2.3 Компенсация реактивной мощности

Для искусственной компенсации реактивной мощности, называемой иногда «поперечной» компенсацией, применяются специальные компенсирующее устройства, являющиеся источниками реактивной энергии емкостного характера. Они сыграли положительную роль в существовании снижения потребления реактивной мощности и в повышении средневзвешенного коэффициента мощности в целом по стране с 0,75 до0,93.

К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся следующие виды компенсирующих устройств:

• конденсаторные батареи (КБ);

• синхронные двигатели;

• вентильные источники реактивной мощности (ИРМ).

Физическая сущность Cos φ

Cos φ- коэффициент мощности определяется по формуле

(4)

Физическая сущность Cos φ заключается в том, что он показывает какую часть активной мощности потребляет приемник или группа приемников от полной мощности подводимой к ним.

Для объектов Cos φ_р рассчитывается по формуле

(5)

где- P_p и S_p – определяется по табл. 2, итого по объекту.

Энергоснабжающая организация для всех объектов, предприятий задает нормативное значение Cos φ в пределах:

(6)

Источники реактивной мощности: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности, специальные быстродействующие источники реактивной мощности. Конденсаторные батареи устанавливают на секциях шин, вблизи ЭП.

Если Cos φр< Cos φнорм , тогда необходимо рассчитать сколько реактивной мощности ∆Q_ку, кВАр нужно отдать в сеть, чтобы повысить его до нормативного значения, по формуле

(7)

где Р_см- активная средняя мощность за максимально загруженную смену, кВт

Если Cos φр= Cos φнорм

Если Cos φр>Cos φнорм

Если Cos φр≈ Cos φнорм, то ∆Q_ку незначительное число, то есть выбрать батареи не представляется возможным, тогда нужно воспользоваться естественной компенсацией.

Далее приступаем к выбору числа и мощности компенсирующих устройств.

Число компенсирующих батарей принимается равным или кратным числу источников питания.

Если на объекте I,II и III категории ЭП, то nб принимается по наиболее ответственной категории

II, III к. ЭП - nб= 2,4,6, и т.д.

Номинальная мощность конденсаторных батарей выбирается по справочнику

(8)

где Q_нб- номинальная мощность батареи, кВар

Q_ку- недостающая реактивная мощность, кВар

Выбираю 2 конденсаторные батареи типа УКЗ-0,38-751 УЗ с напряжением 0,38 кВ и мощностью 75 кВар.

2.4 Расчет и выбор силового трансформатора

На основании условий окружающей среды и услоий эксплуатации принимаем тип трансформатора ТМ-трансформатор с масляной изоляцией.

Определяем мощность трансформатора, S_см, кВА, по полной средней мощности за максимально загруженную смену с учетом компенсации реактивной мощности по формуле:

(9)

где Р_см- средняя мощность за максимально загруженную смену, кВт;

Q_см- реактивная средняя мощность за максимально загруженную смену,кВАр;

∆Q_ку- реактивная мощность батарей, кВАр;

Определяем расчетную мощность трансформатора, S_т, кВА, по формуле:

(10)

где S_см- мощность трансформатора за максимально загруженную смену, кВА;

N_т- количество трансформаторов, шт;

Оформляем таблицу с паспортными даннями 2 выбранных трансформаторов по выбранной номинальной мощности.

Таблица 4 – Паспортные данные трансформаторов.

Тип	Верхний предел номинального напряжения обмоток, кВ		Потери, кВт		Напряжение короткого замыкания Uкз% от номинального	Ток холостого хода Iхх% от номинального	Цена, руб
	ВН	НН	холостого хода ∆Рхх	короткого замыкания ∆Ркз
ТМ-250/10	10	0,4	0,82	3,7	4,5	2,3	134000
ТМ-400/10	10	0,4	1,05	5,5	4,5	2,1	179000

Проверяем выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы, К_з, по формуле:

(11)

Где S_см- мощность трансформатора за максимально загруженную смену, кВАр;

N_т- количество трансформаторов, шт;

S_нт- номинальная мощность трансформатора, кВА;

Проверяем выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы, К_зав, по формуле:

, (12)

где S_см- мощность трансформатора за максимально загруженную смену, кВАр;

N_т- количество трансформаторов, шт;

S_нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;

Кзав≤1,4,

Учитывая перспективу развития производства данного объекта коэффициент загрузки в нормальном режиме работы, Кз, может увеличиваться. Коэффициент загрузки в аварийном режиме работы, Кзав, получился меньше 1,4, поэтому трансформатор может работать по 6 часов в течение 5 суток.

Определяем потери реактивной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ∆Q_хх, кВАр, по формуле:

(13)

где I_хх- ток холостого хода в трансформаторе, %, таблица 2;

S_нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;

Определяем потери реактивной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ∆Q_кз, кВАр, по формуле:

, (14)

где U_кз- напряжение короткого замыкания в трансформаторе, %

S_нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;

Определяем приведенные потери активной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ∆Р'_кз, кВт, по формуле:

(15)

где ∆Р_кз- потери мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;

∆Q_кз- потери реактивной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВАр;

где Кэп - коэффициент эквивалентных потер(К_эп=0,01 ÷ 0,12);

Определяем приведенные потери активной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ∆Р'_хх, кВт, по формуле:

(16)

где ∆Р_хх- потери мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВт;

∆Q_хх- потери реактивной мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВАр;

К_эп- коэффициент эквивалентных потерь;

Определяем полные приведенные потери активной мощности в трансформаторе, ∆Р'_т, кВт, по формуле:

(17)

где ∆Р'_хх- приведенные потери активной мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВт;

К_з- коэффициент загрузки трансформатора;

∆Р'_кз- приведенные потери активной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;

N_т- количество трансформаторов, шт;

Определяем капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, К, руб, по формуле:

(18)

где Ц- стоимость трансформатора, руб;

N_т- количество трансформаторов, шт;

Определяем потерянную электроэнергию в трансформаторе, U_пэ/э, руб по формуле:

(19)

где ∆Р'_т- полные приведенные потери активной мощности в трансформаторе, кВт;

Т_год- число часов работы трансформатора в год;

С_о- стоимость одного кВт энергии, руб;

Определяем издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, U_а, руб, по формуле:

(20)

где К- капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб;

Nа- норма амортизации трансформатора, %; Nа=6,4%

Определяем издержки при эксплуатации трансформатора U, руб, по формуле:

(21)

где U_а- издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, руб;

U_пэ/э - потерянную электроэнергию в трансформаторе, руб;

Определяют затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, З, руб, по формуле:

(22)

где U - издержки при эксплуатации трансформатора, руб;

К - капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб;

р_н - нормативный коэффициент эффективного внедрения новой техники; р_н=0,15

Таблица 5 - Технико-экономическое сравнение двух вариантов трансформаторов.

Кичество, шт, мощность силового трансформатора	Приведенные потери активной мощности в трансформаторе, ∆Р'т, кВт	Коэффициент загрузки в нормальном режиме, Кз	Коэффициент загрузки в аварийном режиме, Кзав	Издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, Uа, руб	Потери электроэнергии в трансформаторе, Uпэ/э, руб	Капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформа тора, К, руб	Затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, З, руб
2	13.7420	0.81	1.63	17152	331044.78	268000	388396.78
2	21.2231	0.51	1.01	22912	511264.48	358000	587876.479

На основании технико-экономического сравнения двух вариантов трансформаторов принимаем ТМ-250/10