Баланс реактивних потужностей

В електричній системі сумарна генеруєма реактивна потужність повинна бути рівною споживаній реактивній потужності. На відміну від активної потужності, джерелами якої є тільки генератори електростанцій, реактивна потужність генерується як ними, так і іншими джерелами, до яких належать повітряні та кабельні лінії різних напруг Q_л, а також встановлені в мережах джерела реактивної потужності (ДРП) (компенсуючі пристрої - КП) потужністю Q_кп.

Тому, баланс реактивної потужності в електричній системі представляється рівням:

Q_г+Q_л+Q_кп=Q_потр+Δ Q_пер+Q_с.н;

Потрібно зазначити, що рівняння балансу реактивної потужності зв’язано із рівнянням балансу активних потужностей, так як

Q_г= PГ tg φ;

Q_потр= Pпотр ∙ tg φ _потр.

 

Генерація реактивної потужності на електростанціях залежить від числа і активної потужності працюючих агрегатів, а споживання реактивної потужності - від складу електроприймачів. При номінальному коефіцієнті потужності генераторів сosφ _г = 0, 85 коефіцієнт реактивної потужності tgφ _г = 0, 6. Для споживачів коефіцієнт реактивної потужності tgφ _потр = 0 - 3.

Втрати реактивної потужності на передачу в основному визначаються втратами реактивної потужності в трансформаторах, при трьох-чотирьох трансформаціях сумарні втрати потужності в трансформаторах можуть досягати 40% від переданої повної потужності.

У лініях напругою 110 кВ і вище генерація реактивної потужності (зарядна потужність) компенсує реактивні втрати в лініях і може перевищити їх.

Таким чином, при виборі активної потужності генераторів енергосистеми за умовою балансу активних потужностей і під час роботи генераторів з номінальним коефіцієнтом потужності генерується сумарна реактивна потужність без додатково використовуємих джерел реактивної потужності і може виявитися менше необхідної за умовою балансу реактивних потужностей:

Q_г+Q_л< Q_потр+ Δ Q_пер+ Q_с.н.

У цьому випадку утворюється дефіцит реактивної потужності, що призводить до наступного:

- велике завантаження реактивною потужністю генераторів електростанцій призводить до перевантаження по струму генераторів;

- передача великих потоків реактивної потужності від генераторів по елементам мережі приводить до підвищених струмовим навантаженням і, як наслідок, до збільшення витрат на спорудження мережі, підвищеним втрат активної потужності;

- недолік реактивної потужності в системі тягне за собою зниження напруги в вузлах електричних мереж та біля споживачів.

Для отримання балансу реактивних потужностей поблизу основних споживачів реактивної потужності встановлюють додаткові джерела з генерацією реактивної потужністю Q_кп.

При надлишку реактивної потужності в системі, тобто при

Q_г+Q_л+Q_кп> Q_потр+Δ Q_пер+ Q_с.н;

в елементах електричної мережі виникають перетоки реактивної потужності, які направлені зустрічно напрямку потоків активної потужності, що призводить до підвищення напруги в вузлах і збільшення втрат потужності. Даний режим характерний для періоду мінімальних навантажень в системі.

Звідси виникає задача оптимізації режиму реактивної потужності в системі електропостачання промислового підприємства, вибору типу і потужності, а також місця установки компенсуючих пристроїв. У системах електропостачання міст з комунально-побутовим навантаженням компенсуючі пристрої, як правило, не встановлюються.

 

Тема: Методи компенсації реактивної потужності.

План:

1. Основні споживачі реактивної потужності.

2. Коефіцієнти потужностей.

3. Методи компенсації реактивної.

 

1. Основні споживачі реактивної потужності.

Основними споживачами є:

- Електродвигуни виробничих механізмів, які складають 2/3 сумарного навантаження;

- Електротермія, електрозварювання, електроліз (1/3 сумарного навантаження);

Електротермічні установки, які поділяються на:

1) Дугові; електропечі (для плавлення чорних та кольорових металів);

2) Установки індукційного нагрівання для плавлення і термообробки металів;

3) Електричні печі опору;

4) Електрозварювальні установки;

5) Термічні комунально-побутові прилади.

Найбільше розповсюдження в цехових мережах на напругу 0, 38 кВ мають печі опору та установки індукційного нагрівання. Печі опору прямої та не прямої дії (до 2000 кВт) підключаються до мережі напругою 0, 38 кВ.

Індукційно-плавильні печі промислової частоти являють собою трифазні споживачі, коефіцієнтом потужності – 0, 5.

Електрозварювальні установки дугового та контактного зварювання являють собою однофазну систему, на не синусоїдальному навантаженні, з коефіцієнтом потужності: для дугового зварювання – 0, 3; для контактного – 0, 7.

Електрохімічні і електролізні установки працюють на постійному струмі, який утворюється шляхом перетворення і коефіцієнт потужності становить 0, 8…0, 9.

Електроосвітлювальні установки з лампами розжарювання, люмінесцентними, дуговими, ртутними, натрієвими, застосовуються на всіх підприємствах, як для внутрішнього так і для зовнішнього освітлення. В цехах використовують дугові або ртутні лампи високого тиску (DRI або DRL), на напругу 220 В.

 

2. Коефіцієнти потужностей.

Коефіцієнт потужності для ламп розжарювання – 1; для світильників з конденсаторами – 0, 9…0.95; а без конденсаторів – 0, 6.

Коефіцієнт потужності або компенсація реактивної потужності промислових підприємств має велике значення і є загальною проблемою підвищення ККД роботи, систем електропостачання та поліпшення якості відпускної електричної енергії. Підвищення коефіцієнту потужності на 0, 01 (в масштабі країни), дає можливість додати корисну електричну енергію в 500 млн. кВт - год/рік. Споживачі електричної енергії (наприклад асинхронні двигуни) для нормальної роботи потребують активну і реактивну потужність, яка виробляється синхронним генератором електростанції і передається по системі електропостачання. В процесі передачі електроенергії споживачам виникають втрати активної потужності.

P²+Q² = P/cos² φ;

Питоме зниження в втратах активної потужності по відношенню до передаваємої активної потужності називається коефіцієнтом зниження втрат або економічним еквівалентом:

К_ек = ∆ P/Q = ∆ P₁-∆ P₂/Q;

К_ек залежить від cos φ та залежить від вибору силового трансформатора.

Реактивна потужність, що споживається промисловим підприємством, розподілена між окремими споживачами наступним чином: 65 – 70 % - припадає на асинхронні двигуни; 20 - 25 % - на трансформатори; 10 % - на лінії електропередач та інші електроспоживачі, наприклад: індуктивні споживачі, люмінесцентні лампи і т.п.

Збільшення споживання реактивної потужності будь-якої ділянки, в системі електропостачання електроспоживачів викликає зростання струму в провідниках та зниження коефіцієнту потужності.

Застосування компенсуючих пристроїв збільшує експлуатацію електроустановок, проте, призводить до подорожчання будівництва.

На тих ділянках, де втрати реактивної потужності збільшуються, активна потужність збільшується, і навпаки.

Будь-який елемент, в якому струм випереджає напругу, є генератор. А тому, крім синхронних машин (генератори та двигуни), які працюють з перезбудженням, джерелами реактивної потужності є лінії електропередач як повітряні так і кабельні) Наприклад: кабельні лінії на 10 кВ перерізом 70 –150 мм², мають ємність 10-15 кВАр, а ПЛ на 110 кВ з проводами АС-150 мм², що підвішені на відстані 3-5 м, мають ємність 3, 6-3, 8 МВАр/100км. Ці дані використовуються при розрахунках компенсуючи пристроїв напругою більше 1000В.

 

3. Методи компенсації реактивної потужності поділяються на три групи:

Методи, які не потребують коштів:

1. Обмежити холостий хід (ХХ) та встановити обмежувачі ХХ;

2. Впорядкування технологічного процесу та режимів роботи обладнання, що приводить до економічного режиму роботи електроустаткування та до підвищення коефіцієнта потужності;

3. Переключення статорних обмоток асинхронних двигунів (АД) напругою до 1000 В, з трикутника на зірку, якщо навантаження складає менше 40 %;

4. Заміна, перестановка, а також відключення трансформаторів, які завантажені менше 30% від номінальної потужності;

5. Заміна мало завантажувальних двигунів двигунами меншої потужності;

6. Використання синхронних двигунів для всіх нових установок, де це можливо по техніко-економічним показниках.

7. Заміна асинхронних двигунів синхронними двигунами такої ж потужності, де це можливо по техніко-економічним показниках.

Методи, які потребують застосування компенсуючих пристроїв та коштів.

1. Застосування статичних конденсаторів;

2. Застосування синхронних двигунів (СД) в якості компенсаторів.

Методи компенсації реактивної потужності, які використовуються як виняток.

1. Використання на підприємствах існуючих синхронних генераторів в якості синхронних компенсаторів;

2. Синхронізація АД, причому вона допускається при умові якщо навантаження АД не перевищує 70% від номінальної потужності і відповідному техніко-економічному обґрунтуванні.

При живленні постійним струмом фазний ротор втягується в синхронізм і може працювати з випереджаючим коефіцієнтом потужності подібні властивостям синхронного двигуна, але із значно меншою перевантажувальною здатністю.

 

 

Тема: Використання компенсаційних пристроїв та їх розміщення.

План:

1. Переваги і недоліки СД (синхронних двигунів).

2. Використання статичних конденсаторів.

3. Схеми приєднання конденсаторів на напругу 380 В та 10 кВ.

4. Маркування конденсаторів.