CC BY
205
УДК 621.316
ТЕРОВАНЕСОВ М.Р., к.т.н. доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта),
ЛИТВИНОВА Е.А., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта),
ТАРАНОВ С.В., заведующий лабораторией (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Вопросы компенсации реактивной мощности
Terovanesov M.R., PhD in Technical Sciences, Associate Professor (DRTI), Litvinova E.A., Senior lecturer (DRTI), Taranov S.V., head of laboratory (DRTI)
The issues of compensation of reactive power
Постановка проблемы
Одним из основных вопросов, связанных с повышением качества электроэнергии в сетях, решаемых как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации систем
промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающий выбор целесообразных источников, расчет и регулирование их мощности, размещение источников в системе электроснабжения. Рациональная
(оптимальная) компенсация реактивной мощности в промышленных
электросетях включает в себя широкий комплекс вопросов, направленных на повышение экономичности работы электроустановок, улучшение качества потребляемой электроэнергии,
включает методы выбора и расчета компенсирующих устройств, исходя из условий выполнения заданий энергосистемы. Важными и до конца не решенными являются вопросы определения рациональной и безопасной эксплуатации и защиты. Выбор рациональной компенсации
реактивной мощности приводит к снижению потерь мощности, к обеспечению надлежащего качества потребляемой электроэнергии за счет регулирования и стабилизации уровня напряжений в электросетях,
достижению высоких технико-экономических показателей работы электроустановок.
Анализ публикаций
Вопросы качества электроэнергии являются предметом изучения многих ученых и научных школ ([1], [2], [4]). Вместе с тем особые трудности связаны со сложностью и необходимостью изменения методов измерений. Это связано, в частности, с влиянием случайного характера изменений нагрузок, что, в свою очередь, требует применения статистических приборов и соответствующей обработки
получаемой информации, что затруднительно в сетях промышленных предприятий.
Цель работы
Целью настоящей статьи является разработка практических рекомендаций по рациональной компенсации реактивной мощности для повышения эффективности использования
электрической энергии в сетях электроснабжения промышленных предприятий.
Основная часть
В заводских условиях, где происходит, например, обработка металла и древесины, цеха оснащены соответственно таким оборудованием, как строгальные, токарные, фрезерные и другие станки. Таких цехов может быть несколько. Помимо нагревательных печей, которые потребляют чисто активную мощность Р,
вышеупомянутые станки имеют в своем составе трехфазные электродвигатели, которые потребляют не только активную мощность, но и реактивную, в частности, индуктивную мощность.
При снижении выработки активной мощности, по сравнению с номинальным значением, возможно увеличение генерирования реактивной мощности сверх номинальной. В этом случае некоторая часть генераторов может переводиться на работу с пониженным коэффициентом
мощности, т. е. с целевым увеличением выработки реактивной энергии. Увеличение же выработки реактивной мощности в режиме наибольших активных нагрузок, за счет снижения генерации активной мощности, экономически нецелесообразно.
Эффективнее, вместо снижения активной мощности генераторов электростанций, применять для выработки реактивной мощности компенсирующие устройства [1, 2].
Компенсация реактивной
мощности - представляет собой одно из наиболее важных и ответственных мероприятий по повышению
энергоэффективности. В комплексе вопросов, посвященных передаче, распределению и потреблению электроэнергии, проблема компенсации реактивной энергии всегда находилась на одном из наиболее важных мест. Правильное решение таких задач в значительной мере предопределяет экономию денежных и материальных ресурсов, повышение качества электроснабжения.
Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива, увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях. И было бы целесообразно устанавливать установки по
компенсации реактивной мощности, поскольку они приносят множество положительных качеств.
Установки по компенсации реактивной мощности приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии.
Вот несколько причин, по которым это происходит [3]:
a) уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы;
b) уменьшение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения;
c) снижение уровня потребления электроэнергии.
При использовании установок существенно снижается нагрузка по сети, увеличивается возможный срок эксплуатации оборудования, возрастает надежность системы питания предприятия в целом. Для современной
техники используются конденсаторы, способствующие долговечности,
надежности и высокому качеству работы установки.
Фазные конденсаторы обладают следующими преимуществами:
1) простая конструкция, которая не требует специального обслуживания;
2) простой монтаж;
3) высокая надежность;
4) низкая стоимость;
5) возможность быстрого и точного подбора величины компенсируемой реактивной мощности;
6) малые удельные потери (высокий КПД);
7) отсутствие шума при эксплуатации.
При нормальных рабочих условиях все электрические
потребители, режим функционирования которых сопровождается постоянным возникновением и исчезновением магнитных полей (например, индукционные двигатели, цеховые станки), забирают от сети не только активную, но и индуктивную реактивную мощность. Эта реактивная мощность необходима для работы оборудования и, в то же время, может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка сети. При передаче тока ненужная реактивная часть должна быть по возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться передать не через сеть общего электроснабжения, а выработать непосредственно в месте ее потребления.
При включении в трехфазную сеть однофазные конденсаторы
напряжением 6 (10) КВ соединяют между собой в треугольник (рис. 1), что по сравнению с соединением в звезду позволяет получить от конденсатора одной и той же емкости в три раза больше реактивную мощность.
Конденсаторная установка
составляется из одного или из нескольких параллельно соединенных конденсаторов, которые образуют батарею. Потребляемая мощность такой батареи определяется
соответствующими расчетами. Число конденсаторов в батарее определяется ее реактивной мощностью и мощностью одного элемента, из которого она состоит. Вся батарея сосредоточена в распределительном устройстве завода. В заводских условиях применяются преимущественно центральная форма компенсации. Батарею статических конденсаторов присоединяют через масляный выключатель к сборным шинам 6 (10) КВ главной понижающей подстанции.
На (рис. 1) приведена схема конденсаторной батареи напряжением 10 КВ. Батарея подключена к сборным шинам электроустановки через высоковольтный выключатель.
Первичные обмотки трансформатора напряжения ТН (трехфазный, трехстержневой) используются в качестве разрядного сопротивления. В цепи каждого конденсатора
установлены предохранители.
Групповую защиту от токов короткого замыкания подключают к
трансформаторам тока.
После вводного выключателя 10 КВ через соответствующие
измерительные трансформаторы
обычно в щитовой завода располагаются счетчики активной и реактивной электроэнергии. В зависимости от показаний счетчиков завод платит деньги предприятию электрических сетей за потребляемую электроэнергию. Но в отличие от бытовых потребителей, оплата идет и за реактивную (индуктивную) мощность, которая, как известно, полезную работу не выполняет. Как известно из курса электротехники, есть средство для уменьшения индуктивной
составляющей - подключение
конденсатора.
а) - с отдельным выключателем, б) - с выключателем нагрузки, ТН - трансформатор напряжения, используемый в качестве разрядного сопротивления для батареи конденсаторов, ЛИ - сигнальные индикаторные лампы.
Рис. 1. Схема включения батарей конденсаторов
После вводного выключателя 10 КВ через соответствующие
измерительные трансформаторы
обычно в щитовой завода располагаются счетчики активной и реактивной электроэнергии. В зависимости от показаний счетчиков завод платит деньги предприятию электрических сетей за потребляемую электроэнергию. Но в отличие от бытовых потребителей, оплата идет и за реактивную (индуктивную) мощность, которая, как известно, полезную работу не выполняет. Как известно из курса электротехники, есть средство для уменьшения индуктивной
составляющей - подключение конденсатора.
Статические конденсаторы
получили широкое применение в промышленных установках для улучшения коэффициента мощности cos а. Отечественные заводы изготовляли
статические конденсаторы на напряжение 6 и 10 КВ. Реактивная мощность такого конденсатора порядка составляет 10 КВАр.
Но при выполнении схем согласно (рис. 1) надо учитывать следующие моменты:
1) после отключения конденсаторов от сети, на их обкладках сохраняется электрический заряд, который может достигать вершины напряжения сети;
2) в момент включения батареи конденсаторов из-за возникновения переходного процесса (см. курс электротехники) происходит бросок тока, который может достигнуть 3^7 кратного значения тока номинальной величины.
Сохранение электрического заряда на зажимах конденсаторов после отключения их от сети опасно для обслуживающего персонала этой
электроустановки, о чем персонал должен быть проинструктирован. Для уменьшения этого электрического заряда конденсаторные батареи снабжаются разрядными
сопротивлениями, которые подключают параллельно конденсаторам. В качестве разрядных сопротивлений могут применяться индуктивные
сопротивления - например, первичные обмотки измерительных
трансформаторов напряжения.
Учитывая переходной процесс, возникающий в момент включения конденсаторов, для батарей статических конденсаторов применяются
выключатели, способные включить ток пускового режима и отключить номинальную мощность батареи. Выключатели, выбранные из условий отключения токов короткого замыкания в месте установки батареи, удовлетворяют этим требованиям. В цепи, питающей конденсаторную батарею, устанавливают максимальную токовую защиту от коротких замыканий. Кроме того в цепи каждого конденсатора высокого напряжения предусматривается индивидуальная защита от токов короткого замыкания, которая выполняется с помощью предохранителей. Их наличие обеспечивает отключение только одного конденсатора, а не всей батареи, при повреждении именно в нем. При токах замыкания на землю более чем 20 А конденсаторные батареи образуют еще защиту от замыкания на землю, если индивидуальные предохранители не защищают от замыканий на землю.
Конденсаторные батареи, как сказано выше, могут быть также подключены к сборным шинам через высоковольтные предохранители и выключатель нагрузки. Наличие последних позволяет осуществить защиту конденсаторной батареи от коротких замыканий и однофазных замыканий на землю. Но выключатели
нагрузки и предохранители могут быть применены только для батареи статических конденсаторов мощностью до 400 КВАР включительно [4].
Следует отметить, что работа в заводских цехах ведется в основном в дневное время - с 8:00 до 17:00 и обеденный перерыв обычно смещен в разных цехах. В ночное время могут оставаться в работе только электрические печи и отопление. Поэтому в ночное время завод практически не потребляет
индуктивную мощность. Если согласно (рис. 1) в ночное время будет включена батарея статических конденсаторов, то произойдет потребление реактивно-емкостной мощности. Поэтому работник завода включает батарею конденсаторов в утреннее время и после окончания рабочего дня отключает ее (для этого служит выключатель Вк).
Возможен вариант
автоматического управления
реактивной мощности потребителя в зависимости от реактивной нагрузки. Для этой цели в качестве датчика предлагается использовать счетчик реактивной энергии, выполненный с упором (рис. 2).
На рисунке: 1) диск из изоляционного материала с прорезью, куда введена механическая пластина датчика; 2) диск счетчика реактивной мощности.
На рис. 3 показана схема автоматического управления
компенсацией реактивной мощности.
При снижении потребления реактивно индуктивной мощности возникает вопрос: «включать ли конденсаторную батарею?» В этом случае целесообразно конденсаторную батарею не включать, так как тариф за потребление реактивно-емкостной
мощности превышает тариф за потребление реактивно-индуктивной мощности.
Контакты датчика
Подключение к нагрузке 1К
Диск из
изоляционного
материала
Рис. 2 - Пример датчика реактивной энергии.
Рис. 3 - Схема автоматического управления компенсацией реактивной мощности
Выводы
Таким образом, вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы. Статические компенсаторы
реактивной мощности являются перспективным средством
рациональной компенсации
реактивной мощности из-за таких положительных свойств:
быстродействие регулирования,
подавления колебаний напряжения, симметрирование нагрузок, отсутствие вращающихся частей, плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть и т.д. Однако эффективность компенсации
определяется возможностью
регулирования величины реактивной мощности. Предложенные
технические решения позволяют частично решить эту проблему и
обеспечить соответствие индуктивной нагрузки и подключаемой
компенсирующей емкостной
составляющей.
Список литературы:
1. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях.- К.: Техшка, 1981. -160 с.
2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей группы Исследовательского Комитета №38 СИГРЭ / Под ред. ИИ. Карташева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 174 с.
3. Минин Г.П. Реактивная мощность. - М.: Энергия, 1978. - 88 с.
4. Геворкян М.В. Современные компоненты компенсации реактивной мощности (для низковольтных сетей). - М.: Додэка-ХХ1, 2003. 64 с.
Аннотации:
Рассмотрены особенности компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях. Проведен анализ
использования конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности. Предложены схемы регулирования генерации реактивной мощности для снижения потерь электрической энергии.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, конденсаторные батареи, электрические сети, промышленные установки.
Features of reactive power compensation at industrial enterprises are considered. The analysis of the use of capacitor banks for reactive power compensation was carried out. The schemes for regulating the generation of reactive power are proposed to reduce the losses of electrical energy.
Keywords: reactive power compensation, capacitor banks, electrical networks, industrial plants.
УДК 534.16
РАДКОВСКИЙ С.А., к.т.н. доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта),
ТРУНАЕВ А.М., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Исследование отклика рельсовой линии на единичное импульсное воздействие
Radkovskiy S.A., PhD in Technical Sciences, Associate Professor (DRTI), Trunayev A.M., Senior lecturer (DRTI)
Investigation of the response of the rail line on a single pulse impact
Постановка проблемы железнодорожной автоматики
применяются специальные датчики
Для обнаружения на участках пути (устр°йства) [1]. Б°льшинств° го них
подвижной единицы в системах имеют °граниченные в°зможн°сти и
