Экономия электроэнергии при компенсации реактивной мощности.

Реактивная мощность потребляется как электроприемниками, так и элементами сети. Реактивная мощность, потребляемая промышленным предприятием, распределяется между отдельными видами приемников электроэнергии следующим образом: 65 % приходится на АД, 20 – 25 % – на силовые трансформаторы и около 10 % – на воздушные электрические сети и другие электроприемники (люминесцентные лампы, реакторы и т.п.).

При передаче потребителям активной Р и реактивной Q мощностей в системе электроснабжения имеют место потери активной мощности

,

12.24

где ΔР_а и ΔР_р -- потери активной мощности при передаче активной и реактивной мощности соответственно.

Снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником тока и приемником и, следовательно, снижение реактивного тока в генераторах и сетях, называют компенсацией реактивной мощности (КРМ).

Снизить потребление реактивной мощности и потери активной мощности (в соответствии с формулой (12.24))можно двумя способами: без применения и с применением компенсирующих устройств (КУ)

Первый способ – выполняются следующие мероприятия:

1. упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима работы оборудования, к повышению коэффициента мощности cos φ;

2. переключение статорных обмоток АД напряжением до 1 кВ с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40 %;

3. установка ограничителей холостого хода АД;

4. замена или отключение силовых трансформаторов, загруженных менее чем на 30 % их номинальной мощности;

5. замена мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

6. замена АД на синхронные двигатели той же мощности и применение СД для всех новых установок и при реконструкции существующих, где это возможно по технико-экономическим соображениям;

7. регулирование напряжения, подводимого к двигателю при тиристорном управлении;

8. повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных;

9. правильный выбор электродвигателей по мощности и типу. Мощность электродвигателей необходимо выбирать в соответствии с режимом производственного оборудования, без излишних запасов.

Второй способ – выполняются следующие мероприятия:

1. применение в качестве КУ батарей конденсаторов;

2. применение в качестве КУ синхронных двигателей.

Основные достоинства батарей конденсаторов следующие:

-малые потери активной мощности (0,3–0,45 кВт на 100 квар);

-отсутствие вращающихся частей и их малая масса (нет необходимости в фундаменте);

-простая и дешевая эксплуатация по сравнению с другими КУ;

-возможность изменения их мощности при необходимости;

-возможность установки в любой точке сети.

В установках напряжением до 1 кВ конденсаторы включаются в сеть и отключаются от сети с помощью автоматических выключателей (автоматов), рубильников или тиристорных ключей. В установках напряжением выше 1 кВ для включения и отключения конденсаторов служат выключатели высокого напряжения или выключатели нагрузки.

Для безопасности обслуживания отключенных конденсаторов при снятии электрического заряда используют разрядные резисторы. В системах промышленного электроснабжения применяются, как правило, комплектные конденсаторные установки.

К недостаткам конденсаторных батарей можно отнести:

1. зависимость генерируемой реактивной мощности Q_кб от напряжения и частоты:

12.25

где k_U, k_f – отношение напряжения при отклонении напряжения и частоты сети от номинального значения к напряжению в номинальном режиме;

2. возможность пробоя конденсаторных батарей при наличии высших гармоник тока и напряжения в сети.

Зависимость мощности конденсаторной батареи от квадрата напряжения снижает устойчивость нагрузки, что может привести к лавине напряжения.

Синхронные двигатели широко применяются для привода насосов, вентиляторов, компрессоров и т.д. Такие СД выпускаются с номинальным опережающим cos φ = 0,9 и могут длительно работать в режиме перевозбуждения, т.е. генерации реактивной мощности.

Техническая возможность использования СД в качестве источника реактивной мощности ограничивается максимальной реактивной мощностью, которую он может генерировать без нарушения условий допустимого нагрева обмоток и железных частей ротора и статора. Эта мощность называется располагаемой реактивной мощностью СД и определяется по выражению

12.25

где  _M – коэффициент допустимой перегрузки СД, зависящий от его загрузки по активной мощности и определяемый по табл. 12.4.

Целесообразная загрузка СД реактивной мощностью определяется дополнительными потерями активной мощности на генерацию реактивной мощности и оказывается значительно ниже располагаемой реактивной мощности.

Максимальная реактивная мощность, генерируемая СД напряжением 6 – 10 кВ, которая может быть передана в сеть напряжением до 1 кВ без увеличения числа трансформаторов n, выбранных по нагрузке

,

12.26

где S_т.ном – номинальная мощность трансформатора;

k_з – коэффициент загрузки трансформатора;

Р – нагрузка сети 0,38 кВ;

n – число трансформаторов.

 

 

Таблица 12.4

Значение коэффициента  _M в зависимости от типа СД, его номинального напряжения U_ном и коэффициента загрузки k_з

Тип СД, Uном (все частоты вращения)		Uc/Uном		Значение αм при
	Kз = 0,9		Kз = 0,8		Kз = 0,7
СДН, 6 – 10 кВ		0,95		1,31		1,39		1,45
1,00		1,21		1,27		1,33
1,05		1,06		1,12		1,17
СД, СДЗ, 0,38 кВ		0,95		1,16		1,26		1,36
1,00		1,15		1,24		1,32
1,05		1,10		1,18		1,25
1,10		0,90		1,06		1,15

 

Чем ниже значение номинальной мощности и частоты вращения СД, тем больше потери в СД на генерацию реактивной мощности.

Достоинством СД как источника реактивной мощности является возможность плавного регулирования выдаваемой им реактивной мощности. В сетях напряжением 0,38 – 0,66 и 6 – 10 кВ для компенсации реактивной мощности следует в первую очередь использовать работающие СД, а затем дополнительно, если необходимо, батареи конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности у потребителей позволяет:

– снизить ток в передающих элементах сети, что приводит к уменьшению сечения кабельных и воздушных линий:

,

12.27

где S_p, I_р, – расчетные полная мощность и ток после компенсации реактивной мощности соответственно; Q_ДК – реактивная мощность до компенсации; Q_KУ – мощность компенсирующих устройств; Р_р – расчетная активная мощность;

– уменьшить полную мощность, что снижает мощность трансформаторов и их число:

12.28

 

где S'_р – расчетная полная мощность до компенсации,

12.29

 

– уменьшить потери активной мощности, а следовательно, и мощности генераторов на электростанциях:

	12.30

где  P_Д.К.,  P_П.К. – потери активной мощности до и после компенсации реактивной мощности.

 

Список используемой литературы:

1) http://www.kgau.ru/distance/2013/et2/007/gl12.htm