5.11. Наивыгоднейшее распределение кб в распределительной электрической сети.

При естественном распределении токов в параллельных ветвях электрической цепи суммарная выделяемая в ветвях мощность минимальна. Покажем это на примере простой схемы, состоящей из двух параллельно включенных сопротивлений (рис.5.12).

Рис.5.12. Распределение токов в параллельной цепи.

Известно, что в параллельной цепи токи в ветвях обратно пропорциональны сопротивлениям: ,. Пользуясь этими выражениями, легко рассчитать токи в ветвях (рис.5.12):I₁ = 2А, I₂ = 1A. Мощность, выделяемая в двух сопротивлениях ветвей: Р = 2² · 3 + 1² · 6 = 18 Вт.

При распределении токов I₁ = 1,5А, I₂ = 1,5A мощность, выделяемая в двух сопротивлениях ветвей: Р = 1,5² · 3 + 1,5² · 6 = 20,25 Вт.

При распределении токов I₁ = 2,5А, I₂ = 0,5A мощность, выделяемая в двух сопротивлениях ветвей: Р = 2,5² · 3 + 0,5² · 6 = 20,25 Вт.

Вывод: при токах, обратно пропорциональных сопротивлениям, мощность минимальна; при любом другом распределении мощность возрастает.

Критерием оптимального распределения конденсаторов вэлектрической сети является минимум суммарной активной мощности, выделяющейся в проводниках, при прохождении по ним реактивной мощности (рис.5.13).

Рис.5.13. Оптимальное распределение конденсаторов в радиальной сети.

Формулировка задачи: в радиальной сети, состоящей из n линий с известными реактивными нагрузками Qi и сопротивлениями Ri распределить РМ батареи Qк по всем линиям по критерию минимума потерь активной мощности в сети. Общая РМ нагрузки: .

Мощность КБ, подлежащая распределению .

Реактивные токи Iпкi, протекающие по линиям должны распределиться обратно пропорционально сопротивлениям , .где,

, .

, откуда: .

Мощность КБ на линии i Q_Ki , будет тем больше, чем больше реактивная нагрузка линии Q_i и чем больше ее сопротивление.

Алгоритм аналогичного расчета в магистральной сети состоит из двух этапов:

1. расчеты эквивалентных сопротивлений относительно точек ответвлений от магистрали;

2. последовательные расчеты для точек ответвлений.

5.12. Регулирование мощности кб

На практике нагрузка потребителей электроэнергии не остается постоянной в течение суток, а непрерывно меняется.

Рис. 5.14. Суточные графики реактивной мощности.

а). Компенсация с помощью нерегулируемой КБ; б). Компенсация с помощью автоматически регулируемой одноступенчатой КБ.

На рис.5.14 а приведен пример суточного графика реактивной мощности цеха машиностроительного завода, работающего в две смены - Qнагр. Если подключить нерегулируемую КБ мощностью Qк = Qср, (где Qср - среднесуточная реактивная мощности нагрузки), то график РМ после компенсации будет иметь вид, показанный на рис.5.14. а «Q после компенсации». Естественно, что круглосуточное подключение компенсирующей мощности Qк = Qср приведет к перекомпенсации в ночные часы, причем по модулю реактивная мощность в этот период увеличится по сравнению с Q до компенсации. Днем реактивная мощность снизится. В итоге потери активной мощности уменьшатся в дневной период, но могут возрасти ночью, и эффект от подключения КБ будет невысоким. Для достижения требуемого эффекта мощность КБ должна регулироваться.

Рассмотрим, каким станет график реактивной мощности после компенсации с помощью батареи конденсаторов, состоящей из одной секции, управляемой автоматически в функции результирующей реактивной мощности ( рис. 5.14. б ). Полная мощность батареи Qк выбрана по максимальной потребляемой реактивной мощности Qмакс. Реактивная нагрузка ночью мала, КБ отключена. К утру нагрузка возрастает, КБ автоматически включается, результирующая РМ скачком снижается на величину Qк и становится отрицательной (график «Q после компенсации», рис.3 б). Вечером при снижении РМ батарея автоматически отключается (график Qк).

Реактивная мощность после компенсации по абсолютному значению в любой момент времени меньше, чем при использовании нерегулируемой КБ .

Учитывая большие преимущества регулирования мощности компенсирующих устройств (КУ), в настоящее время разработаны различные нормативные материалы, которые ограничивают или запрещают применение нерегулируемых КУ в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Рассмотрим более подробно принципы автоматического регулирования мощности КУ.

На практике применяются различные способы регулирования мощности КУ:

а) по времени суток - самый простой способ, при котором включение и отключение КУ происходит в заранее определенное время суток независимо от электрических параметров;

б) по реактивной мощности - целью является обеспечение минимальной результирующей РМ в узле нагрузки;

в) по напряжению - целью является обеспечение стабильного напряжения на шинах узла нагрузки с помощью компенсации РМ;

г) по напряжению с коррекцией по РМ - целью является обеспечение минимального отклонения напряжения в узле нагрузки с одновременной рациональной компенсацией РМ.