- •Выбор электрических аппаратов
- •Электродинамическое и термическое действие токов КЗ
- •Общие положения по выбору электрических аппаратов и параметров токоведущих устройств
- •Выбор электрических устройств по длительному режиму работы
- •Выбор электрических устройств по току КЗ
- •Выбор и проверка элементов системы электроснабжения выше 1кВ
- •Выбор числа и мощности силовых трансформаторов
- •Общие положения
- •Выбор типа трансформаторов
- •Выбор числа трансформаторов
- •Выбор мощности силовых трансформаторов
- •Выбор номинальной мощности трансформатора с учётом перегрузочной способности
- •Определение мощности потерь и энергии в силовых трансформаторах
- •Общие выводы по выбору числа и мощности силовых трансформаторов для систем электроснабжения
- •Режимы работы электроэнергетических систем
- •Резервы генерирующей мощности при управлении режимами ЭЭС
- •Выбор сечений проводов и кабелей
- •Общие положения
- •Выбор стандартного сечения проводника
- •Выбор сечений жил проводников по нагреву расчётным током
- •Выбор сечения по нагреву током короткого замыкания
- •Выбор сечений проводников по потерям напряжения
- •Выбор проводников электрической сети по экономической целесообразности
- •Расчёт токов короткого замыкания
- •Общие сведения о коротких замыканиях
- •Определение расчётных параметров элементов сети
- •Система относительных единиц
- •Система именованных единиц
- •Расчётная схема и схема замещения
- •Определение трёхфазного тока КЗ в сетях выше 1кВ
- •Определение токов КЗ от электрических машин напряжением выше 1кВ
- •Расчёт токов КЗ в электрических сетях до 1кВ
- •Влияние асинхронных двигателей на подпитку места КЗ до 1кВ
- •Расчёт несимметричных видов коротких замыканий
- •Расчёт токов КЗ в сетях постоянного тока
- •Защита элементов системы электроснабжения
- •Выбор предохранителей
- •Выбор автоматических выключателей
- •Основы релейной защиты
- •Требования к релейной защите, основные понятия и определения
- •Классификация РЗ
- •По элементной базе
- •По принципу действия электромеханических реле
- •По физической величине
- •По реакции на изменение входных физических величин
- •По принципу воздействия исполнительного органа на управляемую цепь
- •По способу действия на управляющий объект
- •По времени действия
- •По способу включения чувствительного элемента
- •По роду оперативного тока
- •По назначению
- •По типу
- •По способу обеспечения селективности при внешних К.З.
- •По характеру выдержек времени
- •По виду защит
- •Максимальные токовые защиты
- •Расчёт параметров МТЗ
- •Схемы МТЗ
- •МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания
- •МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания
- •МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению
- •Направленные МТЗ
- •Принцип работы реле направления мощности
- •Токовые отсечки
- •ТО мгновенного действия
- •Защита линий 6-35 кВ с помощью трёхступенчатой токовой защиты
- •Дифференциальные защиты
- •Продольная дифференциальная защита
- •Токовая погрешность ТА
- •Поперечная дифференциальная защита
- •Балансы мощности и электроэнергии
- •Баланс активной мощности
- •Баланс реактивной мощности
- •Баланс электроэнергии
- •Перенапряжения в системах электроснабжения
- •Общие положения
- •Защита от волн атмосферных перенапряжений
- •Защита от внутренних перенапряжений
- •Схемы защиты от перенапряжений
- •Молнезащита зданий и сооружений
- •Расчёт защиты зоны молнеотводов
- •Отклонения напряжения
- •Качество электрической энергии
- •Общие положения
- •Отклонения напряжения
- •Колебания напряжения
- •Размах изменения напряжения
- •Доза фликера
- •Несинусоидальность напряжения
- •Несимметрия напряжения
- •Длительность провала напряжения
- •Импульс напряжения
- •Коэффициент временного перенапряжения
- •Отклонение и размах колебаний частоты
- •Способы и средства улучшения качества электрической энергии
- •Компенсация реактивной мощности
- •Общие сведения
- •Способы снижения потребления реактивной мощности без компенсирующих устройств
- •Компенсирующие устройства
- •Расчёт потерь мощности и энергии в цеховых сетях
- •Скидки и надбавки к тарифу на электрическую энергию за компенсацию реактивной мощности
- •Выбор мощности и места установки компенсирующих устройств
- •Определение места установки компенсирующих устройств в сетях до 1 кВ
- •Компенсация реактивной мощности в сети 6-10 кВ
- •Компенсация реактивной мощности в электрических сетях со специфическими нагрузками
- •В сетях с резкопеременной несимметричной нагрузкой
- •Компенсация реактивной мощности в сети с резкопеременными нагрузками
- •Компенсация реактивной мощности в электрической сети с несимметричными нагрузками
- •Продольная ёмкостная компенсация реактивной мощности
- •Назначение и область применения продольной компенсации
- •Повышение предела пропускной способности линий электропередачи по углу. Улучшение потока распределения в сетях
- •Снижение потери напряжения
- •Выбор числа и мощности конденсаторов при продольной компенсации
- •Ёмкость конденсаторной установки на фазу
- •Сравнение продольной и поперечной компенсации
- •Сравнение по повышению уровня напряжения
- •Сравнение по активным потерям энергии
- •Сравнение требуемой мощности конденсаторов при последовательном и параллельном их включении
- •Раздел №2. Электрические нагрузки
- •Графики электрических нагрузок промышленных предприятий
- •Классификация графиков электрических нагрузок
- •Основные определения и обозначения
- •Показатели графиков электрических нагрузок
- •Методика определения эффективного числа электроприёмников
- •1. Определение эффективного числа приёмников при трёхфазных нагрузках
- •2. Определение эффективного числа приёмников при однофазных нагрузках
- •Определение средних нагрузок
- •Определение среднеквадратичных нагрузок
- •Определение расхода электроэнергии
- •Определение расчётных и пиковых нагрузок
- •Общие положения
- •Определение расчётной нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса
- •Определение расчётной нагрузки по удельной нагрузке на единицу производственной площади
- •Определение расчётной нагрузки по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции
- •Определение расчётной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы
- •Определение расчётной нагрузки по статистическому методу
- •Определение расчётной нагрузки согласно «Временным руководящим указаниям по определению электрических нагрузок промышленных предприятий»
- •Общие рекомендации по выбору метода определения расчётных нагрузок
- •Определение пиковых нагрузок
- •Учёт роста нагрузок
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
6
Перспективной является схема последовательного соединения мостов с поочерёдным управлением (см. рис. 3). Такое исполнение особенно целесообразно для двухъякорных двигателей, включаемых по восьмеричной схеме.
Рис. 4. Схема последовательного соединения преобразователей с поочерёдным управлением.
Так как изменение выпрямленного напряжения осуществляют регулированием одного преобразователя, то потребление реактивной мощности по сравнению с обычными схемами снижается на 30-40%.
В современной технике преобразования электроэнергии, для повышения коэффициента мощности преобразователей, используют схемы с искусственной коммутацией. Основным элементом в устройстве искусственной коммутации служит батарея конденсаторов (специальный трансформатор либо преобразователь частоты). За счёт запасённой электромагнитной энергии конденсаторов, вводимой в контур коммутации, происходит принудительный сдвиг тока в сторону опережения, и преобразователи могут работать, не потребляя реактивной мощности с COS 1
или генерируя её - в качестве компенсатора.
Компенсирующие устройства
Для компенсации реактивной мощности, потребляемой электроустановками промышленного предприятия, используют генераторы электростанций и синхронные двигатели, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства - синхронные компенсаторы,
батареи конденсаторов и специальные статические источники реактивной мощности.
1. Синхронные компенсаторы являются синхронными двигателями облегченной
конструкции без нагрузки на валу. Работают как в режиме генерации реактивной мощности, так и её потребления. Изменение генерируемой или потребляемой реактивной мощности компенсатора осуществляют регулированием его возбуждения.
Достоинствами синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности являются: положительный регулирующий эффект, который заключается в том, что при уменьшении напряжения в сети генерируемая мощность компенсатора увеличивается; возможность плавного и автоматического регулирования генерируемой реактивной мощности; достаточная термическая и электродинамическая стойкость обмоток компенсаторов во время КЗ; возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.
К недостаткам синхронных компенсаторов следует отнести удорожание и усложнение эксплуатации (сравнивая, например, с конденсаторными батареями) и значительный шум во время работы. Потери активной мощности P в синхронных компенсаторах при их полной загрузке довольно значительны и в зависимости от номинальной мощности находятся в пределах от 0,011 до 0,03 кВт/квар. Удельная стоимость синхронных компенсаторов и потери активной мощности
значительно увеличиваются при уменьшении их номинальной мощности; например, у синхронных компенсаторов мощностью 7,5 Мвар удельная стоимость, включая все расходы на установку, составляет 12,5, а у компенсаторов 75 Мвар для наружной установки 7,5 руб/квар.
При оценке технико-экономических показателей синхронных компенсаторов учитывают, что
в их комплект входят релейная защита, АРВ, системы пуска и управления, устройства противоаварийной автоматики, а также соответствующие коммутационные аппараты. Наличие на синхронных компенсаторах вращающихся элементов, контактных соединений (реостат, коллектор
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
7
и контактные кольца) требует затрат на их текущий ремонт и обслуживание. Стоимость этих устройств практически не зависит от номинальной мощности синхронного компенсатора.
Решение о принятии варианта компенсации с применением синхронного компенсатора следует сопоставить с вариантом автоматически регулируемых батарей конденсаторов. В отдельных случаях применение синхронных компенсаторов может оказаться целесообразным на крупных подстанциях районного значения при больших мощностях необходимых компенсирующих устройств.
Затраты на генерацию реактивной мощности синхронным компенсатором
Зс,к К1с,к |
Q К2с,к |
Q2 , |
|
|
|
|
(5.13) |
||||
где Q - генерируемая реактивная мощность, Мвар; |
К1с,к |
k |
Суст. |
сх.х Рх.х |
- удельные затраты |
||||||
|
|
|
|
|
Qн |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на 1 Мвар генерируемой мощности, руб/Мвар; |
К |
2с,к |
с |
к, з |
Р |
к, з |
- удельные затраты на 1 Мвар2 |
||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
генерируемой мощности, руб/Мвар2; k - общие отчисления от капиталовложений, определяемые суммой нормативного коэффициента экономической эффективности k н,э , коэффициента амортизационных отчислений k a и расходов на обслуживание ko,n ; Суст. - стоимость установки компенсатора, руб; cx.x , cк.з - удельная стоимость потерь XX и КЗ соответственно, руб/кВт;Рк, з , Рх.х - номинальные потери XX и КЗ, кВт; Qн - номинальная мощность компенсатора,
Мвар.
Так как у синхронных компенсаторов небольшой мощности высокая удельная стоимость и большие потери активной мощности, то их целесообразно применять для больших мощностей (на крупных подстанциях).
2.Синхронные двигатели. Коэффициент мощности СД на опережающим токе составляет 0,9
иявляются эффективным средством компенсации реактивной мощности. Наибольший верхний предел возбуждения синхронного двигателя определяется допустимой температурой обмотки ротора с выдержкой, достаточной для форсировки возбуждения при кратковременных снижениях напряжения. Максимальную генерируемую реактивную мощность определяют по выражению
Q |
k |
п, р, м |
|
Рн tg н |
, |
(5.14) |
|
||||||
сд,MAX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где kп, р, м - коэффициент перегрузки по реактивной мощности.
Величина Qсд, зависит от загрузки двигателя активной мощностью k з , подводимого
MAX
напряжения U и технических данных двигателя. Изменение коэффициента загрузки двигателя k з
оказывает особенно большое влияние на величину Qсд, в диапазоне k з 0,8 1,1. При
MAX
дальнейшем снижении коэффициента загрузки эффект указанного влияния снижается.
Основным критерием для выбора рационального режима возбуждения синхронного двигателя являются дополнительные потери
|
|
|
Q |
|
|
Q 2 |
|
|
||
P k |
1.с.д |
|
с.д |
k |
2.с.д |
|
с.д |
, |
(5.15) |
|
|
|
2 |
||||||||
|
|
Q |
|
Q |
|
|
||||
|
|
|
|
|
н |
|
|
|||
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
где k1.с.д , k2.с.д - расчётные величины, зависящие от параметров двигателя, кВт.
3. Конденсаторы – специальные ёмкости, предназначенные для выработки реактивной
мощности. По своему действию они эквивалентны перевозбужденному синхронному компенсатору и могут работать лишь как генераторы реактивной мощности.
Конденсаторы изготовляют на номинальные напряжения 660 В и ниже, мощностью 12,5-50 квар в трёх- и однофазном исполнениях, а на 1050 В и выше мощностью 25-100 квар - в
однофазном исполнении. Из таких элементов собирают батареи конденсаторов требуемой
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
8
мощности. Схема батареи конденсаторов определяется техническими данными конденсаторов и режимом работы в системе электроснабжения.
В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки, регулируемые на напряжение 380 В мощностью 150-750 квар (одна-пять секций по 150 квар) и нерегулируемые на напряжение 6-10 кВ мощностью 300-1125 квар с шагом 150 квар.
Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактивной мощности обладают малыми потерями активной мощности (0,0025-0,005 кВт/квар), простотой эксплуатации (ввиду отсутствия
вращающихся и трущихся частей), простотой производства монтажных работ (малой массой, отсутствием фундаментов), возможностью использования для установки конденсаторов любого сухого помещения. К недостаткам конденсаторов относят чувствительность к искажениям питающего напряжения; недостаточную прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях; зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения
|
|
Q ( |
U отн. |
) 2 Q , |
|
|
|
|
|
(5.16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U б.к.отн. |
|
|
|
|
|
|
|||
где U отн. - относительное напряжение сети в месте присоединения; |
|
U б.к.отн. |
- |
отношение |
|||||||
номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети. |
|
|
|||||||||
Затраты на генерацию реактивной мощности батареей конденсаторов, руб., |
|
|
|||||||||
|
|
Зб.к k1.б.к Q kоб.к , |
|
|
|
с0 Pб.к |
(5.17) |
||||
где Q - генерируемая реактивная мощность, Мвар; k1.б.к k cб.к ( |
|
) |
|
- удельные |
|||||||
|
|
|
|
|
U отн. |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
U б.к.отн. |
|
|
|
|
|
||
затраты на 1 Мвар |
генерируемой мощности, руб/Мвар; kоб.к k Св. у k р Ср |
- |
постоянная |
||||||||
составляющая затрат, |
не зависящая от генерируемой мощности, руб.; |
сб.к |
|
- удельная стоимость |
|||||||
батареи конденсаторов, |
руб/Мвар; с0 - удельная стоимость потерь, руб/кВт; Pб.к |
- удельные |
|||||||||
потери в конденсаторах, |
кВт/Мвар; Св. у , Ср - стоимость вводного и регулирующего устройств, |
руб.
Установки конденсаторов бывают индивидуальные, групповые и централизованные. Индивидуальные установки в основном применяют на напряжения до 660 В. В этих случаях
конденсаторы присоединяют наглухо к зажимам приемника. Такой вид установки компенсирующих устройств обладает существенным недостатком - плохим использованием
конденсаторов, так как с отключением приёмника отключается и компенсирующая установка. При групповой установке конденсаторы присоединяют к распределительным пунктам сети. При этом использование установленной мощности конденсаторов несколько увеличивается. При централизованной установке батареи конденсаторов присоединяют на стороне высшего напряжения трансформаторной подстанции промышленного предприятия. Использование установленной мощности конденсаторов в этом случае получается наиболее высоким.
При отключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энергия разряжалась автоматически на постоянно включенное активное сопротивление. Значение сопротивления должно быть таким, чтобы при отключении конденсаторов не возникало перенапряжение на их зажимах.
4. Статические компенсирующие устройства. Набросы реактивной мощности,
сопровождающие работу мощных приёмников с резко-переменной нагрузкой, вызывают
значительные колебания питающего напряжения. Кроме того, эти приемники, будучи, как правило, нелинейными элементами в системе электроснабжения, вызывают дополнительные искажения формы токов и напряжений. Поэтому к компенсирующим устройствам предъявляют такие требования, как высокое быстродействие изменения реактивной мощности, достаточный диапазон регулирования реактивной мощности, возможность регулирования и потребления реактивной мощности, минимальные искажения питающего напряжения.
Статические источники реактивной мощности представляют собой сочетание конденсаторных батарей с регулирующим звеном (см. рис. 5).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
9
Рис. 5. Конденсаторная батарея с тиристорными ключами:
ТВ – тиристорные выключатели; Lр – индуктивность; Rр – разрядное сопротивление; КБ –
конденсаторная батарея
На рис. 6 приведена схема управляемого статического компенсатора (УСК) на основе
управляемого подмагничиванием реактора. Суммарная реактивная мощность УСК рассчитывается по выражению:
Qуск Qкб Qр (I ) . |
(5.18) |
Реактивная мощность реактора является |
функцией токаподмагничивания. Компенсатор |
может либо генерировать ( Qкб Qр ), либо потреблять её ( Qкб Qр ). Применение таких УСК
оправдано только в сетях с резкопеременной нагрузкой, когда сочетаются свойства УСК компенсировать реактивную мощность и снижать колебания напряжения. Вместо управляемого подмагничиванием реактора в УСК может использоваться неуправляемый, но в сочетании с тиристорным блоком управления (рис. 7)
В отличие от рассмотренных, где источником реактивной мощности являются конденсаторы, имеются компенсаторы, в которых используются индуктивные накопители энергии. Подключая такие накопители к сети через тиристорные блоки с искусственной коммутацией тиристоров, удается так выбирать угол коммутации , что ток будет либо отстающим, либо опережающим по
отношению к напряжению, иными словами, будет иметь место режим генерации или режим потребления реактивной мощности. На рис. 8 приведена схема такого компенсатора, который
состоит из двух блоков: выпрямителя и инвертора.
Возможны следующие режимы: оба преобразователя потребляют реактивную мощность (рис. 8, б) Q Qв Q и один генерирует реактивную мощность (рис. 8, в) Q Qв Q и оба
генерируют реактивную мощность (рис. 8, г) Q (Qв Qн ) .