5.6. Источники р.М.

В энергосистеме в качестве источников РМ используют:

- генераторы электростанций;

- синхронные компенсаторы (СК);

- синхронные двигатели (СД);

СК – это СД большой мощности без нагрузки на валу, т.е. они работают на х.х. в режиме перевозбуждения днем и недовозбуждения ночью.

На промышленных предприятиях в качестве источников РМ используются:

- статические конденсаторы;

- СД;

- Статические источники РМ (ИРМ) – конденсаторы с быстродействующим регулятором мощности (используются редко).

5.7. Синхронные двигатели

Обычно применяются на заводах для привода мощных механизмов с длительным режимом работы (в нефтехимии, металлургии).

Выпускаются с номинальным опережающим cosφ = 0,9, т.е. для работы в режиме перевозбуждения. При недогрузке СД активной мощностью он может вырабатывать РМ по величине > номинальной, но без превышения номинальной полной мощности.

Затраты на выработку РМ в СД в общем случае определяется:

- затраты, не зависящие от РМ Q_Д, это в первую очередь затраты на регулятор РМ. Если его нет =0.

Q_Д - величина РМ СД.

З₁ - затраты, пропорциональные РМ в 1-ой степени.

З₂ - затраты, пропорциональные РМ во 2-ой степени.

Потери активной мощности внутри СД, зависящие от его РМ:

, где

- коэффициент загрузки двигателя по активной мощности (по аналогии с коэффициентом загрузки по активной мощности ).

Если Q_Д = Q_Н, то - номинальная реактивная мощность.

D₁, D₂ , кВт - номинальные потери активной мощности на выработку РМ в двигателе, определяются по справочнику, относятся к номинальным параметрам двигателя. [кВт].

Рис. 5.7. Потери активной мощности в СД в зависимости от α.

Зависимость потерь активной мощности от загрузки СД по РМ приведена на рис. 5.7.

Исследуем функцию на экстремум:

;

; если , то;

Практически это означает, что если мы хотим иметь минимум активных потерь внутри СД, то должны работать в режиме недовозбуждения (т.е. в режиме потребления РМ из сети при ). Приноминальные потери активной мощности будут значительно больше.

Выводы: минимум потерь активной мощности внутри СД имеет место в режиме недовозбуждения, т.е. в режиме потребления РМ из сети, но при этом возникают дополнительные потери активной мощности в сети.

Работа в режиме перевозбуждения приводит к увеличению потерь активной мощности в СД, т.е. к дополнительным денежным затратам в двигателе, но при этом снижаются потери активной мощности в сети.

[руб/год]

, где

ΔP - потери активной мощности в СД [кВт];

C₀ - стоимость электроэнергии [руб/кВт*ч];

T - время работы в году [час/год];

З = С · ΔР [руб/год];

С = C₀ · T [руб/кВт*год];

; ;;

З – затраты внутри СД на выработку (или потребление) РМ [руб/год];

Q_Д – РМ двигателя.

.

5.8. Конденсаторные батареи

Силовой конденсатор представляет из себя рулон обкладок из фольги, разделенных изолятором (бумага или полипропиленовая пленка) размещенный в герметичном корпусе (обычно стальном), и заполненном трансформаторным маслом или другой изолирующей диэлектрической жидкостью. Конденсаторы изготавливаются однофазными с 2-мя выводами и 3-х фазными с 3-мя выводами из герметичного корпуса. Промышленность выпускает конденсаторы, на напряжение от 220 В до 6-10(35) кВ, мощностью 5-3000 кВАр.

Удельные потери активной мощности внутри конденсаторов малы и составляют ΔР₀ = 0,003-0,004 [кВт/кВАр] – бумажные конденсаторы; ΔР₀ = 0,0001-0,0005 [кВт/кВАр] – полипропиленовые конденсаторы.

Потери мощности в СД: ΔР₀ намного больше, чем ΔР₀ конденсаторов, т.е. это не очень экономичный ИРМ.

Мощность конденсатора:

.

РМ конденсатора пропорциональна квадрату напряжения, т.е. выгодно использовать конденсаторы, работающие на высоком напряжении.

Емкость конденсатора:

, где

ε - относительная диэлектрическая проницаемость;

ε ₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость;

F- площадь пластины;

d - расстояние между пластинами;

Пути увеличения емкости конденсатора:

- изменить материал диэлектрика (ε);

- увеличить площадь пластин (F) – это затруднительно;

- уменьшить расстояние между пластинами (d). Сильно уменьшить нельзя, т.к. наступит пробой изоляции.

- напряженность электрического поля;

U - напряжение на обкладках конденсатора.

Нормальная напряженность электрического поля Е = 150 – 200 кВ/см (для бумаги). Такая напряженность легко достигается в высоковольтных конденсаторах (>1000В), использующих многослойные изоляционные материалы, благодаря чему плотные и слабые места слоев надежно перекрывают друг друга (рис.5.7).В низковольтных конденсаторах такую напряженность достичь не удается из-за необходимости уложить несколько слоев для перекрытия слабых мест, поэтому напряженность поля в низковольтных конденсаторах получается вынужденно низкой, что приводит к снижению емкости и к возрастанию удельной стоимости конденсаторов З₁ (руб/квар).

Рис.5.7. Структура слоя конденсаторной бумаги.

Практически удельные затраты З₁ для низковольтных конденсаторов в 2 раза больше по сравнению с затратами на высоковольтные конденсаторы.

Комплектные конденсаторные установки(ККУ)

ККУ – это силовые конденсаторы собранные в батареи, оснащенные приборами коммутации (контакторами), защиты (МТЗ, предохранителями, реле) и измерения (V, A, варметр). ККУ выпускаются как на напряжение ниже 1000В, так и выше 1000 В. Шкала мощностей - от десятков до тысяч кВАр. ККУ используются в сетях освещения, силовых сетях и пр.

Фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ)

ФКУ – конденсаторная батарея , оснащенная последовательно включенными реакторами и предназначенная для компенсации РМ на основной гармонике и одновременно для фильтрации (устранения) одной из высших гармоник (обычно 5, 7, 11 или 13) (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схема ФКУ.