Авторы: Krzysztof Piatek
Источник: Источник: http://www.leonardo-energy.org/webfm_send/2523


Проблемы

Коммутационный щит на 400 В получает питание через трансформатор с номинальной мощностью S=400 кВА и напряжением короткого замыкания e=4,5%. С коммутационного щита подается питание на нагрузку с суммарной активной мощностью, находящейся в пределах от P = 190 кВт до 208 кВт, и коэффициентом мощности, меняющимся в пределах от 0,62 до 0,68. Ток нагрузки подвержен искажениям. Максимальные значения токов, вызванных гармоническими составляющими.

Требуется определить максимальную и минимальную мощность трансформатора для компенсации реактивной мощности до значения коэффициента мощности 0,92. Проверить уровень искажений напряжения, чтобы он поддерживался в пределах допустимых значений, и рассчитать, в случае необходимости, импеданс токоограничивающего реактора.

Для выполнения этих расчетов необходимо пренебречь мощностью короткого замыкания системы питания, сопротивлением деталей и потерями активной мощности компенсирующей схемы. Предполагается, что напряжение источника питания не подвержено искажениям.

Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность, необходимая для компенсации нагрузки, может быть определена на основе баланса реактивной мощности.

Так как значение активной мощности изменяется, то значение коэффициента мощности и реактивной мощности нагрузки также будут переменными. Поскольку нет информации о корреляции между значениями коэффициента мощности и активной мощности, то можно принять к рассмотрению крайние случаи и рассчитать как максимальное, так и минимальное значение мощности компенсации для заданного тангенциального значения. Максимальное значение мощности определяется при максимальной активной мощности и максимальной разнице между тангенциальными значениями, т.е. при минимальном коэффициенте мощности, равном 0,62. Соответственно, минимальное значение мощности определяется при минимальном значении активной мощности и максимальном значении коэффициента мощности, равном 0,68

Таким образом, реактивная мощность компенсирующей схемы имеет некоторое постоянное значени и диапазон регулировки.Так как ток нагрузки имеет искажения, то существует вероятность возникновения резонанса. Более того, пренебрежение сопротивлением приводит к тому, что не учитывается ослабление, вызываемое некоторыми компонентами цепи. Необходимо заметить, что значение вызванного гармониками тока мало по сравнению с номинальным током трансформатора мощностью 400 кВА. Для токов гармонических составляющих высокой частоты конденсаторная батарея и нагрузка образуют параллельную цепь, как это показано на рисунке. где: I(n) - ток источника питания n-й гармоники; Xtr – реактивное сопротивление трансформатора, рассчитанный для первой гармоники; Xc – реактивное сопротивление компенсирующей схемы первой гармоники; n – относительная частота (для основной частоты – порядок гармоники)

В этом случае эквивалентный импеданс (фактическое реактивное сопротивление, предполагая, что активным сопротивлением пренебрегается). Так как реактивная мощность компенсационной схемы меняется, то так же меняется ее реактивное сопротивление, соответственно меняется и резонансная частота. Заменяя значения, можно определить определяем минимальную и максимальную резонансные частоты.

Так как в токе нагрузки присутствует гармоника 7-го порядка, то резонанс может возникнуть, если батарея конденсаторов нагружен с максимальной мощностью. Это приводит к увеличению тока гармоники 7-го порядка и, следовательно, значительным искажениям напряжения в точке общего подключения (на шинах коммутационного щита).

Для проверки возможности работы батареи конденсаторов в таких условиях, необходимо вычислить суммарное значение коэффициента нелинейных искажений напряжения. Резонанс, очевидно, возникнет на частоте nr , равной 7,13, т.е., при максимальной реактивной мощности конденсатора. Зная максимальные значения токов гармонических составляющих, можно определить величину падения напряжения, а, следовательно, можно вычислить суммарное значение коэффициента нелинейных искажений напряжения. В таблице ниже представлены значения, рассчитанные для каждой гармоники. Используя эти значения, можно рассчитать суммарное значение коэффициента нелинейных искажений напряжения.Значение превышает предел в 8%, установленный стандартом EN 50160 для сетей низкого напряжения. Такие сильные искажения напряжения возникают только при максимальной мощности батареи конденсаторов. Поэтому необходимо либо уменьшить мощность, либо включить в цепь токоограничивающий реактор.