Способы снижения потребления реактивной мощности без компенсирующих устройств

Пример расчёта

Произведем расчет номинальной мощности и ступени регулирования УКРМ для следующих условий:

параметры нагрузки:

  • Pр.нагр.= 400 кВт;
  • Pр.min.нагр.= 150 кВт (расчётная мощность в режиме малых нагрузок);
  • cosϕр.нагр. = 0,85;

заданный диапазон значений коэффициента реактивной мощности:

  • tgϕmax= 0,1;
  • tgϕmin = 0;

паспортные значения трансформатора:

  • SТ = 630 кВ*А;
  • ΔPxx =0,94 кВт;
  • ΔPк = 7,6 кВт;
  • Iхх = 1,6%;
  • Uк = 5,5 %.

Выполним последовательно расчеты по формулам (6), (5), (9), (7), (8), (16) и (17), при этом примем номинальную мощность УКРМ равной реактивной мощности нагрузки.

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

Выполним подбор номинальной мощности УКРМ по выражению (18):

(32)

Подставим в формулу (27) выбранное значение номинальной мощности УКРМ вместо QКУ.р(вторая итерация расчётов):Выбираем по каталогу завода-изготовителя УКРМ с номинальной мощностью 250 квар.

(35)

Окончательно выбираем УКРМ номинальной мощностью 250 квар.Так как значение SНН практически не изменилось, то не имеет смысла производить все расчёты второй итерации. В итоге номинальное значение реактивной мощности УКРМ не изменится.

Рассчитаем ступень регулирования УКРМ по выражению (22), предварительно определив потери активной мощности в трансформаторе в режиме минимальных нагрузок по формуле (7), приняв SНН = Pр.min.нагр., так как приближенно считаем, что всю реактивную мощность нагрузки компенсирует УКРМ:

(34)

(35)

Итак, в результате расчёта выбрали УКРМ с номинальной мощностью 250 квар и ступенью регулирования 12,5 квар (всего 20 ступеней).Учитывая (23), по каталогу завода-изготовителя выбираем УКРМ со ступенью регулирования ΔQКУ = 12,5квар.

Техническая/экономическая оптимизация

Повышение коэффициента мощности позволяет уменьшить номинальные значения мощности трансформаторов, распределительных устройств, кабелей, а также сократить потери мощности и ограничить потери напряжения.

Высокий коэффициент мощности позволяет оптимизировать все компоненты системы, то есть избежать завышения номиналов определенного оборудования. Для получения оптимальных результатов необходимо устанавливать компенсирующие устройства как можно ближе к потребителю реактивной (индуктивной) энергии.

Уменьшения сечения кабелей

Рис. L7: требуемое увеличение сечения кабелей при снижении коэффициента мощности с единицы до 0,4.

                    
Множитель для площади поперечного сечения жил(ы)кабеля 1      1,25      1,67      2,5     
cos φ 1 0,8 0,6 0,4

Рис. L7 : Множитель для сечения кабеля в зависимости от cos φ

Снижение потерь (P, кВт) в проводниках

Потери в кабелях пропорциональны квадрату тока и измеряются счетчиком киловатт-часов установки. Например, снижение общего тока в проводнике на 10% приводит к снижению потерь почти на 20%.

Снижение потерь напряжения

Конденсаторы для повышения коэффициента мощности снижают или даже полностью устраняют (индуктивный) реактивный ток в вышележащих проводниках, тем самым снижая или устраняя потери напряжения.

Примечание: избыточная компенсация приводит к повышению напряжения на конденсаторах.

Повышение пропускной способности

Повышение коэффициента мощности нагрузки, питаемой от трансформатора, приводит к снижению тока через трансформатор, что позволяет добавлять нагрузку. На практике может оказаться дешевле повысить коэффициент мощности , чем заменить трансформатор на больший номинал.

Этот вопрос рассматривается в разделе Компенсация на зажимах трансформатора.

Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности и повышение коэффициента мощности, имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электрической энергии.

Потребителями реактивной мощности являются асинхронный двигатели, на которых приходится основная мощность предприятия (65-70%), трансформаторы потребляют (20-25%) и воздушные электрические сети и другие электроприёмники потребляемые около 10% реактивной мощности.

При увеличении потребляемой реактивной мощности электроустановка вызывает рост тока в проводниках и снижение коэффициента мощности электроустановки и из-за этого нам приходится выбирать провод большего сечения, а это ведёт к большим затратам. Для того чтобы уменьшить ток нужно чтобы реактивная мощность была больше и это дает нам экономию в затратах на материал. А повышение коэффициента мощности зависит от снижения реактивной потребляемой мощности. Повысить коэффициент мощности можно с помощью компенсирующего устройства, которые снижают реактивную мощность.

Компенсации реактивной мощности и количества компенсирующих устройств определяется основным методом расчета и рассчитывается по расчётным данным цеха.

Расчётные данные метизного цеха представлены в таблице 2.3.1.

Таблица 2.3.1 Расчетные данные цеха.

, кВт

, кВАр

, кВА

1199

1363

1816

Поднять косинус до величины не ниже 0,93.

Определяется значение коэффициента мощности до компенсации:

где — активная мощность цеха до компенсации, кВт

— полная мощность цеха до компенсации, кВА

Определяется коэффициент заполнения графика по активной нагрузке.

где — максимальная мощность графика, кВт

— период, час

— мощность на определенном участке времени, кВт

— время определенного участка мощности, час

Определяется мощность, которую нужно скомпенсировать, чтобы повысить косинус до заданной величины.

, кВАр

где — среднегодовая активная мощность, кВт

— значение угла до компенсации

— значение угла после компенсации

, кВт

где — коэффициент заполнения графика по активной нагрузке

— активная мощность предприятия до компенсации, кВт

кВт

кВАр

Выбирается компенсирующее устройство УК-0,38-54ОН в количестве 2 штук. Определяется реактивная мощность компенсирующего устройства.

, кВАр

где — номинальная реактивная мощность одного компенсирующего устройства, кВАр

— количество компенсирующих устройств

кВАр

Определяется реактивная мощность после компенсации:

, кВАр

где — реактивная мощность компенсирующего устройства, кВАр

— полная расчётная мощность предприятия до компенсации, кВАр

кВАр

Определяется добавочная активная мощность:

, кВт

где — реактивная мощность компенсирующего устройства, кВАр

— тангенс угла потерь, который всегда равен 0,003

кВт

Определяется активная мощность предприятия после компенсации:

, кВт

где — активная мощность цеха до компенсации, кВт

— добавочная активная мощность, кВт

кВт

Определяется величина полной мощности после компенсации:

, кВА

где — активная мощность предприятия после компенсации, кВт

— реактивная мощность предприятия после компенсации, кВАр

кВА

Определяется значение коэффициента мощности после компенсации:

где — активная мощность предприятия после компенсации, кВт

— полная мощность предприятия после компенсации, кВА

Так как коэффициент мощности получился в пределах допустимого значения, то расчет компенсации реактивной мощности произведен правильно, и выбор компенсирующих устройств произведен верно.

Математические расчёты

Треугольник мощностей

Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

Для расчётов в случае гармонических переменных U{\displaystyle U} (напряжение) и I{\displaystyle I} (сила тока) используются следующие математические формулы:

  1. cos⁡φ=PS{\displaystyle \cos \varphi ={\frac {P}{S}}}
  2. P=U×I×cos⁡φ{\displaystyle P=U\times I\times \cos \varphi }
  3. Q=U×I×sin⁡φ{\displaystyle Q=U\times I\times \sin \varphi }
  4. S=U×I=P2+Q2{\displaystyle S=U\times I={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}}}

Здесь P{\displaystyle P} — активная мощность, S{\displaystyle S} — полная мощность, Q{\displaystyle Q} — реактивная мощность.

Ссылка на основную публикацию