Компенсация реактиваной мощности

                                                        ЗМІСТ

 

ВСТУП 3

1. Загальні відомості  4

2. Послідовна компенсація потужності 15

3. Особливості послідовної компенсації 19

4. Спрощений метод визначення  опору установок 21

ВИСНОВОК 24

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА 27

 

                                             ВСТУП

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 електроживлення  визначається повною потужністю , активна складовая якої є корисною і назад до джерела живлення не повертається. Реактивна складова необхідна для створення магнітних і електричних полей в елементах електричної мережі. Практично вона не споживається, а перетікає від джерела живлення до приймача і назад.

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’являються  втрати активної потужності:

 

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 знижує  їх коефіцієнт корисної дії.

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-ройств - штучна компенсація.

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.      

2. Зниження реактивної потужності самих приймачів електроенергії - природна компенсація.