МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕФЕРАТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ<<ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ>>
НА ТЕМУ<<КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ>>
Выполнил: студент IV курса
Заочного факультета, группы1А
Поляков А.В.
Проверил: Брятов А.С.
САМАРА 2004
Содержание:
1. Реактивная мощность………………………………………………стр. 2
2. Компенсация реактивной мощности……………………………...стр. 2
2.1 Потребители реактивной мощности и меры по её уменьшению……………………………………………………...стр. 2
3 Средства компенсации реактивной мощности………………….стр. 4
3.1 Конденсаторные батареи…………………………………….стр. 5
3.2 Синхронные двигатели………………………………………стр. 7
3.3 Синхронные компенсаторы…………………………………стр. 9
4 Выбор компенсирующих устройств……………………………..стр. 10
5 Размещение компенсирующих устройств в электрических сетях………………………………………………………………….стр. 17
6 Управление компенсирующими установками…………………стр. 21
7 Список используемой литературы………………………………стр. 25
1. Реактивная мощность
Реактивная мощность- мощность, которую источник переменного тока в течение одной четверти периода отдаёт во внешнюю цепь, обладающую реактивным сопротивлением, а в течение другой четверти периода получает её обратно. Характеризует энергию, не потребляемую во внешней цепи, а колеблющуюся между внешней цепью и источником, т.е. ёмкостную и индуктивную энергию, временно накапливаемую, а затем отдаваемую источнику.
Выражается произведением напряжения на зажимах данной цепи на реактивную составляющую тока в ней. Если реактивная составляющая тока больше активной составляющей, то и реактивная мощность будет больше фактически потребляемой в цепи мощности.
2.Компенсация реактивной мощности.
2.1 Потребители реактивной мощности и меры по её уменьшению
При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки
ток 
отстаёт от напряжения 
на угол сдвига 
. Косинус этого угла (cos
)
называется коэффициентом мощности.
Электроприёмники с такой нагрузкой потребляют как активную 
, так и реактивную 
мощность. Реактивная мощность
.
Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т.п. Определённый процент активной энергии расходуется на потери. Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП
и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, линиях.
Из курса ТОЭ известно, что реактивная мощность может иметь индуктивный или ёмкостной характер. Условимся считать реактивную индуктивную мощность 
нагрузочной или потребляемой, а реактивную ёмкостную мощность 
генерируемой.
Прохождение в электрических сетях реактивных токов обусловливает добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требуют увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей СЭС .
Полная мощность
; (1)
потери активной мощности
; (2)
коэффициент мощности
; (3)
потери напряжения
, (4)
где P
,
Q
,
S
-соответственно активная, реактивная и полная мощности; R
и X
–
соответственноактивное и реактивное сопротивления элементов электрической сети; 
-номинальное напряжение сети.
Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60-65 % общего её потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и прочие ЭП .
Реактивной мощностью дополнительно нагружаются питающие и распределительные сети предприятия, соответственно увеличивается общее потребление электроэнергии. Меры по снижению потребления реактивной мощности: естественная компенсация (естественный 
) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ);
искусственная компенсация, называемая чаще просто компенсацией.
Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся:
упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки и улучшению энергетического режима оборудования (равномерное размещение нагрузок по фазам, смещение времени обеденных перерывов отдельных цехов и участков, перевод энергоёмких крупных ЭП на работу вне часов максимума энергосистемы и, наоборот, вывод в ремонт мощных ЭП в часы максимума в энергосистемы и т.п.);
создание рациональной схемы электроснабжения за счёт уменьшения количества ступеней трансформации;
замена трансформаторов и другого электрооборудования старых конструкций на новые, более совершенные с меньшими потерями на перемагничивание;
замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка;
применение СД вместо АД , когда это допустимо по условиям технологического процесса;
ограничение продолжительности ХХ двигателя и сварочных трансформаторов, сокращение длительности и рассредоточение во время пуска крупных ЭП ;
улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;
отключение при малой нагрузке (например, в ночное время, в выходные и праздничные дни) части силовых трансформаторов.
3. Средства компенсации реактивной мощности
Для искусственной компенсации реактивной мощности, называемой иногда «поперечной» компенсацией, применяются специальные компенсирующие устройства, являющиеся источниками реактивной энергии ёмкостного характера.
До 1974 г. Основным нормативным показателем, характеризующим потребляемую промышленным предприятием реактивную мощность, был средневзвешенный коэффициент мощности
.
Средневзвешенный коэффициент мощности за время t
(5)
где 
и 
-соответственно расход активной и реактивной электроэнергии за рассматриваемый промежуток времени.
Действовавшие до 1974 г. руководящие указания по компенсации реактивной мощности сыграли положительную роль в существенном снижении потреблении реактивной мощности и в повышении средневзвешенного коэффициента мощности в целом по стране с 0,75 в 1946 г. до 0,93 в 1974 г. В то время промышленные предприятия производили оплату израсходованной электроэнергии с учётом cos
. Требования электроснабжающей организации были таковы, что на вводах предприятия значение cos
должно было, находится в пределах 0,92-0,95.
Однако в соответствии со старым руководящими указаниями по компенсации реактивной мощности предприятия не были заинтересованы в отключении установленных КУ в часы минимальных нагрузок. В связи с этим в питающей энергосистеме часто наблюдалась перекомпенсация реактивной мощности. Перекомпенсация- это избыточная реактивная мощность, вырабатываемая компенсирующей установкой в периоды понижения нагрузок (ночью, в обеденные перерывы, в нерабочие и праздничные дни и т.п.) и передаваемая в сеть энергосистемы. Результатом перекомпенсации являлось увеличение суммарных потерь мощности и энергии в электрических сетях и усложнение, и удорожание устройств регулирования напряжения.
По этой причине в новых «Правилах пользования электрической и тепловой энергией», введённых в действие с 1 января 1982 г., указывается не нормируемое значение коэффициента мощности (0,92-0,95), а та суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств, которая должна быть установлена на предприятии согласно заданию энергосистемы. Для стимулирования мероприятий по компенсации реактивной мощности Минэнерго установлена новая шкала скидок и надбавок к тарифу за электроэнергию в зависимости от степени компенсации реактивной мощности у потребителей.
Наглядное представление о сущности компенсации реактивной мощности даёт (рис.1) На (рис 1 а) изображена схема электрической цепи. Пусть до компенсации потребитель имел активную мощность Р
, соответственно ток 
(отрезок ОВ
на рис 1, б) и реактивную мощность от индуктивной нагрузки 
с соответствующим током 
(отрезок ВА
). Полной мощности 
соответствует вектор (отрезок ОА
). Коэффициент мощности до компенсации 
. Векторная диаграмма компенсации представлена на (рис.1, в).
После компенсации, т.е. после подключения параллельно нагрузке КУ
(конденсатора) с мощностью 
(ток 
), суммарная реактивная мощность потребителя будет уже 
и соответственно снизится угол сдвига фаз с 
до 
и повысится коэффициент мощности с cosдо cos. Полная потребляемая мощность при той же потребляемой активной мощности Р
(токе ) снизится с (ток ) до 
(ток 
) (отрезок 
). Следовательно, в результате компенсации можно при том же сечении проводов повысить пропускную способность сети при активной мощности.
К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся следующие виды компенсирующих устройств: конденсаторные батареи (КБ), синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности (ИРМ).
3.1 Конденсаторные батареи
Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют конденсаторы (КБ)-
крупные (в отличие от конденсаторов радиотехники) специальные устройства, предназначенные для выработки реактивной ёмкостной мощности. Конденсаторы изготовляют на напряжение 220, 380, 660, 6300 и 10500 В в однофазном и трёхфазном исполнении для внутренней и наружной установки. Они бывают масляные (КМ)
и соволовые (КС).
Диэлектрическая проницаемость совола примерно вдвое больше, чем масла. Однако отрицательная допустимая температура составляет - 10
С для соволовых конденсаторов, в то время как масляные могут работать при температуре -40С. Широкое применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности объясняется их значительными преимуществами по сравнению с другими видами КУ
: незначительные удельные потери активной мощности до 0,005 кВт/квар, отсутствие вращающихся частей, простота монтажа и эксплуатации, относительно невысокая стоимость, малая масса, отсутствие шума во время работы, возможность установки около отдельных групп ЭП и т.д.
Недостатки конденсаторных батарей: пожароопасность, наличие остаточного заряда, повышающего опасность при обслуживании; чувствительность к перенапряжениям и толчкам тока; возможность только ступенчатого, а не плавного регулирования мощности.
Конденсаторы, как правило, собираются в батареи (КБ) и выпускаются заводами электротехнической промышленности в виде комплектных компенсирующих устройств (ККУ). На (рис. 2) изображён общий вид ККУ напряжением 380 В и мощностью 300 квар.
В таблице 1 приведены технические характеристики некоторых видов комплектных конденсаторных установок.
| Таблица 1. Технические данные некоторых типов комплектных конденсаторных установок | |||||||
Тип установки |
Мощность квар |
Количество ступеней |
Удельные потери
кВт/квар |
Удельная стоимость
руб/квар |
Приведённые затраты, руб/квар, в год |
Габариты (длинна
|
|
| Для осветительных сетей 380 В | |||||||
УК2-0,38-50У3 УК3-0,38-75У3 УК2-0,38-100У3 |
50 75 100 |
2 3 2 |
0,0045 0,0045 0,0045 |
6,7 5,8 5,6 |
1,48 1,28 1,23 |
375 580 375 |
|
| Для силовых сетей 380 В | |||||||
УКБН0,38-100-50У3 УКБТ-0,38-150У3 УКТ-0,38-150У3 УКБ-0,38-150У3 УКБН0,38-200-50У3 |
100 150 150 150 200 |
2 1 1 - 4 |
0,0045 0,0045 0,0045 0,0045 0,0045 |
10,5 8 7,5 6,2 9,3 |
2,31 1,76 1,65 1,36 2,05 |
800 630 700 580 800 |
|
| Для силовых сетей 6 и 10 кВ | |||||||
УКМ-6,3-400-У1 УК-6,3-450-ЛУ3 УК-6,3-900-ЛУ3 УК-6,3-1125-ЛУ3 |
400 450 900 1125 |
1 1 1 1 |
0,003 0,003 0,003 0,003 |
4,9 4,1 3,7 3,7 |
1,08 0,9 0,81 0,81 |
2140 2140 3540 4240 |
|
,
ширинаУдельная стоимость конденсаторов высокого напряжения меньше удельной стоимости конденсаторов низкого напряжения, но конденсаторы низкого напряжения проще и надёжнее в эксплуатации. Комплектные конденсаторные установки имеют встроенное разрядное сопротивление R
для снятия остаточного напряжения при отключении ККУ
от сети. Иногда в качестве разрядного сопротивления применяют два однофазных 
трансформатора напряжения TV
(рис.3, б)
За счёт присоединения к сети КУ
с мощностью уменьшаются потери мощности и напряжения. После компенсации потери мощности
, (6)
где 
-потери мощности в компенсирующем устройстве, кВт.
Потери напряжения после компенсации, В,
. (7)
3.2 Синхронные двигатели.
Рассмотрим другой вид КУ - синхронные двигатели.
Из курса «Электрические машины» известно, что при увеличении тока возбуждения выше номинального значения синхронные двигатели (СД)
могут вырабатывать реактивную мощность, следовательно, их можно использовать как средство компенсации реактивной мощности. Главным отличием СД
от АД
является то, что магнитное поле, необходимое для действия СД
, создаётся в основном от отдельного источника постоянного тока (возбудителя). Вследствие этого СД
в нормальном режиме (при 
) почти не потребляет из сети реактивной мощности, необходимой для создания главного магнитного потока, а в режиме перевозбуждения, т.е. при работе с опережающим коэффициентом мощности, может генерировать ёмкостную мощность в сеть.
Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности 
и при номинальной активной нагрузке 
и напряжении могут вырабатывать номинальную реактивную мощность:
. (8)
При недогрузке СД по активной мощности 
< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности 
>1.
Средние значения коэффициента нагрузки по реактивной мощности 
в зависимости от изменения активной нагрузки 
и напряжения сети для СД
некоторых серий напряжением 6 10 кВ приведены в таблице 2
.
| Таблица 2. Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателей от напряжения | ||||
Серия, номинальное напряжение И частота вращения двигателя |
Относительное напряжение на зажимах двигателя |
Коэффициент перегрузки по реактивной мощности при коэффициенте загрузки |
||
| 0,9 | 0,8 | 0,7 | ||
СДН, 6 и 10 кВ (для всех частот вращения) СДН, 6 кВ: 600-1000 об/мин 370-500 об/мин 187-300 об/мин 100-167 об/мин СДН, 10 кВ: 1000 об/мин 250-750 об/мин СТД, 6 и 10 кВ,3000 об/мин СД и СДЗ, 380 В (для всех частот вращения) |
0,95 1 1,05 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 0,95 1,0 1,05 1,1 0,95 1,0 1,05 1,1 |
1,31 1,21 1,06 0,89 0,88 0,86 0,81 0,9 0,86 1,3 1,32 1,12 0,9 1,16 1,15 1,1 0,9 |
1,39 1,27 1,12 0,94 0,92 0,88 0,85 0,98 0,9 1,42 1,34 1,23 1,08 1,26 1,24 1,18 1,06 |
1,45 1,33 1,17 0,96 0,94 0,9 0,87 1 0,92 1,52 1,43 1,31 1,16 1,36 1,32 1,25 1,15 |
Преимуществом СД , используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности.
Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ , так как зависят от квадрата генерируемой мощности СД .
Дополнительные активные потери в обмотке СД
, кВт, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения 
от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД
, равной ,
, (9)
где 
-номинальная реактивная мощность СД
, квар; r
–сопротивление одной фазы обмотки СД
в нагретом состоянии, Ом; -номинальное напряжение сети, кВ.
В общем случае когда , , и отличаются от номинальных значений, потери активной мощности, кВт, на генерирование реактивной мощности
, (10)
где 
-величина генерируемой синхронным двигателем реактивной мощности, квар; 
и 
-постоянные величины (таблица 3)
кВт.
| Таблица 3. Основные технические данные некоторых синхронных двигателей на напряжение 6 кВ при
cos
= 0,9
|
|||||
| Тип двигателя | Номинальная мощность | КПД, % | Постоянные величины, кВт |
||
активная, кВт |
реактивная, квар |
|
|
||
| 1000 об/мин | |||||
СДН-14-49-6 СДН-14-59-6 СДН-15-30-6 СДН-15-49-6 СДН-15-64-6 СДН-15-76-6 СДН-16-69-6 СДН-16-84-6 СДН-16-104-6 |
1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 |
511 633 812 1010 1260 1610 2000 2500 3150 |
95,37 95,95 95,75 96,06 96,5 96,75 96,48 96,9 97,22 |
5,09 4,74 6,65 8,06 8,13 10,3 14,1 13,8 14,6 |
3,99 4,42 6,8 7,53 7,74 8,91 11,8 11,5 13,1 |
| 600 об/мин | |||||
СДН-14-44-10 СДН-14-56-10 СДН-15-39-10 СДН-15-49-10 СДН-15-64-10 СДН-16-54-10 СДН-16-71-10 СДН-16-86-10 СДН-17-59-10 СДН-17-76-10 |
630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 |
325 410 511 637 812 1010 1265 1615 2010 2510 |
Разделы сайта | ||