Реактивная мощность

Удельная стоимость  конденсаторов высокого напряжения меньше удельной стоимости конденсаторов  низкого напряжения, но конденсаторы низкого напряжения проще и надёжнее в эксплуатации. Комплектные конденсаторные установки имеют встроенное разрядное  сопротивление R для снятия остаточного напряжения при отключении ККУ от сети. Иногда в качестве разрядного сопротивления применяют два однофазных трансформатора напряжения TV (рис.3, б)

За счёт присоединения  к сети КУ с мощностью  уменьшаются потери мощности и напряжения. После компенсации потери мощности

,                        (6)

где -потери мощности в компенсирующем устройстве, кВт.

Потери напряжения после компенсации, В,

.                                     (7)

3.2 Синхронные двигатели.  

Рассмотрим другой вид КУ- синхронные двигатели.

Из курса «Электрические машины» известно, что при увеличении тока возбуждения выше номинального значения синхронные двигатели  (СД) могут вырабатывать реактивную мощность, следовательно, их можно использовать как средство компенсации реактивной мощности. Главным отличием СД от АД является то, что магнитное поле, необходимое для действия СД, создаётся в основном от отдельного источника постоянного тока (возбудителя). Вследствие этого СД в нормальном режиме (при ) почти не потребляет из сети реактивной мощности, необходимой для создания главного магнитного потока, а в режиме перевозбуждения, т.е. при работе с опережающим коэффициентом мощности, может генерировать ёмкостную мощность в сеть.

Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент  мощности  и при номинальной активной нагрузке  и напряжении  могут вырабатывать номинальную реактивную мощность:

.                                                 (8)

При недогрузке СД по активной мощности < 1 возможна перегрузка по реактивной мощности >1.

Средние значения коэффициента нагрузки по реактивной мощности  в зависимости от изменения активной нагрузки  и напряжения сети для СД некоторых серий напряжением 6 10 кВ приведены в таблице 2.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности.

Недостатком является то, что активные потери на генерирование  реактивной мощности для СД больше, чем для КБ, так как зависят от квадрата генерируемой мощности СД.

Дополнительные  активные потери в обмотке СД, кВт, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения  от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной ,

,                                      (9)

где -номинальная реактивная мощность СД, квар; r –сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; -номинальное напряжение сети, кВ.

В общем случае когда  , , и  отличаются от номинальных значений, потери активной мощности, кВт, на генерирование реактивной мощности

,                               (10)

где -величина генерируемой синхронным двигателем реактивной мощности, квар;  и -постоянные величины (таблица 3) кВт.

Реактивная мощность , генерируемая синхронным двигателем при активной нагрузке ,

,                                      (11)

где -коэффициент перегрузки по реактивной мощности таблице 2; - активная нагрузка СД, кВт;    и -соответственно тангенс угла  и КПД двигателя, принимаемые по каталогу (паспорту) СД.

Следует отметить, что  . Следовательно, сумма постоянных коэффициентов  и  определяет активные потери СД, вызванные генерированием реактивной мощности  при номинальном напряжении  и активной мощности .

Как правило, в  системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают, главным образом, пики нагрузок графика.

3.3 Синхронные компенсаторы.  

Разновидностью  СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД облегчённой конструкции без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 квар; они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий и лишь в ряде случаев используются для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т.п.). В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6-10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ), Которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на (рис. 4). В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LR и нерегулируемые ёмкости С1-С3.

Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS, управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ является отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

4 Выбор компенсирующих  устройств.

Расчёт и выбор  КУ производится на основании задания энергосистемы и в соответствии с «Руководящими указаниями по компенсации». Задачи по расчёту и выбору КУ решаются совместно с вопросами проектирования всех элементов СЭС промышленного предприятия.

Потребляемая  мощность КУ выбирается с учётом наибольшей входной реактивной мощности , квар, которая может быть передана из сетей энергосистемы. В общем виде должно соблюдаться следующее условие:

,                         (12)

где -расчётная (потребляемая) предприятием реактивная мощность, квар; - реактивная мощность, которую надо скомпенсировать на предприятии (т.е. мощность КУ).

Энергосистемой  задаётся режим потребляемой реактивной мощности на предприятии с учётом его расчётных максимальных нагрузок  и . Это требование заключается в том, что задаются значения - реактивной мощности, выдаваемой энергосистемой предприятию в течении получаса в период максимальных активных нагрузок энергосистемы, и -средней реактивной мощности, передаваемой из сети энергосистемы или генерируемой в сеть энергосистемы в период её наименьшей нагрузки. Практически во всех случаях . С учётом изложенного выражения (12) приобретается вид:

;               (13)

,                (14)

где  и -соответственно необходимая мощность КУ в режиме максимальных и минимальных нагрузок;  и -соответственно расчётная реактивная мощность предприятия в режиме максимальных и минимальных (в ночную смену, в праздничные дни и т.п.) нагрузок.

Выражения (13) и (14) относятся к промышленным предприятиям с мощностью 750 кВ А и выше. Для предприятий с мощностью до 750 кВ А энергосистемой рекомендуется полная компенсация реактивной мощности на стороне до 1 кВ.

Эти требования энергосистемы вызваны тем, что  в сетях напряжением до 1 кВ, как  правило, коэффициент мощности нагрузки не превышает 0,8. При этом сети до 1 кВ электрически более удалены от ИП энергосистемы и промышленных ТЭЦ, поэтому передача реактивной мощности энергосистемы в сеть до 1 кВ предприятия приводит к повышенным затратам на увеличение сечений проводников, к повышению мощности трансформаторов и повышенным потерям электроэнергии.

Таким образом, недостаток в энергосистеме реактивной энергии для покрытия реактивных нагрузок промышленного предприятия  устраняется за счёт компенсирующих установок предприятия. Причём если устанавливается КБ, то суммарная мощность их нерегулируемых секций не должна превышать расчётную реактивную мощность предприятия в режимах минимальных нагрузок .

В целях стимулирования мероприятий по компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях введена шкала скидок и надбавок к тарифу за электроэнергию, отпускаемую энергоснабжающей организацией. Штрафы в виде надбавки к тарифу за электроэнергию, выплачиваемые предприятием за несоблюдение режима компенсации, не устраняют реальных потерь в электрических сетях, а лишь перераспределяют их стоимость между энергосистемой и промышленным предприятием. Однако указанные надбавки к тарифу стимулируют предприятия к принятию мер по рациональной эксплуатации КУ.

Энергосистема контролирует режим потребления реактивной мощности на предприятии, для чего служат счётчики с указателями 30-минутного максимума и реле времени. Счётчики устанавливают на границе раздела энергосистемы и предприятия в точке, указываемой в договоре на отпуск электроэнергии. При отсутствии специальных счётчиков используют показания обычных счётчиков. Записи подлежат 30-минутные показания счётчиков в часы максимума и ночного минимума энергосистемы.

Выбор мощности КУ и распределение их по сетям промышленного предприятия напряжением до 1 кВ и выше производятся на основании технико-экономических расчётов по минимуму приведённых затрат. Приведённые затраты на компенсацию реактивной мощности, руб.,

,       (15)

где -реактивная мощность КУ, квар; -постоянная составляющая затрат, не зависящая от мощности , руб.; -удельные затраты на 1 квар реактивной мощности, руб/квар; -удельные затраты на 1 квар  реактивной мощности, руб/квар .

Постоянная составляющая затрат, руб.,

,                               (16)

где -нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений ; -затраты на коммутационную аппаратуру, вводные и регулирующие устройства, устройства защиты и другие затраты компенсирующих установок, руб.

Для СД величина  и выражение (15) принимает вид:

,                    (17)

где -номинальная реактивная мощность СД, квар (8);

               (18)

;                                        (19)

здесь -стоимость потерь, руб/кВт таблица 4;