- Преподавателю
- Другое
- Методические рекомендации для студентов по выполнению практической или лабораторной работы Расчет и выбор компенсирующих устройств
Методические рекомендации для студентов по выполнению практической или лабораторной работы Расчет и выбор компенсирующих устройств
Раздел | Другое |
Класс | - |
Тип | Другие методич. материалы |
Автор | Зайнилова И.В. |
Дата | 14.08.2015 |
Формат | docx |
Изображения | Нет |
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Байконурский электрорадиотехнический техникум им. И.М. Неделина»
УТВЕРЖДЕНО
заместитель директора
по учебной работе
____________ М.М. Иванова
«___»____________ 2015 г.
Методические рекомендации
по выполнению лабораторной работы и практического занятия
Расчет и выбор числа и мощности компенсирующих устройств
по междисциплинарному курсу «Внутреннее электроснабжение промышленных и гражданских зданий»
2015 г.
Цель работы: Научить производить выбор компенсирующих устройств для предприятий и цехов.
Краткие теоретические сведения
Способы искусственной поперечной компенсации реактивной мощности, требующие применения больших затрат на установку специальных компенсирующих устройств, являющиеся источниками реактивной энергии:
-
применение конденсаторных установок и батарей, включаемых параллельно электроприёмниками реактивной мощности на напряжении 0,38 - 10,5кВ;
-
применение синхронных компенсаторов, включаемых на стороне низкого напряжения узловых распределительных подстанций 6 - 10,5кВ;
-
применение статических источников реактивной мощности, включаемые параллельно с электроприёмниками реактивной мощности с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 0,38 - 10,5кВ (дуговые печи, индукционные печи, прокатные станы и т.д.);
При выборе источников реактивной мощности необходимо учитывать их достоинства и недостатки:
Достоинства конденсаторных установок: незначительные удельные потери активной мощности до 0,005кВт/кВАр; отсутствие вращающих частей, облегчение эксплуатации; простота монтажа; относительно невысокая стоимость, масса, габариты; отсутствие шума во время работы;
Недостатки конденсаторных установок: пожароопасность, так как минеральное масло в конденсаторах при больших температурах может возгореться; наличие остаточного заряда, что повышает опасность при эксплуатации; чувствительность к перенапряжениям и толчкам тока, что может привести к выходу из строя конденсаторных установок; возможность только ступенчатого регулирования реактивной мощности, что может привести к перекомпенсации при минимальных нагрузках;
Достоинства синхронных компенсаторов: возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности и напряжения в большом диапазоне, что облегчает эксплуатацию персонала; увеличение статической и динамической устойчивости в энергосистемы, что приводит к высокой надёжности энергосистемы, из-за малой зависимости вращающего момента от колебаний напряжения; возможность в период минимальных реактивных нагрузок потреблять реактивную мощность при недовозбуждении, что позволяет снизить напряжение в электрических сетях и предотвратить пробой изоляции электрооборудования;
Недостатки синхронных компенсаторов: высокая стоимость и значительные капитальные затраты, поэтому они устанавливаются только на узловых распределительных подстанциях где их установка целесообразна; начительные удельные потери активной мощности до 0,027 кВт/кВАр; наличие вращающих частей требует необходимого технического обслуживания; значительные габариты, масса, занимаемая производственная площадь и наличие шума при работе;
Выбор мощности и места установки компенсирующих устройств (статических тиристорных компенсаторов и синхронных компенсаторов, батарей конденсаторов шунтовой и продольной компенсации, управляемых и неуправляемых шунтирующих реакторов и других регулируемых средств компенсации реактивной мощности) в основной и распределительной сети производится исходя из необходимости повышения пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах, условий включения линий, защиты от внутренних перенапряжений, поддержания необходимых уровней напряжения, обеспечения непрерывного быстрого регулирования напряжения.
Способы улучшения качества электроэнергии
- Для устранения значительных отклонений напряжения и снижения колебаний применяются следующие способы регулирования напряжения:
1. Применением силовых трансформаторов с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне высокого напряжения;
2. Линейные вольтдобавочные трансформаторы с регулированием под нагрузкой;
3. Применение генераторов местных электростанций крупных предприятий;
4. Применение синхронных двигателей с автоматическим регулированием тока возбуждения;
5. Синхронные компенсаторы для узловых распределительных подстанций района электрических сетей с силовыми трансформаторами мощностью 63000кВА и более и напряжением на высокой стороне 220кВ и выше;
6. Конденсаторные установки и батареи для продольной и поперечной компенсации реактивной мощности;
7. Статические источники реактивной мощности.
- Для устранения отклонения частоты менее 48 Гц при увеличении нагрузки на шинах электростанций должна предусматриваться автоматическая частотная разгрузка (АЧР), которая автоматически отключает от шин неответственных потребителей 3 категории.
- Для устранения несимметрии напряжений рекомендуется применение в основном трехфазных электроприёмников и ограничение однофазных электроприёмников не более 2%, а также равномерное распределение однофазных электроприёмников, подключённых к трёхфазной сети или подключение дополнительных реактивных катушек и сопротивлений.
- Для устранения несинусоидальности формы кривой напряжений и токов и устранения высших гармоник применяются трёхфазные резонансные фильтры, включаемые параллельно в сеть «звездой» и настраиваемых на определённые частоты.
Реактивная мощность и коэффициент мощности электрической сети
Электроприемники, подключённые к электрической сети, потребляют как активную так и реактивную мощность, которые вырабатываются синхронными генераторами и передаются через электрические сети.
Активная мощность, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в механическую энергию электрическими машинами, в световую энергию источниками света, в тепловую энергию нагревательными приборами, также в другие виды энергии и определённый процент активной энергии расходуется на потери.
Реактивная мощность не связана с полезной работой электроприёмников и расходуется на создание электромагнитных полей в трансформаторах и электродвигателях и линиях. Из курса ТОЭ известно, что реактивная мощность может иметь индуктивный и ёмкостной характер. Так как электроприёмниками в основном являются асинхронные электродвигатели, то индуктивную реактивную мощность принято называть нагрузочной или потребляемой, а ёмкостную реактивную мощность генерируемой, потому что синхронные генераторы в основном работают с опережающим по фазе током.
Основными потребителями индуктивной реактивной мощности являются:
- асинхронные двигатели переменного тока потребляющие до 65-70 % от общей мощности;
- силовые и сварочные трансформаторы до 20-25 % от общей мощности;
- электрические сети, реакторы, люминесцентные лампы и прочие электроприёмники до 10 % от общей мощности.
Наиболее оптимальными коэффициентами мощности электрической сети являются cosφ =0,92÷0,95.
Конденсаторы изготовляют на напряжение 220, 380, 660, 6300 и 10 500 В в однофазном и трехфазном исполнениях для внутренней и наружной установки. Они бывают масляные (К.М) и соволовые (КС). Диэлектрическая проницаемость совола примерно вдвое больше, чем масла. Однако допустимая отрицательная температура составляет -10 °С для соволовых конденсаторов, в то время как масляные могут работать при температуре - 40° С. Широкое применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности объясняется их значительными преимуществами по сравнению с другими видами КУ: незначительные удельные потери активной мощности до 0,005 кВт/квар, отсутствие вращающихся частей, простота монтажа и эксплуатации, относительно невысокая стоимость, малая масса, отсутствие шума во время работы, возможность установки около отдельных групп ЭП и т. д. I
Методические указания по выполнению лабораторной работы
1. Исходные данные для расчета компенсирующих устройств.
Данные, определённые из расчёта нагрузок
Активная расчётная мощность - Рр в кВт (МВт);
Реактивная расчётная мощность - Qр в кВАр (МВт);
Полная расчётная мощность - Sр в кВА (МВА);
Расчётный коэффициент мощности - cos φр;
Расчётный тангенс мощности - tg φр;
Данные, определённые из расчёта силовых трансформаторов:
Количество трансформаторов на подстанции - nтр в шт;
Стандартная номинальная мощность выбранного трансформатора - Sном в кВА;
Напряжение сторон трансформатора - UВН/UНН в кВ;
Фактический коэффициент загрузки трансформатора - βфакт ;
Ток холостого хода трансформатора - іхх в %;
Напряжение короткого замыкания трансформатора - Uкз в %;
Данные, задаваемые руководителем курсового проекта:
Коэффициент мощности энергосистемы - cos φэс;
Тангенс мощности энергосистемы - tg φэс;
2. Определяем реактивную мощность - Qэс в кВАр, которую, может выдать энергосистема при данной активной расчётной мощности
Qэс = Рр * tg φэс
если выполняется условие Qэс ≥ Qр, расчёт компенсирующих устройств не производиться.
если выполняется условие Qэс ≤ Qр, то расчёт компенсирующих устройств должен производиться обязательно.
3. Определяется пропускная мощность - Qпр в кВАр,
при нормальном режиме работы, с фактическим коэффициентом загрузки трансформатора
____________________
Qпр = √ (nтр* βфакт* Sном )² - Рр²
4. Определяется пропускная мощность - Q´пр в кВАр,
при работе в послеаварийном режиме работы
Q´пр = √ (1,4* Sном )² - Рр²
5. Определяется место установки компенсирующих устройств
5.1. Определяется возможность пропуска реактивной мощности через трансформаторы и место установки компенсирующих устройств путём сравнения:
Qпр ≥ Qр; и Q´пр ≥ Qр;
- два условия выполняются, то установка компенсирующих устройств возможна на любой стороне трансформатора,
- при выполнении второго условия по напряжению стороны.
- условия не выполняются, то установка компенсирующих устройств возможна только на низкой стороне.
5.2. Напряжения сторон силового трансформатора UВН /UНН в кВ:
После предварительного определения места расположения установки компенсирующих устройств необходимо проверить возможность подключения компенсирующих устройств к данному классу напряжения.
6. Определение потерь реактивной мощности в силовых трансформаторах - ΔQтр,
ΔQтр = ((Uкз* βфакт² \ 100) + (іхх \ 100)) * Sном
7. Определяем необходимую расчётную мощность компенсирующих устройств на любой стороне силового трансформатора подстанции:
для одной цеховой трансформаторной подстанции или ГПП завода; для распределительного пункта объекта, от которого питаются цеховые ТП различных отраслей промышленности:
QКУрасч = Qр - Qэс - ∑(nтр*ΔQтр)
8. Определяем реактивную мощность компенсирующих устройств, подключённых к каждой секции шин двухтрансформаторной подстанции:
Q´КУрасч = QКУрасч / 2
9. Выбираем компенсирующие устройства по напряжению и мощности по справочной литературе.
Рекомендуется выбирать количество и мощность установленных компенсирующих устройств таким образом, чтобы их суммарная мощность, как можно ближе подходила к расчётной реактивной мощности, определённой на каждую секцию шин.
Q´КУуст ≈ Q´КУрасч
10. Определяется общая установленная реактивная мощность компенсирующих устройств
QКУуст = Q´КУуст *2
11. Определяется погрешность, обусловленная неточностью выбора мощности компенсирующих устройств с расчётной мощностью компенсирующих устройств, которая не должна превышать ΔQКУ ≤ ± 5%
ΔQКУ = ((QКУрасч - QКУ уст)/ QКУрасч)*100
12. Определяется полная расчётная мощность объекта, завода или цеха с учётом установки компенсирующих устройств
________________
S´р = √ Рр² + (Qр - QКУуст)²
13. Проверяется возможность установки трансформатора меньшей стандартной мощности:
13.1.При работе трансформатора в послеаварийном режиме
1,4*S´тр. ном. ≥ 0,75*S´р
13.2. При работе в нормальном режиме:
βфакт = S´р /(nтр* S´тр. ном)
Таблица.
Тип установки
Мощность, кВАр
количество, шт.
Суммарная мощность
компенсирующих устройств, кВАр
Если трансформатор меньшей стандартной мощности не подходит по следующим условиям, то рекомендуется окончательно определить трансформатор, ранее выбранный в расчёте трансформаторов.
После окончательного выбора компенсирующих устройств и мощности трансформатора необходимо проанализировать возможные схемы трансформаторных подстанций, а также определить компановку трансформаторной подстанции, затем определить конструктивное выполнение электрических сетей и только после выполнения этих пунктов можно приступать к расчёту электрических сетей.
Справочные данные
Синхронные двигатели рекомендуется принимать с выдачей реактивной мощности.
При отсутствии исходных данных по реактивной составляющей нагрузки коэффициент реактивной составляющей нагрузки tg φ рекомендуется принимать не выше следующих значений
Таблица 1
Напряжение ПС, кВ
Коэффициент реактивной мощности tg
6-10
0,4
35
0,49
110
0,54
220
0,59
В целях снижения потерь мощности и электроэнергии в электрической сети рекомендуется рассматривать целесообразность установки дополнительных компенсирующих устройств, главным образом, непосредственно у потребителей на напряжении 0,4-10кВ.
Применение регулируемых средств компенсации реактивной мощности (статических тиристорных компенсаторов, управляемых реакторов) на подстанциях основной сети энергосистем рассматривается при необходимости обеспечения быстрого и непрерывного регулирования напряжения.
В схемах развития энергосистем необходимость установки шунтирующих реакторов для исключения повышения напряжения выше допустимого уровня (в режиме минимальных нагрузок), компенсации избытков реактивной мощности и ограничения внутренних перенапряжений в сетях 330-500-750-1150кВ, а также в сетях с протяженными слабо загруженными ВЛ 220кВ определяется расчетами режимов сетей 330кВ и выше (в отдельных случаях 220кВ).
Мощность, число и размещение шунтирующих реакторов уточняется при проектировании конкретных линий электропередачи.
При отсутствии данных степень компенсации зарядной мощности линий следует принимать не менее 80-100 % - на 500кВ,
100-110% - на 750кВ
110-120% - на 1150кВ
(меньшие значения характерны для ВЛ, отходящих от электростанций, большие - для линий с реверсивным характером работы).
Таблица 2. Технические данные комплектных конденсаторных установок
Тип установки
Мощность,
кВАр
Количество
ступеней
Удельные
потери
кВт/квар
Габариты
(длина, ширина, высота),
мм
Для осветительных сетей 380 В
УК2-0.38-50УЗ
50
2
0,0045
375x430x650
УКЗ-0.38-75УЗ
75
3
0,0045
580x430x650
УК2-0,38-100УЗ
100
2
0,0045
375x430x965
Для силовых сетей 380 В
УКБН-0.38-100-50УЗ
100
2
0,0045
800x440x895
УКБТ-0,38-150УЗ
150
1
0,0045
630x520x1400
УКТ-0.38-150УЗ
150
1
0,0045
700x560x1660
УКБ-0,38-150УЗ
150
-
0,0045
580x460x1200
УКБН-0.38-200-50УЗ
200
4
0,0045
800X440X1685
Для силовых сетей 6 и 10 кВ
УКМ-6.3-400-У1
400
1
0,003
2140x860x2060
УК-6.3-450-ЛУЗ
450
1
0,003
2140x880x1800
УК-6.3-900-ЛУЗ
900
1
0,003
3540x880x1800
УК-6.3-1125-ЛУЗ
1125
1
0,003
4240x880x1800
Таблица 3
Технические данные конденсаторных установок напряжением 6 кВ
№пп
Марка, тип
Uном, кВ
Qном, кВАр
1
КУ-6-I
6,0
330,0
2
КУ-6-II
6,0
500,0
3
КУН-6-II
6,0
420,0
4
КУ-6-I с БРВ-1
6,0
330,0
5
КУ-6-II с БРВ-1
6,0
500,0
6
УК-6-450
6,0
450,0
Технические данные косинусных конденсаторов напряжением 6 кВ
1
КЭП-6,3-200-2У1
6,3
200,0
2
КЭП-6,3-225-2У1
6,3
225,0
3
КЭКШ-6,3-200-1У1
6,3
200,0
4
КЭКФ-6,3-200-1У1
6,3
200,0
5
КЭКФ-6,6-200-2УХЛ1
6,6
200
6
КСКФ-6,6-150-2У1
6,6
150
7
КЭ1-6,3-37,5-2У3
6,3
37,5
8
КЭ2-6,3-75-2У3
6,3
75
Технические данные синхронных компенсаторов на напряжение 6 кВ
1
КС-16-6 n = 1000 об/мин
6,3
16000
Технические данные конденсаторных установок напряжением 10 кВ
1
КУ-10-I
10,0
330,0
2
КУ-10-II
10,0
500,0
3
КУН-10-II
10,0
400,0
4
КУ-10-I с БРВ-1
10,0
330,0
5
КУ-10-II с БРВ-1
10,0
500,0
6
УК-10-450
10,0
450,0
Технические данные косинусных конденсаторов напряжением 10 кВ
1
КЭП-10,5-200-2У1
10,5
200,0
2
КЭП-10,5-225-2У1
10,5
225,0
3
КЭ1-10,5-37,5-2У3
10,5
37,5
4
КЭ2-10,5-75-2У3
10,5
75,0
Технические данные синхронных компенсаторов напряжением 10 кВ
1
КС-16-11 n = 1000 об/ мин
10,5
16000
2
КСВ-50-11 n = 750 об/ мин
11
50000
3
КСВ-100-11 n = 750 об/ мин
11
1000000
Технические данные конденсаторных установок напряжением 0,38 кВ
1
УКЛ(П)Н-0,38-150-50У3
0,38
150,00
2
УКЛ(П)Н-0,38-300-50У4
0,38
300,00
3
УКТ-0,38-75-50У5
0,38
75,00
4
УКН-0,38-75-50У6
0,38
75,00
5
УКН-0,38-150-50У5
0,38
150,00
6
УКТ-0,38-150-50У6
0,38
150,00
7
ККУ-0,38-МсБРВ-2
0,38
160,00
8
ККУ-0,38-VсHD-2
0,38
280,00
9
УКМ58-0,4-20-10У3
0,4
20,00
10
УКМ58-0,4-30-10У3
0,4
30,00
11
УКМ58-0,4-50-25У3
0,4
50,00
12
УКМ58-0,4-67-33,3У3
0,4
67,00
13
УКМ58-0,4-100-33,3У3
0,4
100,00
14
УКМ58-0,4-150-33,3У3
0,4
150,00
15
УКМ58-0,4-180-33,3У3
0,4
180,00
16
УКМ58-0,4-200-33,3У3
0,4
200,00
17
УКМ58-0,4-300-33,3У3
0,4
300,00
18
УКМ58-0,4-402-67У3
0,4
402,00
19
УКМ58-0,4-603-67У3
0,4
603,00
Технические данные косинусных конденсаторов напряжением 0,38 кВ
1
КЭ1-0,38-25-2У3
0,38
25,0
2
КЭ1-0,38-25-3У3
0,38
25,0
3
КЭ2-0,38-40-2У3
0,38
40,0
4
КЭ2-0,38-40-3У3
0,38
40,0
5
КЭ2-0,38-50-2У3
0,38
50,0
6
КЭ2-0,38-50-3У3
0,38
50,0
7
КЭК1-0,4-33,3-2У3
0,4
33,3
8
КЭК1-0,4-33,3-3У3
0,4
33,3
9
КЭК1-0,4-67-2У3
0,4
67,0
10
КЭК1-0,4-67-3У3
0,4
67,0
11
КМПС-0,4-12,5-3У3
0,4
12,5
Контрольные вопросы
-
Назначение реактивной мощности, потребляемой электроприёмниками?
-
Основные потребители реактивной мощности?
-
Негативные последствия, возникающие при прохождении реактивной мощности по питающим электрическим сетям?
-
Естественные способы компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях?
-
Способы искусственной компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях?
-
Почему компенсация реактивной мощности производится на промышленных предприятиях, но не производится в электрических сетях питающие микрорайоны, жилые массивы, города и посёлки?
-
Достоинства и недостатки конденсаторных батарей по сравнению с синхронными компенсаторами?
-
Достоинства и недостатки синхронных компенсаторов по сравнению с конденсаторными батареями?
-
Почему компенсирующие устройства реактивной мощности в основном устанавливаются на стороне низкого напряжения трансформаторной подстанции?
-
Почему иногда коэффициент мощности называют коэффициентом полезного действия электрической сети?
-
Почему синхронные компенсаторы в основном устанавливаются на ГПП и УРП или электростанциях?
-
Что произойдёт в электрических сетях если реактивную мощность не компенсировать?
-
Почему не рекомендуется, чтобы асинхронные электродвигатели работали в режиме холостого хода?