Визначення потужності компенсуючих пристроїв у відповідності з нормативними документами, НУХТ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ 

електропостачання  ПРОМИСЛОВИХ  ПІДПРИЄМСТВ 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ДИПЛОМНОГО ТА КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ

для студентів спеціальності

7.05070103 „Електротехнічні системи електроспоживання”

денної та заочної форм навчання 

Київ НУХТ 2011

6. ВИЗНАЧЕННЯ  ПОТУЖНОСТІ  КОМПЕНСУЮЧИХ  ПРИСТРОЇВ У  ВІДПОВІДНОСТІ  З  НОРМАТИВНИМИ  ДОКУМЕНТАМИ

При  потужності  трансформаторів  підприємства  до  750 кВ×А рішення  про  необхідність  компенсації  реактивної  потужності  приймає  енергосистема.  Вона  ж  веде  і  розрахунок  потужності  конденсаторних  установок  (КУ).  У  всіх  інших  випадках  розрахунки  проводяться  для  кожного  підприємства.

При  виборі  засобів  компенсації  реактивної  потужності  вихідними даними  є  такі  вимоги  енергосистеми: економічно обгрунтована максимальна величина реактивної  потужності,  яка  може  бути  передана  з енергосистеми  у мережу  підприємства; найменша  реактивна  потужність,  яка  може  бути  передана  у  мережу  підприємства  в  режимі  найменших  навантажень  енергосистеми   (нічний  мінімум); максимальна реактивна потужність, що передається з енергосистеми в  післяаварійних  режимах.

В загальному випадку потужність всіх компенсуючих пристроїв споживача,

де:    - розрахункова  реактивна  потужність  підприємства,

- реактивна  потужність,  яку  енергосистема  може  передати  в мережу  споживача  в  режимі  максимуму  енергосистеми.

Або  для  діючого  заводу  при  реконструкції,

де     - максимальне  значення  споживаної  реактивної  потужності  по  добовому  ступінчатому  графіку  заводу.

Як  правило:, 

де -  потужність  КУ  напругою  до  1000 В,

- те  ж,  напругою  6…10  кВ.

В  свою  чергу:,

де - сумарна  потужність  КУ  виходячи  з  оптимальної  кількості  трансформаторів  ТП  та  допустимого  їх  завантаження  ,         - потужність  КУ  виходячи  з  оптимального  значення  втрат  у трансформаторах  та  мережі  напругою  6…10  кВ, що живить  ці  трансформатори.

6.1. Визначення  кількості  трансформаторів  на  ТП  за  умовами         оптимальної  компенсації  реактивної  потужності

Для кожної  технологічно об’єднаної групи цехових трансформаторів однакової  потужності  мінімальне  їх  число,  необхідне  для забезпечення  роботи  виробництва:,

де  P_P  - активна  розрахункова  потужність  електроприймачів,  що живляться  від  даної  групи  трансформаторів, кВт ,

- коефіцієнт  завантаження  трансформаторів,

- номінальна  потужність  одного  трансформатора,  кВ×А,

- добавка  до  найближчого  цілого  числа.         

Економічно  оптимальне  число  трансформаторів:

де m  – додаткове  число  трансформаторів.

Кількість  трансформаторів  N_TE  визначається  питомими  витратами  на  передачу  реактивної  потужності  і  розраховується  за  номограмою, де  вказані  зони  для  визначення  додаткового  числа  трансформаторів  m.

При трьох трансформаторах і менше їхня потужність вибирається виходячи з максимального активного навантаження згідно з умовою/

6.2. Розрахунок потужності компенсуючих пристроїв

За  обраним  числом  трансформаторів  визначають  максимальну  реактивну  потужність,  яку  доцільно  передати  через  трансформатори  ТП  у  мережу  напругою до 1000 В,

де    N_TE  -  число  трансформаторів  в  групі  ( цех,  корпус),

-  очікуваний  коефіцієнт  завантаження  трансформаторів,

-  номінальна  потужність  трансформатора  в  групі,  кВ∙А,

-  розрахункова  активна  потужність  електроприймачів напругою  до  1000  В.

Сумарна  потужність  КУ  для  даної  групи  трансформаторів:,

де Q_r - розрахункова  реактивна  потужність електроприймачів напругою  до  1000  В.

Якщо  виявиться,  що ,  приймається .

На  другому  етапі  визначається  додаткова  сумарна  потужність  КУ для  даної  групи  трансформаторів  ТП: ,

де -  розрахунковий  коефіцієнт,  що  залежить  від  схеми живлення  та  кількості  робочих  змін,  визначається  по номограмах    або  за формулою.

Для  однієї  підстанції,

де K₁   -   питомий  коефіцієнт  втрат  ( для  підприємства, що  працює  в  одну  зміну  -  K₁ = 24,  дві  зміни  - 12 ,  три  зміни  -  11),  -  довжина  лінії  живлення (при радіальній схемі) або відстань до першого  трансформатора  (в магістральній схемі),  км,  F - переріз  провідників ЛЕП,  мм ²,

- коефіцієнт  що  залежить  від  напруги  живлення:

= 8(27)  в  радіальних  схемах  на  6  та 10 кВ,

= 15(5)  відповідно  для  магістральних  мереж.

Якщо  коефіцієнт    визначається  за  номограмами, 

При для  даної  групи  трансформаторів  приймається рівною  нулю.

По    вибирається  потужність  конденсаторних  установок  напругою  до  1000  В  у  відповідності  з  номенклатурою  продукції  заводів.  Фактична  сумарна  потужність    може  відрізнятися  від. 

6.3.  Реактивна потужність синхронних двигунів

Кожний  синхронний  двигун  (СД)  може  бути  джерелом  реактивної  потужності,  номінальне  значення  якої:,

де - номінальна активна потужність СД,

-  номінальний  коефіцієнт  потужності.

Якщо  коефіцієнт  завантаження  СД  менше  одиниці  , економічно  доцільно  використовувати  повністю  очікувану  реактивну  потужність  СД,

де - коефіцієнт  допустимого  перевантаження  СД,  який  залежить  від  його  завантаження  активною  потужністю.

де - коефіцієнт  завантаження  СД  активною  потужністю.

Після  розрахунку  допустимого  значення  реактивної  потужності  СД  необхідно  розрахувати  економічно  доцільне  навантаження  двигуна  реактивною  потужністю,

де ,  - параметри  СД  (приймаються  за  каталожними  та      довідковими  даними),  - вартість  втрат  енергії,  -  питома  вартість  високовольтних  КУ.

6.4. Визначення потужності батарей конденсаторів у мережах напругою   понад 1000В

Для кожної цехової ПС визначається некомпенсоване реактивне навантаження на стороні 6 або 10 кВ кожного трансформатора 

де -   фактично  прийнята потужність НБК,      - сумарні реак­тивні втрати у трансформаторі при його коефіцієнті завантаження  з урахуванням компенсації.

Для кожного розподільного пункту чи ПС визначається його нескомпенсоване реактивне навантаження , як сума реактивних потужностей цехових ТП, що живляться від нього та інших споживачів.

Сумарна розрахункова реактивна потужність ВБК для всього підприємства

визначається з умови балансу реактивної потужності 

де - кількість РП  на підприємстві;

- розрахункове реактивне навантаження на шинах 6 або 10 кВ    і - го розподільного пункту;

- вхідна реактивна потужність, що задана енергосистемою на шинах 6

або 10 кВ.

Якщо енергосистема задає вхідну реактивну потужність на стороні напруги 35 кВ і вище мережі підприємства, то мають бути враховані втрати реактивної потужності у трансформаторах зв’язку з енергосистемою.

Якщо виявиться, що , слід прийняти її рівною нулю і за узгодженням з енергосистемою, що видала технічні умови на приєднання споживачів, установити нові значення вхідної потужності.

Розрахункова  потужність  високовольтних  КУ,

де -   відповідно  розрахункові  реактивні  потужності  електроприймачів  напругою  до  1000  В  та  вище.

Установку  високовольтних  КУ  рекомендується  передбачати  на   тих РП, де  є  технічні  можливості  для  їх  монтажу.

Сумарна  реактивна  потужність   розподіляється  між  окремими  РП пропорційно їх нескомпенсованому навантаженню і заокруглюється  до найближчої стандартної потужності комплектних конденсаторних  установок  (ККУ).  До  кожної  секції  РП  рекомендується  підключити  ККУ  однакової  потужності,  але  не менш  як  1000  квар.  За  меншої  потужності  КУ  її  слід  монтувати  на  підстанції  живлення  або  на  ГПП .

Перед тим як визначати потужність пристроїв компенсації, необхідно врахувати реактивну потужність, що генерується повітряними й  кабельними ЛЕП з номінальними напругами понад 20 кВ. Перевірити  доцільність  використання  реактивної  потужності  генераторів  місцевих  електростанцій  і  синхронних   двигунів  підприємства  і  можливість  зменшення  пропускної  здатності  елементів  живлячої  та  розподільної  мережі із збільшенням ступеня компенсації (зменшення числа й  потужності  трансформаторів,  зниження  перерізу  проводів  і  кабелів тощо).

Необхідно  вибрати  спосіб  керування  компенсуючими  пристроями (ручний, дистанційний або автоматичний), а також параметр регулювання (за напругою, реактивною потужністю, часом тощо), врахувати додатковий економічний ефект від впливу пристроїв  компенсації  на  режим  напруг.

Високовольтні  КУ  рекомендується  встановлювати  тільки  на  РП  та ГПП.  Причому  до  кожної  секції  РП  дозволяється  підключити  КУ  потужністю  не  менш,  як  1000 квар.. 

6.5. Індивідуальний метод компенсації

Як правило, люмінесцентні світильники обладнані конденсаторами, і освітлювальні  мережі  окремої  компенсації  не  потребують.

В силових  мережах  основним  споживачем  реактивної  потужності  є  асинхронний  двигун.  Внаслідок  великої  різнотипності  досить  важко  дати  чіткі  рекомендації  по  вибору  потужності  конденсаторів.  Виходячи  з оптимальної  ефективності  використання  КУ, нераціонально  повністю  компенсувати  реактивну  потужність  двигуна  на  його  затискачах. 

В  табл. 6.1.  приведені  рекомендації  по  вибору  КУ  в  залежності  від потужності двигуна.

Таблиця 6.1.

Потужність КУ для індивідуальної компенсації

де Р  -   номінальна  потужність  двигуна,  Q -  рекомендована  реактивна  потужність  конденсатора  для  індивідуальної  компенсації, I,% -   величина,  на  яку  зменшується  струм  в  лінії  живлення  двигуна  при  індивідуальній  компенсації.

Потужність  конденсаторів  в  табл. 6.1.  вибрана за  умовами  недопущення самозбудження  двигунів після  вимкнення  їх  з  електричної  мережі.

При  самозбудженні  напруга  на  затискачах  двигуна  зростає пропорційно  струму  конденсатора  та  швидкості  ротора  двигуна.  Величина  напруги  може  піднятися  до  160% Uном.

Якщо  двигун  повторно  вмикається  в  період  самозбудження, розвивається потужний перехідний процес, оскільки фаза напруги  самозбудження  рідко  співпадає  з  фазою  напруги  електричної  мережі.  На  обмотки  та  вал  двигуна  діють  електродинамічні  сили,  які  в  декілька  разів  вищі  за  ті,  що  зустрічаються  при  нормальній  роботі.  Особливо  це  стосується  двигунів  з  інерційним  навантаженням.  Тому  рекомендується  всі  двигуни  з  індивідуальною  компенсацією  перевірити  на  процес  самозбудження,  підключаючи  вольтметр  на  затискачах  двигуна.

Конденсатори  потужністю 1…5 квар в два-три рази  дорожчі, ніж  конденсатори на 25…50 квар. Тому в цехах з великою кількістю малопотужних  двигунів  індивідуальна компенсація не завжди  ефективна.

Аналіз нормативних вказівок щодо компенсації реактивної потужності стосовно ТП, які пра­цюють в реальних умовах  виробництва, показує недоцільність засто­сування КУ напругою   0,38 кВ. Але застосування КУ напругою 6...10 кВ призводить до завантаження мережі підприємства реактивною потуж­ністю та до збільшення втрат енергії.  При цьому, як правило, еко­номічний ефект  від компенсації буде тільки в мережах енергосис­теми, а не підприємства. Більше того, енергосистема може застосовувати штрафні санкції до підприємства, оскільки маючи тільки високовольтні КУ  досить великої потужності, часто без регулювання потужності,  підприємство не зможе витримати задані енергосистемою величини реактивних потужностей в режимах максимуму та мінімуму.

Нормативні вказівки по компенсації рекомендують до кожної секції розподільчої підстанції (РП) напругою 6...10 кВ підключати КУ однакової потужності, але не менш як 1000 квар. При цьому регулю­вання  реактивної потужності практично виключається, оскільки ретроспективний аналіз показує, що сумарна потужність всіх КУ на діючих підприємствах  середньої потужності знаходиться в цих межах.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження дозволили вдосконалити методику, не порушуючи фундаментальний принцип її.

Якщо підприємство одержує енергію від мережі напругою 10 кВ, при розрахунковому значенні 200 квар, для трансформатора ТП потужністю 1000 кВ×А необхідно встановити КУ з мінімальною потужністю 200 квар. Це може бути стандартна КУ типу УКМ 0,4 - 225 - 37,5. Для трансформаторів ТП потужністю 630 кВ×А рекомендована мінімальна потужність КУ 110 квар, тобто стандартна КУ типу УКМ 0,4 - 112,5 - 37,5. 

6.6. Розподіл потужності батарей конденсаторів у цеховій мережі напругою до 1000 В

Для кожної цехової ТП розглядається можливість розподілу раніше знайденої (розрахованої) потужності КУ у її мережі. Критерій доцільності такого розподілу - додаткове зниження зведених затрат з урахуванням підключення окремих батарей.

Тип, потужність та інші технічні дані батареї конденсаторів приймаються згідно з даними завода - виробника.

Рекомендується одержані значення потужності КУ заокруглювати до найближчої стандартної потужності.

Якщо розподільча мережа виконана тільки кабельними лініями, КУ будь-якої потужності рекомендується приєднувати безпосередньо до шин цехової ТП. При живленні від одного трансформатора двох і більше магістральних шинопроводів до кожного з них приєднується тільки по од­ній КУ. Загальна розрахункова потужність батарей розподіляється між шинопроводами пропорційно їх сумарному реактивному навантаженню.

До мережі без додаткової установки вимикаю­чого апарата  (зважаючи на установку останнього в комплекті КУ),  а при потужності понад 400 квар - через вимикаючий апарат при виконанні вимог ПУЕ.

При потужності КУ понад 400 квар рекомендується їх підключати до шин цехової ПС з використанням відповідного автоматичного вимикача підстанції.

На одиничному магістральному шинопроводі слід передбачати уста­новку не більш як двох близьких за потужністю КУ сумарною потужністю. 

Якщо основні реактивні навантаження шинопровода приєднані до дру­гої його половини, слід установлювати тільки одну КУ. Точка її підімкнення визначається умовою. 

де    -  найбільше реактивне навантаження шинопровода перед вузлом.

У разі приєднання до шинопровода двох КУ точки їх підімкнення визначають за таких умов:

точка підімкнення дальної КУ: 

точка підімкнення найближчої до трансфор­матора КУ: 

6.7. Вибір компенсуючих пристроїв

(приклад розрахунку)

Оптимальне значення реактивної потужності, яку можна передати через трансформатори ТП 

де S_Т = 630 кВ·А – потужність одного трансформатора на трансформаторній підстанції;  шт – кількість трансформаторів на ТП; β = 0,9 – коефіцієнт завантаження цехових трансформаторів; Р_{р НН}– розрахункова потужність електроприймачів напругою до 1 кВ.

Потужність конденсаторної установки, що визначається пропускною здатністю трансформаторів ТП 

Потужність конденсаторних установок, які забезпечують оптимальну величину втрат електричної енергії в електромережах 

де γ = f(k₁; k₂), k₁ – залежить від кількості змін і для підприємства, яке працює в три зміни, k₁ = 11; k₂ – залежить від характеристики електричної мережі і для радіальної мережі рівний. γ – визначаємо за номограмою. 

Сумарна розрахункова потужність конденсаторних установок напругою до 1 кВ 

З розрахунків видно, що на стороні нижчої напруги трансформаторної підстанції необхідно ставити конденсаторну установку  потужністю       Q_НК = 1140 квар.

Вибираємо конденсаторну установку з регулятором потужності, принцип

роботи якої наведено на рис. 6.1.

Отже вибираємо:

1´УКМ-0,4-112,5-37,5У3;

5´УКМ-0,4-225-37,5У3.

Фактична потужність конденсаторних установок напругою до 1 кВ

Рис. 6.1. Принципова схема конденсаторної установки з регулятором             реактивної потужності. 1– регулятор потужності 

Потужність конденсаторних установок напругою більше 1 кВ 

де      n = 6 – кількість трансформаторів на ТП.

Реактивна потужність, яку генерують синхронні двигуни 

Оскільки , то встановлюємо конденсаторні установки  напругою до 1 кВ.

1´УКМ-0,4-450-37,5У3;

5´УКМ-0,4-225-37,5У3.

Фактична потужність конденсаторних установок напругою до 1 кВ 

Потужність конденсаторних установок напругою більше 1 кВ .

Приймаємо

Баланс реактивних потужностей 

Коефіцієнт потужності 

Таблиця 6.2.

Конденсаторні установки напругою до 1 кВ регульовані

Таблиця 6.3.

Основні технічні дані високовольтних конденсаторних установок 

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!