Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

ры, преобразователи, сварочные трансформаторы, а также реакторы и

электрические сети. Поскольку с изменением нагрузки приемников

реактивная мощность изменяется незначительно, основной причиной

повышенного потребления реактивной мощности являются выбор

приемников с чрезмерным запасом мощности, а также работа прием-

ников в режиме холостого хода.

1.3 Последствия повышенного потребления реактивной

мощности

Как было указано выше, некоторые виды электроустановок не

могут работать без потребления (генерирования) реактивной мощно-

сти. Однако повышенное потребление реактивной мощности имеет

ряд отрицательных последствий:

1.3.1 Увеличение сечения ЛЭП. Сечение ЛЭП выбирается, ис-

ходя из экономической плотности тока

и допустимой по нагреву

токовой нагрузки

..ДД

. В обоих случаях выбор осуществляется, ис-

ходя из величины рабочего тока, значение которого зависит от степе-

ни загруженности сети реактивной мощности, т.е.:

pan

III

где

полный ток сети, по которому и выбирается сечение ЛЭП;

активная составляющая полного тока, зависит от величины

передаваемой по ЛЭП активной мощности;

– реактивная составляющая полного тока, зависит от величины,

передаваемой по ЛЭП реактивной мощности.

Активная составляющая полного тока определяется по

формуле:

cos

Реактивная составляющая полного тока определяется по

формуле:

sin

Активная составляющая

полного токa

связана с активной

мощностью соотношением:

IUP

При неизменной активной мощности электроустановки или

предприятия в целом реактивная составляющая

полного тока во

внешней цепи (вне пределов электроустановки или предприятия) в

зависимости от характера нагрузки

и компенсирующих уст-

ройств

может быть в пределах:

sin

где –

, +

соответственно отставание или опережение фазы реак-

тивной составляющей тока относительно напряжения

сети;

C ,L

соответственно индуктивность и емкость нагрузки;

амплитудное значение напряжения сети.

Как было отмечено ранее, без потребления (генерирования) ре-

активной мощности электроустановки не могут работать. Но реак-

тивную мощность необязательно получать на генераторах электро-

станции и передавать ее по системам ЛЭП на большие расстояния.

Реактивную мощность целесообразнее генерировать при индук-

тивном характере нагрузки и потреблять при емкостном характере

нагрузки в непосредственной близости от электроустановки или

предприятия, не выпуская ее за пределы этих электроустановок или

предприятий. В этом случае во внешней цепи будет протекать мень-

ший ток при той же потребляемой активной мощности, что дает воз-

можность принять меньшее сечение ЛЭП.

1.3.2 Увеличение потерь в ЛЭП активной мощности. Форму-

ла, по которой определяются потери в ЛЭП активной мощности, рас-

ходуемые на передачу по этой ЛЭП, активной

и реактивной

нагрузки электроустановки или предприятия, имеет вид:

PPP

paл

где

ДPДP ,

потеря активной мощности в ЛЭП на передачу соот-

ветственно активной и реактивной

нагрузки элек-

троустановки или предприятия;

активное сопротивление ЛЭП.

В этом выражении при неизменной активной нагрузке

сече-

нии ЛЭП, номинальном напряжении сети потери активной мощности

1.3.3 Увеличение потерь напряжения в ЛЭП.

sincos3 xrIU

Если преобразовать это выражение, то:

xIU

rIU

sin3cos3

Следовательно,

где

потери напряжения в ЛЭП, связанные с передачей реак-

тивной нагрузки.

1.3.4 Необходимость увеличения мощности генераторов и

трансформаторов. Расчетная мощность трансформатора определя-

ется по формуле:

cos

Pkk

Если

1cos

, то

Pkk

Если

5,0cos

, то

Pkk

S 2

5.0

При

5,0cos

мощность трансформатора нужно увеличивать в 2

раза по сравнению с

1cos

1.3.5 Ухудшается использование генераторов и трансформа-

торов. Асинхронные двигатели и трансформаторы потребляют реак-

тивную мощность в соответствии с их нагрузкой независимо от де-

фицита реактивной мощности в энергосистеме. В соответствии с ин-

структивными указаниями при проектировании электроснабжения

предприятий необходимо принимать

98,095,0cos

2 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

2.1 Общие положения

Для реактивной мощности приняты такие понятия как потреб-

ление, генерация, передача и потери. Считают, что если ток отстает

по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактив-

ная мощность потребляется, а если ток опережает напряжение (емко-

стный характер нагрузки), реактивная мощность генерируется. С точ-

ки зрения генерации и потребления между реактивной и активной

мощностью существуют значительные различия. Если большую часть

активной мощности потребляют приемники и лишь незначительная

теряется в элементах сети и электрооборудовании, то потери реак-

тивной мощности в элементах сети могут быть соизмеримы с реак-

тивной мощностью, потребляемой приемниками электроэнергии.

Активная мощность генерируется электростанциями; источни-

ками реактивной мощности являются как генераторы электростан-

ций, так и синхронные двигатели, воздушные и кабельные линии, а

также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройсва

(КУ) синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов и тирсто-

ные источники реактивной мощности.

Производство значительного количества реактивной мощности

генераторами электростанций во многих случаях экономически неце-

лесообразно по следующим основным причинам.

1. При передаче активной

и реактивной

мощностей через

элемент системы электроснабжения с сопротивлением

потери ак-

тивной мощности составят:

PPR

Дополнительные потери активной мощности

, вызванные

протеканием реактивной мощности

по сети, пропорциональны ее

квадрату. Большие потери активной мощности и электроэнергии во

всех элементах системы электроснабжения вынуждают, насколько

это технически и экономически целесообразно, приближать источни-

ки реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать пере-

дачу ее от мощных генераторов.

2. Возникают дополнительные потери напряжения. Например,

при передаче мощностей

через элемент системы электро-

снабжения с активным сопротивлением R и реактивным X потери на-

пряжения составят:

QXPR

где,

потери напряжения, обусловленные соответственно

активной и реактивной мощностью.

В результате передача значительного количества реактивной

мощности по сети, как правило, не может быть осуществлена в связи

с недопустимым падением напряжения.

С влиянием реактивной мощности на режим напряжения связа-

ны понятия баланса, резерва и дефицита реактивной мощности. Под

балансом реактивной мощности понимают равенство генерируемой и

потребляемой мощностей при допустимых отклонениях напряжения

у приемников электроэнергии. Наибольшее значение реактивной

мощности, которая может дополнительно потребляться в данном узле

при допустимых отклонениях напряжения, называют резервом реак-

тивной мощности. Наименьшее значение реактивной мощности, ко-

торая должна быть скомпенсирована в узле, чтобы режим напряже-

ния вошел в допустимые пределы, называют дефицитом. Понятия ба-

ланса, резерва и дефицита реактивной мощности условны, так как ре-

активная мощность, которая может быть передана в рассчитываемый

узел, зависит от нагрузок других узлов, мощности КУ и места их ус-

тановки, а также от режима работы устройств регулирования напря-

жения. Они являются характеристикой узла только при определенных

конкретных условиях, при которых их вычисляют.

3. Загрузка реактивной мощностью систем промышленного

электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную

способность и требует увеличения сечений проводов и кабельных ли-

ний, увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов

подстанций и т. п.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощно-

сти, могут быть разделены на связанные со снижением потребления

реактивной мощности приемниками электроэнергии и требующие ус-

тановки КУ в соответствующих точках системы электроснабжения.

Значительного экономического эффекта достигают при пра-

вильном сочетании различных мероприятий, которые должны быть

технически и экономически обоснованы.

Критерием экономичности является минимум приведенных за-

трат:

min12,0 КСЗ

Для задачи выбора типа, мощности и места установки КУ опти-

мальное решение может быть получено из расчета всей системы

электроснабжения с одновременным учетом питающих и распредели-

тельных сетей. Из за сложности общей задачи одним из возможных

путей ее решения является расчет в энергосистеме с учетом сетей

промышленных предприятий в виде эквивалентных характеристик. В

результате решения общей задачи при совместном учете питающих и

распределительных сетей для системы электроснабжения промыш-

ленного предприятия определяют оптимальное значение реактивной

мощности, передаваемой из энергосистемы в режимах ее наибольших

и наименьших активных нагрузок

1э

2э

соответственно. Значе-

ния

1э

2э

определяются энергоснабжающей организацией. При

этом в расчетах по компенсации реактивной мощности в сетях про-

мышленных предприятий отпадает необходимость учитывать внеш-

нюю сеть, так как учет ее полностью отражается заданными значе-

ниями входной мощности

1э

2э

Стимулирование увеличения мощности КУ в системе электро-

снабжения промышленных предприятий до оптимального значения

осуществляют с помощью шкалы скидок и надбавок на электроэнер-

гию. С 1 января 1982г. введен в действие прейскурант № 09 01 «Та-

рифы на электрическую и тепловую энергию, отпускаемую энерго-

системами и электростанциями Министерства энергетики и электри-

фикации», в котором установлена система скидок и надбавок к тари-

фам на электроэнергию за компенсацию реактивной мощности в

электроустановках потребителей.

Для потребителей, присоединенная мощность которых равна

750 кВА и выше, суммарную скидку или надбавку

.сум

, %, пред-

ставляют слагаемыми:

фэф

PQQН /30

111

2/20

222 фэф

PQQН

Где

1ф

2ф

фактические значения реактивной мощности потре-

бителя в часы максимальных и минимальных ак-

тивных нагрузок энергосистемы;

фактическое значение максимально активной мощности по-

требителя за расчетный период.

Если

21 фa

, то

принимают равным нулю. Положи-

тельное значение

означает надбавку, отрицательное значе-

ние

скидку.

Максимальную скидку с тарифа

.сум

% устанавливают, ко-

гда мощность, генерируемая КУ потребителя, равна разности факти-

ческой реактивной мощности потребителя и оптимальной реактивной

мощности, передаваемой из энергосистемы в режиме наибольших ак-

тивных нагрузок:

1эфx

QQQ

и регулирование мощности КУ осуществляют так, чтобы выполня-

лось равенство:

22 эф

. (1)

Необходимость выполнения (1) повышает требование к регули-

рованию мощности КУ.

Для потребителей, присоединенная мощность которых меньше

750 кВА, скидку или надбавку, %, определяют из соотношения:

100/

кэкф

QQК

где

кф

фактическая мощность КУ, установленных у потре

бителя;

кэ

мощность КУ, задаваемая энергоснабжающей организа-

цией.

Шкала скидок и надбавок к тарифу за компенсацию в этом слу-

чае представлена в таблице 1.

Таблица 1 Шкала скидок и надбавок

Положительное значение

означает надбавку, отрицательное-

скидку. Энергоснабжающая организация задает также режим работы

КУ в виде времени включения и отключения его в течение суток в

соответствии с режимом работы предприятия.

2.2 Инструкция по компенсации реактивной

мощности в электрических сетях потребителей электроэнергии

Основные положения

1. Инструкция охватывает задачи компенсаци реактивной мощ-

ности в электрических сетях для режима прямой последовательности

основной частоты переменного тока. Несимметричные и несинусои-

дальные режимы, а также режимы работы сети с резкопеременными

нагрузками в настоящей Инструкции не рассматриваются. При реше-

нии задач использования средств компенсации для регулирования

напряжения следует обращаться к «Временным указаниям по регули-

рованию напряжения в электрических сетях».

2. Требования Инструкции распространяются на всех потреби-

телей электроэнергии, за исключением жилых и общественных зда-

ний при расчетной активной мощности на каждом вводе менее250

кВт, тяговых подстанций городского электротранспорта, и являются

обязательным для электроснабжающих организаций и организаций,

проектирующих электроустановки, независимо от их ведомственной

принадлежности.

3. При проектировании компенсирующие устройства выбира-

ются одновременно со всеми элементами электрической сети с уче-

том снижения токовых нагрузок средствами компенсации.

К,%

. . . До 30 30-50 50-70 70-90 90-110 110-130 130 и более

Н,%

. . . +50 +30 +10 0 -5 +10 +50

4. Выбор типа, мощности, места установки и режима работы

компенсирующих устройств должен обеспечивать наибольшую эко-

номичность при соблюдении всех технических требований.

5. Критерием экономичности является минимум приведенных

затрат.

6. При определении приведенных затрат следует учитывать:

а) затраты на установку компенсирующих устройств и дополни-

тельного оборудования коммутационных аппаратов, устройств регу-

лирования и т. п.;

б) снижение стоимости оборудования трансформаторных под-

станций и стоимости сооружения питающей и распределительной се-

ти, обусловленное уменьшением токовых нагрузок;

в) снижение потерь электроэнергии в питающей и распредели-

тельной сети;

г) уменьшение потерь активной мощности в максимум нагрузки

энергосистемы;

д) снижение потерь реактивной мощности в питающей и рас-

пределительной сети вследствие уменьшения токовых нагрузок сред-

ствами компенсации.

7. Выполнение технических требований должно обеспечивать:

а) допустимый режим напряжения в электрической сети;

б) допустимые токовые нагрузки всех ее элементов;

в) режим работы источников реактивной мощности в допусти-

мых пределах;

г) статическую и электродинамическую стойкость работы элек-

троприемников.

Выполнение требований относительно потребления заданной

реактивной мощности из сети энергосистемы и использование на-

личных средств компенсации для режима наибольших нагрузок сле-

дует оценивать путем составления балансовых расчетов макси-

мальных реактивных нагрузок с учетом потерь реактивной мощности

в сопоставлении с располагаемыми источниками.

8. Источники реактивной мощности могут быть трех типов:

а) воздушные и кабельные линии электрических сетей;

б) генераторы электростанций и синхронные двигатели;

в) дополнительно устанавливаемые средства компенсации, син-

хронные компенсаторы, конденсаторные установки поперечного

включения, вентильные установки со специальным регулированием и

др.

9. Предусмотрены в утвержденном проекте компенсирующие

устройства устанавливаются в обязательном порядке. Их отсутствие

или недостаточное количество является основанием для запрещения

подключения электроустановки к сети.

10. В качестве расчетного режима при выборе средств компен-

сации должен приниматься режим наибольшей активной нагрузки

энергосистемы.

11. Для наиболее экономичного использования средств компен-

сации в эксплуатации они должны оборудоваться автоматическими

устройствами регулирования генерируемой мощности. В отдельных

случаях допускается ручное регулирование компенсирующих уст-

ройств.

12. Ответственность абонентов за режим работы средств ком-

пенсации, а также обязанности энергоснабжающей организации по

осуществлению контроля за их использованием указываются в дого-

ворах на пользование электроэнергией и периодически проверяются

органами Главгосэнергонадзора.

Проектирование

1. При проектировании электроустановок необходимо преду-

сматривать мероприятия по снижению потребления реактивной мощ-

ности, а именно:

а) не допускать выбора электродвигателей и трансформатора

с необоснованно заниженной нагрузкой;

б) для нерегулируемых электроприводов с постоянным режимом

работы выбирать синхронные двигатели, если это возможно по тех-

ническим и экономическим условиям;

в) планировать меры по ограничению холостого хода асинхрон-

ных двигателей, если это возможно по условиям технологического

процесса;

г) использовать другие технические средства, обеспечивающие

повышение технико-экономических показателей системы элек-

троснабжения путем воздействия на потребление и генерацию

реактивной мощности.

2. Проектирование рекомендуется вести с учетом динамики рос-

та нагрузки и поэтапного развития систем электроснабжения. Для

каждого этапа определяются мощность и места установки компенси-