4.4.3 Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения

Для снижения потерь мощности и напряжения в действующих электроустановках стремятся снизить переток реактивной мощности Q по элементам сети, что дает возможность увеличить полезную пропускную способность линии (при одинаковом токе в линии передать большую активную мощность) и снизить загрузку трансформаторов. Для снижения потока реактивной мощности у потребителя устанавливаются компенсирующие устройства (КУ), используется также термин «установки компенсации реактивной мощности - УКРМ, которые представляют собой батареи силовых конденсаторов (БСК), подключаемых либо на напряжении 10 кВ (как правило на РП - см. СВ на рис.3.3), либо на напряжении 0,4 кВ непосредственно вблизи электроприемников с подключением КУ к магистральным шинопроводам или распределительным пунктам (щитам или шкафам) - (рис.3.10, 3.11). В соответствии с [1] УКРМ, устанавливаемые у потребителя, должны обеспечивать потребление от энергосистемы реактивной мощности в пределах, указанных в условиях на присоединение электроустановок этого потребителя к энергосистеме.

Потери активной мощности в питающей линии при наличии КУ определяться по выражению, кВт

(4.27)

Аналогично потери реактивной мощности, кВАр

, (4.27а)

Поскольку расчетная реактивная нагрузка в сетях электроснабжения промышленных предприятий определяется нагрузкой приемников напряжением 6-10 кВ и напряжением до 1 кВ, а также потерями реактивной мощности в сети и трансформаторах, то при проектировании выбирается оптимальное распределение установки УКРМ в сетях указанных напряжений. Определяется наибольший эффект от снижения потерь в сети и затраты на установку УКРМ. При этом должна учитываться возможность получения реактивной мощности от установленных на предприятии СД.

В настоящее время промышленностью выпускаются автоматические конденсаторные установки 0,4…35кВ, которые предназначены для осуществления автоматической компенсации реактивной мощности потребителей. Для компенсации реактивной мощности быстродействующих нелинейных несимметричных нагрузок (например – дуговые сталеплавильные печи (ДСП), электрифицированный ЖД-транспорт, мощные тиристорные приводы электродвигателей и т.п.). применяются статические тиристорные компенсаторы СТК на напряжения 6÷35кВ, называемые также ФКУ (фильтрокомпенсирующие установки). Время реакции системы регулирования СТК на изменение регулируемого параметра составляет 5мс для нагрузок типа ДСП, и 25-100мс для общепромышленных нагрузок.

Для компенсации реактивной мощности могут также использоваться синхронные двигатели и синхронные генераторы, которые выдают в сеть реактивную мощность в режиме перевозбуждения.

4.4.4 Определение потерь и падения напряжения

Изменение напряжения в нагруженной линии определяется двумя характеристиками: падением напряжения и потерями напряжения. Падение напряжения есть величина геометрическая, представляющая разность векторов напряжений начала и конца линии. Векторная диаграмма напряжений представлена на рис. 4.4. Падение напряжения соответствует вектору .

δU₁₂= = - = I_н·Z_л = I_н (R_Лcosφ + X_Л sinφ), (4.35)

где φ – угол между током и напряжением в фазе,

R_Л , Х_Л и Z_л – соответственно активное, индуктивное и полное сопротивления линии, Ом;

I_н = - ток нагрузки линии, А;

U _н = U₂ – напряжение в конце линии на электроприемнике (нагрузке), кВ;

Р_н и Q_н – активная и реактивная составляющие нагрузки соответственно, кВт

Потери напряжения в линии определяются алгебраической разностью напряжений в начале и в конце линии, которую можно получить, совместив по направлению соответствующие векторы:

ΔU = U₁ - U₂ =│ОА₁ │– │ОВ│=А₁ В, (4.36)

где ОА₁ =│ │= │ │

Величиной СА₁ часто пренебрегают из-за ее малого значения, тогда потери напряжения можно принять равными потерям на активном сопротивлении

ΔU ≈ ΔU_а = I_н R_Лcosφ (4.37)

Фазное напряжение в конце линии

U₂ = U₁ – ΔU = U₁ - I (R_Лcosφ + X_Л sinφ) ≈ U₁ - I R_Лcosφ (4.38)

Согласно требованиям [1, 13, 14, 19] напряжение у электроприемника должно соответствовать номинальному, поэтому на источнике напряжение всегда поддерживается несколько выше номинального, как правило, ≈ на 5÷10%. Для регулирования напряжения в сети используются устройства регулирования напряжения силовых трансформаторов (регулирование под нагрузкой - РПН и переключение без возбуждения - ПБВ), специальные регулировочные трансформаторы, УКРМ, ФКУ и др.

Пример расчета потерь и падения напряжения см. Приложение Е.4

Вопросы для самопроверки

1. Зачем составляются графики электрических нагрузок и их виды

2. Определение расчетной мощности электроприемников с ПКР.

3. Какие показатели относятся к нормативным характеристикам графиков нагрузки.

4. Цели определения потерь мощности в СЭС, методика их расчета.

5. Выбор оптимального числа параллельно работающих трансформаторов

6. Расчет потерь мощности в трансформаторах.

7. Потери и падение напряжения в СЭС, различие и порядок расчета.

8. Выбор оптимального числа параллельно работающих трансформаторов.

9. Влияние реактивной мощности электроприемников на режим электропотребления и способы компенсации реактивной мощности.

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.