КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

6.1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ КОМПЕНСАЦИИ

Электротехнологические установки в большинстве своем являются крупными потребителями реактивной мощности. Ее передача по линиям электропередачи и через трансформаторы вызывает значительные потери активной мощности и напряжения. Поэтому при проектировании систем электроснабжения стараются снизить потоки реактивной мощности, устанавливая вблизи потребителей дополнительные источники. Эта мера называется компенсацией реактивной мощности приемников.

Компенсация может быть централизованной, групповой и индивидуальной. Наиболее эффективна индивидуальная компенсация, когда дополнительный источник реактивной мощности устанавливается непосредственно возле крупного потребителя. По ПУЭ все крупные электротермические установки, имеющие коэффициент мощности ниже 0,98, должны комплектоваться системами искусственной компенсации.

Рис. 6.1. Схемы поперечной (а) и продольной (б) компенсации реактивной мощности

Компенсация разделяется на поперечную и продольную. При поперечной компенсации (рис. 6.1, а) источник реактивной мощности подключается параллельно нагрузке, при продольной — последовательно (рис. 6.1, б). Вне зависимости от вида компенсации и технического исполнения источника он должен иметь неизменную мощность Q_C выбираемую из условия достижения требуемого коэффициента мощности нагрузки cosj_н,0, и переменную реактивную мощность DQ_C, значение которой определяется необходимостью иметь стабилизированное напряжение при изменениях потребляемой мощности нагрузки.

Независимо от вида компенсации из условия постоянства активной мощности нагрузки можно получить выражение для постоянного значения мощности источника компенсации.

Действительно,

,

где Q_н — «естественная» реактивная мощность нагрузки при отсутствии компенсации; tgj_н.е — «естественный» tgj. Или

.

Сделаем анализ изменения отклонений напряжения на шинах нагрузки при изменении ее мощности, при этом пренебрежем активным сопротивлением линии, что вполне допустимо для сетей с напряжением выше 1 кВ.

Потеря напряжения в линии при протекании по ней реактивной мощности

,

где U_л, U_н — напряжения в начале линии и на нагрузке; х_л — реактивное сопротивление линии.

Для отклонения напряжения на нагрузке имеем

,

где Sк — мощность КЗ на шинах печной подстанции.

На это отклонение напряжения настраивается режим напряжения сети таким образом, чтобы напряжение на шинах подстанции нагрузки было номинальным. Однако изменение режима потребления (особенно по реактивной мощности) меняет уровень напряжений, причем возникающие отклонения или колеба­ния напряжения зависят от схемы компенсации.

Поперечная компенсация. Из схемы рис. 6.1, а) видно, что если пренебречь изменением U_н при изменении Q_н, мощность Q_C0 не изменится и изменение потока мощности по линии определится лишь DQ_н. Тогда

,

где DQ_*н = DQ_н / Q_н — относительное изменение реактивной мощности нагрузки; V₀ — отклонение напряжения при отсутствии компенсации, %.

Если учесть, что при U_н»const DQ_*н =DI_*н, получим

, или .

Следовательно, отклонение напряжения на шинах печной подстанции при поперечной компенсации определяется лишь отклонением мощности нагрузки и не зависит от мощности компенсирующего устройства. В реальной практике использования электрических печей V_е,к может достигать больших значений, далеко выходящих за пределы допустимых.

Для компенсации этих отклонений необходимо синхронно с изменением Q_н искусственно менять мощность компенсирующего устройства так, чтобы отклонения напряжения не выходили за пределы допустимых V_доп.

Тогда

или

.

В зависимости от быстродействия устройства компенсации последние могут использоваться либо только для устранения отклонений напряжения, либо для компенсации колебаний напряжения при резкопеременной нагрузке.

Продольная компенсация. При продольной индивидуальной компенсации (рис. 6.1, б) напряжение на шинах подстанции U_н будет отличаться от напряжения на печном трансформаторе U_п из-за емкостной составляющей потери напряжения на емкости устройства компенсации (УПК):

.

Это свидетельствует о том, что напряжение на трансформаторе выше, чем на шинах подстанции.

Рассмотрим, как реагирует напряжение на шинах подстанции на изменение реактивной нагрузки. В отличие от поперечной компенсации при изменении мощности нагрузки будет меняться и мощность УПК, причем пропорционально квадрату тока нагрузки, т. е.

.

Тогда

Учитывая ,

получаем

или

.

Отсюда имеем:

.

На трансформаторе напряжение U_П тоже будет меняться:

,

где

,

или

.

Учитывая, что DQ_*н = DI_*н + V_п.к.п, имеем

.

Из анализа полученных выражений следует, что отклонения и колебания напряжения при продольной компенсации существенно меньше аналогичных при поперечной компенсации, причем это различие возрастает с увеличением степени компенсации. Поэтому продольная компенсация в значительной степени гасит колебания напряжения при колебаниях нагрузки, что в большинстве случаев позволяет обойтись без регулирования емкости УПК.

6.2. Фильтро–компенсирующие и