Билет № 11

1. Способы уменьшения потребления реактивной мощности.

Способы снижения потребления реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности(конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;

• снизить расходы на оплату электроэнергии

• при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;

• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;

• сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

2. Токи к.З. От бесконечно мощных источников.

Источником бесконечной мощности условно считают такой источник, напряжение на зажимах которого остается практически неизменным при любых изменениях тока в подключенной к нему цепи. Иначе говоря, отличительным признаком источника (энергосистемы) бесконечной мощности является то, что их собственное сопротивление ничтожно мало по сравнению с сопротивлением цепи короткого замыкания [1].

В действительности мощности энергосистем, отдельных источников и их сопротивления всегда имеют определенные конечные значения. Однако многие элементы электрических сетей обладают настолько большим сопротивлением по сравнению с сопротивлением энергосистемы, что при КЗ за такими элементами (трансформатор, реактор, линия) без особой погрешности в вычислении тока КЗ и остаточного напряжения сопротивление источника можно не учитывать. Обычно при вычислении токов КЗ для выбора электрооборудования и уставок релейной защиты можно не учитывать сопротивление питающей энергосистемы, если оно не превышает 5-10% результирующего сопротивления цепи КЗ.

Рисунок 1 – Трехфазная симметричная цепь, питаемая от источника бесконечной мощности.

На рис. 1 показана простая симметричная трехфазная цепь с активно-индуктивным сопротивлением, что характерно для большинства реальных электрических сетей [1]. Цепь питается от источника, у которого в нормальном режиме работы и при КЗ на зажимах сохраняется симметричная и неизменная по значению трехфазная система напряжений. Векторная диаграмма рассматриваемой цепи для нормального режима работы показана на рис. 2.

Рисунок 2 - Векторные диаграммы токов и напряжений: а) в нормальном режиме; б) при трехфазном коротком замыкании.

Угол Ф между током и напряжением каждой фазы определяется соотношением активных и индуктивных сопротивлений всей цепи, включая нагрузку. Короткое замыкание делит цепь на две части: правую с сопротивлениями и в каждой фазе и левую, содержащую источник питания и сопротивления цепи КЗ и . Процессы в обеих частях схемы при трехфазном КЗ протекают независимо.

Правая часть рассматриваемой цепи оказывается зашунтированной КЗ, и ток в ней будет поддерживаться лишь до тех пор, пока запасенная в индуктивности L₁ энергия магнитного поля не перейдет в тепло, выделяющееся в активном сопротивлении r₁. Этот ток при активно-индуктивном характере сопротивления цепи не превышает тока нормального режима и, постепенно затухая до нуля, не представляет опасности для оборудования.

Изменение режима в левой части цепи, содержащей источник питания, при наличии индуктивности также сопровождается переходным процессом:

(1)

Решение этого уравнения даст выражение для мгновенного значения тока в любой момент времени t от начала КЗ:

(2)

U_m - амплитудное значение фазного напряжения источника;

Z_k - полное сопротивление присоединенного к источнику участка цепи (цепи КЗ);

α - фазовый угол напряжения источника в момент t = 0;

φ_к - угол сдвига тока в цепи КЗ относительно напряжения источника той же фазы;

Ta - постоянная времени пели КЗ:

(3)

Как видно из (2), полный ток КЗ слагается из двух составляющих: вынужденной, обусловленной действием напряжения источника (первый член в правой части уравнения), и свободной, обусловленной изменением запаса энергии магнитного поля в индуктивности L_K второй член уравнения).

Вынужденная составляющая тока КЗ имеет периодический характер с частотой, равной частоте напряжения источника. Называют эту составляющую обычно периодической составляющей тока КЗ.

(4)

где I_n,m - амплитудное значение периодической составляющей тока.

Угол сдвига между векторами тока и напряжения определяется соотношением активных и индуктивных сопротивлений цепи КЗ. Для реальных цепей обычно х_к>>r_K и φ_к = 45-90°. Векторная диаграмма для периодической составляющей КЗ при = 90° показана на рис. 2. Свободная составляющая тока:

(5)

имеет апериодический характер изменения, на основании чего эту составляющую тока называют также апериодической составляющей тока КЗ. Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в каждой фазе определится по выражению (2) для момента времени t=0:

(6)

здесь - начальное значение тока КЗ, которое с учетом невозможностиnизменения тока скачком в цепи с индуктивностью равно i₍₀₎ - току предшествующего режима в данной фазе к моменту t = 0. Значение периодической составляющей тока при t = 0 определится как:

(7)

Представляют определенный интерес условия возникновения максимально возможного значения полного тока КЗ и его апериодической составляющей. Из (6) и (7) при следует, что максимальное значение тока будет в случае, если напряжение в момент возникновения КЗ проходит через нулевое значение (α = 0) и тока в цепи до КЗ нет, т.е. i₍₀₎ = 0. При этом . Кривая изменения тока при условии максимального значения апериодической составляющей тока показана на рис. 3.

Рисунок 3 – Изменение тока КЗ в цепи, питаемой от шин неизменного напряжения (источника бесконечной мощности) при максимальном значении апериодической составляющей.

Действующее значение тока для произвольного момента времени КЗ t равно:

периодической составляющей:

(8)

апериодической составляющей:

(9)

полного тока к.з:

(10)