Реактивная мощность

 

 n-число однотипных СД; -реактивная мощность, вырабатываемая СД предварительно, квар. Если СД вводится вновь, то =0 и (18) принимает вид:

.                                            (20)

Для КБ тогда (5.15)

,              (21)

где -мощность КБ, квар; -удельные потери мощности в конденсаторах, кВт/квар (табл. 1); -напряжение на конденсаторной батарее, В; -удельные затраты на установку КБ (см. табл. 1); -постоянная составляющая затрат для КБ

                                                (22)

здесь =0,223-нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений в КБ;  и -соответственно стоимость вводного и регулирующего устройства, руб.

Чаще всего  при проектировании СЭС ещё не уточнены места установки КУ. Поэтому с достаточной для практических целей точностью можно принимать средние удельные затраты на компенсацию 1 квар =3,5 руб/(квар год).

На предприятиях мощностью более 750 кВ А после проведения мер по естественной компенсации нескомпенсированая реактивная нагрузка в сетях до 1 кВ может покрываться как установкой КУ до 1 кВ, так и перетоком реактивной мощности с шин 6-10 кВ, оптимальное соотношение между которыми определяется расчётом.

Источники реактивной мощности напряжением 6-10 кВ более экономичны по сравнению с источниками реактивной мощности на напряжение до 1 кВ. Однако передача реактивной мощности из сети 6-10 кВ в сеть напряжением до 1 кВ может привести к увеличению числа трансформаторов на ТП на , обусловленного их дополнительной загрузкой, передаваемой реактивной мощностью, и соответственно к увеличению потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.

Дополнительные  приведённые затраты, руб., увеличиваются:

,                                            (23)

где -стоимость дополнительно устанавливаемых  трансформаторов, руб.

Как правило, стоимость  КТП, устанавливаемых на современных промышленных предприятиях, достаточно высока, и поэтому передача избыточной реактивной мощности СД 6-10 кВ в сеть напряжением до 1 кВ является невыгодной.

Чаще всего  реактивная мощность СД 6-10 кВ используется для компенсации реактивных нагрузок на стороне 6-10 кВ.

Мощность  КУ в сетях напряжением до 1 кВ определяется по минимуму приведённых затрат выбором экономически оптимального числа трансформаторов цеховых ТП и определением дополнительной мощности КУ ниже 1 кВ в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ, питающей эти трансформаторы.

Рассчитанная  таким путём мощность компенсации распределяется между всеми трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.

При выборе КУ на предприятиях с большим числом трансформаторов решающее значение имеет число устанавливаемых трансформаторов.

Ориентировочное количество необходимых трансформаторов одинаковой оптимальной экономической мощности для покрытия всех электрических нагрузок цеха при неравномерном распределении этих нагрузок по площади цеха и при найденной средней плотности нагрузок цеха  выбирают по выражению

,                              (24)

где -полная средняя мощность цеха за максимально загруженную смену, кВ А; -оптимальная экономическая номинальная мощность трансформатора, определяемая по (рис. 5); -рекомендуемый коэффициент загрузки трансформаторов (таблица 5); -отношение коэффициентов мощности на стороне вторичного напряжения трансформатора  соответственно после и до компенсации реактивных нагрузок.

При равномерно распределённой по площади цеха нагрузке число трансформаторных подстанций

                              (25)

Для выбора наивыгоднейшего  числа трансформаторов и мощности КУ следует провести технико-экономическое сравнение вариантов с минимальным числом трансформаторов и с числом трансформаторов, увеличенным на один или два. Для варианта с увеличенным числом трансформаторов следует учитывать затраты на дополнительную установку трансформаторов по (23).

Если на предприятии  нельзя увеличить число трансформаторов  по условию размещения цехов, способу  резервирования и т. п., то определяют минимально возможную мощность трансформатора  по (рис.5). Затем сравнивают варианты установки трансформаторов с минимально возможной мощностью и мощностью трансформатора на ступень выше.

Как правило  реактивная нагрузка индуктивного характера в сетях 6-10 кВ создаётся реактивной мощностью ЭП 6-10 кВ и нескомпенсированной в сетях НН 0,4-0,69 кВ реактивной нагрузкой  с учётом потери реактивной мощности в силовых трансформаторах на стороне 6-10 кВ.

Наибольшая реактивная мощность, квар, которая может быть передана из сети 6-10 кВ в сеть напряжением  до 1 кВ для покрытия оставшейся нескомпенсированной  реактивной мощности в сети до 1 кВ без увеличения числа устанавливаемых трансформаторов  и их коэффициента загрузки,  определяется

,               (26)

где -активная средняя нагрузка за максимально загруженную смену, кВт.

В целях оптимального снижения потерь в трансформаторах  и в сети 6-10 кВ суммарная мощность КБ напряжением до 1 кВ для группы с небольшим числом трансформаторов цеха

                                          (26а)

где -суммарная расчётная реактивная нагрузка за максимально загруженную смену.

Если окажется, что  ,то установка конденсаторов напряжения до 1 кВ не требуется.

На практике для промышленных предприятий чаще всего сравнивают варианты установки средств компенсации отдельно в виде КБ, СД или совместной установки КБ и СД.

При отсутствии на предприятии СД для привода производственных механизмов сначала выбирается оптимальная мощность КУ  на стороне до 1 кВ, а затем определяется оптимальная мощность силовых трансформаторов на подстанциях.

Пример 1. На (рис. 6) приведена схема одной секции РП 10 кВ, к шинам 10 кВ которого присоединены два СД мощностью  кВт каждый и с частотой вращения  об/мин. Коэффициент загрузки каждого СД  и коэффициент мощности , синхронные двигатели вводятся вновь и =0. Потребление реактивной мощности в сети до 10 кВ от других ЭП промышленного предприятия составляет  квар. В сети 380 В расчётные нагрузки за максимально загруженную смену составляют:  МВт, Мвар,  МВ А. Питающая энергосистема находится в Средней Азии  и может передать в часы максимума реактивную мощность  Мвар.

Коэффициент загрузки трансформаторов  (табл. 5) при наличии перемычек в сети 0,4 кВ. Площадь цеха . Стоимость КТП мощностью 1000 кВ А с необходимым оборудованием  Предприятие работает в две смены;  принято равным 0,

Определим оптимальный вариант  выбора КУ.

Решение. Определим минимально необходимое количество трансформаторов с номинальной мощностью  по (25):

Принимаем семь трансформаторов, мощность каждого  из которых   принята по (рис. 5) при .

Реактивная  мощность, вырабатываемая двумя СД, определяется по

.

Реактивная  мощность, которая  может быть передана от СД 10 кВ на сторону 0,4 кВ

.

По (26) наибольшая реактивная мощность, которая  может быть передана через трансформаторы,

Оставшаяся  некомпенсированной мощность КБ на стороне 0,4 кВ при передаче реактивной мощности из сети 10 кВ, равной 1,21 Мвар, по (26а)

.

Примем  по (табл. 1) 13 КБ марки УКБ-0,38-150У3 с общей мощностью .

При

,

т.е. практически можно  всю необходимую  реактивную мощность на стороне 0,4 кВ  передать со стороны 10 кВ через трансформаторы. В этом случае установка КБ на стороне 0,4 кВ не потребуется. Но располагаемая мощность КУ в сети 10 кВ равна 1,83 Мвар. Следовательно, . Примем 9 КБ марки УКБ-0,38-150У3 c общей мощностью .

Проведём  технико-экономическое  сравнение двух вариантов  с установкой семи и восьми трансформаторов. Удельные затраты при передаче реактивной мощности СД в сеть 0,4 кВ определяются по (20):

.

По (19)

,

где  и .

Полные  затраты на установку  КБ в сети 0,4 кВ определяются по (21):

.;

.,

где  принято по (табл. 1) для УКБ-0,38-150У3 и ; .

Для варианта I при   затраты складываются из стоимости потерь активной энергии в СД и стоимости установки КБ на стороне 0,4 кВ:

 руб.

Для варианта II при 

.

Следовательно, оптимальным вариантом  компенсации реактивной мощности является вариант I установки семи трансформаторов.

5 Размещение компенсирующих  устройств в электрических  сетях.  

После определения  оптимального значения мощности КУ решается вопрос об их размещении в электрических сетях промышленного предприятия. Рациональное размещение КУ зависит от соотношения мощностей СД и АД, установленных в сетях 6-10 кВ. Наибольший эффект достигается при установке КУ вблизи ЭП с наибольшим потреблением реактивной мощности, так как это приводит к максимальному снижению потерь мощности и электроэнергии.

В электрических  сетях напряжением до 1 кВ наибольшее распространение в качестве средств  компенсации реактивной мощности имеют  батареи статических конденсаторов (КБ). Нерегулируемые КБ мощностью не менее 30 квар устанавливаются, как правило, в цехах у силовых шкафов или присоединяются к магистральному шинопроводу (групповая компенсация). Индивидуальная компенсация с помощью КБ целесообразна лишь у крупных ЭП 0,4-0,69 кВ с относительно низким коэффициентом мощности и большим числом часов работы в году.

Установка КБ напряжением до 1 кВ в помещении ТП или на головном участке магистрального шинопровода ТП является централизованной компенсацией и допускается только в тех случаях, когда установка КБ в цехе невозможна по условиям пожаро - и взрывоопасности цеха.

Места установки  регулируемых КБ в сетях напряжением до 1 кВ определяют с учётом требований энергосистемы, предъявляемых к регулированию напряжения в сетях. Число и мощность ступеней регулирования следует определять на основании существующего графика нагрузок промышленного предприятия.

При размещении цеховых групповых КУ напряжением до 1 кВ следует, стремится к тому, чтобы их мощность по возможности определялась реактивными нагрузками силовых РШ или шинопроводов, к которым эти КУ присоединяются.

Рассмотрим размещение КБ в сетях напряжением до 1 кВ при отсутствии в этих сетях СД. Распределение мощностей КБ в таких сетях зависит от структуры сети - радиальная (рис. 7, а) или магистральная (рис. 7, б). В радиальной сети от шин 0,4-0,69 кВ ТП отходят п радиальных линий, питающих п силовых шкафов с реактивными расчётными нагрузками . Распределение мощностей КБ, квар, в такой сети производится по формуле