Реферат

Введение

В условиях дефицита энергетических ресурсов, роста стоимости электроэнергии, значительного роста и развития производства и инфраструктуры городов актуальна проблема энергосберегающих технологий транспортировки, потребления электроэнергии. Экономия электроэнергии на предприятиях зависит, прежде всего, от ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и технологических установок. Такими стандартными системами и установками любых производственных процессов являются системы освещения, электродвигатели технологического оборудования, электронагревательные установки, сварочное оборудование, преобразователи, трансформаторы и др. Основными потребителями электроэнергии на промышленных предприятиях являются такие индуктивные приемники, как асинхронные электродвигатели и трансформаторы. Их работа связана с потреблением реактивной энергии для создания электромагнитных полей. Реактивная энергия не производит полезной работы, а циркулируя между приемником и источником тока, приводит к дополнительной загрузке линий электропередачи и генераторов и, следовательно, снижает коэффициент мощности сети. Все это увеличивает потери электроэнергии на нагревание кабелей и проводов сети, а также обмоток электрических машин, ведет к необходимости повышения кажущейся мощности генераторов и трансформаторов на станциях, увеличивает потери напряжения, увеличивает колебания напряжения сети, а также влечет за собой неполное использование мощности первичных двигателей. Реактивная мощность является фактором, снижающим качество электроэнергии, приводящим к таким отрицательным явлениям, как увеличение платы поставщику электроэнергии, дополнительные потери в проводниках, вследствие увеличения тока, завышения мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала. Передача и потребление реактивной мощности так же сопровождается потерями активной мощности.

Актуальность темы

Реактивная мощность относится к техническим потерям в электросетях.
В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности, которые можно установить на подстанциях электрической сети. Индуктивной реактивной нагрузке, создаваемой электрическими потребителями, можно противодействовать с помощью ёмкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, потребляемую из сети и выполнить корректировку коэффициента мощности или компенсацию реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть.

Научная значимость

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов доля энергоресурсов, и в частности, электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления предприятия и выработке методики компенсации реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности – решение вопроса энергосбережения.
Индуктивной реактивной нагрузке, создаваемой электрическими потребителями, можно противодействовать с помощью ёмкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, потребляемую от сети и называется корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности.

УСТРОЙСТВА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

1.1 Конденсаторы

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 4 - 10 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 автоматически без участия дежурного персонала на активное сопротивление, присоединенное к батарее «наглухо». Величина его должна быть такой, чтобы при отключении не возникало перенапряжений па зажимах конденсаторов.
Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактивной мощности обладают рядом преимуществ:
1)   малые  потери  активной  мощности  (0,0025 - 0,005 кВт/квар);
2)  простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей);
3) простота производства  монтажных  работ  (малый вес,  отсут­ствие фундаментов);
4) для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение
5) возможность подбора любой необходимой мощности компенсации;
6) возможность установки и подключения в любой точке электросети;
7) отсутствие шума во время работы;
8) небольшие эксплуатационные затраты.
Среди недостатков конденсаторов следует отметить зависимость генерируемой ими реактивной мощности от напряжения Q= U2·ω·С·10-3 квар;  недостаточную прочность (легко повреждаются, особенно при к.з. и напряжениях выше номинального), невозможность плавного регулирования реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда.

1.2 Синхронные электродвигатели

Наряду с конденсаторными батареями для генерации реактивной мощности следует широко применять синхронные электродвигате­ли разных мощностей. Они передают реактивную мощность в сеть на месте ее потребления при полезной нагрузке на валу, допускают широкие пределы регулирования отда­ваемой реактивной мощности, меньше зави­сят от колебаний напряжения, чем косинус­ные конденсаторы, и повышают устойчивость системы.
Затраты на генерацию двигателями реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим дополнительных потерь активной мощности.
Величина реактивной мощности, генерируемой СД, зависит от их загрузки по активной и реактивной мощности и от относительного напряжения на их зажимах U. Наибольшее значение реактивной мощности (Мвар), которое может быть получено от СД, определяет­ся по формуле


где — номинальная реактивная мощность СД, квар;
Рн — номинальная актив­ная мощность СД, кВт;
 соответствует номинальному cosф двигателя;
 — кпд двигателя;
 — наибольшая допустимая пе­регрузка СД по реактивной мощности, зави­сящая от типа двигателя, относительного на­пряжения на его зажимах Uи от коэффи­циента загрузки по активной мощности.
Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности  и при номинальной активной нагрузке  и напряжении  могут вырабатывать номинальную реактивную мощность:
.
При недогрузке СД по активной мощности < 1 возможна перегрузка по реактивной мощности >1.
Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности.
Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ, так как зависят от квадрата генерируемой мощности СД.
Применение синхронных двигателей в условиях промышленных предприятий может быть целесообразно в следующих случаях:
1)  установка синхронных двигателей на приводных механизмах вместо асинхронных там, где это возможно по технологическим условиям;
2)  установка синхронных двигателей большей мощности, чем требует приводной механизм.
Первое мероприятие всегда целесообразно. Поэтому при недостаточном значении коэффициента мощности следует рассмотреть вопрос о том, на каких механизмах возможно применение синхронных двигателей взамен асинхронных. Целесообразность второго мероприятия должна быть технико-экономически обоснована путем сравнения с другими вариантами повышения коэффициента мощности.
Как правило, в системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают, главным образом, пики нагрузок графика.

1.3 Синхронный компенсатор

Разновидностью СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД облегчённой конструкции без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 квар; они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий и лишь в ряде случаев используются для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т.п.).
Потери активной мощности в синхронных компенсаторах мощностью 5000-30000 кВАр при их одной загрузке в зависимости от номинальной мощности колеблются в пределах 0,02—0,05 кВт/квар (в тихоходных мощностью до 500 квар – 0,1...0,15 кВт/квар), т. е. составляют значительную величину.
К недостаткам синхронных компенсаторов относятся также удорожание и усложнение эксплуатации (по сравнению, например, с конденсаторными батареями), наличие вращающихся ча­стей, сложные условия пуска и значительный шум во время работы. Положительными свойствами синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности являются возможность плавного и автоматического регулирования величины генерируемой реактивной мощности, независимость генерации реактивной мощности от на­пряжения на их шинах, достаточная термическая и динамическая устойчивость обмоток компенсаторов во время коротких замыканий, возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.

1.4  Генераторы

 При выборе компенсирую­щих устройств необходимо определять целе­сообразную степень использования реактивной мощности работающих генераторов ближай­ших электростанций. Критерием такой целесо­образности является сравнение приведенных затрат на генерацию и передачу   реактивной мощности от электростанций с затратами на установку на предприятии конденсаторных батарей необходимой мощности. Затраты на генерацию при этом будут определяться только стоимостью дополнительных потерь в генераторе. В большинстве случаев передача реактивной мощности от генераторов завод­ских станций или от расположенных в непо­средственной близости других местных стан­ций является экономически целесообразной, если это не вызывает увеличения числа или сечения питающих линий, числа устанавлива­емых трансформаторов и других затрат по усилению сети.
Удельные потери активной мощности в синхронных генераторах, работающих как компенсаторы без расцепления с первичными двигателями, составляют 0,15...0,3 кВт/кВАр

Статические тиристорные конденсаторы

В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6-10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ или СТК ), Которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на (рис. 4). В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LRи нерегулируемые ёмкости С1-С3.
Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS, управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ является отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

 

 

 

 

Обзор исследований и разработок по теме.

     Методика выбора КУ
На потребительских ПС целесообразно выполнить ее с помощью конденсаторных батарей, включаемых параллельно нагрузке (поперечная компенсация).
Мощность КУ определяется по формуле:

           где Pф1 - фактический максимум активной мощности потребителя.
Если графики нагрузки для потребительских ПС не заданы, с некоторым запасом принимаем, что

           где PМ и QМ - максимальная нагрузка потребителей.
Величина tg φэ задается равной 0,25.
Если tg φ1 < tg φэ или Qку < 400 квар, то КУ не устанавливаются.
При выборе номинальной мощности и количества комплектных конденсаторных установок следует исходить из необходимости равномерной разгрузки трансформаторов от реактивной мощности. Поскольку секционные выключатели на стороне низшего напряжения потребительских ПС отключены, количество однотипных установок должно быть кратно количеству секций на ПС (двум - при двухобмоточных трансформаторах и четырем - при трансформаторах с расщепленными обмотками).
Методика выбора КУ, разработанная в Новомосковском институте РХТУ им. Д.И. Менделеева.
1. Определяем мощность КУ, необходимую к установке в СЭС предприятия

           2. Решаем вопрос о целесообразности применения СД как источника реактивной мощности

           где к0ВН - удельная стоимость КБ, руб/квар.

           где D Р(QСД) - потери в СД от выработки реактивной мощности


Подставим значения в целевую функцию

           где к1, к2 - справочные данные; С0 - стоимость удельных потерь мощности; τ - число часов использования максимума потерь.
Если Q СД опт < 0, то целесообразна компенсация только КБ.
Если Q СД опт > 0, то вся реактивная мощность компенсируется на СД.

           3.Определение оптимальной расстановки КБ на ВН и НН.

           Делаем подстановку из уравнения ограничения и берем частную производную

           Если QHHK опт < 0, то вся реактивная мощность компенсируется на ВН

Заключительная часть

Новизна данной работы заключается в комплексном подходе к решению задачи компенсации реактивной мощности. Предлагается методика и программа выбора оптимального использования высоковольтных СД для компенсации реактивной мощности и выбора мест подключения конденсаторных батарей в сети электроснабжения промышленного предприятия любой конфигурации.
Таким образом, при рассмотренном уровне стоимости КУ, их установка является экономически целесообразной. В дальнейших исследованиях необходимо определить оптимальную величину нормативного коэффициента эффективности, нормы отчислений на обслуживание КУ, стоимости потребленной электроэнергии.

Список литературы

1. Технико-экономическая эффективность систем электроснабжения про-мышленных предприятий / Овчаренко А.С., Рабинович М.Л. - Киев: Техника, 1977. - 172 с.
2. Ильяшов В.Л. Конденсаторные установки промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 152 с.
3. Методика розрахунків за перетоки реактивної електроенергії між енергопостачальною організацією і її споживачами. - Київ, 1997. - 36 с.
4. Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях. - М: Энергия, 1974. - 72 с.
5. Железко Ю.С. Стратегия снижения потерь мощности и повышения качества электроэнергии в электрических системах // Электричество. - 1992. - № 5. - С. 6-12.
6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С.С. Рокотяна, И.М. Шапиро. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.
7. Методика начисления платы за перетоки реактивной электроэнергии между электропередающей организацией и ее потребителями. - Введ. Мин. топэнерго Украины, приказ № 19 от 17.01.02.
8. Каталог КУ компании "МАТИК-ЭЛЕКТРО".