Установки компенсации реактивной мощности. Порядок проектирования

КРМ — это комплекс мер, позволяющий добиться потребления реактивной мощности питающей сети с реактивной.К устройствам КРМ относятся: Кондесаторные батареи (БСК) ,Шунтирующие реакторы(ШР);Фильтры высших гармоник;Статические тиристорные компенсаторы (СТК).БСК предназначены для выдачи реактивной мощности(рм) в систему. Снижение перетоков рм в сети приводит к снижению потерь активной энергии, снижению потерь U, ШРпотребляют рм. Вакуумно-реакторные группы применяются для ступенчатого автоматического регулирования U, как правило, в узлах с повышеннымU.Фильтрокомпенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений Uи компенсации рм нагрузок потребителей в сетях электроснабжения пром предприятий. СТК могут работать как на выдачу, так и на потребление рм.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк = 0,92 ... 0,95.

Задавшись cos φк из этого промежутка, определяют tgφк.

Значения Рм,, tgφ выбираются по результату расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок».

Задавшись типом КУ, зная Qк.р. и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

1. При проектировании электроустано­вок необходимо предусматривать мероприя­тия по снижению потребления реактивной мощности, а именно:

а) не допускать выбора электродвигате­лей и трансформаторов с необоснованно заниженной нагрузкой; б) для нерегулируемых электроприводов с постоянным режимом работы выбирать синхронные двигатели, если это возможно по техническим и экономическим условиям; в) использовать другие технические средства, обеспечивающие повышение техни­ко-экономических показателей системы элек­троснабжения путем воздействия на потребление и генерацию реактивной мощности.

2. Проектирование рекомендуется вести с учетом динамики роста нагрузки и поэтап­ного развития систем электроснабжения.

3. При выборе средств компенсации, устанавливаемых в электрических сетях потребителей электроэнергии:

а) экономически или технически обосно­ванное значение реактивной мощности, кото­рая может быть передана из энергосистемы в режиме ее наибольшей активной нагрузки в сеть электроустановки; б) значение реактивной мощности, кото­рая может быть передана из энергосистемы в режиме ее наименьшей активной нагрузки в сеть электроустановки; в) значение реактивной мощности, кото­рая может быть передана из энергосистемы в послеаварийных режимах в сеть электро­установки

4. При выборе средств компенсации не­обходимо:

а) учитывать потери реактивной мощно­сти в элементах сети и реактивную мощ­ность, генерируемую воздушными линиями, токопроводами и кабельными линиями с номинальными напряжениями выше 20 кВ, а для кабельных сетей значительной протяженности — также и 6 — 20 кВ; б) определять целесообразную степень использования реактивной мощности генера­торов местных электростанций и синх­ронных двигателей для сетей напряжением как 6 — 20, так и до 1.кВ;

в) выбирать способ управления компен­сирующими устройствами (ручное или автоматическое), параметр регулирования (на­пряжение, реактивная мощность, время и.т.д.

5. При технико-экономических расчетах стоимости потерь электроэнергии и актив­ной мощности должны определяться по за­мыкающим затратам.

6. При выборе средств компенсации не­обходимо учитывать, что наибольший экономический эффект достигается при их разме­щении в непосредственной близости от потребляющих реактивную мощность электро­приемников.

Передача реактивной мощности из сети 6 — 35 кВ в сеть напряжением до 1 кВ во многих случаях оказывается экономически невыгодной, если это приводит к увеличению числа цеховых трансформаторов.

7. Распределять конденсаторные уста­новки между сетями 6 —20 и сетями напря­жением до 1 кВ следует на основании техни­ко-экономического расчета.

Общая методика выбора устройств компенсации реактивных нагрузок

1. Выбор типа, мощности, места установки и режима работы компенсирующих устройств 2. одновременно со всеми элементами питающих и распределительных сетей.

3. Выполнение технических требований должно обеспечивать:

4. Критерием экономичности является минимум приведенных за­трат,;

5. Источники реактивной мощности могут быть трех типов: а) генераторы электростанций и синхронные двигатели; б) ВЛ и КЛ электрических сетей; в) дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, вентильные установки специального назначения и др.

6. Предусмотренные в утвержденном проекте компенсирующие устройства устанавливаются в обязательном порядке;

7. Выбор средств компенсации должен производиться для режима наибольшего потребления реактивной мощности в сетях проектируе­мой установки.

8. Энергосистема должна задавать организации, проектирующей присоединяемую к сети энергосистемы электроустановку, значения величин реактивной мощности, передаваемых из сети системы для режимов наибольшей и наименьшей активных нагрузок системы, а также для послеаварийных режимов.

9. Для наиболее экономичного использования компенсирующих устройств некоторая их часть должна иметь устройства регулирования реактивной мощности.

10. При выборе средств компенсации следует учитывать, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении в непосредственной близости от потребляющих реактивную мощность электроприемников. Передача реактивной мощности из сети 6—35 кВ в сеть до 1000 В экономически невыгодна, если требует увеличения числа цеховых трансформаторов. Для электроустановок небольшой мощности, присоединяемых к сетям 6—10 кВ, экономически оправдана ком­пенсация реактивной мощности на стороне низкого напряжения (до 1 кВ).

11. Нерегулируемые конденсаторные установки в сетях до 1000 В должны размещаться в цехах у групповых распределительных пунк­тов, если окружающая среда допускает такую установку. Установка конденсаторных батарей на стороне 6—10 кВ цеховых подстанций не рекомендуется.

47 Резонансные явления в электроустановках зданий.

Основным условием нормального функционирования и безаварийной работы электронного оборудования жилого здания является качественное напряжение во всех элементах электроустановки, т.е. на шинах низкого напряжения (НН) трансформаторов, в главных распределительных щитах (ГРЩ) и в поэтажных электрощитах. При этом качество питающего напряжения у конечного потребителя, например в поэтажном электрощите, питающем компьютерные нагрузки, обычно хуже, чем качество напряжения в главном распределительном электрощите здания, из-за падения напряжения в кабельной линии, питающей этот электрощит. Одним из малоизученных явлений, влияющих на качество питающего напряжения, в том числе и у конечных электропотребителей, является резонанс токов (параллельный резонанс) в электроустановках зданий. Это опасное явление возникает при наличии и возрастании доли нелинейных электропотребителей (прежде всего «компьютерных» и аналогичных им нагрузок) и одновременном практически повсеместном использовании установок компенсации реактивной мощности (УКРМ), подключенных к шинам низкого напряжения трансформатора.

Чтобы говорить о явлении резонанса более предметно, необходимо рассмотреть причины его возникновения. Как уже говорилось выше, резонанс связан с работой силовых трансформаторов и установок компенсации реактивной мощности. В общем представлении это есть не что иное, как хорошо известный из теории электротехники резонансный контур.

В этой схеме имеется цепь с двумя параллельными ветвями: одна – с сопротивлением и индуктивностью (параметры обмоток трансформатора), а другая – с емкостью установки компенсации реактивной мощности. Для этой цепи наступает резонанс, когда x = xL xC = 0, или xL = xC. Из этого условия следует, что резонанса можно достичь, изменяя параметры цепи – индуктивность или емкость. Угловая частота, при которой наступает резонанс, называется резонансной угловой частотой. Применительно к условиям действующей электроустановки здания можно сказать, что установка компенсации реактивной мощности является в контуре емкостью, а трансформатор – индуктивностью. Таким образом, индуктивность обмоток трансформатора, а также количество включенных конденсаторов на УКРМ и определяют резонансную частоту рассматриваемой цепи.

Резонанс, возникающий на шинах трансформатора, приводит к резкому увеличению тока и изменению его гармонического состава в резонансном контуре, кроме того, при резонансе наблюдается ухудшение качества питающего напряжения на шинах низкого напряжения трансформатора. Рассмотрим более подробно последствия, которые могут возникать в электроустановке здания при возникновении резонансных явлений:

А) Ухудшение качества питающего напряжения. Итак, как было сказано выше, при резонансе на шинах трансформатора происходит резкое ухудшение качества питающего напряжения, а именно увеличение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, а также коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения. Рассмотрим влияние резонанса на работу источников бесперебойного питания. Плохое качество питающего напряжения на входе в ИБП может приводить к неправильной работе этих устройств. В качестве примера рассмотрим случай, когда к разным секциям трансформаторной подстанции подключены два одинаковых ИБП. Все параметры электрической сети (длина и сечение кабельных линий), а также мощность, тип и схема подключения источников бесперебойного питания абсолютно идентичны. Единственное отличие – это наличие мощной двигательной нагрузки на 1-й секции шин трансформаторной подстанции. Сравним такие показатели качества, как коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения. В питающем напряжении электрощита UPS 2 гармоника частотой 550 Гц превышает ту же гармонику в напряжении электрощита UPS 1 более чем в 2 раза. Это свидетельствует о наличии резонансных явлений, обусловленных емкостью работающих конденсаторов установки компенсации реактивной мощности (УКРМ), установленной на шинах 2-й секции ТП, и индуктивностью трансформатора Т2. Как было отмечено, схема подключения и все параметры ИБП абсолютно одинаковы. В связи с этим возникает резонный вопрос: почему резонанс наблюдается только на 2 й секции шин трансформатора? Дело в том, что к 1-й секции, помимо мощного нелинейного электропотребителя, генерирующего ток резонансной гармоники (550 Гц), подключена двигательная нагрузка мощностью 150 кВт. Последняя является мощной линейной нагрузкой и демпфирует нелинейную нагрузку, в данном случае UPS 1, снижая тем самым «остроту» резонансных явлений. Плохое качество питающего напряжения на входе в UPS 2 может негативно сказываться и на работе самого источника бесперебойного питания. Конструктивно в ИБП входят выпрямитель, а также инвертор, который вырабатывает синусоидальное напряжение, поступающее на нагрузку. Кроме того, в каждом ИБП средней и большой мощности обязательно присутствует система управления. Поскольку инвертор управляется микропроцессором, а выпрямитель представляет собой полупроводниковый преобразователь, то плохое качество питающего напряжения на входе в ИБП с большой долей вероятности может приводить к ошибкам в работе всех вышеперечисленных внутренних устройств ИБП. Следствием этого является низкое качество питающего напряжения непосредственно у конечных электропотребителей, которые, в случае питания от ИБП, как правило, являются наиболее ответственными в электроустановке здания.

Б) Влияние резонанса на условия работы силовых трансформаторов. При возникновении резонанса токи, протекающие по обмоткам силовых трансформаторов, приводят к принципиальным изменениям в условиях работы последних. Номинальные условия работы трансформаторов, а также их конструктивное исполнение, как правило, выбираются для токов и напряжений частотой 50 Гц. При этом допустимая несинусоидальность протекающих по обмоткам токов принимается не более 5% . При работе двух ступеней УКРМ наблюдается резонанс токов по 11-й гармонике промышленной частоты на участке цепи «Трансформатор-УКРМ». Это является следствием работы ИБП, подключенного к этой секции шин трансформатора. Амплитуда тока резонансной гармоники, протекающего по обмоткам трансформатора Т2, достигает 100 А, и, как следствие его несинусоидальность превышает 30%. Известно, что при протекании несинусоидальных токов по обмоткам трансформаторов, за счет явлений поверхностного эффекта и эффекта близости резко возрастают тепловые потери в них, кроме того возникают потери, связанные с магнитными потоками рассеяния. Это приводит к значительному повышению температуры элементов трансформатора даже при токах, величина которых существенно ниже номинальных для трансформатора данного типа и мощности.

В) Резонанс и установки компенсации реактивной мощности. Как это ни парадоксально, но и сами установки компенсации реактивной мощности «страдают» от резонанса. Резонансный ток, протекая по участку цепи «Трансформатор-УКРМ», является несинусоидальным и, так же как и в случае с трансформатором, негативно влияет на конденсаторные батареи установленные в УКРМ, вызывая их дополнительный нагрев. Емкостное сопротивление конденсаторов с повышением частоты подводимого к ним напряжения уменьшается. Поэтому, если в напряжении присутствуют высшие гармонические составляющие, то сопротивление конденсаторов на этих гармониках оказывается значительно ниже, чем на частоте 50 Гц. Из-за этого даже небольшое увеличение несинусоидальности напряжения может вызывать значительные токи гармоник, протекающих через установку компенсации реактивной мощности. Следствием этого являются преждевременный выход из строя УКРМ, перегрев, вспучивание, а иногда и взрывы конденсаторных батарей.

Что касается ограничения негативных последствий явления резонанса, то можно выделить несколько положений. Во-первых, нужно выяснить, насколько необходима постоянная работа установок компенсации реактивной мощности в электроустановке здания. До недавнего прошлого УКРМ устанавливались на трансформаторных подстанциях практически «по умолчанию». Это объяснялось тем, что основную часть нагрузок здания составляли линейные электропотребители (двигатели, нагревательные элементы и т.д.), т.е. те, которые имели преимущественно активно индуктивный характер нагрузки. В связи с этим требовалось повышение коэффициента мощности, и УКРМ включались в работу. В настоящее время из-за значительного увеличения мощностей, потребляемых современным электронным оборудованием, необходимость работы установок компенсации реактивной мощности в целом, а также выбор режима их работы напрямую связаны с вопросами электромагнитной совместимости различных устройств в электроустановке здания. Иными словами, следует четко представлять, что в современных условиях эксплуатации работа УКРМ связана не только с компенсацией реактивной мощности, но и с условиями работы силовых трансформаторов, а также с качеством питающего напряжения и с режимами потребления токов.