Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий на основании технико-экономических расчетов (стр. 12 из 17)

Из всей потребляемой трансформаторами реактивной энергии около 80% расходуется на намагничивание.

Вырабатываемая на электростанциях реактивная мощность при cosφ = 0,927 для потребителей составляет около 80% суммарной активной мощности системы. даже при cosφ = 0,927 все участки электропередачи очень сильно загружены реактивной мощностью: на каждую 1 тыс. кВт мощности от станции требуется передача 800 кВар реактивной мощности в начале передачи и 400 кВар – в конце. Это приводит к повышенным токовым нагрузкам сетей и, как следствие, к повышенным потерям электроэнергии, а также к ухудшению качества напряжения вследствие больших его потерь.

Передача значительной реактивной мощности по элементам СЭС невыгодна по следующим основным причинам:

1. Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их

реактивной мощностью. Так, при передаче активной и реактивной мощностей через элемент сети с сопротивлением потери активной мощности

(14.6)

Дополнительные потери активной мощности

, вызванные передачей реактивной мощности, пропорциональны Q².

2. Возникают дополнительные потери напряжения. Например, при передаче мощностей P и Q через элемент сети с активным R и реактивным Х сопротивлениями потери напряжения

(14.7)

где

– потери напряжения, обусловленные соответственно активной и реактивной мощностью.

Дополнительные потери напряжения приводят к снижению качества напряжения и к дополнительным затратам на ввод средств регулирования напряжения.

3. Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, номинальной мощности и числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек распределительных устройств.

Из сказанного следует, что технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению потребляемой реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

– снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

– применение компенсирующих устройств.

Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности:

1. упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;

2. замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности;

3. понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

4. ограничение продолжительности холостого хода двигателей;

5. применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно по условиям технологического процесса;

6. повышение качества ремонта двигателей;

7. замена и перестановка малозагруженных трансформаторов;

8. отключение в резерв части трансформаторов в периоды снижения их нагрузки (например, в ночное время).

Мероприятия второй группы по уменьшению передачи реактивной мощности предприятиями от энергосистемы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея (С), подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке (RL), например асинхронному двигателю. Принцип компенсации при помощи емкости поясняет векторная диаграмма (рисунок 14.2). Из диаграммы видно, что подключение конденсатора С уменьшило угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки и соответственно повысило коэффициент мощности нагрузки. Уменьшился потребляемый из сети ток от I1 до I2, т.е. на ΔI.

Реактивная мощность, передаваемая из сети энергосистемы Qз в час наибольшей активной нагрузки системы, указывается в договорах на отпуск электроэнергии. Контроль за реактивной мощностью потребителей осуществляет энергоснабжающая организация и Госэнергонадзор. Контролируется наибольшее потребление реактивной мощности.

Для контроля за наибольшей реактивной мощностью служат счетчики с указателями 30-минутного максимума. При отсутствии специальных счетчиков для контроля за наибольшей потребляемой реактивной энергией используют записи обычных счетчиков. Записи подлежат 30-минутные показания счетчиков в часы максимума системы и их показания к началу и концу суточного провала активной нагрузки данной энергосистемы.

Задачи компенсации реактивной мощности должны решаться в соответствии с Указаниями по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях комплексно с энергосистемами с учетом регулирования напряжения района, в котором расположено промышленное предприятие. Выбор параметров компенсирующих устройств, их размещение в системе электроснабжения представляют собой технико-экономическую задачу и определяются условиями наибольшей экономичности по минимуму приведенных затрат.

Для стимулирования проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности на действующих предприятиях Госэнергонадзором установлена шкала скидок (–) и надбавок (+) к тарифу на электроэнергию.

а) б)

Рисунок 14.2 Схема замещения (а) и векторная диаграмма цепи линия – приемник электроэнергии (б) при параллельном включении конденсаторов.

Компенсирующие устройства

Для компенсации реактивной мощности используются батареи конденсаторов, синхронные машины и специальные статические источники реактивной мощности.

Батарея конденсаторов (БК) – специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки (ККУ) серии УК – 0,38 на напряжение 380 В мощностью 110…900 кВар (таблица 14.1) и серии УК-6/10 мощностью 450…1800 кВар (таблица 14.2).

Таблица 14.1 Технические данные статических КУ напряжением до 1 кВ

Тип установки	Номинальная мощность,кВар	Число х мощностьрегулируемых ступеней, кВар
УК – 0,38–110Н	110	1 х 110
УК – 0,38–220Н	220	2 х 110
УК – 0,38–320Н	320	3 х 110
УК – 0,38–430Н	430	4 х 110
УК – 0,38–540Н	540	5 х 110
УК – 0,38–150Н	150	1 х 150
УК – 0,38–300НЛ, НП	300	2 х 150
УК – 0,38–450НЛ, НП	450	3 х 150
УК – 0,38–600НЛ, НП	600	4 х 150
УК – 0,38–900НЛ, НП	900	6 х 150

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности требуется применение разрядных устройств. В качестве разрядных устройств применяются два однофазных трансформатора на напряжения (НОТ). В новых конденсаторах применяют встроенные разрядные сопротивления. При индивидуальной компенсации электроприемника разрядные сопротивления не требуются.

Измерение силы тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами (для контроля за целостью предохранителей и нормальной работой каждой фазы) и

счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения батареи при повышении напряжения в данном узле сети свыше заданного значения и для включения при понижении напряжения предусматривается специальная автоматика.

Для расчетов и анализа влияния поперечной емкостной компенсации на работу сети рассмотрим векторную диаграмму цепи (рисунок 14.2) (при параллельном включении приемника электроэнергии Rп, ХLп и батареи конденсаторов Хс к линии Rл, Хл). Вследствие параллельного нагрузке включения емкости С угол φ уменьшился от φ1 до φ2, сила тока нагрузки от приемника – от I1 до I2, т.е. произошла разгрузка линии по току на ΔI = I1 – I2. разгрузились на то же значение и генераторы энергосистемы благодаря генерации конденсаторной батареи мощности Qс в месте установки приемников. Кроме того, сеть и генераторы разгрузились вследствие уменьшения потерь на ΔРк и ΔQк, так как поток реактивной мощности снизился на Qс:

; (14.8)

где R, Х – эквивалентные сопротивления цепи энергосистема – потребитель;

Uн – номинальное напряжение сети.

Для проектируемой сети снижение силы тока на ΔI позволяет уменьшить площадь сечения проводов линии на ΔF = ΔI / Jэк, где Jэк – экономическая плотность тока в линии. Соответственно снижаются установленная мощность трансформаторов и потеря напряжения в сети за счет уменьшения потока реактивной мощности на Qс:

(14.9)

Из векторной диаграммы (рисунок 14.2) можно определить емкость С и реактивную мощность Qс, конденсаторов, необходимую для повышения коэффициента мощности от cosφ2:

(14.10)

(14.11)

Основной недостаток конденсаторов – при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности КБ осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.