мережі.
Для більш точного визначення необхідно враховувати вплив небажаних режимів, поздовжню і поперечну складові падіння напруги в мережі і статичні характеристики споживачів електроенергії.
ВИСНОВОК
Значну частину
- Компенсация Реактивной Мощности
- Компенсация речевого дефекта у детей с общим недоразвитием речи
- Компентеция суда и национальное право
- Компетентісно-зорієнтований підхід до навчання
- Компетентність експерта
- Компетентностное обучение физики
- Компетентностный подход в образовании
- Компенсация морального вреда
- Компенсация морального вреда
- Компенсация морального вреда
- Компенсация морального вреда в гражданском праве РФ
- Компенсация морального вреда в трудовом праве
- Компенсация морального вреда потребителей
- Компенсация морального и иного вреда
