Компенсация реактивной мощности. Исполнитель

Компенсация реактивной мощности.

Цель работы: Изучение компенсации реактивной мощности и компенсирующих устройств.

План:

1. Реактивная мощность и потребление на промышленных предприятиях.
2. Определение значения реактивной мощности.
3. Применение синхронных и асинхронных двигателей для компенсации реактивной мощности.

 {spoiler=Подробнее}

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:

1. упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повышению коэффициента мощности;
2. переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40%;
3. устранение режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода, когда продолжительность межоперационного периода превышает 10 мин.
4. замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности;
5. замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;
6. замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям;
7. применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлимо по технико-экономическим соображениям;
8. регулирование напряжения, подводимого к электродвигателю при тиристорном управлении;
9. повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных.

Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств:

1. установка статических конденсаторов;
2. использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допускаемые в виде исключения:

1. использование имеющихся на предприятиях синхронных генераторов в качестве синхронных компенсаторов;
2. синхронизация асинхронных двигателей, допускаемая при нагрузке на валу не выше 70% от номинальной мощности и соответствующем технико-экономическом обосновании.

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 S_ном.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 S_ном.сн % ………………...0  11     17     25

Компенсирующая способность

(Q_дв.сн /Р­_ном.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 (Р_ном.с = 615 кВт, n = 150 об/мин) при коэффициенте нагрузки k_н = 0,8 и U_ном = 6 кВ компенсирующая способность увеличивалась до 1,39, а при k_н = 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

         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:

1. Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии в электроснабжении

1. Возникают дополнительные потери напряжения

1. Загрузка линий и трансформаторов реактивной мощностью уменьшает их пропускную способность.

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:

1. Для чего применяется компенсация реактивной мощности?
2. Какие компенсирующие устройства вы знаете?

Роль компенсирующих устройств и места их применения?

{/spoilers}