При генерации РМ QСД в СД возникают потери активной мощности P = f (α, β, U ).
Соответствующие кривые показаны на рис.3.3. С достаточной для практических расчетов точностью это семейство кривых может быть заменено кривой второго порядка, уравнение которой представляется в виде суммы, двух членов:
Р = Д1 |
Q |
+ Д2 |
Q2 |
|
, |
(3.2) |
|
Q |
Q |
2 |
|
||||
|
|
|
Н. |
|
|||
|
СД.Н |
|
СД. |
|
|||
где Д1 и Д2 - постоянные величины, зависящие от технических параметров СД, кВт.
P/ ÐÍ
1,0
0,5
0 |
0.5 |
1.0 Q/QÍ |
|
Рис.3.3
Для группы параллельно работающих СД, одинаково загруженных, однотипных, с одинаковой номинальной мощностью QСД.М потери активной мощности
Р = Д1 |
Q |
+ Д2 |
Q2 |
|
||
|
|
|
, |
(3.3) |
||
Q |
NQ |
2 |
||||
|
|
|
|
|
||
|
СД.Н |
|
СД.Н. |
|
||
где N - число СД; Q - суммарная реактивная мощность, генерируемая всеми СД.
СД вырабатывает (отдает в сеть) РМ, что вызывает в ней уменьшение потерь активной мощности.
Однако при этом увеличиваются суммарные потери активной мощности в самом СД. При каких-то условиях дополнительные потери в СД могут превзойти экономию от уменьшения потерь в сети. Поэтому количество вырабатываемой СД реактивной мощности должно определяться путем технико-экономических расчетов конкретно для каждой сети.
3.5. Статические конденсаторы
3.5.1. Конденсаторные установки общего назначения
Статические конденсаторы (батареи конденсаторов БК) получили на ПП наибольшее распространение как средство компенсации РМ. Основными их достоинствами являются:
1.Незначительные потери активной мощности: для БК напряжением до 1000 В 3,5...4, 5 Вт/квар, а выше 1000 В 2...3 Вт/квар.
2.Отсутствие вращающихся частей и сравнительно малая масса установки БК, не требующей фундамента.
3.Более простая и дешевая эксплуатация, чем других КУ.
4.Возможность регулирования мощности БК.
5.Возможность установки в любой точке сети у отдельных электроприемников, группами в цехах, на РП или ГПП.
6.Выход из строя отдельного конденсатора при надлежащей защите конденсаторной установки не отражается на ее функционирование в целом.
Недостатки БК:
24
1.Плохо переносят перенапряжения.
2.Могут способствовать резонансу токов на одной из гармоник сети, что вызывает в ряде случаев повреждение БК вследствие пере грузки по току.
3.При повреждениях в условиях эксплуатация не могут быть отремонтированы.
4.Требуют снятия остаточного заряда (разряда) после отключения от сети.
Указанные выше преимущества БК перед другими видами источников РМ обеспечили их широкое применение в СЭС ПП. В схемах электроснабжения статические конденсаторы могут осуществлять (рис. 3.4):
1.Индивидуальную компенсации РМ двигателей, осветительных установок, сварочных аппаратов, электротермических и других установок. Преимущество: непосредственное подключение БК к зажимам потребителя РМ. Недостаток: большое число БК малой мощности, что обусловливает повышенные капитальные вложения и сложность их эксплуатации.
2.Групповую компенсацию РМ большого числа одиночных потребителей. Преимущество: небольшое число БК. Недостаток: не компенсируется РМ в линиях, питавших одиночные потребители.
3.Централизованную компенсацию РМ в центрах питания — на РП и ПП. Преимущества: уменьшение количества оборудования и снижение капитальных вложений; возможность
изменения генерируемой РМ в зависимости от потребности или от заданного значения tgϕ; возможность регулирования напряжения в режиме минимальных нагрузок
предприятия. Недостаток: отсутствие разгрузки от РМ элементов СЭС, расположенных между БК и потребителем.
ÃÏÏ
ÒÏ
M
Централизованная компенсация
Групповая компенсация
Индивидуальная компенсация
Рис. 3.4
25
В трехфазной электрической сети БК соединяется по схеме «треугольник» или «звезда». Реактивная мощность БК, соединенной по схеме «треугольник», равна:
Q = wCUЛ2 10−3 , |
(3.4) |
а при соединении по схеме «звезда» |
|
Q = wCUФ2 10−3 , |
(3.5) |
где w - угловая частота напряжения сети; С - суммарная емкость всех конденсаторов, мкФ; UЛ, UФ - линейное и фазное напряжения сети, кВ.
Из формул видно, что соединение конденсаторов по схеме «треугольник» позволяет получить от конденсаторов одной и той же емкости в 3 раза большую мощность, чем при соединении по схеме «звезда». Следует также отметить, что действительная мощность QК зависит от относительного уровня напряжения UС в точке присоединения БК в СЭС:
|
|
UC |
2 |
|
||
QK |
= QК.Н |
|
, |
(3.6) |
||
|
||||||
|
UК.Н |
|
|
|||
где величины QК.Н. и UК.Н. относятся к паспортным значениям конденсаторов. Таким образом, реактивная мощность БК пропорциональна квадрату напряжения.
Для безопасности обслуживания отключенных конденсаторов для снятия остаточного напряжения параллельно конденсаторам наглухо включаются разрядные резисторы. Величина сопротивления резистора выбирается исходя из следующих условий: время разряда конденсатора не должно превышать 3...5 мин; потери активной мощности в резисторах не должны превышать 1 Вт/квар. Ориентировочно разрядное сопротивление определяется выражением, Ом,
R =15 106 UФ ,
QК
где UФ - фазное напряжение сети, кВ; Qk - мощность БК, квар.
В конденсаторных установках, выпускавшихся до конца 70-х годов, для разряда конденсаторов использовались при напряжении до 1000 В лампы накаливания, выше 1000 В - однофазные трансформаторы напряжения.
Сейчас выпускаются комплектные конденсаторные установки (ККУ) на напряжения 0,38 и 0,66 кВ мощностью от 100 до 900 квар и на напряжения 6 и 10 кВ мощностью от 450 до 3150 квар. С 1987 г. ККУ комплектуется конденсаторами типа КЭК, пропитанными экологически безопасной жидкостью (миксофлекс или фенил силилэтан), которые химически не стойки и разлагаются на воздухе, но горючи и токсичны. Ранее в конденсаторах типов КС и КСК в качестве жидкого диэлектрика применялся трихлордифенил, который обладает высокой химической и биологической стойкостью, трудно поддается разложению, накапливается в природе.
Каждый конденсатор конструктивно содержит ряд последовательно (для увеличения номинального напряжения) и параллельно (для увеличения емкости) соединенных секций. Каждая секция состоит из металлических обкладок (алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм) и разделяющих изолирующих прослоек (из конденсаторной бумаги толщиной 0,007...0,012 мм). У низковольтных конденсаторов прокладки выполняются в виде 1-3 слоев, а у высоковольтных - 10-17 слоев. Относительный расход бумаги и фольги на 1 квар мощности в низковольтных конденсаторах больше, чем в высоковольтных, что и обусловливает их большую удельную стоимость.
Конструктивно ККУ напряжением б, 10 кВ состоят из ячейки ввода и одной или нескольких конденсаторных ячеек (рис. 3.5). В ячейке ввода находится трехполюсный разъединитель с заземляющими ножами и приводом, элементы электромагнитной блокировки и измерительная
26
аппаратура. В конденсаторной ячейке размещены три конденсатора типа КЭК2-10, 5-150 со встроенными разрядными резисторами. Конденсаторы соединены по схеме «треугольник».
6 1, 0êÂ
Q |
Ячейка ввода |
|
|
Ячейка |
|
Ячейка |
|
|
конденсаторная |
конденсаторная |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
TA1 |
|
|
|
|
|
|
|
TA2 |
|
|
|
|
|
ÐÀ |
|
Q |
|
|
|
|
|
|
ÐÀ |
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
ÐÀ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ñ |
|
|
|
|
|
|
F |
|
Ñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
Ñ |
|
|
Рис.3.5
Для защиты ККУ при пробое отдельного конденсатора последовательно с каждым установлен предохранитель, имевший указатель срабатывания. Предохранитель устанавливается отдельно от конденсатора с учетом требуемых ПУЭ изоляционных промежутков. Пример записи типа ККУ: УКЛ(П)-10,5-450...3150 - установка конденсаторная с левым или правым размещением ячейки ввода, напряжение 10,5 кВ номинальная мощность от
450 до 3150 квар.
Отличием ККУ напряжением до 1000 В является то, что они комплектуются конденсаторами в трехфазном исполнении со встроенными разрядными резисторами и предохранителями. Ранее выпускавшиеся ККУ типа УКЛ(П)Н-0,38 имели автоматическое регулирование, осуществляемое регулятором АРКОН в функции напряжения сети (в обозначении типа ККУ добавлена буква Н). В настоящее время ККУ комплектуются автоматическими регуляторами, осуществляющими регулирование БК в функции РМ сети (в обозначении типа ККУ добавлена буква М). Коммутация конденсаторов осуществляется с помощью магнитных пускателей серии ПМА (рис.3.6).
27