90644 / Вопросы компенсации реактивной мощности

71

В качестве источника реактивной мощности при косвенной компенсации также используются стабилизаторы с синхронизированными тиристорными ключами (рис. 24). При изменении реактивной мощности нагрузки подключается различное количество реакторов.

Рис. 24. Схема стабилизатора реактивной мощности

ссинхронизированными тиристорными ключами

Косновным достоинствам СТК относятся:

высокое быстродействие;

высокая надежность работы;

малый уровень помех вследствие отсутствия бросков тока

вмомент коммутации;

малый износ конденсаторов по той же причине;

малые потери активной мощности вследствие отсутствия разрядных резисторов.

Недостатком является необходимость установки дополнительного регулируемого дросселя.

5.2.Виды компенсации реактивной мощности

Всетях промышленных предприятий возможны следующие виды компенсации реактивной мощности с использованием БК:

72

индивидуальная, групповая, централизованная и комбинированная. Виды компенсации реактивной мощности с различными вариантами размещения БК в промышленных электрических сетях представлены на рис. 25.

Рис. 25. Виды компенсации реактивной мощности а – индивидуальная; б – групповая; в – централизованная

При индивидуальной компенсации (рис. 25, а) конденсаторы присоединяются наглухо к зажимам электроприемников и компенсируют их реактивную мощность. При групповой компенса-

73

ции (рис. 25, б) в распределительных пунктах сети устанавливается несколько БК, каждая из которых компенсирует часть реактивной мощности сети. БК в этом случае могут присоединяться к силовым шкафам, к участкам шинопроводов в цехах и т. д. При централизованной компенсации (рис. 25, в) БК подключаются к шинам 0,4 или 6–10 кВ распределительной подстанции или главной понизительной подстанции. При комбинированной компенсации сочетаются централизованная или групповая компенсация с индивидуальной.

Каждый из перечисленных видов компенсации имеет свои преимущества и недостатки.

Осуществление индивидуальной компенсации позволяет снизить потери электроэнергии в наибольшей степени, поскольку конденсаторы устанавливаются непосредственно у электроприемникова, и вся сеть разгружается от реактивной мощности. Вместе с тем данный вид компенсации обладает существенным недостатком, а именно неполным использованием конденсаторов, т. к. одновременно с отключением электроприемников отключаются и БК.

При групповой компенсации использование установленной мощности БК увеличивается, но при этом распределительная сеть до электроприемников не разгружается от реактивной мощности.

При централизованной компенсации использование установленной мощности БК оказывается наиболее полным, однако при этом все элементы распределительной сети, питающейся от подстанции, не разгружаются от реактивной мощности. Такое решение допускается в тех случаях, когда, например, установка БК в цехе не может быть допущена по правилам пожарной безопасности, условиям окружающей среды и т. п.

5.3.Продольная и поперечная компенсация

Всистемах электроснабжения промышленных предприятий БК в зависимости от способа включения могут использоваться либо для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, либо для регулирования напряжения при резкопеременной нагрузке.

74

Для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения БК включают параллельно нагрузке. Такой способ включения БК называется поперечной компенсацией (рис. 26, а).

Рис. 26. Поперечная компенсация:

а – схема замещения; б – векторная диаграмма

На рис. 26 через Rл и Хл обозначены активное и индуктивное сопротивления линии, Rп и ХLп – активное и индуктивное сопротивления нагрузки, Хк – емкостное сопротивление БК.

Для узла А ток в линии определяется по первому закону Кирхгофа:

Iл Iп Iк ,

где Iл , Iп , Iк – векторы тока в линии, нагрузке и БК соответственно. На рис. 26, б приведена векторная диаграмма, соответствующая поперечной компенсации. Включение БК с емкостью C параллельно нагрузке приводит к появлению тока IС Iк , на-

правленного против IL1, к уменьшению угла φ1 до величины φ2. Ток нагрузки IË уменьшается от I1 до I2 на I I1 I2 . На эту же величину разгружаются генераторы энергосистемы за счет выработки конденсаторной батареей реактивной мощности Qк в месте установки приемников. Сеть и генераторы разгружаются за счет уменьшения потерь Pк и Qк, т. к. реактивная мощность снижается на величину Qк:

где R и X – эквивалентные сопротивления цепи энергосистемапотребитель.

Снижение тока на I позволяет уменьшить сечение прово-

и уменьшаются потери напряжения в сети за счет уменьшения потока реактивной мощности на величину Qк:

U PR Q Qк X . U

Повышение емкости целесообразно лишь в пределах, не выходящих за значение φ2 ≥ 0 и cosφ ≤ 1.

Из векторной диаграммы находим:

IC IпL1 IпL2 Ia tg 1 Ia tg 2 Ia tg 1 tg 2 .

Поскольку IC U X к U C и Ia PU , получаем:

U C P tg 1 tg 2 .

U

Влияние поперечной компенсации сказывается на соотношении напряжений в начале и конце линии. На рис. 27 приведена векторная диаграмма напряжений до (сплошные линии) и после

77

В зависимости от соотношения между индуктивным и емкостным сопротивлениями векторная диаграмма может иметь три вида:

при индуктивном характере цепи, когда XL > XC, угол

arctg X L X C , и ток отстает от напряжения (рис. 28, в);

R

при емкостном характере цепи, когда ХС > XL, угол φ > 0, ток опережает напряжение (рис. 28, г);

при равенстве XL = ХС φ = 0, и ток совпадает по фазе с напряжением, а падения напряжения в индуктивности IXL и в емкости IXС равны и компенсируются, т. к. взаимно противоположны по направлению.

Рис. 28. Продольная компенсация:

а– схема установки продольной компенсации;

б– схема замещения; в, г, д – векторные диаграммы

79

При наличии в цепи только сопротивлений Rл и Xл напряжение U2 в конце линии будет меньше напряжения U1 в ее начале на падение активного I2R и индуктивного I2XL напряжений (сплошные линии на рис. 29).

При включении емкости появляется еще одна составляющая падения напряжения I2XС с направлением, противоположным индуктивной составляющей I2XL. Подбором XС можно снизить разность напряжений U1 и U2.

Компенсация индуктивного сопротивления цепи емкостью приводит к повышению токов КЗ во всех элементах сети. Это опасно для самих конденсаторов, т. к. напряжение на них при сквозных токах КЗ ∆Uк = IкХС возрастает пропорционально кратности тока КЗ (Iк/Iном). Для защиты конденсаторов при сквозных токах КЗ применяют искровые разрядники (F на рис. 28, а). После срабатываниия их выводят из работы для восстановления рабочих функций.

Важное свойство УПК – способность стабилизировать напряжение при резкопеременной нагрузке. Если, например, при XL = ХС ток резко увеличится, то изменится лишь произведение I2R, что несущественно при малом значении RЛ. Падение напряжения в индуктивности I2XL компенсируется увеличением падения напряжения в емкости – I2ХС. При этом напряжение U2 мало отличается от U1.

Областью применения продольной компенсации является регулирование и стабилизация напряжения в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой.

80

6. ВЫБОР МОЩНОСТИ И МЕСТ УСТАНОВКИ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

6.1. Размещение компенсирующих устройств в системах электроснабжения промышленных предприятий

При выборе и размещении компенсирующих устройств

всистемах электроснабжения промышленных предприятий различают две группы промышленных электрических сетей в зависимости от состава их нагрузок: сети общего назначения и сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резкопеременными нагрузками.

Решение задачи компенсации для второй группы сетей имеет ряд особенностей, в том числе необходимость обеспечения показателей качества электроэнергии у электроприемников с требуемым быстродействием.

При проектировании системы электроснабжения сначала вычисляются наибольшие суммарные расчетные активные и реактивные нагрузки предприятия Рр и Qр, которые обусловливают естественный коэффициент мощности.

Для определения мощности компенсирующих устройств пользуются не расчетной мощностью Qр, а меньшим значением Qmax, учитывая несовпадение по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и наибольшей реактивной мощности промышленного предприятия. Это несовпадение учитывается коэффициентом kmax, значения которого лежат в пределах 0,75–0,95

взависимости от отрасли промышленности, к которой относится данное предприятие. Тогда

Значения наибольшей активной нагрузки Рр и суммарной реактивной мощности Qmax сообщаются в энергоснабжающую организацию для определения значения экономически оптимальной реактивной мощности, которую энергосистема может передать предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активной нагрузки энергосистемы, соответственно Qэ1 и Qэ2. По мощ-