Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое значение для народного хозяйства, является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает возможность дополнительного полезного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВт*ч в год.

Увеличение потребления реактивной мощности электроустановками вызывает возрастание тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощности электроустановок.

Применение устройств, компенсирующих реактивную мощность, несколько удорожает эксплуатацию электрических установок.

При подключении к электросети активно-индуктивной нагрузки ток 1Н отстает от напряжения U на угол сдвига <р. cos<p - коэффициент мощности. Электроприемники потребляют как активную Р, так и реактивную Q мощность.

Реактивная мощность

Q = P·tg φ (19)

Р - активная энергия, потребляемая электроприемниками, преобразуется в механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха (газа) и т.п.

Основными потребителями реактивной мощности индивидуального характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60 - 65% от общего потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и др.

Реактивной мощностью дополнительно нагружаются питающие и распределительные сети предприятия, соответственно увеличивается общее потребление электроэнергии.

Меры по снижению потребления реактивной мощности естественная компенсация без применения    специальных компенсирующих устройств; искусственная компенсация.

Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводиться на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относится:

упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки и улучшению энергетического режима оборудования.

создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации.

применение более нового и совершенного электрооборудования, с меньшими потерями на перемагничивание.

замена малонагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка.

применение СД вместо АД, если это по условиям технологического процесса.

ограничение продолжительности х. х. двигателей и сварочных трансформаторов.

Отключение части силовых трансформаторов при малой нагрузке (выходные, праздничные дни, ночное время).

Суммарная реактивная мощность, потребляемая трансформаторами энергосистемы, обычно превышает реактивную мощность, потребляемую всеми асинхронными двигателями, присоединенными к сети.

Потребление реактивной мощности, по существу не связано с потреблением активной мощности и обусловлено параметрами сети и режимами ее работы. Реактивная мощность потребляется любым электроприемником электросети, в которой ток отстает от приложенного напряжения. Вследствие неэкономичности передачи реактивной мощности потребителям, компенсирующие устройства устанавливают непосредственно в распределительных сетях и обеспечивают регулирование их мощности в соответствии с изменившейся нагрузкой в сети.

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.

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств:

упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;

устранение режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (х. х.) путем установки ограничителей холостого хода;

замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности;

замена малонагруженных двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;

замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности;

применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода.

Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств:

установка статических конденсаторов;

использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов. Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допускаемые в виде исключения:

использование имеющихся на предприятиях синхронных генераторов в качестве синхронных компенсаторов;

синхронизация асинхронных двигателей, причем она допускается при нагрузке на валу не выше 70% от номинальной мощности.

Расчет и выбор компенсирующего устройства (БСК).

Определим величину расчетной мощности, требующей компенсациибск = Pp(tg φест- tg φнорм); (20)

где Рр - максимальная расчетная активная мощность по цеху (табл. 2); tgφест - tg φ по цеху; tg φнорм - нормированный tg φ, предъявляемый к промышленным предприятиям.

tg φест = Qp /Pp, (21)

tg φест = 121/128,7 = 0,94

tg φнорм = 0,33бск = 128,7*(0,94-0,33) = 78,5 квар.

бск треб =78,5 квар, значит, к установке принимаем две комплектных конденсаторных установки (ККУ) серии УКЗ-0,38-40УЗ. Технические данные внесены в таблицу 3.

Таблица 3 - Технические данные ККУ

Данные таблицы берем согласно [5, стр.400, табл.2.192] Определим величину нескомпенсированной мощности:

Qнеск = Qмакс - n Qбск треб (22)

где Qмакс - максимальная расчетная реактивная мощность по цеху;Qбск треб - количество устанавливаемых ККУ и их мощность.

неск = 121-2*40 = 41 квар.

Полная расчетная мощность цеха после компенсации

р'= (23)

S'p=

Расчетный ток

'p = S'p / Uн , (24)

где UH - номинальное напряжение, UH = 0,38 кВ

'p = 135/1,73*0,38 = 205 А.

cos φ после компенсации:

cos φ '=Pp/ Sр', (25)

где Рр - расчетная мощность цеха.

cos φ '= 128,7/135 = 0,95.