Компенсация реактивной мощности.
Цель работы: Изучение компенсации реактивной мощности и компенсирующих устройств.
План:
- Реактивная мощность и потребление на промышленных предприятиях.
- Определение значения реактивной мощности.
- Применение синхронных и асинхронных двигателей для компенсации реактивной мощности.
Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности могут быть разделены на три группы: 1) не требующие применения компенсирующих устройств; 2) связанные с применением компенсирующих устройств; 3) допускаемые в виде исключения. Последние две группы мероприятий должны обосновываться технико-экономическими расчетами и применяются при согласовании с энергосистемой. Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств: Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств: Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допускаемые в виде исключения: При питании постоянным током фазный ротор втягивается в синхронизм и может работать с опережающим коэффициентом мощности; двигатель при этом приобретает свойства, сходные со свойствами синхронного двигателя, но со значительно меньшей перегрузочной способностью. Синхронизация асинхронных двигателей с фазным ротором применяется только для двигателей, уже находящихся в эксплуатации. Особенности компенсирующих устройств. Синхронные двигатели. Синхронные двигатели по сравнению с асинхронными имеют следующие преимущества: а) возможность использования их в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших дополнительных первоначальных затратах, поскольку при работе с опережающим коэффициентом мощности полная мощность синхронного двигателя Sном.сн, определяющая его стоимость, растет в гораздо меньшей степени, чем его компенсирующая способность:
Номинальный коэффициент cosφ …………1,0 0,9 0,85 0,8 Полная мощность Sном.сн % ………………...0 11 17 25 Компенсирующая способность (Qдв.сн /Рном.сн) 100% ………………………...0 48 62 75
б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов; при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах между двигателем и рабочей машиной; в) меньшая зависимость вращающего момента от колебаний напряжения: у синхронного двигателя момент пропорционален напряжению в первой степени, у асинхронного – во второй степени; г) более высокая производительность рабочего агрегата при синхронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки; д) меньшие потери активной мощности, так как КПД синхронных двигателей выше, чем КПД асинхронных двигателей. Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и током возбуждения. С уменьшением тока возбуждения ниже номинального компенсирующая способность двигателя снижается. Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигателей на валу составляет (50-100)% от номинальной. При такой нагрузке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электродвигателю, можно использовать электроприводы с синхронными двигателями в качестве компенсаторов реактивной мощности. Например, для электродвигателя типа СДН 18-24-40 (Рном.с = 615 кВт, n = 150 об/мин) при коэффициенте нагрузки kн = 0,8 и Uном = 6 кВ компенсирующая способность увеличивалась до 1,39, а при kн = 0,7 она повысилась до 1,45 (значения коэффициента наибольшей перегрузки по реактивной мощности для синхронных двигателей α представлены в табл. 12.2). Таблица 12.2 при β = 0,9 при β = 0,8 при β = 0,7 0,95 1,00 1,05 1,31 1,21 1,06 1,39 1,27 1,12 1,45 1,33 1,17 0,95 1,00 1,05 1,10 1,16 1,15 1,10 0,90 1,26 1,24 1,18 1,06 1,36 1,32 1,25 1,15
Синхронные компенсаторы. Компенсатор – это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, т.е. без нагрузки на валу. Это позволяет специально изготовлять синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом по сравнению с обычными синхронными двигателями. При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опережающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компенсаторов используется как для повышения коэффициента мощности, так и для регулирования напряжения в электрических сетях. Преимуществами синхронных компенсаторов являются возможность автоматического плавного регулирования напряжения в большом диапазоне, чем обеспечивается увеличение статической и динамической устойчивости в энергетической системе, а также достаточно высокая надежность работы. Недостатками синхронных компенсаторов являются: а) относительно высокая стоимость и, следовательно, высокие удельные капитальные затраты на компенсацию (порядка 12 сум/квар); б) значительно больший удельный расход активной мощности на компенсацию (0,027 кВт/квар) по сравнению со статическими конденсаторами (0,003 кВт/квар); в) большая занимаемая производственная площадь и шум при работе. Указанные особенности синхронных компенсаторов, а также возможность их пуска только от источников питания большой мощности ограничивают их применение на подстанциях энергетических систем. Статические конденсаторы. Статические конденсаторы изготовляются из определенного числа секций, которые в зависимости от рабочего напряжения и расчетной величины реактивной мощности соединяются между собой параллельно, последовательно или параллельно-последовательно. Компенсация реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий осуществляются с помощью статических конденсаторов, включаемых обычно параллельно электроприемникам (поперечная компенсация). В отдельных случаях при резкопеременной нагрузке сетей, например при питании дуговых печей, сварочных установок и др., может оказаться целесообразным последовательное включение конденсаторов (продольная компенсация). Размещение конденсаторов в сетях до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация: 1) индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника. В этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть системы электроснабжения (сети внешнего и внутреннего электроснабжения и распределительные сети до токоприемников). Однако недостатком такого размещения является неполное использование большой установленной мощности конденсаторов, размещенных у токоприемников; 2) групповая – с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах. В этом случае распределительная сеть до токоприемников не загружается от реактивных токов, но значительно увеличивается время использования батареи конденсаторов по сравнению с индивидуальной компенсацией; 3) централизованная – с подключением батареи на шины 0,38 и 6-10 кВ подстанции: а) от реактивных токов разгружаются трансформаторы подстанции, но не питающая и распределительная сеть низшего напряжения; б) от реактивных токов разгружаются только сети энергосистемы, а трансформаторы подстанций не разгружаются. Конденсаторы напряжением 6-10 кВ следует устанавливать на цеховых подстанциях, имеющих распределительные устройства напряжением 6-10 кВ, на распределительных пунктах и, как исключение, на ЦРП или ГПП. На бесшинных цеховых подстанциях батареи конденсаторов 6-10 кВ устанавливать не рекомендуется. Мощность рассматриваемых батарей конденсаторов не должна быть менее 400 квар при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 квар – при присоединении конденсаторов через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими электроприемниками. Мощность конденсаторных батарей, устанавливаемых у групповых щитков, рекомендуется принимать не менее 30 квар. При определении места установки статических конденсаторов следует учитывать возможное увеличение мощности электрооборудования цехов промышленных предприятий и электроснабжение цехов от комплектных встроенных подстанций типа КТП с трансформаторами до 1000 кВА и выше. В этих случаях основным способом повышения коэффициента мощности cosφ становится установка конденсаторов на шинах 0,38 кВ КТП. При этом чаще применяется групповая компенсация с размещением конденсаторов у силовых щитов и магистральных шинопроводов, так как большинство типовых проектов ТП или ТП-РП не предусматривает места для установки комплектных конденсаторных установок (ККУ).
Применение синхронных асинхронных двигателей для компенсации реактивной мощности В настоящее время асинхронные двигатели в диапазоне номинальных мощностей 0,6 - 200 кВт потребляют около 30% вырабатываемой электроэнергии и является основными реактивными нагрузками промышленных предприятий. Поэтому вопросы компенсации реактивной мощности и экономии электроэнергии в значительной степени зависят от энергетических показателей асинхронных двигателей, широко распространённых во всех отраслях народного хозяйства. Уменьшение реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями, может быть достигнуто двумя способами: путём индивидуальной компенсации реактивной мощности на выводах двигателей и путём создания новых или модернизации существующих серий двигателей с целью улучшения их энергетических характеристик и технико – экономических показателей. Первый способ является наиболее эффективным с точки зрения разгрузки элементов питающей сети от реактивной мощности, но не всегда экономически оправданным из – за высокой стоимости средств компенсации. Второй способ является более перспективным, так как основан на разработке более совершенных конструкций асинхронных двигателей. Одним из способов уменьшения потребления реактивной мощности асинхронных двигателей с фазным ротором является их синхронизация, поскольку многие приводы значительную часть времени работают с постоянной скоростью. Синхронизацию целесообразно осуществлять в асинхронных электроприводах, содержащих преобразовательные установки. Компенсация реактивной мощности Компенсация реактивной мощности является неотъемлемой частью задачи энергосбережения. Она может осуществляться специальными компенсирующими устройствами и путем использования синхронных двигателей. Выбор способа компенсации реактивной мощности определяется предъявляемыми к ней требованиями. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели (60-65% от общего потребления реактивной мощности), трансформаторы (20-25%), воздушные линий (ВЛ), реакторы, преобразователи и др. (около 10%). Реактивная нагрузка может составлять до 130% по отношению к активной. Передавать реактивную мощность по линиям невыгодно по следующим причинам: Поэтому технически и экономически выгодно приближать источники реактивной мощности к местам её потребления. Согласно ПУЭ нормативный tgφ=0,29÷0,40 или cosφ=0,92÷0,98 (в среднем принимают tgφ=0,33). Это можно получить путем компенсации реактивной мощности естественным путем (за счет улучшения режима работы приемников, применение двигателей новых конструкций, устранение недогрузок двигателей и трансформаторов и т. д.). и за счет установки специальных компенсирующих устройств (искусственные способы повышения cosφ), синхронных компенсаторов, статических конденсаторных батарей, и т. д. Наиболее целесообразным является установка и размещение компенсирующих устройств при минимальных затратах.
Контрольные вопросы: Роль компенсирующих устройств и места их применения?
Тип двигателя, номинальное напряжение, частота вращения
Отношение напряжения сети к номинальному напряжению
Значения коэффициента α
СДН, 6-10 кВ, все частоты вращения
СД, СДЗ, 380 В, все частоты вращения