Вказівки до виконання роботи.

По лініям електропостачання транспортується як активна, так і реактивна електроенергії. Активна енергія перетворюється в інші види енергії (механічну, теплову, світлову) і використовується споживачами для виконання корисної роботи. Реактивна енергія у корисній роботі електроприймачів участі не бере, оскільки не може бути перетворена в інші види енергії, а лише створює умови (поле намагнічування трансформаторів, обертове поле електродвигунів, потоки розсіювання), при яких активна енергія виконує роботу.

Наявність реактивної потужності призводить до збільшення собівартості електроенергії, додаткових втрат, перевантаження підстанцій, необхідності завищення потужності трансформаторів і перетину кабелів, збільшення втрат напруги в електромережі. Для компенсації реактивної потужності зазвичай застосовують конденсаторні установки. Основними достоїнствами таких установок є:

- незначні втрати активної потужності у межах 0,3...0,7 кВт на 100 кВАр;

- відсутність обертових частин;

- більш просте обслуговування та менші експлуатаційні витрати;

- висока надійність роботи (вихід з ладу окремого конденсатора при належному його захисті не позначається на роботі всієї конденсаторної установки).

Конденсаторною установкою називається електроустановка, що складається з конденсаторів, допоміжного електроустаткування (вимикачів, роз'єднувачів, розрядних резисторів, пристроїв регулювання, захисту і т.і.) і ошиновки. Вона призначена для генерації реактивної потужності. Сумарна потужність установки на основній частоті визначається виходячи з умови забезпечення необхідного значення коефіцієнта потужності в режимі максимального споживання реактивної потужності. З метою одержання економічного режиму роботи електричних мереж з перемінним графіком реактивного навантаження використовують автоматичне регулювання потужності конденсаторної установки шляхом комутації її окремих частинах.

Усі конденсатори мають вбудовані розрядні резистори, що знижують після відключення конденсаторів напругу на них до значення не більш 0,05 кВ за 1 хвилину для конденсаторів на напругу нижче 0,66 кВ і за 5 хвилин для конденсаторів на напругу понад 0,66 кВ.

У якості комутуючого елемента в конденсаторних установках можуть застосовуватися електромеханічні контактори або тиристори. Апарати і струмоведучі частини в конденсаторній батареї допускають тривале протікання струму значенням 130% номінального струму батареї. Повторне включення установок допускається проводити лише після зниження залишкової напруги на кожному з конденсаторів до рівня, що не перевищує 0,05 кВ.

У сучасних мережах електропостачання навантаження нерідко має нелінійний характер унаслідок застосування напівпровідникових перетворювачів перемінного струму. Це приводить до появи вищих гармонік струму, які по своїй величині стають порівнянними з першою (50 Гц) гармонікою. Конденсатори в установках компенсації реактивної потужності в сукупності з індуктивністю навантаження можуть утворювати коливальні контури, близькі по частоті резонансу до частоти однієї з вищих гармонік. Це може призвести до значного збільшення струму конденсаторів і істотно скоротити їхній термін служби. А перенапруги, що виникають при резонансі на елементах конденсаторної установки і навантаження можуть призвести до пробою ізоляції. Для усунення подібних проблем на етапі обстеження об'єкта до впровадження конденсаторних установок компенсації реактивної потужності необхідно проводити аналіз спектру струму споживаної електроенергії. При виявленні вищих гармонік, порівнянних з першою гармонікою, застосовуються фільтри-пробки, налаштовані на частоту найбільш значних гармонік.

В завданні розглядається метод централізованої компенсації, тобто підключення конденсаторів на шин ГПП. Таким чином, на відміну від методів індивідуальної та групової компенсації, від реактивного струму розвантажується лише система зовнішнього електропостачання. Можливе розташування конденсаторних батарей як на стороні високої напруги ГПП, так і на стороні низької напруги. Більша напруга живлення вимагає меншої ємності конденсаторної батареї для генерування певної реактивної потужності, але при цьому ускладнюється експлуатація й підвищується собівартість комутуючого та ізоляційного обладнання, що фактично нівелює економічний виграш від встановлення конденсаторів на стороні високої напруги підстанції. Тому більш доцільним є встановлення конденсаторних установок на стороні нижньої напруги. Але, якщо на підприємстві є споживачі, які отримують живлення зі сторони високої напруги ГПП, то конденсаторні установки для компенсації їх реактивної потужності більш доцільно розташовувати зі сторони високої напруги. При виконанні контрольної вважати, що таких споживачів не має.

Розрахунок оплати підприємством споживаної реактивної потужності виконується по затвердженій міністерством "Методиці обчислення плати за перетікання реактивної електроенергії між електропередавальною організацією та її споживачами".

Плата за споживання і генерацію реактивної електроенергії визначається трьома складовими величинами

,

де C ₁ - основна плата за споживання і генерацію реактивної електроенергії; C ₂ - надбавка за недостатнє оснащення електричної мережі споживача засобами компенсації; C ₃ - знижка плати за споживання і генерацію реактивної електроенергії у разі участі споживача в оптимальному добовому регулюванні режимів мережі електропередавальної організації в розрахунковий період (прийняти рівною нулю).

Основна плата за спожиту і генеровану реактивну електроенергію визначається формулою

де W_{Q сп} - споживання реактивної енергії в точці обліку за розрахунковий період, кВАр×год.; W_{Q г} - генерація реактивної енергії в мережу електропередавальної організації в точці обліку за розрахунковий період, кВАр×год. (таким чином перекомпенсація реактивної енергії теж штрафується та є неприпустимою, в розрахунках прийняти W_{Q г} = 0); k = 3 - нормативний коефіцієнт урахування збитків енергосистеми від генерації реактивної електроенергії з мережі споживача; D - економічних еквівалентів реактивної потужності (ЕЕРП), що характеризує частку впливу реактивного перетоку в точці обліку на техніко-економічні показники в розрахунковому режимі, кВт / кВАр; c _ел.ен - фактична середня закупівельна ціна на електроенергію, що склалася за розрахунковий період (розраховується відповідно до нормативних документів, при розрахунках прийняти рівною c _ел.ен з контрольної роботи №2).

Обчислення ЕЕРП виконуються електропередавальною організацією один раз на два роки за допомогою комп'ютерного комплексу КВАРЕМ.

Під час обчислення ЕЕРП для споживачів, живлення яких здійснюється розподільчими мережами 10(6) кВ, в умовах відсутності інформації про фактичні навантаження електромережі розрахункові коефіцієнти завантаженості трансформаторів приймаються рівними 0,2.

В контрольній роботі ЕЕРП можна приблизно обчислити з наступних міркувань. Економічний еквівалент є питомою ефективністю застосування компенсаційних пристроїв, що показує, як змінюються втрати активної потужності в мережі при зміні реактивної потужності на одиницю. Тобто приблизно можна прийняти його

,

де P _втр - втрати активної потужності в системі електроживлення при транспортуванні споживачеві активної P _сп та реактивної Q _сп потужностей; S r - сума активних опорів системи електроживлення, приведених до базисної напруги U _б (наприклад, для схеми на рис. 5 S r дорівнює сумі r _тр.пв, r _л.рп, r _ат.вн, r _ат.сн, r _л.гпп).

Надбавка за недостатнє оснащення електричної мережі споживача засобами компенсації реактивної потужності визначається формулою

де k _баз = 1,0 - нормативне базове значення коефіцієнта стимулювання капітальних вкладень у засоби компенсації в електричних мережах споживача; k_x - коефіцієнт, що вибирається з табл. 13 залежно від фактичного коефіцієнта потужності споживача tgj_сп в середньому за розрахунковий період.

Таблиця 13. Значення коефіцієнта k_x в залежності від tgj_сп

cosjсп	0,8	0,85	0,9	0,95
tgjсп	0,75	0,62	0,484	0,329
kx	1,25	1,1369	1,0547	1,0063

Треба зазначити, що відповідно до Методики для споживачів, які вперше розпочинають розрахунки, плата за споживання та генерацію реактивної електроенергії нараховується з поступовою корекцією результату протягом трьох років з моменту введення розрахунків за реактивну електроенергію, з урахуванням коефіцієнта: перший рік - 0,25; другий рік - 0,5; третій рік - 0,75; надалі - 1,0. Але в розрахунках контрольної роботи вважати, що підприємство працює більше трьох років.

Розрахунок проводимо в наступній послідовності:

- реактивна потужність, яка споживається підприємством без компенсації (cosj_ргп = 0,8)

;

- потужність пристрою компенсації для забезпечення коефіцієнту потужності підприємства cosj_комп

;

- обираємо кількість конденсаторних установок n _кб та їх потужність Q _кб з табл.14 таким чином, щоб сумарна потужність установок не перевищувала реактивну потужність, споживану підприємством;

- реактивна потужність, яка споживається підприємством після компенсації (вона має бути позитивною, в іншому випадку конденсаторні установки треба переобрати правильно)

;

- вартість компенсаційної установки С _кб визначаємо з табл.14 (нерегульовані установки складаються тільки з фіксованих ступіней (принцип дії: включення і відключення роз'єднувача виконується в ручному режимі при відсутності струму навантаження); регульовані складаються тільки з регульованих ступіней (принцип дії: комутація здійснюється автоматично, включенням і відключенням ступіней; потужність і момент включення автоматично визначаються електронним блоком));

- вартість споживання реактивної потужності підприємством на протязі однієї години при початковому коефіцієнті потужності cosj_ргп

;

;

k_{x до} визначаємо з табл.13;

- вартість споживання реактивної потужності підприємством на протязі однієї години при cosj_комп

;

;

k_{x після} визначаємо з табл.13;

- вартість втрат в компенсаційному пристрої за одну годину його роботи

,

де D p = 0,005 кВт / кВАр - питомі втрати активної потужності в конденсаторній установці на одиницю реактивної потужності, що генерується;

- вартість втрат в трансформаторах ГПП за одну годину їх роботи при початковому коефіцієнті потужності

,

де P _х - втрати холостого ходу (Вт); P _к - втрати короткого замикання (Вт); S _ном.тр - номінальна повна потужність трансформатору (ВА); n _тр - кількість паралельно підключених трансформаторів ГПП;

- вартість втрат в трансформаторах ГПП за одну годину їх роботи при cosj_комп

;

- прибуток підприємства за час роботи компенсаційного пристрою

 

, грн.,

де T _експ - час експлуатації компенсаційної установки (прийняти 150000 годин)

- час окупності компенсаційного пристрою

 

, годин.

Повторити розрахунки для чотирьох варіантів компенсації реактивної потужності, зазначених у завданні, та надати критичний порівняльний аналіз отриманих результатів.

 

Таблиця 14. Конденсаторні установки, напругою 6,3 кВ

Тип конденсаторної батареї	Потужність, кВАр	Собівартість регульованих, грн. (на 2014 р.)	Собівартість нерегульованих, грн. (на 2014 р.)
УКРМ-6,3-150
УКРМ-6,3-300
УКРМ-6,3-450
УКРМ-6,3-900
УКРМ-6,3-1350
УКРМ-6,3-1800
УКРМ-6,3-2250
УКРМ-6,3-2700
УКРМ-6,3-3150