СКАЧАТЬ РАБОТУ БЕСПЛАТНО - 

Оглавление
Введение    3
1.    Общая характеристика компенсирующих устройств    4
2.    Синхронные компенсаторы и двигатели    8
3.    Конденсаторы: преимущества, недостатки, классификация    12
Заключение    19
Список литературы    20

 
Введение
В настоящее время наблюдается непрерывный рост потребляемой электрической мощности, в том числе и реактивной, что обусловлено значительным ростом производства, сопровождающимся непрерывным увеличением числа и мощности электроприемников, применяемых на различных производствах в основных и вспомогательных циклах. Постоянно растет также и инфраструктура городов, требующая применения все большего количества осветительных приборов.
Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение устанавливаемых в местах непосредственного потребления реактивной энергии компенсирующих устройств (КУ), которые вырабатывают большую часть необходимой реактивной энергии на шинах (присоединениях) соответствующих энергопотребляющих установок. 
Компенсировать реактивную мощность в электрической сети с помощью КУ намного проще, чем уменьшать потребление активной мощности, поскольку для уменьшения потребления активной мощности требуется изменение технологического режима работы потребителей электроэнергии, что не всегда возможно осуществить. Практика такого производства реактивной энергии получила широкое распространение во всем мире и дает громадный экономический эффект.
Цель работы – рассмотреть типы компенсирующих устройств, их основные достоинства и недостатки, наиболее целесообразные области их применения, а также применяемые в настоящее время виды компенсации реактивной мощности.
 

СКАЧАТЬ РАБОТУ БЕСПЛАТНО - 

1.Общая характеристика компенсирующих устройств

Поскольку устанавливаемое на современных предприятиях электропотребление и режимы его работы существенно отличаются между собой, то и применяемая на этих предприятиях компенсация реактивной мощности также отличается по видам используемого для компенсации оборудования , способу подключения его к сети , способу управления и т. п.

Выбор оборудования для компенсации реактивной мощности должен осуществляться на основании технико-экономических расчетов с обязательным учетом расходов на выработку 1 кВАр-год. При этом одним из важнейших показателей экономичности компенсирующих устройств являются удельные потери в них активной мощности (кВт/кВАр), необходимые для получения реактивной мощности.

Компенсирующие устройства - элемент электрической сети. Условно их разделяют на устройства:

а) для компенсации реактивной мощности, потребляемой нагрузками и в элементах сети (поперечно включаемые батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и тому подобные устройства),

б) для компенсации реактивных параметров линий (продольно включаемые батареи конденсаторов, поперечно включаемые реакторы и т.д.) [4].

В балансе реактивной мощности энергосистем основными источниками реактивной мощности являются синхронные генераторы. В энергосистемах и на промышленных предприятиях для компенсации реактивной мощности применяются также синхронные компенсаторы (т.е. синхронные машины, специально предназначенные для работы в качестве источника реактивной мощности и не несущие активной нагрузки на валу), синхронные электродвигатели и компенсирующие конденсаторные устройства (ККУ). Кроме того, имеются интересные предложения по использованию в режимах синхронных компенсаторов отдельных генераторов ТЭС и ГЭС (после их незначительной модернизации) с целью нормализации напряжения в энергосистеме.

Следует отметить, что входящие в состав компенсирующих конденсаторных устройств современные микропроцессорные регуляторы реактивной мощности западноевропейских производителей (в первую очередь Германии, Италии, Чехии, Финляндии, Франции) отличаются повышенной надежностью. Благодаря своей многофункциональности, они, в частности, позволяют производить измерение параметров качества электроэнергии компенсируемой сети с выводом результатов измерений на жидкокристаллический дисплей регулятора (у большинства типов автоматических регуляторов, например Prophi, BR6000, предусмотрена также опция передачи через интерфейс результатов измерения в память компьютера) [9].

Одним из решений является также использование адаптивных систем динамической компенсации реактивной мощности с использованием фильтро-компенсирующих устройств в разработках фирмы NOKIAN CAPASITOR (Финляндия). Сочетание фильтрации высших гармоник с динамической компенсацией потребляемой мощности заметно повышает эффективность эксплуатации технологического оборудования.

Повышенной надежностью отличаются также и конденсаторы, входящие в состав компенсирующих конденсаторных устройств (их обычно называют косинусными конденсаторами), в особенности низковольтные конденсаторы такого крупного производителя, каким является компания Epcos AG (Германия). Эта компания является одной из немногих мировых компаний, успешно применяющих концентрическую намотку секций трехфазных конденсаторов на центральный стержень, а также запатентованную Epcos AG специальную технологию, одновременно предусматривающую упрочнение выводов и равномерное смещение витков при намотке секций, расширение контактной поверхности выводов за счет сочетания ровного и волнового среза кромок пленки и др. [7]

Характеристика видов компенсирующих устройств представлена в таблице 1.

Таблица 1

Общая характеристика электрооборудования, применяемого для компенсации реактивной мощности.

Таким образом, для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

2.Синхронные компенсаторы и двигатели

Cинхронные компенсаторы являются синхронными двигателями облегченной конструкции без нагрузки на валу. Они могут работать как в режиме генерации реактивной мощности (при перевозбуждении компенсатора), так и в режиме ее потребления (при недовозбуждении). Изменение генерируемой или потребляемой реактивной мощности компенсатора осуществляется регулированием его возбуждения.

В настоящее время отечественная промышленность изготовляет синхронные компенсаторы мощностью от 5000 до 10 000 квар [1].

Потери активной мощности в синхронных компенсаторах при их полной загрузке в зависимости от номинальной мощности колеблются в пределах 0,013-0,015 кВт/квар.

Недостатки:

-удорожание и усложнение эксплуатации (по сравнению, например, с конденсаторными батареями);

• значительный шум во время работы.

Положительными свойствами:

-возможность плавного и автоматического регулирования;

-независимость генерации реактивной мощности от напряжения на их шинах;

-достаточная термическая и динамическая стойкость обмоток компенсаторов во время к.з.;

-возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.

Удельная стоимость синхронных компенсаторов значительно увеличивается при уменьшении их номинальной мощности. Высокая удельная стоимость синхронных компенсаторов небольших мощностей и большие потери активной мощности в них обусловливают применение синхронных компенсаторов лишь значительных мощностей на крупных подстанциях.

Таким образом, синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель облегчённой конструкции, предназначенный для работы на холостом ходу. При работе в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности. Наибольшая мощность СК в режиме перевозбуждения называется его номинальной мощностью. При работе в режиме недовозбуждения СК является потребителем реактивной мощности. По конструктивным условиям СК обычно не может потреблять из сети такую же реактивную мощность, которую он может генерировать. Изменение тока возбуждения СК обычно автоматизируется. При работе СК из сети потребляется активная мощность порядка 2-4%.

Синхронный двигатель при определенных условиях может генерировать реактивную мощность. Ее величина зависит от загрузки двигателя активной мощностью, подводимого напряжения и технических данных двигателя:

где Pном - номинальная активная мощность двигателя; кп,р,м - коэффициент перегрузки по реактивной мощности (определяется по справочнику.

Дополнительные активные потери в двигателе, связанные с генерированием реактивной мощности, определяются по выражению

где к1, к2 - расчетные коэффициенты, зависят от мощности, к. п. д. двигателя и приводятся в справочниках [4].

Технически и экономически обоснованный нижний предел номинальных мощностей синхронных двигателей составляет 500-600 кВт. Синхронные двигатели с частотой вращения 1000 об/мин и ниже выпускаются с явнополюсными шихтованными роторами с демпферной обмоткой. Синхронные двигатели мощностью свыше 12 500 кВт с частотой вращения 1500 об/мин выполняют, как правило, с массивными полюсами без специальной демпферной (пусковой) обмотки.

Синхронные двигатели с частотой вращения 3000 об/мин - турбодвигатели - имеют неявно выраженное исполнение полюсов ротора. Роторы этих двигателей выполняют из массивной поковки так же, как роторы турбогенераторов.

Синхронные двигатели выпускают в основном на напряжение 6000 и 10000 В. Номенклатура низковольтных двигателей на напряжение 380 В, имеющих мощность до 320 кВт, последовательно сокращается, и они заменяются на более экономичные асинхронные двигатели.

Большинство типов синхронных двигателей выпускают как машины общего назначения. Многие серии и типы синхронных двигателей предназначены для привода конкретных типов механизмов: компрессоров, различного рода мельниц, вентиляторов, резиносмесителей и грануляторов, экскаваторных агрегатов и др.

По форме исполнения в отдельную группу выделяют вертикальные двигатели, которые применяют для привода насосов. Горизонтальные двигатели могут иметь исполнение с двумя и одним подшипником и консольное исполнение.

Важными классификационными характеристиками синхронных двигателей являются степень защиты и система вентиляции и охлаждения. По этому признаку синхронные двигатели подразделяют на: открытые или брызгозащищенные, закрытые с разомкнутым циклом вентиляции, закрытые с замкнутым циклом вентиляции и встроенными водяными охладителями, закрытые с замкнутым циклом вентиляции с встроенными воздушными охладителями, закрытые взрывозащищенные продуваемые под избыточным давлением [10].

Большинство двигателей имеют самовентиляцию, однако в машинах больших габаритов для охлаждения применяют и вентиляторы-наездники.

В настоящее время для возбуждения синхронных двигателей применяют только полупроводниковые статические или бесщеточные системы возбуждения.

Статические возбудители, как правило, питаются от постороннего источника. Выпускаются двигатели, которые имеют для питания возбуждения специальную дополнительную обмотку в пазах статора.

Бесщеточные возбудители обычно встраивают в конструкцию двигателя. В сериях СТД и СТДП применяют бесщеточное возбудительное устройство, которое является самостоятельным изделием и пристраивается к двигателю.

В синхронных двигателях малых габаритов широко используют подшипники качения, в крупных - подшипники скольжения.

Диапазон габаритов синхронных двигателей весьма широк: внешние диаметры сердечников статоров нарастают от 740 до 4500 мм. В настоящее время проектируют сверхмощные двигатели. Наиболее распространенные серии явнополюсных синхронных двигателей имеют следующую структуру обозначения:

в которой: 1 — условное название серии и номер модификации; 2 — условное обозначение габарита; 3 — длина сердечника статора, см; 4 — число полюсов [4].

Таким образом, синхронные двигатели являются элементами "пассивной" компенсации реактивной мощности, иными словами, при использовании некоторого количества синхронных двигателей вместо асинхронных потребляемая из сети реактивная мощность уменьшается, что уменьшает и расходы на компенсацию, но с другой стороны, увеличивает расходы на содержание и обслуживание синхронных электродвигателей.

3.Конденсаторы: преимущества, недостатки, классификация

Конденсаторы - специальные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. По своему действию они эквивалентны перевозбужденному синхронному компенсатору и могут работать лишь как генераторы реактивной мощности.

Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 25-100 квар. Из таких элементов собираются батареи требуемой мощности. Обычно батареи конденсаторов включаются в сеть трехфазного тока по схеме треугольника. При отключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энергия разряжалась на автоматически включаемое активное сопротивление. Значение его должно быть таким, чтобы при отключении не возникало перенапряжений на зажимах конденсаторов

Преимущества:

-малые потери активной мощности (0,0025-0,005 кВт/квар);

-простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей);

-простота производства монтажных работ (малая масса, отсутствие фундаментов), для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение.

Недостатки:

-зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения;

-чувствительность к повышениям питающего напряжения;

-недостаточная прочность, особенно при коротких замыканиях и перенапряжениях.

Установки конденсаторов бывают индивидуальные, групповые и централизованные.

Индивидуальные установки применяются чаще всего на напряжениях до 660 В. В этих случаях конденсаторы присоединяются наглухо к зажимам приемника. Такой вид установки компенсирующих устройств обладает существенным недостатком - плохим использованием конденсаторов, так как с отключением приемника отключается и компенсирующая установка.

При групповой установке конденсаторы присоединяются к распределительным пунктам сети. При этом использование установленной мощности конденсаторов несколько увеличивается [9].

При централизованной установке батарей конденсаторов они присоединяются на стороне высшего напряжения трансформаторной подстанции промышленного предприятия. Использование установленной мощности конденсаторов в этом случае получается наиболее высоким.

Во избежание существенного возрастания затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы и т.д. не рекомендуется установка батарей конденсаторов 6-10 кВ мощностью менее 400 квар при присоединении конденсаторов с помощью отдельного выключателя и менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими приемниками.

Статические конденсаторы получили на промышленных предприятиях наибольшее распространение как средство компенсации реактивной мощности. Основными достоинствами статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности являются:

• незначительные потери активной мощности, лежащие в пределах 0,3-0,45 кВт на 100 квар;
• отсутствие вращающихся частей и сравнительно малая масса установки с конденсаторами, а в связи с этим отсутствие необходимости в фундаменте;
• более простая и дешевая эксплуатация, чем других компенсирующих устройств;
• возможность увеличения или уменьшения установленной мощности в зависимости от потребности;
• возможность установки статических конденсаторов в любой точке сети: у отдельных электроприемников, группами в цехах или крупными батареями [6].

Кроме того, выход из строя отдельного конденсатора, при надлежащей его защите, не отражается обычно на работе всей конденсаторной установки.

Статические конденсаторы классифицируются по следующим признакам: номинальному напряжению, числу фаз, роду установки, виду пропитки, габаритным размерам.

Для компенсации реактивной мощности электроустановок переменного тока частотой 50 Гц отечественной промышленностью выпускаются конденсаторы на следующие номинальные напряжения: 220-10500 В.

Конденсаторы напряжением 220-660 В выпускаются как в однофазном, так и в трехфазном (соединение секций треугольником) исполнении, а конденсаторы напряжением 1050 В и выше - только в однофазном.

Конденсаторы с возможностью выполнения трехфазных конденсаторных установок напряжением 3,6 и 10 кВ со схемой соединения в звезду.

Конденсаторы напряжением 1050, 3150, 6300 и 10500 В применяются для выполнения трехфазных конденсаторных установок напряжением 1, 3, 6 и 10 кВ со схемой соединения в треугольник. Эти же конденсаторы используются и в конденсаторных установках более высоких напряжений.

По роду установки конденсаторы всех номинальных напряжений могут изготавливаться как для наружных, так и для внутренних установок.

Конденсаторы для наружных установок изготавливаются с внешней изоляцией (изоляторы выводов) на напряжение не ниже 3150 В. По виду пропитки конденсаторы разделяются на конденсаторы с пропиткой минеральным (нефтяным) маслом и конденсаторы с пропиткой синтетическим жидким диэлектриком [4].

По размерам конденсаторы разделяются на два габарита: первый с размерами 380x120x325 мм, второй с размерами 380x120x640 мм.

Статические конденсаторы изготовляются следующих типов: КМ, КМ2, КМА, КМ2А, КС, КС2, КСА, КС2А, причем в буквенно-цифровом обозначении типа отражаются классификационные признаки.

Буквы и цифры означают: К-— "косинусный", М и С - с пропиткой минеральным маслом или синтетическим жидким диэлектриком, А - исполнение для наружной установки (без буквы А - для внутренней), 2 -исполнение в корпусе второго габарита (без цифры 2 - в корпусе первого габарита). После обозначения типа конденсаторов указываются цифрами номинальное напряжение конденсатора (кВ) и номинальная мощность (квар).

Так, например: КМ-0,38-26 расшифровывается как конденсатор "косинусный* (для компенсации реактивной мощности в сети переменного тока частотой 50 Гц) с пропиткой минеральным маслом, для внутренней установки, первого габарита, на напряжение 380 В, мощностью 26 квар; КС2-6.3-50 - "косинусный", с пропиткой синтетической жидкостью, второго габарита, для внутренней установки, на напряжение 6,3 кВ, мощностью 50 квар.

Основными элементами конструкции конденсаторов являются бак с изоляторами и выемная часть, состоящая из батареи секций простейших конденсаторов [3].

Конденсаторы единой серии напряжением до 1050 В включительно изготавливают со встроенными плавкими предохранителями, последовательно соединенными с каждой секцией. Конденсаторы более высокого напряжения не имеют встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной их установки. В этом случае осуществляется групповая зашита конденсаторов плавкими предохранителями. При выполнении групповой защиты в виде плавких предохранителей один предохранитель защищает каждые 5-10 конденсаторов, причем номинальный ток группы не превышает 100 А. Кроме того, устанавливаются общие предохранители для всей батареи.

Для конденсаторов напряжением 1050 В и ниже, имеющих встроенные предохранители, устанавливаются также общие предохранители для батареи в целом, а при значительной мощности батареи - и для отдельных секций.

В зависимости от напряжения сети трехфазные батареи конденсаторов могут комплектоваться из однофазных конденсаторов с последовательным или параллельно - последовательным соединением конденсаторов в каждой фазе батареи.

Батареи конденсаторов любых напряжений могут присоединяться к сети или через отдельный аппарат, предназначенный для включения или отключения только конденсаторов, или через общий аппарат управления с силовым трансформатором, асинхронным двигателем или другим приемником электроэнергии.

Статические конденсаторы в установках напряжением до 1000 В включаются в сеть и отключаются от сети с помощью автоматических выключателей или рубильников.

Конденсаторы, применяемые в установках напряжением выше 1000 В, включаются в сеть и отключаются от сети только посредством выключателей или разъединителей мощности (выключателей нагрузки).

Для того чтобы затраты на отключающую аппаратуру не были очень велики, не рекомендуется принимать мощности конденсаторных батарей менее:

а) 400 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батарей к отдельному выключателю;

б) 100 квар при напряжении 6-10 кВ и присоединении батареи к общему с силовым трансформатором или другим электроприемником выключателю;

в) 30 квар при напряжении до 1000 В [8].

Для безопасности обслуживания отключенных конденсаторов при снятии электрического заряда требуется применение разрядных сопротивлений, присоединенных параллельно к конденсаторам. В целях надежного разряда присоединение разрядных сопротивлений к конденсаторам следует производить без промежуточных разъединителей, рубильников или предохранителей. Разрядные сопротивления должны обеспечивать быстрое автоматическое снижение напряжения на зажимах конденсатора.

Большинство уже установленных на промышленных предприятиях конденсаторов не имеют встроенных разрядных сопротивлений. В таком случае в качестве разрядного сопротивления при напряжении до 1 кВ для батарей конденсаторов обычно применяют лампы накаливания на напряжение 220 В. Соединение ламп, включенных по нескольку штук последовательно в каждой фазе, производится по схеме треугольника. При напряжении выше 1 кВ в качестве разрядного сопротивления устанавливаются трансформаторы напряжения, включаемые по схеме треугольника или открытого треугольника.

Рис.1. Схема включения ламп накаливания для разряда батарей конденсаторов (до 1000 В) с помощью рубильника с двойными ножами

Постоянное присоединение ламп накаливания, применяемых обычно в качестве разрядных сопротивлений для батарей конденсаторов напряжением до 660 В, вызывает непроизводительные потери энергии и расход ламп. Чем меньше мощность батареи, тем большая мощность ламп приходится на 1 квар установленных конденсаторов. Более целесообразным является не постоянное присоединение ламп, а их автоматическое включение при отключении конденсаторной установки. Для этой цели может быть использована схема, изображенная на рисунке 1, в которой применяются рубильники с двойными ножами. Добавочные ножи располагаются таким образом, чтобы включение ламп происходило до отключения батареи от сети, а их отключение - после включения батареи. Это может быть достигнуто путем подбора соответствующего угла между главными и дополнительными ножами рубильника.

При непосредственном присоединении конденсаторов и приемника электроэнергии к сети под общий выключатель специальных разрядных сопротивлений не требуется. В этом случае разряд конденсаторов происходит на обмотки электроприемника.

При выполнении систем электроснабжения промышленных предприятий все более широкое применение находят комплектные, изготавливаемые полностью на заводах элементы. Это относится и к цеховым трансформаторным подстанциям, к ячейкам распределительных устройств и к другим элементам систем электроснабжения, в том числе и к конденсаторным установкам. Применение комплектных устройств значительно сокращает объем строительных и электромонтажных работ, повышает их качество, снижает сроки ввода в эксплуатацию, повышает надежность работы и безопасность при эксплуатации.

Комплектная конденсаторная установка состоит из вводного шкафа и шкафов с конденсаторами. В установках на напряжение 380 В в вводном шкафу устанавливаются: устройство автоматического регулирования, трансформаторы тока, разъединители, измерительные приборы (три амперметра и вольтметр), аппаратура управления и сигнализации, а также ошиновка.

В случае применения конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями трансформаторы напряжения не устанавливаются. Ячейка ввода питается кабелем от ячейки распределительного устройства (РУ) 6-10 кВ, в которой устанавливается аппаратура управления, измерения и защиты.

Заключение

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

Батареи конденсаторов (БК) - это специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей.

Основной недостаток емкостных КУ заключается в том, что при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату снижения напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности БК осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.

Синхронные машины могут генерировать и потреблять реактивную мощность, т.е. оказывать на электрическую сеть воздействие, тождественное воздействию емкостной и индуктивной нагрузок. При перевозбуждении синхронной машины генерируется реактивная составляющая тока статора, значение которой растет при увеличении тока возбуждения. Векторная диаграмма подведенного от сети напряжения и тока в статоре синхронной машины имеет тот же вид, что и диаграмма подведенного напряжения и тока в батарее конденсаторов. Перевозбужденная синхронная машина генерирует опережающий ток, подобно конденсатору.

В системах электроснабжения предприятий используются синхронные машины всех видов. Наиболее широкое применение находят синхронные двигатели (СД), которые используются в приводах производственных машин и механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.

Список литературы

1.Васильев А.А., Крючков И. П. Электрическая часть станций и подстанций / Под ред. А. А. Васильева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

2.Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов: Учеб. пособие для студ. учреждений сред.проф. образования. – М.: Мастерство, 2002. – 320 с.

3.Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М.: Высшая школа, 1990. – 363 с.

4.Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций. – М.: Энергия, 1986. – 608 с.

5.Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 586 с.

6. Правила электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 2000.

7.Рекус Г. Г. Электрооборудование производств. – М.: Высшая школа, 2005. – 709 с.

8.Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередач и сетей / Под ред. Я. М. Большама, В. И. Круповича. – М.: Энергия, 1975. – 695 с.

9.Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т. 1. Электроснабжение / Под общ. ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 568 с.

10.Шеховцов В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. – М.: ФОРУМ: ИНФРА–М, 2004. – 214 с.

11.Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3. МЭИ В. Г. Герасимова. – М.: МЭИ, 2004.