В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ. Теоретичні засади та методичні настанови до лабораторної роботи №3 з дисципліни: "Основи електропостачання" для студентів базового напряму 050701

В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ

Теоретичні засади та методичні настанови до лабораторної роботи №3 з дисципліни: "Основи електропостачання" для студентів базового напряму 050701 "Електротехніка та електротехнології" та дисципліни "Основи електроенергетики та електропостачання" для студентів базового напряму 050702 "Електромеханіка"

Затверджено на засіданні кафедри

"Електропостачання промислових підприємств,

міст та сільського господарства"

Протокол № 9 від "24" 01 2008р.

Львів 2008р.

Дослідження поздовжньої компенсації в системах електропостачання. Теоретичні засади та методичні настанови до лабораторної роботи №3 з дисциплін "Основи електропостачання" для студентів базового напряму 050901 "Електротехніка та електротехнології" та дисципліни "Основи електроенергетики та електропостачання" для студентів базового напряму 050702 "Електромеханіка"/Укладачі Б.К.Хохулін, В.М. Амброз – Львів: НУ “Львівська політехніка”, 2008. – 11 c.

Відповідальний за випуск: А.А. Маліновський, д.т.н., проф.

Рецензенти: Л. А. Никонець, д.т.н., проф.,

М. Й. Олійник, к.т.н., доц..

Лабораторна робота №3

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЗДОВЖНЬОЇ КОМПЕНСАЦІЇ

В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ

Мета роботи

1. Ознайомлення з принципами поздовжньої компенсації.

2. Виявлення впливу характеру навантаження на ефективність роботи установок поздовжньої компенсації.

3. Дослідження впливу значення ємності конденсаторної установки поздовжньої компенсації на параметри режимів роботи електричної мережі.

2. Загальні відомості

Під поздовжньою компенсацією розуміють компенсацію індуктивного опору ліній за рахунок послідовного увімкнення конденсаторів.

Для визначення впливу такої компенсації на параметри режиму розглянемо роботу лінії електропередачі з активно-індуктивним навантаженням в кінці( без врахування поперечних параметрів лінії), заступна схема якої показана на рис.1. Складові спаду напруги в лінії за відсутності компенсації будуть

поздовжня

(1)

поперечна

(2)

Втрати реактивної потужності в лінії дорівнюють

(3)

Рис.1 Заступна схема лінії електропередачі без компенсації

Після увімкнення в лінію поздовжньої компенсації з реактивним ємнісним опором Х_C(рис.2) складові спаду напруги можна визначити за формулами

(4)

(5)

Рис.2 Заступна схема лінії електропередачі з поздовжньою компенсацією

Із наведених формул видно, що втрати напруги зменшились, і за повною компенсацією індуктивного опору (Х_L=Х_C) визначаються тільки активним опором за формулами:

поздовжня складова

(6)

поперечна складова

(7)

На векторній діаграмі струмів та напруг (рис.3), яка побудована за даними кінця лінії, напруга на початку лінії U₁ за відсутності компенсації більша, ніж напруга за наявністю компенсації (U₁’) з умови забезпечення однієї і тієї ж напруги в кінці лінії U₂.

Зменшуються також втрати реактивної потужності в лінії, що видно з формули

. (8)

За повної компенсації реактивного опору лінії втрати реактивної потужності в її реактивному опорі повністю компенсуються генеруванням реактивної потужності в установці поздовжньої компенсації.

Рис.3 Векторна діаграма струмів і напруг

В динамічних режимах роботи мережі поздовжня компенсація безінерційно реагує на зміну навантаження, миттєво та безперервно компенсуючи відповідну частину втрати напруги. Тобто вона ефективна для зменшення втрат напруги і особливо для зменшення коливань напруги. Крім того, за рахунок зменшення результуючого реактивного опору мережі збільшується її пропускна здатність, підвищується статична та динамічна стійкість електропередачі та вузлів навантаження, покращуються умови пуску та самозапуску двигунів.

Поздовжню ємнісну компенсацію застосовують на потужних довгих лініях електропередачі енергетичних систем; потужних промислових струмопроводах; на довгих повітряних лініях живлення окремих малопотужних споживачів (наприклад, на нафтовидобутку), в коротких мережах дугових печей, зварювальних установок, вентильних перетворювачів реверсивних станів, що мають різкозмінне навантаження, тощо.

Ефективність поздовжньої компенсації в значній мірі залежить від коефіцієнта потужності навантаження, вона є найбільшою за малих його значень, а за cosj=1 практично не впливає на режим напруги. Тому недоцільно застосовувати поздовжню компенсацію, коли реактивна потужність споживачів компенсована, тобто виконана поперечна компенсація.

За повної поздовжньої компенсації, або перекомпенсацієї (Х_С>Х_L) в мережі та електричних машинах можуть виникати субгармонійні коливання, чого не можна допускати. Тому найбільший рівень компенсації, що характеризується коефіцієнтом поздовжньої компенсації K, не повинен перевищувати значення 0,7...0,8.

(9)

Вибір параметрів установки поздовжньої компенсації (УПК) можна здійснити або за бажаним значенням сумарного реактивного опору Х_баж, після компенсації (наприклад, для вирішення задачі підвищення стійкості), або за бажаним значенням рівня напруги U_{2 баж}_.. У першому випадку опір конденсаторної батареї визначають за формулою

(10)

Номінальний струм УПК визначають за найбільшим значенням робочого струму в лінії за формулою

(11)

Напруга на УПК визначається за значенням спаду напруги на ній в режимі максимального навантаження

(12)

Число паралельних віток конденсаторів УПК визначається за формулою

(13)

де І_{ном к} – номінальний струм одного конденсатора.

Кількість послідовно увімкнених конденсаторів у вітці визначається за формулою

(14)

Для іншого випадку, коли параметри УПК необхідно визначити, виходячи з умов забезпечення бажаного рівня напруги в кінці лінії U_{2 баж}_., задачу визначення параметрів УПК можна розв’язати, якщо спочатку визначити допустиму втрату напруги

(15)

а потім із формули для визначення поздовжньої складової спаду напруги за значенням максимального робочого струму

, (16)

або за складовими потужності навантаження

(17)

визначають значення ємнісного опору Х_С УПК, після чого її параметри визначають за формулами (12, 13, 14).

Однією із особливостей роботи УПК є короткочасне значне підвищення напруги на конденсаторах під час протікання наскрізних струмів короткого замикання. Для обмеження цієї напруги паралельно до батареї конденсаторів приєднують розрядник 6 (рис.4) з обмежувальним опором 8 та шунтовий вимикач 5, який вмикається автоматично після спрацювання розрядника, а також використовується як оперативний. Роз’єднувачі QS1, QS2 та QS3 необхідні для виведення УПК із роботи та проведення ремонту, налагодження, тощо.

Рис.4. Схема установки поздовжньої компенсації:УПК – батарея конденсаторів, QS1, QS2, QS3 – роз’єднувачі, 4 – трансформатор напруги, 5 – шунтовий вимикач, 6 – розрядник, 7 – трансформатор струму, 8 – обмежувальний опір

З метою підвищення динамічної стійкості довгих ліній електропередачі під час короткого замикання і спрацювання шунтового розрядника УПК необхідно якнайшвидше знову ввести в роботу, оскільки вплив УПК відразу після вимкнення короткого замикання в багатьох випадках є вирішальним фактором для відновлення нормального режиму роботи. Тому в УПК на довгих лініях електропередачі застосовують розрядники з інтенсивною деіонізацією за допомогою пневматичних пристроїв.

Для установок поздовжньої компенсації випускають спеціальні конденсатори типу КСП-0,66-40У1, КСП-1,05-75У1 і КСПК-1,5-20У1.

Лабораторна установка

Лабораторна установка складається із

· панелей керування та вимірювання із мнемосхемою;

· моделі лінії електропередачі;

· активних і комплексних навантажень.

Панелі керування та вимірювання типу ПН-550 розміщенні в один ряд і обслуговуються з лицевої сторони. На панелях нанесена мнемосхема, змонтовані ключі керування та вимірювальні прилади, які увімкнені в модель мережі без вимірювальних трансформаторів.

Рис. 5. Схема лабораторної установки

Фізична модель трифазної лінії електропередачі розміщена на стелажі, розташованому за панелями. Кожна фаза моделі лінії електропередачі складається із шести котушок, розділених на три секції. За допомогою ключа керування 6 (КК-6) на панелі 2 можна змінювати число секцій моделі лінії, змінюючи тим самим значення резистансу R та індуктансу Х лінії. Параметри моделі вказані в таблиці 1.

Таблиця 1.

Параметри моделі лінії електропередачі

	Секція 1	Секція 1,2	Секція 1,2,3	Сумарний опір
	R ,Ом	Х, Ом	R ,Ом	Х, Ом	R, Ом	Х ,Ом	R,Ом	Х,Ом
Фаза “А”	0,54	2,26	1,08	4,52	1,82	8,8	1,62	6,8
Фаза “В”	0,45	1,8	0,9	3,6	1,36	5,41	1,36	5,41
Фаза “С”	0,49	1,78	0,98	3,58	1,49	5,38	1,49	5,38

Навантаження моделюється двома групами електричних ламп розжарення, асинхронним двигуном, активними опорами, та фазорегулятором, що увімкнений за схемою потенціал - регулятора, тобто обмотки статора та ротора з’єднані послідовно.

Конденсаторна батарея зібрана з 6 – ти конденсаторів типу КМ-П-0,38. Ємність кожного конденсатора 376 мкФ. В кожну фазу увімкнено 2 конденсатори, які між собою з’єднані паралельно.

4. Зміст роботи

1. Ознайомитись з лабораторною установкою.

2. Зібрати схему дослідів згідно із вказівками викладача.

3. Для різних режимів навантаження з різними коефіцієнтами потужності зняти покази приладів на початку та в кінці лінії. Результати занести в табл..2.

4. Для тих самих режимів зняти покази приладів за наявності УПК.

5. Перевірити дані експериментів відповідними розрахунками; побудувати векторну діаграму струмів і напруг.

Таблиця 2.

Дані досліджень та розрахунків

Покази приладів

Різниця показів приладів

За даними розрахунків

Початок

Кінець

U₁

I₁

P₁

U₂

I₂

P₂

cos j₁

cos j₂

к.к.д

Q_упк

5. Методичні вказівки

Користуючись ключами керування панелей слід зібрати схему моделі для проведення експериментів. На панелі №1 розташовані ключі керування джерелом живлення, яке приєднують до другої системи шин, початку та кінця лінії; на панелі №2 розташовані ключі керування активним навантаженням, асинхронним двигуном та перемикачем параметрів лінії; на панелі №3 розташовані ключі керування іншим навантаженням та конденсаторною батареєю поперечної компенсації.

За допомогою цього обладнання збирається схема моделі лінії і навантажень та підключається до джерела живлення (рис.5).

Введення УПК в роботу здійснюється вимкненням перемикачів QS1, QS5, QS6 та увімкненням перемикачів QS2, QS3, QS4 (рис.6), які розташовані безпосередньо на стелажі моделі лінії.

Рис. 6 Модель лінії з поздовжньою компенсацією

6. Зміст звіту

1. Мета та зміст роботи.

2. Принципова схема роботи; параметри обладнання та вимірювальних приладів.

3. Заступна схема та параметри елементів.

4. Таблиця даних дослідів і розрахунків; один із розрахунків навести повністю.

5. Векторна діаграма струмів і напруг для різних дослідів (за вказівкою викладача).

7. Контрольні запитання

1. Що таке поздовжня компенсація.

2. В яких випадках необхідно та доцільно застосовувати поздовжню компенсацію?

3. Від яких параметрів залежить потужність установки поздовжньої компенсації (УПК)?

4. В чому полягає ефективність УПК?

5. Накресліть векторну діаграму струмів і напруг для випадку застосування УПК в лінії електропередачі та поясніть, від чого залежить ефективність УПК?

6. За якими параметрами вибирається УПК?

7. Як визначити кількість конденсаторів УПК?

8. Як визначити ємність конденсаторів в одній фазі УПК для підвищення напруги до бажаного рівня?

9. В яких випадках застосування УПК неефективне?

10. Намалюйте принципову схему підключення УПК в лінію електропередачі та поясніть призначення елементів.

11. Як здійснюється захист УПК у випадку зовнішніх коротких замиканнях?

12. Які негативні явища виникають у випадку застосування УПК?

Рекомендована та використана література

1. Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1976.

2. Мукосеев Ю. Л. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1973.

Навчальне видання

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЗДОВЖНЬОЇ КОМПЕНСАЦІЇ

В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМАХ

Теоретичні засади та методичні настанови до лабораторної роботи №3

з дисципліни "Основи електропостачання" для студентів базового напряму 050701 "Електротехніка та електротехнології" та дисципліни "Основи електроенергетики та електропостачання" для студентів базового напряму 050702 "Електромеханіка"

Укладачі Хохулін Борис Костянтинович

Амброз Василь Михайлович

За редагуванням Маліновського Антона Антоновичи

Реєстраційний № 9 від "24" 01 2008 р.