Расчет и выбор компенсирующего устройства

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

В цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением. Если в цепь включены электроприемники, обладающие активным и индуктивным сопротивлением (АД, сварочные и силовые трансформаторы), то ток будет отставать от напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз (Рисунок 2.1). Косинус этого угла называется коэффициентом мощности.

Рисунок 2.1 - Векторные диаграммы

Из рисунка 2.1 видно, что с увеличением активной составляющей тока I_а и при неизменной величине реактивной составляющей  I_р, угол φ будет снижаться, следовательно, значение cosφ будет увеличиваться. Наоборот, при неизменной величине I_а с увеличением реактивной составляющей тока I_р, угол φ будет увеличиваться, а значение cosφ будет снижаться.

Генераторы переменного тока и трансформаторы характеризуются номинальной мощностью S_ном. Электроприемники характеризуются номинальной активной мощностью P_ном и cosφ. Полная мощность источника согласно векторной диаграмме

 (2.6)

Если нагрузка источника только активная, т.е. φ=0, а cosφ=1, то S=P и наибольшая активная мощность электроприемников может быть равна номинальной мощности источника. Если cosφ=0,8, то P=0,8S_ном. Таким образом, величина cosφ характеризует степень использования мощности источника. Чем выше cosφ электроприемников, тем лучше используются генераторы электростанций и их первичные двигатели; наоборот, чем ниже cosφ, тем хуже используются электрооборудование подстанций и электростанций и всех других элементов электроснабжения.

Компенсация реактивной мощности, или повышение cosφ электроустановок, имеет большое народно-хозяйственное значение и является частью общей проблемы КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Повышение cosφ, или уменьшение потребления реактивной мощности элементами системы электроснабжения, снижает потери активной мощности и повышает напряжение; кроме того, увеличивается пропускная способность элементов электроснабжения.

Величина cosφ задается энергоснабжающей организацией и находится в пределах cosφ_э=0,92-0,95.

Для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии проводят следующие мероприятия, которые не требуют применения специальных компенсирующих устройств:

а) Упорядочение всего технологического процесса, что приводит к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

б) Переключение статорных обмоток асинхронных двигателей с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;

в) Устранение режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода;

г) Замена малозагруженных двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в двигателе и энергосистеме;

д) Замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям;

е) Повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных.

В качестве компенсирующего устройства в дипломном проекте применяется комплектная конденсаторная установка напряжением 10 кВ, что обусловлено ее следующими преимуществами:

а) Небольшие потери активной энергии в конденсаторах;

б) Простота монтажа и эксплуатации;

в) Возможность легкого изменения мощности комплектной конденсаторной установки в результате увеличения или уменьшения числа конденсаторов в фазе;

г) Возможность легкой замены поврежденного конденсатора.

Недостатки комплектной конденсаторной установки:

а) Конденсаторы неустойчивы к динамическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях;

б) При включении конденсаторной установки возникают большие пусковые токи до 10I_ном;

в) После отключения конденсаторной установки от сети на ее шинах остается заряд, который может быть опасен для обслуживающего персонала;

г) Конденсаторы весьма чувствительны к повышению напряжения (повышение напряжения допускается не более, чем на 10% от номинального);

д) После пробоя диэлектрика конденсаторы довольно трудно ремонтировать, чаще всего их приходится заменять новыми.

Определяем

(2.7)

Экономически выгодный cosφ_э принимаем равным 0,95. Следовательно, =0,32

Находим мощность Q_к , квар, компенсирующего устройства

, (2.8)

где tgφ_max - коэффициент мощности до компенсации;

tgφ_э - экономически выгодный коэффициент мощности.

Предполагаем установить две комплектные конденсаторные установки типа УКЛ-6/10-750 номинальной мощностью 750 квар [6, стр.134, табл. 3.6].

Проверяем соответствие полученного коэффициента мощности заданному

,  (2.9)

где - максимальная нагрузка с учетом компенсации, кВА;

Q_кн - номинальная мощность компенсирующего устройства,

квар.

(2.10)

Так как коэффициент мощности соответствует заданному, то устанавливаем две комплектные конденсаторные установки типа УКЛ-6/10-750 номинальной мощностью 750 квар.