Меню

Какими способами определяется мощность компенсирующих установок

Расчет мощности компенсирующей установки

  1. Закрепить пройденный материал по теме.
  2. Научиться рассчитывать и выбирать компенсирующие установки.
  3. Учиться необходимости экономического обоснования при выборе оборудования.
  4. Уметь пользоваться справочной литературой.
  1. Повторение теоретического материала.
  2. Выдача самостоятельной работы.
  3. Защита выполненной работы.

Передача значительной реактивной мощности по сети не выгодна по следующим причинам:

а) возникают дополнительные потери напряжения;

б) возникают дополнительные потери активной мощности и активной энергии;

в)уменьшается способностьсети, следовательно, требует увеличения номинальной мощности и числа трансформаторов на подстанции, сечения проводов и кабелей.

Приведенные соображения вынуждают, на сколько это технически и
экономически целесообразно, предусматривать дополнительные мероприятия
по компенсации реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы. Компенсатор — это син­хронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, т. е. без механической нагрузки на валу. Это позволяет изготовлять специаль­ные синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облег­ченным валом по сравнению с обычными синхронными двигателями.

При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опере­жающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компен­саторов используется для регулирования реактивной мощности и повышения коэффициента мощности, и для регулирования напряже­ния в электрических сетях.

Преимуществами синхронных компенсаторов являются плавное и автоматическое регулирование реактивной мощности и напряжения в большом диапазоне, чем обеспечивается увеличение статической и динамической устойчивости в энергетической системе, а также высо­кая надежность ее работы.

Недостатками синхронных компенсаторов являются относительно высокая стоимость, а следовательно, и высокие удельные капиталь­ные затраты на компенсацию (12,5 руб/квар); удельный расход актив­ной мощности на компенсацию (0,027 кВт/квар), что значительно больше по сравнению со статическими конденсаторами (0,003 кВт/квар); большая занимаемая производственная площадь и шум, производи­мый при работе,

Конденсаторы — это специальные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. Мощность 1 элемента конденсатора составляет от 9 до 150 кВар. Если необходима большая мощность, то их собирают в батареи БК.

Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактивной мощности обладают рядом преимуществ:

— малые потери активной мощности внутри конденсатора;

— простота эксплуатации (ввиду отсутствия трудящихся и вращающихся частей);

— простота производства монтажных работ (малая масса, отсутствие фундамента);

— возможность использования для установки любого сухого помещения.

Недостатки: зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения. Чувствительность к искажениям напряжения, недостаточная прочность при перенапряжениях.

Широкое применение конденсаторов, потребовало создания комплектных конденсаторных установок ККУ. Бывают регулируемые на U 380В, мощностью 110-450кВар и нерегулируемые на U 6-10кВ и мощность 450-1125 кВар.

Пример №1: Рассчитать компенсирующее устройство по следующим данным:

1. Мощность компенсирующей установки, Qку, квар

где Qку – мощность компенсирующей установки, квар

Рс – среднее значение активной мощности по подстанции, кВт

tgj 1— расчетное значение tgj по подстанции

tgj 2— нормальное значение tgj по предприятиям России

так как две линии, тогда =212,075квар

где Qкуст – стандартная мощность компенсирующей установки, квар

n – количество компенсирующих установок

2. Стандартная мощность компенсирующей установки, Qкуст, квар /Приложение 4/

Выбирается компенсирующая установка мощностью 200 квар напряжением 380В марки УКБН -0,38-200-50УЗ

3. Среднесменная реактивная мощность с учетом компенсации, Qср.к, квар

где Qср.к – среднесменная реактивная мощность с учетом компенсации

Qср S — среднесменная реактивная мощность по подстанции

4.Максимальная реактивная мощность с учетом компенсации Qр.k, квар

где Qр.k.- максимальная реактивная мощность с учетом компенсации

Qр – максимальная реактивная мощность по подстанциям

Qр.k.= 597,7-(200*2)=197,7 квар

5. Полная максимальная мощность с учетом компенсации, Sр, кВА

Читайте также:  Как увеличить мощность двигателя мерседес актрос

Источник



Определение мощности компенсирующего устройства.

Величина потребной мощности компенсирующих устройств

где Рр – активная расчетная мощность завода, цеха;

tgφр=Qр/Рр – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности;

tgφс – тангенс угла сдвига фаз, который должен быть получен после компенсации (обычно задается для предприятия энергосистемой). Для энергосистемы «Донбассэнерго» он составляет tgφс=0,05.

Из справочной литературы [3,4 и т.п.] принимаем мощность одного компенсирующего устройства – q.

Количество компенсирующих устройств n;

Число n округляется до целого числа.

Пересчитывается реактивная мощность с учетом целого числа компенсирующих устройств Q’ку=n’q.

Уточняется полная расчетная нагрузка завода с учетом компенсации реактивной мощности =

Тангенс угла сдвига фаз, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности; tgφр=Qр/Рр=7510/8070=0,93

Определим величину потребной мощности компенсирующих устройств

По справочнику[3] выбираем статические конденсаторы КС – 10,5 – 50 мощностью 50 квар каждая

Количество компенсирующих устройств

Пересчитывается реактивная мощность с учетом целого числа компенсирующих устройств Q’ку= n’ q=142*50=7100 квар

Уточняется полная расчетная нагрузка завода с учетом компенсации реактивной мощности

= = =8080кВА

Источник

Аврал.Блог

Компенсация реактивной мощности: расчет мощности и выбор ступени регулирования конденсаторной батареи

Июль 10th, 2014 | Автор: E.J.

Введение

Мощность, потребляемая нагрузкой на переменном токе, подразделяется на активную (P) и реактивную (Q) составляющую. Полезную работу совершает только активная мощность, а реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического поля. Передача реактивной мощности от источников генерации к потребителю нежелательна по следующим причинам:

  • появляются дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах электрической сети;
  • возрастают потери напряжения;
  • увеличиваются капитальные затраты на строительство сетей, так как приходится ставить более мощное оборудование на подстанциях и прокладывать линии с большим сечением жил проводов и кабелей.

Существует ряд мероприятий по снижению потребления реактивной мощности, в частности, установка компенсирующих устройств (КУ). Очевидно, что наиболее целесообразно ставить КУ в местах потребления реактивной мощности, так как в этом случае разгружается все элементы сети, участвующие в передаче электроэнергии. Для компенсации реактивной мощности используются конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, тиристорные компенсаторы.

Соотношение потребления активной и реактивной мощности характеризуется коэффициентом реактивной мощности – tgϕ.

Коэффициент реактивной мощности

Предельные значения tgϕ в часы больших суточных нагрузок электрической сети для потребителей, присоединенных к сетям напряжением ниже 220 кВ, определяются в соответствии с приложением к [1] (см. табл. 1).

Таблица 1.

Предельные значения коэффициента реактивной мощности

Положение точки присоединения потребителя к электрической сети

tgϕ

— напряжением 110 кВ (154 кВ)

— напряжением 35 кВ (60 кВ)

— напряжением 6-20 кВ

— напряжением 0,4 кВ

Следует заметить, что эти значения устанавливаются

«…в отношении потребителей электрической энергии, присоединенная мощность энергопринимающих устройств которых более 150 кВт (за исключением граждан-потребителей, использующих электрическую энергию для бытового потребления, и приравненных к ним в соответствии с нормативными правовыми актами в области государственного регулирования тарифов групп (категорий) потребителей (покупателей), в том числе многоквартирных домов, садоводческих, огороднических, дачных и прочих некоммерческих объединений граждан)» [1].

Кроме того, максимальная величина tgϕ может указываться в выдаваемых потребителям технических условиях (ТУ) на подключение к электрическим сетям. В этом случае примерная формулировка следующая (пример для ТП-10/0,4 кВ):

«Согласованный системным оператором tgϕ на стороне 10 кВ принять не более 0,1. Проектом необходимо выполнить расчёт реактивной мощности, предусмотреть компенсирующие устройства с автоматическим регулированием в РУ-0,4 кВ трансформаторной подстанции. Количество и мощность компенсирующих устройств определить проектом».

В приведенной формулировке требования к максимальному значению tgϕ жёстче, чем в [1] (см. табл. 1). При этом не указывается, к какому режиму относится требование – часы больших или малых суточных нагрузок.

Читайте также:  Стабилизатор мощности 3 фазы

В статье рассматривается распространенный случай компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения при установке регулируемой батареи конденсаторов на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции (ТП) напряжением 10(6)/0,4 кВ.

Постановка задачи

Принципиальная электрическая схема трансформаторной подстанции с установленными устройствами компенсации реактивной мощности (конденсаторными батареями) приведена на рис. 1.

Принципиальная электрическая схема трансформаторной подстанции

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема трансформаторной подстанции.

Как правило, секционный автоматический выключатель в нормальном режиме работы ТП разомкнут. Каждую секцию шин можно рассматривать изолировано друг от друга и рассчитывать параметры режима отдельно. Для упрощения расчетов будем считать режимы потребления электроэнергии на обеих секциях симметричными и примем следующие обозначения:

  • Pр.нагр.1 = Pр.нагр.2 = Pр.нагр. – расчётная активная мощность нагрузки;
  • cosϕр.нагр.1 = cosϕр.нагр.2 = cosϕр.нагр. – расчётный коэффициент мощности нагрузки;
  • QКУ-1.ном = QКУ-2.ном = QКУ.ном – номинальная мощность устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ);
  • ΔQКУ-1 = ΔQКУ-2 = ΔQКУ – мощность ступени регулирования УКРМ;
  • UНН – номинальное напряжение стороны низкого напряжения (НН);
  • P1НН = P2НН = PНН = Pр.нагр.– расчётная активная мощность на шинах НН;
  • Q1НН = Q2НН = QНН – расчётная реактивная мощность на шинах НН;
  • tgϕ1НН = tgϕ2НН = tgϕНН – расчётный коэффициент реактивной мощности на шинах НН;
  • ΔPТ – потери активной мощности в трансформаторе;
  • ΔQТ – потери реактивной мощности в трансформаторе;
  • UВН – номинальное напряжение стороны высокого напряжения (ВН);
  • tgϕmax (tgϕmin) – максимальное (минимальное) значение нормируемого коэффициента реактивной мощности на шинах ВН;
  • P1ВН = P2ВН = PВН – расчётная активная мощность на шинах ВН;
  • Q1ВН= Q2ВН = QВН – расчётная реактивная мощность на шинах ВН;
  • tgϕ1ВН = tgϕ2ВН = tgϕВН – расчётный коэффициент реактивной мощности на шинах ВН.

Цель: рассчитать номинальную реактивную мощность (QКУ.ном) и ступень регулирования (ΔQКУ) УКРМ.

Расчет мощности УКРМ

Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН определяется следующим образом:

Потребляемая активная мощность на шинах ВН складывается из активной мощности нагрузки и активных потерь мощности в трансформаторе:

Потребляемая реактивная мощность на шинах ВН складывается из реактивной мощности нагрузки и реактивных потерь мощности в трансформаторе за вычетом расчетной мощности компенсирующего устройства:

Выразим реактивную мощность нагрузки через известные величины (см. рис.1):

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе зависят от передаваемой мощности и рассчитываются по формулам (7) и (8):

где ΔPxx – потери активной мощности холостого хода трансформатора (паспортные данные), кВт;

ΔQμ – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, квар;

ΔPнагр. (ΔQнагр.) – нагрузочные активные (реактивные) потери в трансформаторе, кВт (квар);

ΔPк – потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

SНН – потребляемая полная мощность на шинах НН, кВ*А:

Потребляемая полная мощность на шинах НН

SТ – номинальная полная мощность трансформатора, кВ*А;

Iхх – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Следует заметить, что расчеты по формулам (7) – (9) носят приближённый характер, так как на этом этапе нельзя определить значение QНН из-за того, что неизвестно расчетное значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р, см. формулу (4). В этом случае можно:

  • принять QКУ.р = 0 и выполнить расчет без компенсирующего устройства;
  • принять QКУ.р = Qр.нагр. и выполнить расчет при полной компенсации реактивной мощности на шинах НН (этот вариант рекомендуется использовать из-за меньшей расчетной погрешности первой итерации расчёта потерь в трансформаторе).
Читайте также:  Дайте определение мощность мышечной работы от чего она зависит

Подставляя в (2) выражения (3), (4) и (5), получим выражение для расчета коэффициента реактивной мощности на шинах ВН, где вторым неизвестным является значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ:

Так как максимальное значение коэффициента реактивной мощности на шинах ВН нормировано, значит должно выполняться следующее условие:

Выполнение условия (11) необходимо по нормативным требованиям, но недостаточно, так как коэффициент реактивной мощности может быть отрицательной величиной. Действительно, если в (10) QКУ.р будет достаточно большой величиной, чтобы числитель дроби стал отрицательным, то получим перекомпенсацию реактивной мощности QВН Рис. 2. Изображение реактивной мощности УКРМ в текущем режиме.

а – до переключения ступени регулирования; б – в момент переключения ступени регулирования

Значение QКУ находится между значениями QКУ.min и QКУ.max, значит коэффициент реактивной мощности tgϕВН находится в допустимом диапазоне значений. При уменьшении реактивной мощности нагрузки Qнагр. значения QКУ.min и QКУ.max начинают уменьшаться, см. (5), (16) и (17). При этом они смещаются влево на оси Q до тех пор, пока QКУ.max не достигнет значения QКУ (см. рис. 2, б). При дальнейшем снижении Qнагр. значение QКУ выходит за допустимый диапазон. В этот момент УКРМ снижает вырабатываемую реактивную мощность QКУ на величину ступени регулирования ΔQКУ до значения Q’КУ. Очевидно, что величина ступени регулирования не должна превышать разность между значениями QКУ.max и QКУ.min. Аналогичные рассуждения можно провести при увеличении реактивной мощности нагрузки Qнагр.

Итак, расчётная величина ступени регулирования компенсирующего устройства определяется по выражению:

Подставив в (21) выражения (16) и (17), получим формулу расчёта ступени регулирования УКРМ:

Выбор ступени регулирования УКРМ ΔQКУ выполняется по выражению:

Подставив (22) в (23), окончательно получим:

Из (22) видно, что расчетное значение ступени регулирования зависит от величины активной мощности нагрузки Pнагр.; при снижении Pнагр. снижается и расчетное значение ΔQКУ.р. Следовательно, если ступень регулирования выбрана по расчетной мощности нагрузки Pр.нагр., то приемлемое значение tgϕВН гарантированно будет обеспечиваться только в диапазоне расчетных (максимальных) значений нагрузок потребителей. При снижении потребляемой нагрузки Pнагр. величина ΔQКУ.р может оказаться меньше ΔQКУ, и tgϕВН выйдет за границы диапазона допустимых значений tgϕmax и tgϕmin. Во избежание этой ситуации рекомендуется производить расчет ΔQКУ.р в режиме малых нагрузок. Тогда выбранная ступень регулирования ΔQКУ по выражению (24) обеспечит поддержание tgϕВН в требуемом диапазоне в режиме и больших, и малых нагрузок.

Пример расчёта

Произведем расчет номинальной мощности и ступени регулирования УКРМ для следующих условий:

параметры нагрузки:

  • Pр.нагр.= 400 кВт;
  • Pр.min.нагр.= 150 кВт (расчётная мощность в режиме малых нагрузок);
  • cosϕр.нагр. = 0,85;

заданный диапазон значений коэффициента реактивной мощности:

паспортные значения трансформатора:

  • SТ = 630 кВ*А;
  • ΔPxx =0,94 кВт;
  • ΔPк = 7,6 кВт;
  • Iхх = 1,6%;
  • Uк = 5,5 %.

Выполним последовательно расчеты по формулам (6), (5), (9), (7), (8), (16) и (17), при этом примем номинальную мощность УКРМ равной реактивной мощности нагрузки.

Источник