Синхронные двигатели как источник реактивной мощности

Основное назначение синхронных двигателей - выполнение механической работы, сле­довательно, он является потребителем активной мощности. При перевозбуждении СД его э.д.с. больше напряжения сети, в результате вектор тока статора опережает вектор напряжения, т. е. имеет емкостной характер, а СД выдают реактивную мощность. При недовозбуждении СД яв­ляется потребителем реактивной мощности. При некотором режиме возбуждения СД его коэф­фициент мощности равен единице. Изменение тока возбуждения позволяет плавно регулиро­вать генерируемую СД реактивную мощность. Затраты на генерацию двигателями реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим потерь активной мощности в самом двигателе. Потери активной мощности в СД зависят от генерируемой ими реактивной мощности, причем чем меньше номинальная мощность СД и его частота вращения, тем больше эти потери. Для быстроходных СД удельный расход активной мощности составляет около 10 Вт/квар; для СД с частотой вращения 300... 500 об/мин - около 20... 30 Вт/квар; для СД с часто­той вращения 50... 100 об/мин - около 60...85 Вт/квар. Следовательно, маломощные двигатели с малой частотой вращения неэкономичны в качестве ИРМ. В качестве ИРМ обычно используют СД на номинальное напряжение 6 или 10 кВ, недогруженные по активной мощности.

Значения реактивной мощности, которую можно получить от СД, зависят от его загрузки активной мощностью и относительного напряжения на зажимах двигателя (см. разд. 9.7).

Силовые конденсаторы

Силовые конденсаторы - специальные однофазные или трехфазные емкости, предназна­ченные для выработки реактивной мощности. Мощность конденсаторов в одном элементе со­ставляет 5... 100 квар, номинальное напряжение - от 220 В до 10 кВ.

Реактивная мощность, вырабатываемая конденсатором,

а=u²wc_K^,                                                                       (¹³¹⁹)

где U - напряжение на зажимах конденсатора; а - угловая частота переменного тока; С_к - емкость конденсатора, которая определяется, в основном, площадью обкладок.

В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи кон­денсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением элементов. Увели­чение номинального напряжения конденсаторной батареи достигается последовательным включением элементов, а для увеличения мощности применяют параллельное соединение эле­ментов.

Обычно конденсаторы включаются в сеть по схеме треугольника (рис. 13.4). При отклю­чении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энергия разряжалась автоматически на постоянно включенное активное сопротивление (например, трансформатор напряжения).

Конденсаторы по сравнению с СД обладают следующими преимуществами: простотой эксплуатации вследствие отсутствия вращающихся частей; простотой монтажных работ вслед­ствие малой массы; малыми потерями активной мощности на выработку реактивной (2,5...5 Вт/квар).

К недостаткам конденсаторов относят зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения, недостаточную стойкость токам КЗ и перенапряжениям, чувствительность к ис­кажениям формы кривой подводимого напряжения, невозможность плавного изменения мощ­ности конденсаторной установки.

13.8. Размещение компенсирующих устройств в системах электроснабжения про­мышленных предприятий

После определения суммарной мощности компенсирующих устройств Q_Ky требуемых к

установке в системе электроснабжения промышленного предприятия по условиям питающей энергосистемы, необходимо решить задачу размещения и выбора типа КУ в сетях Промышлен­ного предприятия.

Суммарная мощность КУ обеспечивается возможным использованием располагаемой реактивной мощности синхронных двигателей Q_CR и установкой в сетях батарей конденсаторов

напряжением до и выше 1 кВ, т. е. соответственно Q_H и Q_B :

Q = Q + Q + Q                                                (13.20)

КУ              СД             БН             БВ

ⁿt

Реактивная мощность Z Q_T передаваемая со стороны высокого напряжения через цехо­вые трансформаторы (6... 10/0,4...0,6 кВ) по условию баланса мощностей на шинах напряжени­ем до 1 кВ трансформаторов, выражается формулой

Nt

^{Z Q}T ^Qpac4SH ^QБН .                                                                  ⁽¹³.²¹⁾

N_T

Величина ZQ_T определяется номинальной мощностью цеховых трансформаторов £_номт при их числе N_T , коэффициенте загрузки трансформатора К_зт и расчетной активной нагрузки

д° ^{1 кВ Р}расчЕн, ^:

Nt

Z Qt = V(K₃T Sном.Т)² - (РрасчЕн)²                                  (¹³^)

N_T

^Пр^и у^{словии Р}р_ЗСЧЕн ^QT .

Необходимо определить оптимальное соотношение мощности источников реактивной мощности, устанавливаемых на стороне ниже 1 кВ Q^, и передачи реактивной мощно-

N_T

сти Z Q_T . При этом следует учесть потери на генерацию реактивной мощности источниками

N_T

напряжением до и выше 1 кВ, потери на передачу от Z Q_T сети напряжением выше 1 кВ в сеть

напряжением ниже 1 кВ и, главное, увеличение мощности цеховых трансформаторов при уве-

N_T

личении ^ Q_T .

Реактивная мощность Q_T, протекающая через один трансформатор цеховой ТП, опреде­ляется по условию минимума потерь активной мощности без учета активных сопротивлений кабельных линии сети напряжением 10 кВ для группы из N_T трансформаторов с одинаковой номинальной мощностью:

/^Л _____  расчЕн                          БН ^                                                                                                           /1 'З О 'З \

^qt=                 nt              '                                                                          '

Мощность батареи конденсаторов, устанавливаемых в сети напряжением до 1 кВ, пи­тающейся от конкретного ;-го трансформатора, определяется исходя из величины ( Q_T и реак­тивной нагрузки Q j приемников электроэнергии этой сети:

Q_m- _ Q _ Q_T.                                                (13 24)

ЬН]             расчj             T

По полученному значению Q_Hbj следует определить стандартное значение мощности конденсаторной установки Q_КУ]..

Расчеты показывали, что передача реактивной мощности в сеть напряжением до 1 кВ оказывается невыгодной, если это вызывает увеличение числа трансформаторов сверх необхо­димого числа вследствие большой стоимости комплектных трансформаторных подстанций.

Мощность компенсирующих устройств в сети напряжением выше 1 кВ определяется по условию баланса реактивной мощности на шинах вторичного напряжения главной понижаю­щей подстанции. Если в системе электроснабжения имеются высоковольтные СД, которые мо­гут быть использованы как ИРМ, то определяется их располагаемая реактивная мощность (см. разд. 9.7), и если их мощность Q_CM недостаточна для соблюдения условий баланса, то опреде­ляется мощность батарей конденсаторов высокого напряжения:

Q _ Q + Q + Q .                                              (13 25)

БВ             КУ             СД             БН

Если цеховые трансформаторы имеют низкий коэффициент загрузки и коэффициент ре­активной мощности нагрузки сетей напряжением до 1 кВ не превышает единицы, то предпоч­тительнее установка батарей конденсаторов в сети напряжением выше 1 кВ вследствие их бо­лее низкой удельной стоимости 1 квар, чем у низковольтных конденсаторов.

Конденсаторные установки напряжением выше 1 кВ целесообразно устанавливать на вторичном напряжении главных понижающей подстанции или распределительной подстанции, и также на РП в системе электроснабжения предприятия. Не рекомендуется устанавливать кон­денсаторы напряжением выше 1 к И на бесшинных цеховых подстанциях, на которых транс­форматоры присоединены наглухо или через разъединитель, выключатель нагрузки и предо­хранитель, так как присоединение конденсаторных установок к этим подстанциям вызовет их усложнение и удорожание.

Нерегулируемые конденсаторные установки на напряжение до 1 кВ обычно присоеди­няются к цеховым распределительным пунктам, магистральным шинопроводам, если этому не препятствуем окружающая среда. Место установки регулируемых конденсаторных установок напряжением до 1 кВ выбирается с учетом требований регулирования напряжения или реак­тивной мощности.

Точка присоединения БН одной батареи конденсаторов к магистральному шинопроводу ШМА определяется ориентировочно:

( гл \

L__K^,                                      (¹³²⁶)

max 0

где L_0-Б , L_0-1 -длины магистрального шинопровода ШМА от начальной точки «0» до точек присоединения «Б» и «1» - первого распределительного ТТТРА, м, L_1-K - длина распредели­тельной части ШМА от точки «1» до конечной точки магистрального шинопровода «к», м; Q_max - максимальная реактивная нагрузка ветви «0-1» шинопровода ШМА.

Окончательно конденсаторы устанавливаются в точке присоединения ШРА, ближайшего к расчетной точке «к» в сторону цеховой трансформаторной подстанции.

Не рекомендуется чрезмерное дробление мощности конденсаторных установок в сетях напряжением до и выше 1 кВ, так как это приводит к значительному увеличению удельных за­трат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы, конструкции и прочее на 1 квар установленной мощности батареи. Единичная мощность БК на напряжении выше 1 кВ прини­мается не менее 400 квар, если присоединение выполняется с помощью отдельного выключа­теля. В сетях низшего напряжения не рекомендуется применять БК мощностью менее 30 квар.

Если расчетная мощность БК на отдельных участках получается менее указанных значе­ний, то БК на них не устанавливается.