4. Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

В процессе передачи потребителям активной и реактивной мощности в проводниках системы электроснабжения создаются потери активной мощности.

Из этого следует, что при снижении передаваемой реактивной мощности потеря активной мощности в сети снижается, что достигается применением компенсирующих устройств.

Расчётная формула:

Q_ку=α Р_м∙(tgφ-tgφ_к), (5.1)

где Q_ку – мощность компенсирующего устройства;

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α=0,9;

tgφ, tgφ_к – коэффициент реактивной мощности до и после компенсации;

Q_ку=28,4 квар,

Компенсирующее устройство не выбирается в виде малой реактивной мощности.

5. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трёхфазном токе от электрических станций к потребителям.

В справочных данных на трансформаторы приводятся: тип, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, потери мощности холостого хода и короткого замыкания, напряжения короткого замыкания, ток холостого хода.

Определяется расчётная мощность трансформатора с учётом потерь, но без компенсации реактивной мощности:

S_т>S_р=0,7∙ S_{м (ВН)}, (6.1)

где S_т - потери полной мощности в трансформаторе без КУ, кВА;

S_р – расчётная мощность трансформатора. кВА;

S_р=267,3 кВА.

По результатам расчётов выбираем ближайший больший по мощности стандартный трансформатор.

Мы выбираем масляный двухобмоточный трансформатор общего назначения класса 6 – 10 кВ типа ТМ 400/10/0,4. Схема соединения Υ/Υ_н – 0

Технические данные масляного двухобмоточного трансформатора общего назначения:

Выбираем ТМ-400/10/0,4 [2, с. 08]

Р_н = 400 кВА,

U_вн =10 кВ,

U_нн = 0,4 кВ,

∆Р_хх=0,95 кВт,

∆Р_кз=5,5 кВТ,

U_кз = 4,5%,

I_хх = 2,1%,

где Р_н – мощность номинальная, кВт;

U_вн – напряжение внешней обмотки, кВ;

U_нн – напряжение внутренней обмотки, кВ;

∆Р_хх – потери холостого хода, кВт;

∆Р_кз – потери короткого замыкания. кВт;

U_кз – напряжение короткого замыкания, %;

I_хх – ток холостого хода, %;

, (6.2)

где К_з – коэффициент загрузки трансформатора

К_з=0,95

6. Расчёт токов короткого замыкания

В системах электроснабжения промышленных предприятий могут возникать короткие замыкания, приводящие к резкому увеличению токов. Поэтому всё основное электрооборудование электроснабжения должно быть выбрано с учётом действия таких токов.

Основными причинами короткого замыкания являются нарушения изоляции отдельных частей электроустановок, неправильные действия персонала, перекрытия изоляции из-за перенапряжения в системе. [7, с.352]

Методика расчёта

Определяем ток системы:

, (7.1)

где I_с – ток системы;

I_с=23,1 А. (7.2)

Определяем удельное индуктивное сопротивление:

Х₀=0,4 Ом/км,

Х'_с=Х₀ ∙ L_с,

где Х₀ – удельное индуктивное сопротивление, Ом/км;

Х'_с – индуктивное сопротивление, ОМ;

L_с – длина кабельной линии, км;

Х'_с=0,64 Ом.

Определяем удельное активное сопротивление:

, (7.3)

где r₀ – удельное активное сопротивление, Ом/км;

γ – удельная проводимость материала, [1, с.60];

S – сечение проводника, мм²;

r₀=28,5 Ом/км,

R'_с= r₀ ∙ L_с,

R'_с=45,6 Ом.

Сопротивления приводятся к НН:

=73 мОм, (7.4)

=1 мОм, (7.5)

где U_нн и U_вн – напряжение низкое и высокое, кВ.

Выбираем сопротивление для трансформатора:

R_т=5,5 мОм,

Х_т=17,1 мОм,

Z⁽¹⁾_т=195 мОм,

где R_т – активное сопротивление, мОм;

Х_т – индуктивное сопротивление, мОм;

Z⁽¹⁾_т – полное сопротивление, мОм.

Выбираем сопротивления для автоматов, [1, с. 62]:

1SF R_1SF=0,12 мОм, Х_1SF=0,13 мОм, R_1пSF=0,25 мОм,

2SF R_2SF=0,12 мОм, Х_2SF=0,13 мОм, R_2пSF=0,25 мОм,

3SF R_3SF=5,5 мОм, Х_3SF=4,5 мОм, R_3пSF=1,3 мОм.

Выбираем удельное сопротивление кабеля, [1, с. 62]:

КЛ1 r^|₀=0,169 мОм/м,

Х₀=0,78 мОм/м,

т.к. в схеме 3 параллельных кабеля;

,

r₀=0,05 мОм.

R_кл1=r₀ ∙ L_кл1, (7.6)

где L_кл1 – длина линии ЭСН от ШНН до ШМА;

R_кл1=0,1 мОм,

Х_кл1=Х₀ ∙ R_кл1,

Х_кл1=1,5 мОм.

КЛ2 r₀=12,5 мОм/м,

Х₀=0,116 мОм/м,

R_кл2=25 мОм,

Х_кл2=0,232 мОм.

Для шинопровода ШМА:

I_н=1260 А,

r₀=0,034 мОм/м,

Х₀=0,016 мОм/м,

r_оп=0,068 мОм/м,

Х_оп=0,053 мОм/м.

R_ш=r₀ ∙ L_ш, Х_ш=Х₀ ∙ L_ш, (7.7)

где R_ш – удельное сопротивление шинопровода, мОм;

Х_ш – удельное сопротивление шинопровода, мОм;

L_ш – участок ШМА до ответвления, [1, с. 63];

R_ш=0,034 мОм,

Х_ш=0,016 мОм.

Для ступеней распределения, [1, с. 62]:

R_с1=15 мОм, R_с2=20 мОм.

Вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между КЗ:

R_э1= R_с+ R_т+ R_1SF+ R_с1=93,6 мОм, (7.8)

Х_э1=Х_с+Х_т+Х_1SF=18,2 мОм, (7.9)

R_э2= R_SF1+ R_ПSF1+ R_кл1+ R_ш+ R_с2=20,5 мОм, (7.10)

Х_э2=Х _SF1+Х _кл1+Х_ш=1,6 мОм, (7.11)

R_э3= R_SF+ R_ПSF+ R_кл2=31,8 мОм, (7.12)

Х_э3=Х _SF+Х _кл2=4,7 мОм, (7.13)

где R_э1, R_э2, R_э3 – активные сопротивления на участках КЗ, мОм;

Х_э1, Х_э2, Х_э3 – индуктивные сопротивления на участках КЗ, мОм.

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ и заносим в таблицу 5:

R_к1= R_э1=93,6 мОм, (7.14)

Х_к1= Х_э1=18,2 мОм, (7.15)

=95,3 мОм, (7.16)

R_к2= R_э1+ R_э2=114,1 мОм, (7.17)

Х_к2= Х_э1+ Х_э2=19,8 мОм, (7.18)

=115,8 мОм, (7.19)

R_к3= R_к2+ R_э2=145,9 мОм, (7.20)

Х_к3= Х_к2+ Х_э3=24,5 мОм (7.21)

=147,9 мОм (7.22)

где R_к.., Х_к.., Z_к… - сопротивления на каждой точке КЗ, мОм.

мОм, мОм,(7.23)

мОм. (7.24)

Определяем ударный коэффициент и коэффициент действующего значения ударного тока и заносим в таблицу 5:

, (7.25)

, (7.26)

, (7.27)

где К_у – ударный коэффициент;

К_у1=1,

К_у2=1,

К_у3=1.

d₁= , (7.28)

d₂= , (7.29)

где d – коэффициент действующего значения ударного тока;

d₁=1,

d₂=1,

d₃=1.

Определяются 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносятся в таблицу:

=2,4 кА, (7.30)

=1,8 кА, (7.31)

=1,5 кА,. (7.32)

I_ук1=d₁∙ I⁽³⁾_к1= 2,4 кА, (7.33)

I_ук2=d₂ ∙ I⁽³⁾_к2=1,8 кА, (7.34)

I_ук3=d₃ ∙ I⁽³⁾_к3=1,5 кА, (7.35)

i_ук1= *К_у1* I⁽³⁾_к1=3,4 кА, (7.36)

i_ук2= ∙ К_у2 ∙ I⁽³⁾_к2=2,5 кА, (7.37)

i_ук3= ∙ К_у3 ∙ I⁽³⁾_к3=2,41 кА, (7.38)

=2 кА, (7.39)

=1,6 кА, (7.40)

=1,3 кА. (7.41)

Определяем сопротивления для кабельных линий:

Х_пкл1=Х_оп ∙ L_кл1=0,3 мОм, (7.42)

R_пкл1=2∙ r₀ ∙ L_кл1=0,2 мОм, (7.43)

R_пш=2∙ r_0пш∙ L_ш=0,068 мОм, (7.44)

Х_пш=Х_опш∙ L_ш=0,053 мОм, (7.45)

R_пкл2=2∙ r₀∙ L_кл2=50 мОм, (7.46)

Х_пкл2=Х_оп∙ L_кл2=0,3 мОм, (7.47)

Z_п1=15 мОм, (7.48)

R_п2=R_с1+R_пкл1+R_пш+R_с2=15,3 мОм, (7.49)

Х_п2=Х_пкл1+Х_пш=0,253 мОм, (7.50)

Z_п2= =15,2 мОм, (7.51)

R_п3=R_п2+Х_пкл2=65,268 мОм, (7.52)

Х_п3=Х_п2+Х_пкл2=0,553 мОм, (7.53)

Z_п3= =65,2 мОм, (7.54)

кА, (7.55)

кА, (7.56)

кА. (7.57)

Таблица 5 – Ведомость токов КЗ

Точка КЗ	К1	К2	К3
Rк, мОм	93,6	114,1	145,9
Хк, мОм	18,2	19,8	24,5
Zк, мОм	95,3	115,8	147,9
	5,1	5,8	6
Ку	1	1	1
D	1	1	1
I(3)к, кА	2,4	1,8	1,5
iу, мОм	3,4	2,5	2,1
I(3)∞, кА	2,4	1,8	1,5
I(2)к, кА	2	1,6	1,3
Zп, мОм	15	15,2	65,2
I(1)к, кА	2,75	2,7	1,7