Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

регулирования и работающих в продолжительном режиме (насосы, компрессоры, вентиляторы), рекомендуется при­ менять синхронные двигатели.

Для большинства предприятий реактивные нагрузки получаются высокими и коэффициент мощности низким. Характерным примером ухудшения коэффициента мощ­ ности служит изменение состава нагрузок в металлурги­ ческих предприятиях. Широкое применение систем ДГД с ведущими синхронными двигателями ранее снимало проблемы, связанные с компенсацией реактивных нагру­ зок, в то время как переход на питание электроприводов от ртутных, а затем от тиристорных преобразователен значительно увеличил реактивные нагрузки с резкопере­ менным режимом.

11-3. КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК

Для выбора компенсирующих устройств прежде всего необходимо определить расчетную компенсирующую мощ­ ность Qi, в соответствии со значениями реактивной мощ­ ности, которую предприятие может получить из энерго­ системы Ооист-

«Руководящие указания по повышению коэффициента мощности в установках потребителей электрической энер­ гии» 1961 г. задавали нормативные значения средневзве­ шенного коэффициента мощности, полученного по пока­ заниям счетчиков активной и реактивной энергии за расчет­ ный период (месяц) в зависимости от схемы электроснаб­ жения, которые предприятия должны были обеспечить: при питании на генераторном напряжении — 0,85; при питании от сетей 35—110 и 220 кВ с двумя ступенями трансформации — 0,93 и при трех ступенях трансформа­ ции — 0,95. Практика показала, что при высоком зна­ чении средневзвешенного коэффициента мощности вели­ чина его чаще всего оказывается низкой в часы максимума нагрузки энергосистемы. Это нарушает баланс реактивных мощностей и затрудняет работу генераторов электростан­ ций, которые вследствие этого не могут выдать полную мощность в момент максимума. Сами предприятия в погоне за высоким значением средневзвешенного коэффициента мощности держат включенным компенсирующие устрой­ ства в часы малых реактивных нагрузок, что ведет к повы­

399

шению напряжения, перегоранию ламп и другим ущербам. Кроме того, «Руководящие указания» 1961 г. при определе­ нии оптимальной мощности конденсаторов, которые необхо­ димо устанавливать в сети напряжением до 1 000 В, учи­ тывали только разницу в удельной стоимости конденса­ торов разных напряжений. Между тем при установке конденсаторов напряжением до 1 000 В сокращается не только мощность, а часто и число трансформаторов. Кроме того, для присоединения конденсаторов напряже­ нием выше 1 000 В требуется оборудованная линия, удель­ ная стоимость которой значительно возрастает с умень­ шением мощности батареи конденсаторов.

В переработанных «Указаниях по компенсации реак­ тивной мощности в распределительных сетях» основными исходными данными для определения мощности компен­ сирующих устройств QK в распределительных сетях являются предельные величины реактивной мощности (?сист> которые по техническим условиям могут быть пере­ даны потребителю из энергосистемы в режиме наибольших активных нагрузок и в режиме наименьших реактивных нагрузок системы. '

Если Qx — реактивная нагрузка предприятия в часы максимума активных нагрузок системы, которая может не совпадать по времени с максимумом нагрузки пред­ приятия, а предельная величина реактивной мощности от системы — QcHCTi то мощность компенсирующих устройств, Мвар,

Компенсирующие устройства снижают потери электро­ энергии и увеличивают пропускную способность систем электроснабжения. При неравномерном суточном графике реактивной нагрузки мощность компенсирующих устройств должна регулироваться, так как иначе в часы минимальных нагрузок напряжение будет повышаться, что ведет к пере­ калу ламп и другим ущербам. На рис. 11-1 представлен пример работы конденсаторной батареи в четырех режи­ мах — без регулирования и с различными видами регу­ лирования мощности. Из рисунка видно, что при посто­

и повышение напряжения. Таким образом, режим работы компенсирующих устройств должен определяться не только задачами снижения потерь энергии на передачу реактив­

400

ной мощности и повышения пропускной способности сетей и трансформаторов, но также задачей поддержания опти­ мального уровня напряжения в сети.

Рис. 11-1. Графики потребляемой реактивной мощности и компенсации ее конденсаторными установками.

а — регулирования нет, конденсаторы постоянно включены; 1 — по­

требляемая реактивная мощность; 2 — реактивная мощность, которую компенсируют установки; 3 — реактивная мощность в результате иерекомпенсации; 4 — напряжение в результате компенсации; б — одно* ступенчатое автоматическое регулирование по времени суток; в — одноступенчатое автоматическое регулирование по напряжению; г — многоступенчатое автоматическое регулирование по току нагрузки.

Для компенсации реактивной мощности в промпредприятиях применяются: а) конденсаторы; б) синхронные двигатели и генераторы; в) синхронные компенсаторы;

401

г) компенсационные преобразователи; д) статические источ­ ники реактивной мощности (ИРМ); е) синхронные генера­ торы и двигатели в качестве синхронных компенсаторов.

При заданной мощности компенсирующих устройств QK в первую очередь должны быть использованы конден­ саторы (по возможности напряжением до 1 000 В, затем —

компенсаторы. Ртутные и кремниевые преобразова­ тельные подстанции должны снабжаться компенсационными преобразователями. По мере развития полупроводниковой техники должны получить широкое применение статичес­ кие ИРМ.

В отдельных случаях при большой неравномерности суточного графика реактивных нагрузок на время макси­ мума возможно применение менее экономичных компен­ сирующих устройств. Например, использование синхрон­ ных генераторов местных электростанций в качестве ком­ пенсаторов, что должно быть подтверждено технико-эко­ номическим расчетом и разрешено энергосистемой.

11-4. СТАТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Наибольшее распространение в промпредприятиях получили конденсаторы. Они выпускаются на напряжения 220, 380 и 660 В трехфазными и на напряжения 1,05; 3,15; 6,3; 10,5 кВ — однофазными. Мощность единицы трехфазных конденсаторов напряжением до 1 000 В состав­ ляет 4—50 квар в зависимости от напряжения и габарита. Однофазные конденсаторы напряжением выше 1 000 В имеют мощность 10—75 квар в единице. Мощность конден­ саторов пропорциональна квадрату напряжения, что сле­ дует учитывать при расчетах уровней напряжения сети «? = СОCU2-10-3 квар).

Конденсаторы включаются в сеть параллельно элек­ троприемникам, вследствие чего такая компенсация носит название п о п е р е ч н о й (параллельной) в отличие от п р о д о л ь н о й , при которой конденсаторы вклю­ чаются в сеть последовательно.

Конденсаторы имеют маркировку: буква К обозначает косинусный силовой конденсатор для повышения cos ср; буква М обозначает пропитку минеральным маслом; буква С соответствует пропитке синтетическим соволом; цифрами обозначается габарит конденсатора и напряже-

402

пне. Например, KMII-0,38 — косинусный, с пропиткой минеральным маслом, II габарита, напряжением 380 В.

Применение совола улучшает объемные характерис­ тики за счет увеличения диэлектрической проницаемости

в2 раза по сравнению с масляной пропиткой, повышает надежность. Недостаток соволовых конденсаторов состоит

внеобходимости иметь температуру окружающей среды не ниже —10 °С, в то время как масляная пропитка рабо­ тает при —40 °С. -

Потери электроэнергии в конденсаторах составляют 4.5 Вт/квар при напряжении до 1 000 В и 3—3,5 Вт/квар — при напряжении 1,05 кВ и выше (0,45 и 0,3%). Поскольку потери пропорциональны квадрату напряжения, конден­ саторы чувствительны к перенапряжениям и перегревам, при которых они быстрее выходят из строя.

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение заряда, примерно равное амплитуде напряжения сети в момент отключения, что по условиям безопасности тре­ бует применения разрядных устройств. В качестве послед­ них при напряжениях до 1 000 В применяются лампы накаливания (2 X 220 В в сети 380 В), а в установках выше 1 000 В — трансформаторы напряжения.

Конденсаторы собираются в комплектные конденса­ торные установки ККУ, собираемые в шкафах с аппара­ тами защиты и управления, измерительными приборами и разрядным устройством. В приложении II приведены данные таких установок на напряжение 380 В, 6—10 кВ, 50 Гц.

На фасаде шкафа старой серии (рис. 11-2) установлены три амперметра, сигнальная лампа, шесть ламп разрядного сопротивления и кнопка управления. На шкафах новой серии дополнительно устанавливаются вольтметр и пере­ ключатель на автоматическое и ручное управление (рис. 11-3, 11-4). Три амперметра необходимы для контроля работы трехфазных конденсаторов напряжением до 1.05 кВ включительно, с плавкими предохранителями внутри кожуха на каждой секции. По мере выхода из строя отдельных секций при внутреннем пробое изоляции предо­ хранители перегорают, так что конденсаторы получаются с «тающей мощностью», несимметричной по фазам, что необходимо контролировать.

Описанные установки ККУ предназначены для г р у п ­ п о в о й компенсации реактивных нагрузок и размещаются в цеховых сетях, если помещения цехов не опасны цо по-

403

жару или взрыву и не имеют агрессивной среды; в против­ ном случае ККУ устанавливаются для ц е н т р а л и з о ­ в а н н о й компенсации в электропомещениях.

Возможна также и н д и в и д у а л ь н а я компенсация, когда конденсаторы наглухо подключаются к обмоткам от­ дельных электродвигателей или трансформаторов и ком­ мутируются вместе с ними. Она может применяться для электроприводов длительного режима достаточной мощ­

ности. Мощность конденсаторов в этом случае выбирается по реактивной мощности холостого хода.

При люминесцентных и ртутных лампах типа ДРЛ, имеющих cos ср = 0,55, блок из конденсаторов подклю­ чается к автоматам групповой сети; разрядные сопротив­ ления устанавливаются на конденсаторах.

Комплектные установки КУ и КУН 6—10 кВ собираются из однофазных конденсаторов мощностью по 25—75 квар, соединенных в треугольник. Кроме шкафов с конденса­ торами, для групповой защиты имеется вводной шкаф с предохранителями и двумя однофазными трансформато­ рами напряжения в качестве разрядного устройства. В этом же шкафу размещается ошиновка схемы треугольника для включения конденсаторов. Ячейка ввода питается

405

кабелем от ячейки КРУ на РП, где установлена аппара­ тура защиты, управления и измерения.

соответственно требуемой мощности.

Включение и отключение конденсаторов сопровож­ дается значительными толчками токов переходных про­ цессов, что требует запаса не менее 50% по номинальному току автомата или масляного выключателя . Для полу-

Рпс. 11-4. Конденсаторная установка УК-11-1200Т с вводом в сред­ нюю часть.

чения большей мощности батареи собираются из соответ­ ствующего числа КУ и включаются одним выключателем на РП. Если требуется ступенчатое регулирование мощ­ ности батареи, то КУ включаются отдельным выключа­ телем.

Батареи мощностью более 1 000 квар с общим объемом масла более 600 кг требуют устройства маслосборников и устанавливаются в специальных помещениях с вентиля­ цией, рассчитанной на отвод тепла от конденсаторов.

Предельной мощностью батарей конденсаторов напря­ жением 6—10 кВ следует .считать примерно 10 Мвар, при которой возникает необходимость сравнения вариан­ тов применения синхронного компенсатора или конден­ саторной батареи.

406