Расчет и выбор компенсирующего устройства

В данном разделе следует произвести выбор и расчет компенсирующих устройств реактивной мощности, т.е. повышения коэффициента мощности в электрических сетях до нормативных значений.

Уменьшение Cos φ приводит к повышенному износу элементов электрических сетей, дополнительным потерям электроэнергии. Передача электроэнергии в сетях с большой долей реактивной энергии (уменьшенным Cos φ) требует большой мощности питающих трансформаторов, большого сечения проводников, вследствие увеличения рабочего тока, что приводит к дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам.

В настоящее время приняты следующие нормативные значения коэффициента мощности:

0,85 – при питании потребителей от генераторов электростанций на генераторном напряжении;

0,93 – при питании потребителей от районных сетей 110 – 220 кВ и от сетей 35 кВ, питающихся от электростанций (две ступени трансформации);

0,95 – при питании потребителей от сетей 35 кВ, питающихся от районных электросетей (три ступени трансформации).

Причины и последствия низкого коэффициента мощности.

Основными причинами сравнительно большого потребления реактивной мощности, а значит, снижение величины коэффициента мощности являются:

1. Работа асинхронных двигателей и трансформаторов при неполной загрузке. При этом уменьшается активная мощность электрической машины, тогда как реактивная остается почти без изменений, что ведет к снижению Cos φ.

2. Несовершенство конструкции асинхронного двигателя и некачественный ремонт его (наличие большого воздушного зазора между статором и ротором). Магнитное сопротивление воздушного составляет примерно 80% от общего сопротивления магнитной цепи.

3. Повышение напряжения сети. С повышением напряжения у асинхронных двигателей и трансформаторов возрастает магнитный паток, а следовательно, и потребляемая реактивная мощность, при этом коэффициент мощности снижается.

4. Снижение скорости электрических машин. Тихоходные асинхронные двигатели имеют более сложную магистральную цепь, потребляют большую реактивную мощность, а следовательно, имеют более низкий Cos φ, чем быстроходные. Низкие Cos φ, предприятия приводит к увеличению мощности и размеров генераторов и трансформаторов.

Способы повышения Cos φ.

Повышение Cos φ естественным путемпредусматривает рациональное использование и качественную эксплуатацию электрооборудования. Последнее может быть достигнуто проведением следующих мероприятий.

1. Повышением загрузки электродвигателей за счет рационального изменения технологического процесса; двигатели, работающие с постоянной недогрузкой, следует заменять менее мощными. Если загрузка двигателей составляет менее 40%, то их замена обязательна, если нагрузка колеблется в пределах 40 – 70%, необходимость их замены должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.

2. Ограничением времени работы двигателей на холостом ходу.

3. Повышением качества ремонта электродвигателей. При ремонтах необходимо выдерживать величину зазора между статором и ротором в соответствии с заводскими требованиями.

4. Улучшением работы трансформаторов, переводя их нагрузки на другие трансформаторы или отключая их во время ее уменьшения. Если трансформатор постоянно работает с недогрузкой и средняя загрузка его составляет менее 30%, его следует заменить на трансформатор меньшей мощности.

5. Заменой асинхронных двигателей с фазным ротором во всех случаях, когда позволяет технологический процесс, асинхронными короткозамкнутыми двигателями, имеющими, как правило, более высокий Cos φ.

6. Заменой, где возможно, асинхронных двигателей на синхронные, работающие с перевозбуждением. При работе с перевозбуждением синхронный двигатель имеет отрицательный сдвиг по фазе (ток опережает напряжение) и становится генератором реактивной энергии. Замена асинхронных двигателей на синхронные значительно улучшает коэффициент мощности предприятия.

Искусственные способы повышения Cos φ осуществляется путем установки на предприятиях специального электрооборудования, компенсирующего реактивную мощность. Установка такого оборудования допускается только с разрешения управления энергосистемы.

В качестве специального оборудования, компенсирующего реактивную мощность, применяют статические конденсаторы, синхронные компенсаторы и синхронные электродвигатели большей мощности, чем это требуется для привода рабочей машины или механизма. Синхронные компенсаторы представляют собой синхронные машины специальной конструкции, вращающиеся вхолостую и используемые только как генераторы реактивной мощности.

В отдельных случаях по специальному разрешению управления энергосистемы и при наличии существенных технико-экономических преимуществ допускается применение в качестве синхронных компенсаторов синхронных двигателей и генераторов, а также синхронизированных асинхронных двигателей с нагрузкой на валу не выше 70% от номинальной.

Наиболее широко для повышения Cos φ используется статические конденсаторы.

Определяем угол сдвига фаз  до компенсации:

                                                          (2.4.1)

 

где Р – активная мощность предприятия, кВт,

S – полная расчетная мощность, кВ·А,

 

                                                   (2.4.2)

 

По нормативным значениям принимаем  равным 0,93.

Определяем величину требуемой реактивной мощности компенсирующего устройства , кВар

 

                                          (2.4.3)

 

где Р – активная нагрузка предприятия, кВт;

 – угол сдвига фаз до компенсации;

 – угол сдвига фаз после компенсации.

 

Q_к = 20160,2∙ (0,7-0,4) =6048 (кВар)

 

Определяем емкость одной фазы конденсаторной батареи , мкФ, при соединении треугольником

 

                                                              (2.4.4)

 

где  – реактивная мощность требуемого компенсирующего устройства, кВар;

ω – угловая скорость, равная ;

U – напряжение, В.

 

 (мкФ)

 

Ориентировано выбираю конденсатор типа КС2-6,3-50

 

Принимаю 123 конденсаторов на фазу, m, шт

 

                                                       (2.4.5)

 

m = 3 · 41 = 123 (шт)

 

Определяем реактивную мощность батареи конденсаторов при соединении треугольником, Q , кВар

 

Q  =                                                                (2.4.6)

 

где  – реактивная мощность одного конденсатора,

m - количество конденсаторов в батареи.

 

= 123 · 50 = 6150(кВар)

Проверяем выполнение неравенства

 

                                                      (2.4.7)

 

6048<6150

Окончательно принимаю конденсатор типа КС2-6,3-50.

Таблица 2.4.1 – Технические характеристики конденсатора.

Тип конденсатора	КС2-6,3-50
Номинальное напряжение Uном	6300
Номинальная реактивная мощность Q, кВар	50
Номинальная емкость С, мкФ	46