Поперечная и продольная компенсация

Продольная компенсация реактивной мощности — физический смысл и техническая реализация

С целью повышения эффективности работы уже существующих линий электропередач, а так же для улучшения их пропускной способности, применяют устройства продольной компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день обилие разнообразных генерирующих источников различной мощности, как и высоковольтных линий, особенно тех, что передают электроэнергию на большие расстояния, приводит к возрастающему спросу на повышение не только надежности энергосистем в целом, но и на улучшение их экономичности.

Есть два пути, позволяющих увеличить пропускную способность линий электропередач, первый из которых — увеличение непосредственно сечений линий, а второй — использование схем продольной компенсации реактивной мощности. Второй путь — продольная компенсация реактивной мощности, — оказывается более экономичным способом достижения поставленной цели как для межсистемных, так и для внутрисистемных связей.

Известно, что при передаче по проводам реактивной мощности, имеют место значительные падения напряжения и возрастания тока в участках электрических сетей, и это создает ограничения для передачи полезной, активной мощности.

Продольная компенсация реактивной мощности предполагает дополнительное включение конденсаторов последовательно с нагрузкой через вольтодобавочный или разделительный трансформаторы, что позволяет достичь автоматического регулирования напряжения в зависимости от текущей величины тока нагрузки.

Конечно, при продольной компенсации неизбежны и аварийные режимы, причинами которых могут стать:

расшунтирование конденсаторов, могущее вызвать перенапряжение;

повреждения конденсаторов изнутри.

Чтобы избежать повреждений от резкого повышения напряжения конденсаторы в такие моменты должны автоматически шунтироваться высоковольтным выключателем или мгновенно разряжаться через искровой промежуток.

Так как конденсаторы для продольной компенсации реактивной мощности включаются последовательно в цепь переменного тока, то через них течет полный ток линии, и следовательно, ток короткого замыкания, в случае возникновения такового, тоже потечет через них.

Для увеличения пропускной способности, продольная компенсация применяется в высоковольтных линиях, чем обеспечивает устойчивость энергосистем, которые включают в себя эти линии.

При продольной компенсации ток конденсатора равен текущему через него полному току нагрузки I, и мощность батареи конденсаторов Q является величиной переменной, зависящей от нагрузки в каждый конкретный момент времени. Эту реактивную мощность можно вычислить по формуле:

И поскольку мощность на конденсаторах в процессе продольной компенсации не остается постоянной, то и напряжение повышается на величину, которая оказывается пропорциональна изменению реактивной нагрузки данной линии, то есть напряжение на конденсаторах так же отнюдь не постоянно, как это имеет место при поперечной компенсации реактивной мощности.

Сегодня пользуются большой популярностью переключаемые установки емкостной продольной компенсации. Такие установки применяются с целью снижения влияния индуктивной составляющей реактивного сопротивления трансформаторов тяговых сетей и тяговых подстанций на напряжение, прикладываемое к токоприемнику электровоза. Здесь, как говорилось выше, последовательно с токоприемником включается емкость.

На российских тяговых подстанциях монтируют данные установки в отсасывающую линию, в которой установка продольной компенсации служит для повышения напряжения, предотвращения эффекта опережения или отставания фаз, получаются симметричные напряжения с равными токами в плечах питания, снижается общий класс напряжения для рабочего оборудования, а конструкция установки упрощается.

На приведенном рисунке показана схема, где изображена лишь одна секция конденсаторов продольной компенсации, которых на самом деле несколько, подключенных параллельно между собой.

Напряжение на низковольтные обмотки трансформаторов Т1 и Т2, соединенных последовательно, подается от одного ряда конденсаторов через тиристорный ключ и ограничительный резистор. При этом высоковольтные обмотки данных трансформаторов соединены встречно, и при сквозном коротком замыкании напряжение на конденсаторах растет.

В момент, когда напряжение достигает уставки, тиристорный ключ срабатывает, и тут же зажигается дуга трехэлектродного разрядника. Когда вакуумный контактор включается, дуга в разряднике гаснет.

К достоинствам таких установок продольной компенсации относятся:

симметричное напряжение на шинах;

снижение колебаний напряжения и повышение его уровня на электроприемниках.

тяжелые рабочие условия для конденсаторов установки в сравнении с поперечной компенсацией, поскольку ток короткого замыкания тяговой сети протекает через конденсаторы, и здесь нужна надежная сверхбыстродействующая защита;

перегрузка конденсаторов в опасных режимах: вынужденном, аварийном, послеаварийном.

Чтобы достичь лучшего эффекта от компенсации реактивной мощности, следует применять регулируемые установки с совместной работой продольной и поперечной компенсации.

К преимуществам применения установок продольной компенсации в целом относятся:

увеличение передаваемой по линии мощности;

повышение стабильности работы энергосистем при пиковых нагрузках;

значительное снижение потерь активной мощности;

повышение качества электроэнергии в сетях;

высокая экономичность распределения мощности в параллельных линиях;

исчезает необходимость возведения генерирующих источников на удаленных территориях;

межсистемные сечения и технические параметры линий не нуждаются в увеличении.

Главное экономическое достоинство применения устройств продольной компенсации заключается в энергосбережении. Мало того, что повышается качество электроэнергии, так еще и количество линий электропередач может быть снижено, если применяется продольная компенсация реактивной мощности. Защита окружающей среды становится естественным следствием внедрения данной технологии, особенно в крупных масштабах.

Смотрите так же:  Доплата неработающим военным пенсионерам на детей

Стоимостные показатели установок таковы, что новая линия электропередач обходится в 10 раз дороже, чем устройство продольной компенсации, дающее ту же пропускную способность. В итоге окупаемость такой системы составляет лишь несколько лет, по сравнению с традиционными ЛЭП.

Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.

Указания написаны в соответствии с курсом «Электропередачи, сети и системы», читаемом для студентов специальности 100400. В них изложены основные сведения о порядке проведения лабораторных работ, краткие методические указания по изучению соответствующих разделов курса, а также контрольные вопросы для лучшего закрепления знаний студентов. Данная разработка может использоваться студентами дневного и вечернего отделений. Указания подготовлены на кафедре ЭПП и Г.

Продольная компенсация.

Продольной называется компенсация индуктивности линий, которая реализуется путём включения последовательно в линию ёмкостного сопротивления. Это сопротивление компенсирует индуктивное сопротивление линии, вследствие чего в ней уменьшаются потери напряжения.

Рассмотрим случай линии с нагрузкой (рис. 9.3). Продольная и поперечная составляющие падения напряжения для рассматриваемой линии определяются выражениями:

При заданном векторе фазного напряжения у потребителя U напряжение на источнике питания определяется вектором U (точка А). Если в линию включить последовательно конденсаторы с реактивным сопротивлением Хс , то падение напряжения в реактивном сопротивлении составит I(X-Xc) и составляющие падения напряжения будут равны:

Рис. 9.3 Схема сети и векторная диаграмма с применением продольной компенсации реактивной мощности линии.

Требуемое напряжение на источнике питания теперь будет равно вектору U’, определяемому при Хс Х) потеря напряжения будет близкой к нулю и U=U. Значение Хс при этом будет:

Реактивное сопротивление конденсаторов в этом случае компенсирует не только индуктивное сопротивление линии, но и падение напряжения на активном сопротивлении.

Мощность конденсаторов определяют:

где I – максимальный ток линии.

Вопросы для самопроверки.

1. Для чего производится компенсация реактивной мощности на предприятии?

2. Перечислите методы естественной компенсации реактивной мощности.

3. Каким образом происходит искусственная компенсация реактивной мощности?

4. Укажите типы компенсирующих устройств. Отметьте достоинства и недостатки каждого вида.

5. Определите порядок выбора компенсирующего устройства.

Дата добавления: 2015-08-26 ; просмотров: 1152 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Треугольник ОМА

Поперечная и продольная компенсация

Поперечная и продольная компенсация

Повышение коэффициента мощности нагрузки с помощью источников реактивной мощности позволяет увеличить пропускную способность линий, повысить активную нагрузку трансформаторов без увеличения их полной мощности. При поперечной компенсации реактивной мощности наряду со снижением тока нагрузки следует отметить снижение потерь активной мощности, повышение уровня напряжения в сети и снижение его потерь в отдельных элементах системы электроснабжения. Наиболее целесообразно подключать конденсаторы как можно ближе к приемникам и потребителям электроэнергии и уменьшения потерь в питающей их сети.

При продольной компенсации реактивной мощности конденсаторы включают последовательно с нагрузкой через разделительный или вольто-добавочный трансформаторы. Продольная компенсация обеспечивает автоматическое регулирование напряжение в зависимости от тока нагрузки. Однако при продольной компенсации, возникают аварийные режимы. Причинами их могут оказаться феррорезонансные колебания, перенапряжения при расшунтировании конденсаторов, внутренние повреждения конденсаторов. Если в схеме питания возникает резкое повышение напряжения, то конденсаторы должны быть немедленно разряжены через искровой промежуток и зашунтированы высоковольтным выключателем.

Конденсаторы при продольной компенсации включаются в цепь последовательно, поэтому через них проходит полный ток линии, в том числе и ток короткого замыкания. Продольная компенсация применяется на линиях высоких напряжений, прежде всего, для устойчивости энергосистемы и для увеличения пропускной способности линий. Поскольку при продольной компенсации ток конденсатора Iк равен проходящему через него полному току нагрузки I, то мощность конденсаторных батарей Qк1 , кВар, является переменной величиной (зависит отнагрузки):

Так как мощность конденсаторов при продольной компенсации изменяется, то уровень напряжения повышается не на постоянную величину, как это происходит при поперечной, а на величину, изменяющуюся пропорционально изменению реактивной нагрузки линии.

Технические эффекты компенсации реактивной мощности.

Применение компенсации реактивной мощности позволяет достичь следующих эффектов:

1. снизить ток в передающих элементах сети , что приводит к уменьшению сечения сетей, где Qi-реактивная мощность до компенсации, Qк- мощность компенсирующих устройств;

2. уменьшить полную мощность , что снижает мощность трансформаторов и их число;

3. уменьшает потери активной мощности , следовательно и мощность генераторов на электростанциях.

Уменьшение потерь мощности (энергии) в линиях и трансформаторах при уменьшении реактивных нагрузок.

Потери активной мощности в трехфазной линии при симметричной нагрузке

(1)

где Р, Q, S- активная, реактивная и полная мощность нагрузки линии; I- линейный ток; U — линейное напряжение; r-активное сопротивление лини. Потери мощности в линии можно рассматривать как сумму потерь от активной нагрузки Pa и реактивной нагрузки Рр.

Смотрите так же:  Исковое заявление об определении места жительства ребенка при раздельном проживании родителей

При уменьшении реактивное нагрузки уменьшается главным образом Рр, а уменьшением Ра можно пренебречь, т.к. при включении конденсаторов для целей компенсации реактивных нагрузок активные нагрузки можно считать в первом приближении не зависящим от реактивных. Тогда при снижении значений реактивной нагрузки от Q1 до Q2 уменьшение потерь в линии равно:

(2)

где (Q1-Q2)=Qc – мощность конденсаторов, включенных параллельно нагрузке в цепях компенсации части реактивной нагрузки линии.

Потери от реактивной нагрузки, приходящиеся на 1 кВар ее, равны

(3)

Разделим левую и правую части выражения 2 на Qс , получим уменьшение потерь активное мощности, конденсаторов (удельный эффект, в отличие от общего эффекта, определяемого выражением 2):

(4)

При постепенном увеличении мощности конденсаторов от нуля до Q реактивная нагрузка уменьшается . При этом каждый следующий кВар конденсаторов дает все меньшее и меньшее снижение потерь мощности. При условии 2Q1c дальнейшая установка конденсаторов вызывает не уменьшение, а увеличение потерь активной мощности. В этом случае имеем дело с отрицательным эффектом включения конденсаторов.

Продольная и поперечная компенсация

Включение в качестве компенсирующего устройства батарей компенсаторов (БК) позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети, обеспечивают поперечную компенсацию (шунтовые БК).

В этом случае БК, генерируя реактивную мощность, повышает коэффициент мощности сети и одновременно регулирует напряжение. Поскольку уменьшаются потери, напряжение в сети повышено, должно быть предусмотрено отключение части БК, чтобы уровень напряжения не превышал допустимых значений.

При последовательном соединении БК с нагрузкой происходит продольная компенсация, она дает возможность компенсировать индуктивное сопротивление и падение напряжения в линии.

При продольной компенсации через УПК протекает большой ток короткого замыкания и напряжение на конденсаторе сильно возрастает. Необходима защита УПК от перенапряжения. На промышленных предприятиях возможны следующие виды компенсации:

1) индивидуальная, с размещением конденсаторов у электроприемников;

2) групповая, с размещением конден-ров у силовых шкафов и на шинопроводах;

3) централизованная, с подключением БК к шинам подстанции:

185.238.139.36 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Поперечная компенсация

В качестве источников Q использ. синхр. компенсаторы и статич. конденсаторы

Синхр. компенсаторы- СД облегченной конструкции без нагрузки на валу (Достоинства:

полная регулировка Q) Большинство СК имеют большую инерционность и не позволяют колебаний напряжения, обладают значит. стоимостью и сложны в эксплуатации, имеют потери акт. мощности.

Статич. компенсаторы- батареи конденсаторов, более надежны и экономичны. Бывают регулируемые и не регулируемые. Наиболее часто использ. конденсаторные батареи с дискретным регулированием, путем подключения и отключения контакторами. Такие конд. батареи только для компенс. отклонения напряжения, а не его колебаний.

При выборе конкретной схемы подключения попер. компенсации необходимо учитывать:

1) Чем ближе подключена конд. батарея к самой ЭТУ, тембольшая часть её Эл.оборудования разгружается от Q

2) Мощность батареи пропорциональна , поэтому её необходимо включать на наибольшее напряжение

3) При выборе конкретной схемы производится технико-экономич. анализ

В установках руднотермических, ДСП, индукционных пром. частоты и др. печей широко распространено прямое включение конденсаторных батарей на стороне ВН печного тр-ра (рис. а). Однако схема не разгружает печной тр-р от реактивной мощности. Этот недостаток устраняется в других схемах. (схема б) требует установки доп. тр-ра, а в (схеме в) заменяется двухобмоточный тр-р на трехобмоточный.

Емкостное сопротивление постоянной части конд. батареи рассчитывается следующим образом

— коэф. трансформации

— Номин. напряжение к которому подключена конд. батарея

— требуемый угол на нагрузке

— естесв. угол на нагрузке без компенсирующих устройств

Расчет производится для поднятия Cosφ до требуемой величины

Сопротивление переменной части конд. батареи для поднятия уровня напряжения на нагрузке

— отклонение напряжения при отсутствии компенсации в %

— допустимое отклонение напряжения в %

Недостатки попер. компенсации:

1) при вкл. и откл. конд. батарей, а также при коммутации её секций возникают толчки тока и перенапряжения из-за наличия колебательного контура, образованного емкостью и индуктивностью сети тр-ра. Все это требует установки доп. токоограничит. реакторов, Это снижает срок службы конденсаторов.

Конденсаторные батареи могут включаться либо непосредственно в рассечку цепи на высоком или промежуточном напряжениях (а и б)

Либо через повышающий тр-р на вторичной стороне печного тр-ра (в).

Установка продольной компенсации повыш. напряжение на нагрузке. Для руднотермических печей это увеличение достигает 30-50%, это позволяет повысить максимально достижимую акт. мощность. Реактивная мощность пропорциональна

Поэтому при изменениях мощности нагрузки, а следовательно и тока происходит частичная автоматич. компенсация колебаний напряжения, поэтому устр-ва продольной компенсации использ. для крупных потребителей с резко переменной нагрузкой.

Смотрите так же:  Как узнать задолженность на земельный налог

Возможность возникновения резонансных явлений и появление перенапряжений, особенно резко они проявляются при наличии В токе нагрузки высших гармоник.

Сопротивление для устройств продольной компенсации расчит. след. образом.

Конд. батарею с выбирают для поднятия Cosφ, а для компенсации отклонений и колебаний напряжения емкостные сопротивления конд. батареи должно быть равно

— допустимый ток нагрузки конд. батареи

Вопрос № 40. Автономный резонансный инвертор с диодами встречного тока в режиме удвоения частоты. Схема. Временные диаграммы. Принцип действия. Достоинства и недостатки. Коммутация тиристоров.

Вопрос №41. Выбор питающего ИКП электропечного трансформатора. Определение глубины проникновения тока в металл.

Предварительная оценка сечения магнитопровода печного трансформатора

Исходя из предположения, что напряжение индуктора печи равно электродвижущей силе индуктора печи , и используя известные выражения (5.1.1, 5.1.2, 5.1.3, 5.1.4, 5.1.5), определяется поперечное сечение магнитопровода печного трансформатора (5.1.6).

, (5.1.1)

, (5.1.2)

, (5.1.3)

, (5.1.4)

, (5.1.5)

где – полная мощность индукционной канальной печи, В×А;

– ЭДС индуктора канальной печи, B;

– межвитковое напряжение в индукторе, В;

– частота питающей сети, Гц. Все индукционные канальные печи работают при частоте 50 Гц, поскольку достаточно высокий электрический КПД системы индуктор – канал может быть обеспечен на этой частоте при любом удельном сопротивлении расплавляемого металла и выполнении условия ( — радиальный размер канала печи, — глубина проникновения тока в расплавленный металл);

– число витков индуктора;

– магнитный поток в магнитопроводе печного трансформатора, Bб;

– магнитная индукция в магнитопроводе печного трансформатора, Тл (Тл = Bб/м 2 ).

Допустимую величину магнитной индукции В в магнитопроводе печного трансформатора ввиду тяжелых условий работы принимают меньшей, чем в обычных силовых трансформаторах. Например, для электротехнической стали 1511 величина Тл;

– ток в индукторе, А;

– плотность тока в индукторе, А/м 2 . При воздушном охлаждении индуктора плотность тока не должна превышать 4 МА/м 2 , а при водяном охлаждении должна быть не более 20 МА/м 2 ;

– поперечное сечение проводника индуктора, м 2 ;

– поперечное сечение магнитопровода печного трансформатора, м 2 .

На основании опыта проектирования и эксплуатации индукционных канальных печей и с учетом качества материала межвитковой изоляции индуктора межвитковое напряжение в индукторе печного трансформатора принимается 6 – 7 В на один виток на малых печах и 12 – 20 В на один виток – на больших печах [8].

По [3] межвитковое напряжение принимается 7 – 10 В на один виток.

Таким образом, ориентировочное значение величины сечения магнитопровода печного трансформатора может изменяться в довольно широком диапазоне

. (5.1.6)

, м 2 .

Расчет поперечного сечения магнитопровода печного трансформатора

При введении дополнительных коэффициентов и обозначений поперечное сечение магнитопровода определяется по выражению

, м 2 , [1] (5.2.1)

где — коэффициент, зависящий от конструкции трансформатора печи;

— коэффициент, зависящий от отношения массы стали печного трансформатора к массе меди обмотки индуктора.

Входящие в выражения для определения коэффициентов С и величины и обозначают соответственно длину одного витка индуктора и общую длину магнитопровода (всех стержней и ярем) в метрах.

При расчете приняты значения плотности электротехнической стали , кг/м 3 , плотности меди обмотки , кг/м 3 , что соответствует коэффициенту 0,51 в определении коэффициента С. Исходя из практических результатов, принято для однофазного броневого трансформатора , для стержневого трансформатора , для трехфазного трансформатора ; для трехфазного броневого пятикернового .

При принудительном воздушном охлаждении индуктора ; при водяном охлаждении для печей, плавящих медь, алюминий и цинк ; для печей-накопителей чугунолитейных цехов .

Площадь сечения стержня печного трансформатора с учетом межлистовой изоляции

, м 2 , (5.2.2)

где — коэффициент заполнения сталью [5].

Значения в зависимости от толщины стального листа и от вида изоляции приведены в табл. 5.2.1.