Вопрос 2:Влияние компенсирующих устройств на параметры режимов электрических сетей

ВАРИАНТ 1. Электрическая сеть достигает наибольшей эффективности при соблюдении баланса активной и реактивной мощностей. Только активная мощность может совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию (расходуется на активном сопротивлении: лл, резисторы, электрические обогреватели и т.п.), Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрических полей, реактивную мощность используют индуктивные элементы (катушки, конденсаторы накапливают ее и отдают обратно в сеть). Если реактивной мощности в цепи больше, чем активной, то это приводит к повышению потерь в цепи (нагрев и др.), нарушению режима работы источников (генераторов) и трансформаторов сети, а также др. проблемам. Так же негативное влияние на энергоэффективность оказывает и недостаток реактивной мощности, что приводит к падению напряжения, быстрому износу оборудования и др. проблемам. В качестве средств компенсации реактивной мощности используются статические конденсаторы напряжением до и выше 1 кВ и синхронные двигатели, которые целесообразнее устанавливать непосредственно перед большими потребителями реактивной мощности (тр-ры и др.)

Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей ее состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчетов режимов применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность. Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи она выражается формулой: 𝑆=√𝐼×𝑈, где I — ток в одной фазе; U — линейное напряжение. Активная мощность трехфазного переменного тока определяется по формуле:𝑃=√𝐼×𝑈𝑐𝑜𝑠𝜑

Реактивная мощность находится также из выражения: 𝑄=𝑃×𝑡𝑔𝜑, где tgφ — коэффициент реактивной мощности. В электрической системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна потреб- мощности, источниками которой являются только генераторы электростанций, реактивная мощность генерируется как ими, так и другими источниками, к которым относятся воздушные и кабельные линии, источники реактивной мощности (ИРМ) (компенсирующие устройства — КУ) мощностью Q.

баланс реактивной мощности в электрической системе: 𝑄генерируемая+𝑄лэп+𝑄ку=𝑄передачи+∆𝑄потр+𝑄собст.нужд

Генерация реактивной мощности на электростанциях зависит от числа и активной мощности работающих агрегатов, а потребление реактивной мощности — от состава электроприемников. В системах электроснабжения городов с коммунально-бытовой нагрузкой компенсирующие устройства обычно не устанавливаются. В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи конденсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением элементов. Увеличение номинального напряжения конденсаторной батареи достигается последовательным включением элементов, а для увеличения мощности применяют параллельное соединение элементов. Синхронные двигатели как источник реактивной мощности. Основное назначение синхронных двигателей — выполнение механической работы, следовательно, он является потребителем активной мощности. При перевозбуждении

СД его Э. Д. С. больше напряжения сети, в результате вектор тока статора опережает вектор напряжения, т.е. имеет емкостной характер, а СД выдают реактивную мощность. При не до возбуждении СД является потребителем реактивной мощности.

Установка компенсирующих устройств влияет на параметры режимов электрической сети, изменяя токи в ветвях и напряжения в узлах. Поскольку площади сечений линий и мощности трансформаторов выбирают по полной мощности (или току), ее уменьшение при Cq< 1 позволяет в ряде случаев применять оборудование меньших номиналов, т.е. снизить капитальные затраты, если же сеть уже эксплуатируется, то компенсация реактивной мощности позволяет повысить ее пропускную способность по активной мощности и, следовательно, при увеличении нагрузки потребителя не менять электрооборудование.

ВАРИАНТ 2.

Влияние компенсирующих устройств на параметры режимов электрических сетей

Установка компенсирующих устройств влияет на параметры режимов электрической сети, изменяя токи в ветвях и напряжения в узлах. Рассмотрим влияние компенсации реактивной мощности на примере одной ветви схемы (рис. 5). Уменьшение полных мощностей и токов. При наличии в конце ветви КУ мощностью QK полная мощность, протекающая в ветви при номинальном напряжении UH0M: (27) где tgφ — коэффициент реактивной мощности нагрузки; Cq — степень компенсации реактивной мощности, равная отношению реактивной мощности КУ при номинальном напряжении к реактивной нагрузке электропотребителя ЭП Qn ном при номинальном напряжении: (28) Поскольку площади сечений линий и мощности трансформаторов выбирают по полной мощности (или току), ее уменьшение при Cq< 1 позволяет в ряде случаев применять оборудование меньших номиналов, т.е. снизить капитальные затраты, если же сеть уже эксплуатируется, то компенсация реактивной мощности позволяет повысить ее пропускную способность по активной мощности и, следовательно, при увеличении нагрузки потребителя не менять электрооборудование. При полной компенсации реактивной нагрузки, т.е. при Cq= 1, мощность ветви имеет минимальное значение:   когда Cq>Qn ном, полная мощность становится больше минимальной Sc=1. Снижение нагрузочных потерь мощности. Для каждой ветви с активным R и реактивным X сопротивлением потери полной мощности определяются как: (30) Потери полной мощности в сети при протекании только активной мощности потребителя при номинальном напряжении UH0M, т.е. минимально возможные потери активной мощности при прочих равных условиях: (31) Отношение (32) позволяет проанализировать влияние степени компенсации реактивной мощности Cq при разных значениях коэффициента реактивной мощности нагрузкиtgφ на нагрузочные потери мощности. Отметим, что d0 = I2, если напряжение равно номинальному значению UH0M. На рис. 6 показаны зависимости I2 = AS/ASp при разных значениях коэффициента реактивной мощности tgφ = 0,4; 1; 1,5 и номинальном напряжении U ном, из которых можно сделать вывод об эффективности степени компенсации реактивной мощности. Как видно из этих зависимостей, уровень соотношения I2 в первую очередь определяется степенью компенсации реактивной мощности и коэффициентом реактивной мощности. Например, без компенсации при Cq = 0 и tgφ = 1: I2 = 2, т.е. реальные потери мощности больше минимальных в два раза; а при полной компенсации Cq = 1 и любом значении коэффициента реактивной мощности I2 = 1. Отметим, что при перекомпенсацииCq> 1 и нагрузочные потери мощности становятся больше минимальныхASp. Снижение потерь напряжения. Потери напряжения при номинальном напряжении на потребителе: где £ — отношение реактивных и активных сопротивлений элемента сети: е = X/R. Очевидно, что компенсация реактивной мощности оказывает наибольшее влияние на потери напряжения в элементах с большим значением е, т.е. в элементах с преобладанием реактивного сопротивления, каковыми являются трансформаторы и воздушные линии.

  Рис. 6. Зависимости I2 = AS/ASp = fCq; tg<p при номинальном напряжении Напряжение на приемном конце линии UK равно разности напряжения начала Un и потерь напряжения AUnK, т.е.: (34) Следовательно, при установке КУ напряжение в конце линии повышается. При перекомпенсации (Cq> 1) потери напряжения могут принять отрицательное значение AUnK< О, напряжение в конце линии может стать больше напряжения в начале, т.е. U > U .

Билет 11 Вопрос 1: Временное напряжение. Коэффициент временного перенапряжения.

Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1Uном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях;

коэффициент временного перенапряжения - величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

Для отклонения напряжения ГОСТ 13109-96 определяет нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии соответственно 5 и 10% от номинального напряжения электрической сети.

 Временное перенапряжение

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения ( K_пер.U ): это величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

   (3.23)

Длительностью временного перенапряжения называется интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения .

   (3.24)

Коэффициент временного перенапряжения стандартом также не нормируется.

Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений не превышают значений приведеных в таблице 3.3 .

Таблица 3.3 Зависимость коэффициента временного перенапряжения от длительности перенапряжения

Длительности временных перенапряжений, с	До 1	До 20	До 60
Коэффициент временного перенапряжения, о.е.	1,47	1,31	1,15

В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.

При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухозаземленнойнейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений междуфазного напряжения, а длительность нескольких часов .