Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

А.С. Тимофеев

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Рекомендовано редакционно-издатальским советом университета в

качестве учебного пособия для студентов

специальности 140601 Электромеханика

Новокузнецк

2010

УДК 621.31:622 (075)

Т414

Рецензенты:

кандидат технических наук, профессор кафедры

механико-технологических дисциплин

филиала МГОУ (г. Прокопьевск)

А.И. Петушков;

генеральный директор разреза Талдинский-Южный

ООО «Талдинская горно-добывающая компания» (г. Прокопьевск)

С.Н. Гордеев

Тимофеев А.С.

Т414 Компенсация реактивной мощности: Учеб. пособие./

А.С. Тимофеев; СибГИУ. Новокузнецк, 2010, 67с.

Рассмотрены основные показатели активной и реактивной мощ-

ности, их баланс и потери в электрической системе, способы и техни-

ческие средства компенсации реактивной мощности; пред-ставлены

экономические аспекты задачи компенсации реактивной

мощности.

Предназначено для студентов специальности 140601 Электро-

механика, всех форм обучения.

УДК 621.31:622 (075)

индустриальный университет, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие………………………………………………………........5

1 Основные понятия о характеристиках электрических цепей пере-

менного тока………………………………………………….............6

1.1 Особенности цепей, содержащих активное, индуктивное......6

и емкостное сопротивление

1.2 Режим работы электрической сети…………………………..10

1.3 Последствия повышенного потребления реактивной мощно-

сти……………………………………………………................12

2 Компенсация реактивной мощности………………….…………...15

2.1 Общие положения………………………………………….....15

2.2 Инструкция по компенсации реактивной мощности в электри-

ческих сетях потребителей электроэнергии………………....19

2.3 Способы снижения потребления реактивной мощности

приемниками электроэнергии…………………………….…..25

2.4 Источники реактивной мощности……………………………33

3 Режимы работы и регулирование мощности компенсирующих

устройств…………………………………………………………....44

3.1 Общие сведения……………………………………………....44

3.2 Автоматическое регулирование мощности

конденсаторной установки по току нагрузки……………....48

3.3 Автоматическое регулирование мощности

конденсаторных установок по

cos

………………………..49

3.4 Основные технические данные АРКОН-1………………….52

3.5 Компенсация реактивной мощности при наличии вентильной

нагрузки…………………………………………………….….52

4 Эконоимческий расчет затрат на внедрение БК………………….54

4.1 Расчет затрат на БК…………………………………………...54

4.2 Определение нормативной численности электрослесарей

на техническое обслуживание и ремонт БК………………...55

4.3 Расчет заработной платы электрослесарей……………….....55

4.4 Экономические аспекты задачи компенсации мощности.....56

4.5 Экономический эффект от внедрения конденсаторных

установок……………………………………………………...59

5 Экономия электрической энергии в системе электроснабжения

угольной шахты…………………………………………………….60

Заключение……..………………………………………………….…..64

Библиографический список…………….………………………….…66

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одной из наиболее актуальных задач в нашей стране является

планомерное проведение во всех отраслях и сферах народного хозяй-

ства целенаправленной энергосберегающей политики.

В условиях, когда возрастают объемы потребления топлива и

энергии, резко увеличиваются затраты, связанные с их добычей, про-

изводством и транспортировкой, требуется коренным образом улуч-

шить работу по повышению эффективности использования энергети-

ческих ресурсов. В этой связи особые требования предъявляются к

предприятиям угольной промышленности, которые, с одной стороны,

добывают топливо, используемое при производстве электрической и

тепловой энергии предприятиями энергетики, а с другой как и все

промышленные предприятия страны, должны выполнять постоянно

возрастающие требования со стороны энергоснабжающих организа-

ций по совершенствованию электропотребления.

Эти требования изложены во введенном с 1 января 1982 г. прей-

скуранте № 09 01 «Тарифы на электрическую и тепловую энергию,

отпускаемую энергосистемами и электростанциями»; в Правилах

пользования электрической и тепловой энергией; во введенном с 1

января 1984 г. дополнительном прейскуранте № 0901 1980/11, а

также в ряде директивных и нормативных документов.

Характерная особенность предприятий угольной промышленно-

сти постоянное увеличение объемов электропотребления, которое

вызвано не только абсолютным ростом добычи угля, но и техниче-

ским перевооружением предприятий отрасли. На смену малопроиз-

водительной и устаревшей техники и электрооборудования приходит

более мощное, надежное, высокопроизводительное и, как правило,

более энергоемкое оборудование. Увеличение электропотребления

связано также с постоянным усложнением и ухудшением горно-

геологических условий (отработка более глубоких горизонтов, увели-

чивающееся выделение метана, повышенная опасность взрывов, по-

жаров, увеличение притока воды и протяженности транспортных вы-

работок и т.д.), отработкой более тонких пластов и менее качествен-

ных углей.

Пользование электрической энергией допускается только на ос-

новании договора, заключенного между энергоснабжающей органи-

зацией и потребителем (абонентом), установки которого непосредст-

венно присоединены к сетям энергоснабжающей организации. Такой

потребитель является основным потребителем энергоснабжающей

организации. К договору прилагается Акт разграничения балансовой

принадлежности электросетей и эксплуатационной ответственности

сторон. Договоры на пользование электрической энергией заключают

в соответствии с типовыми договорами. Потребители, питающиеся от

сетей основного потребителя, называются субабонентами.

В соответствии с прейскурантом № 09 01 предприятия должны

поддерживать экономически обоснованные значения реактивных

мощностей, регламентированные энергоснабжающей организацией, а

именно:

в часы максимума активной нагрузки энергосистемы опти-

мальное получасовое значение реактивной мощности

1э

;

в часы минимума активной нагрузки энергосистемы опти-

мальное среднее значение реактивной мощности

2э

Для поддержания значений мощностей

1э

2э

необходимо

осуществлять компенсацию реактивной мощности (КРМ) путем ус-

тановки различных типов компенсирующих устройств (КУ).

Компенсация на предприятиях, а также КРМ вне часов макси-

мума и минимума энергосистемы позволит:

снизить потери активной мощности и энергии в распредели-

тельных сетях;

снизить загрузки трансформаторов, установленных на глав-

ных понизительных подстанциях;

повысить пропускную способность линий (снизить загрузку

работающих линий);

повысить качество электрический энергии в сетях в соответст-

вии с требованиями, регламентированными ГОСТ 13109 67.

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ХАРАКТЕРИСТИКАХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.1 Особенности цепей, содержащих активное, индуктивное и

емкостное сопротивление

В общем случае элекрические цепи переменного тока обладают

активным, индуктивным и емкостным сопротивлением, обусловлен-

ные наличием в них

. В электрической нагрузке, обла-

дающей активным сопротивлением

, при прохождении синусои-

дального тока выделяется активная мощность, подчиняющаяся сину-

соидальному закону изменения, но с двойной частотой и имеет толь-

ко положительное значение, означающее, что энергия из сети потреб-

ляется и в сети не возвращается.

Цепь переменного тока с активным сопротивлением и вектор-

ные диаграммы представлены на листе 1 графической части диплом-

ного проекта и на рисунке 1 пояснительной записки.

Рисунок 1 Цепь переменного тока с активным сопротивлением и

его векторные диаграммы

В цепях переменного тока с индуктивным сопротивлением

при прохождении синусоидального тока мощность, обуслов-

ленная наличием

, также подчиняется синусоидальному закону с

изменением также по двойной частоте. Причем ось синусоиды совпа-

дает с осью абсцисс, что обеспечивает наличие одинаковых полуволн

синусоиды мощности, имеющих положительное и отрицательное

значение, означающее баланс энергии за полный период, равный 0.

Положительная полуволна мощности на графике означает, что

эта мощность в этот полупериод потребляется из сети, отрицательная

отдается в сеть (рисунок 2). Следует заметить, что на индуктивности

ток отстает от напряжения на

2/П

Рисунок 2 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

и его векторная диаграмма

В цепях переменного тока с емкостным сопротивлением

при протекании синусоидального тока мощность, обусловлен-

ная наличием емкости

, также подчинятся синусоидальному закону

с изложением также по двойной частоте (рисунок 3).

Как и в цепях с индуктивностью ось синусоиды совпадает с

осью абсцисс. Отличительной особенностью является то, что в цепях

с емкостью ток на емкость опережает напряжение на

2/П

Из вышесказанного следует, что и в цепях переменного тока с

индуктивностью и емкостью возникает реактивная мощность, цирку-

лирующая по цепи от потребителя к источнику, не выполняющая ни-

какой работы и не расходуясь. Однако такая циркуляция реактивной

мощности имеет ряд отрицательных последствий.

Рисунок 3 Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением

и его векторная диаграмма

Следует заметить, что реактивная мощность, хотя и не произво-

дит никакой работы, без нее не может быть передана активная мощ-

ность ни по ЛЭП, ни между первичной и вторичной обмотками

трансформатора и через зазоры между статором и ротором электро-

двигателей. Потребителями реактивной мощности, необходимой для

создания магнитных (электростатических) полей, являются как от-

дельные звенья электропередачи, так и такие электроприемники, ко-

торые преобразуют электроэнергию в другой вид энергии, который

по принципу своего действия использует магнитное поле (асинхрон-

ного двигатели (АД), преобразовательные устройства, электроосвети-

тельные установки с газоразрядными лампами).

1.2 Режим работы электрической сети

Режим работы электрической сети характеризуется значениями

показателей ее состояния, называемых параметрами режима. Все

процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя

параметрами: напряжением

, током

и мощностью

. Но для

удобства расчетов и учета электроэнергии применяются и другие па-

раметры, в их числе реактивная мощность

.Существует несколько

определений реактивной мощности. Например, что реактивная мощ-

ность, потребляемая индуктивностью и емкостью, идет на создание

магнитного и электрического полей. Индуктивность рассматривается

как потребитель реактивной мощности, а емкость как ее генератор.

В цепях переменного тока мощность можно только при совпа-

дении по фазе тока и напряжения

0 угол

определить по формуле:

IUP

где

действующие значения напряжения и тока.

Поэтому, для характеристики мощности цепи переменного тока

требуется дополнительный показатель, отражающий разность фаз то-

ка и напряжения. Произведение показаний вольтметра и амперметра

в цепи переменного тока называется полной мощностью. Дня трех-

фазной цепи она равна:

IUS 3

Активная мощность, трехфазного переменного тока определяет-

ся по формуле:

cIUP 3

cos

На основании этих выражений полная мощность

представля-

ется гипотенузой прямоугольного треугольника, один катет которого

представляет активную мощность

cosSP

, а другой реактив-

ную:

sinSQ

. Из треугольника мощностей получаются следую-

щие зависимости:

QPS

SP/cos

Множитель

cos

называется коэффициентом мощности. В не-

которых случаях удобней пользоваться не

cos

, a

, называемым

коэффициентом реактивной мощности:

PQtq /

Расчетное значение реактивной мощности легко найти из выра-

жения:

tqPQ

Коэффициент реактивной мощности

с приближением угла

к нулю позволяет найти значение

с меньшей погрешностью,

чем величина

cos

, так как в зоне малых углов , где

95,0cos

изменение коэффициента мощности на 1% приводит к изменению ко-

эффициента реактивной мощности на 10%.

Следует помнить об условности толкования

как мощности.

Только активная мощность может совершать работу и преобразовы-

ваться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию.

Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первич-

ного двигателя, полученной от природного источника, в электроэнер-

гию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощно-

сти, не требует для ее производства затраты других видов энергии, не

совершает работу и поэтому условно называется мощностью.

Аналогия реактивной мощности с активной состоит в сходстве

аналитического выражения в том, что электроприемники потребляют

не только активную, но и реактивную мощность, так как процессы

передачи и потребления электроэнергии неразрывно связаны с воз-

никновением магнитного и электрического полей, в зависимости и

активной и реактивной мощности от напряжения и частоты в соот-

ветствии со статическими характеристиками, в зависимости потерь в

сетях от потоков и активной и реактивной мощности, в одинаковом

способе измерения активной и реактивной мощности. Для расчета

режимов в цепях синусоидального тока реактивная мощность являет-

ся очень удобной характеристикой, широко используемой на практи-

ке.

К потребителям реактивной мощности в электроустановках гор-

ных предприятий относятся асинхронные двигатели, трансформато-