Установка компенсирующих устройств вблизи потребителей электроэнергии и автоматическая регулировка сетевого напряжения

АННОТАЦИЯ

В статье представлена схема автоматической регулировки установленных значений напряжения, снижения дополнительных потерь электроэнергии, установки компенсирующих устройств вблизи потребителя электроэнергии.

ABSTRACT

The article presents the scheme of automatic adjustment of the set voltage values, reduction of additional losses of electricity, installation of compensating devices near the consumer of electricity.

Ключевые слова: реактивная мощность, активная мощность, компенсирующее устройство, конденсаторная батарея, коэффициент мощности, отклонение напряжения, автоматическая регулировка, реле минимального напряжения.

Keywords: reactive power, active power, compensating device, capacitor bank, power coefficient, voltage deviation, automatic adjustment, minimum voltage relay.

Реактивная мощность (энергия) – это генерируемая и потребляемая мощность для создания электромагнитных полей, которая не выполняет полезную работу [3, 4].

Долгое время основным нормативным показателем, характеризующим реактивную мощность, является коэффициент мощности:

                                                                                 (1)

Но реальное значение потребляемой реактивной мощности не могло точно показать динамику изменения. В качестве наиболее благоприятного показателя, определяющего взаимосвязь между потреблением активных и реактивных мощностей, был показан коэффициент реактивной мощности [1]:

                                                                                 (2)

Передача реактивной мощности в электрических сетях приводит к дополнительным потерям активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения требуют увеличения номинальной мощности или увеличения числа трансформаторов, уменьшают пропускную способность всей системы электроснабжения

потери активной мощности:

                                                                       (3)

потери напряжения:

                                                                     (4)

где P, Q, S – соответственно активная, реактивная и полная мощность; R и X - активное и реактивное сопротивление элементов электрической сети соответственно; U – напряжение сети.

(3) и (4) выражения показывают, что передача реактивной мощности на большие расстояния приводит к увеличению потерь мощности, снижению пропускной способности электрических сетей и снижению качества электроэнергии.

В нашей стране мероприятия в этом направлении будут проводиться на основании Положения “О порядке организации работ по компенсации реактивной мощности”, зарегистрированного Министерством юстиции от 10 октября 2008 года № 1864, и приказа начальника “Государственной инспекции по надзору в электроэнергетике” от 26 июля 2018 года № 10, о внесении изменений и дополнений в данное положение.

В соответствии с положением нормативная стоимость коэффициента реактивной мощности для Региональных электрических сетей и потребителей, обеспечивающих магистральную электрическую сеть, должна быть определена следующим образом:

Во многих публикациях упоминается, что нецелесообразность передачи реактивной мощности от генераторов электростанций до потребителей[1,2,3]. Производство реактивной мощности у потребителей является эффективным, и они осуществляются с помощью компенсирующих устройств. Регулировка мощности компенсирующих устройств позволяет снизить потребление электроэнергии, экономить на нагрузке, а также выполнять функцию регулировки напряжения.

Изменение напряжения при подключении и отключении компенсирующих устройств происходит следующим образом[2]:

 или                                (5)

где U – межфазное напряжение; X – реактивное сопротивление сети от заданной точки к источнику.

При определении необходимой мощности компенсирующих устройств необходимо учитывать количество реактивной мощности, передаваемой энергосистемой предприятию. В общем, требуется выполнить следующее условие:

                                                                               (6)

где Qх – расчетная (потребляемая) реактивная мощность предприятия; Qэ – реактивная мощность, передаваемая энергосистемой; Qк – реактивная мощность, подлежащая компенсации на предприятии.

Мощность компенсирующих устройств можно определить следующим образом:

                                                                 (7)

где Р_м – активная мощность предприятия при максимальной нагрузке энергосистемы; tgφ_м – коэффициент реактивной мощности, который соответствует Р_м, tgφ_э – коэффициент реактивной мощности, требующий энергосистемы.

Существует несколько способов регулировки мощности компенсирующих устройств: автоматически, с помощью телемеханики и телефонной связи вручную или с помощью диспетчера.

Недостаток метода ручной регулировки в основном зависит от тщательной работы дежурного. А способ настройки через диспетчер прост и надежен, его можно использовать на промышленных предприятиях, которые теле механизируют. Регулировка мощности компенсирующих устройств может осуществляться на основе следующих факторов:

1) регулировка напряжения на шинах подстанции. Это в основном применяется в тех случаях, когда нужно отрегулировать одновременно.

2) регулировка через ток нагрузки. Применяется в устройствах с быстро меняющимся графиком реактивного энергопотребления.

3) регулировка направления реактивной мощности. Применяется в отдельных отделочных подстанциях, расположенных далеко.

4) регулировка по времени суток. Сеть используется в точных и постоянных дневных графиках реактивной нагрузки.

Количество и мощность ступеней управления, последовательность отключения и подключения определяются в зависимости от графика нагрузки предприятия и задания энергосистемы.

Составление схемы автоматической регулировки реактивной мощности зависит от рабочего состояния предприятия. Схема автоматической регулировки, которую мы рекомендуем, в основном эффективна у потребителей, которые подвержены изменениям напряжения. В качестве пускового устройства на этой схеме получается реле с минимальным напряжением КV1. Размыкающий контакт КV1 работает при снижении напряжения в точке включения компенсирующее устройство. В то время как соединительный контакт KV1 работает в цепи отключения, что приводит к увеличению напряжения в сети. При понижении напряжения в сети ниже заданного предела, создается цепь включения контактора компенсирующего устройства, а именно: реле напряжения КV1 срабатывает и замыкает свой контакт КV1 в цепи катушки реле времени КТ1. Реле времени с установленным временем закрывает свой контакт КT1 в цепи кантактора и компенсирующее устройство подключается к сети. После подключения компенсирующего устройства напряжение в сети несколько увеличивается. В основном в качестве компенсирующего устройства используется конденсаторная батарея. При этом, чтобы компенсирующее устройство не отключалось от источника, автоматически изменяется пусковое напряжение при последовательном подключении R_д с дополнительным сопротивлением к катушке КV1. В этом случае реле напряжения КV1 работает, когда напряжение в сети превышает установленное значение. Не допускается превышение напряжения до предельного значения (например, 110% U_н), начинается процесс отключения конденсатора от сети: КV1 реле напряжения запускается и КT2 закрывает собственный контакт в цепи реле времени. Реле времени размыкать свой размикающий контакт KT2 в цепи контактора с установленным временем, а контактор отключает конденсатор от сети.

Рисунок 1. Схема автоматической регулировки сетевого напряжения через устройство компенсации

Приведенная выше схема автоматической регулировки гарантирует, что значение напряжения в точке подключения потребителя находится в диапазоне требований к норме. Это приводит к повышению эффективности производства и надежной работе электрических устройств, изменяя при этом показатель отклонения напряжения, который является одним из основных показателей качества электроэнергии, в положительную сторону.

Список литературы:
1. Беляевский Р. В. Вопросы компенсации реактивной мощности : учеб. пособие [Электронный ресурс] : Кемерово :КузГТУ,  2011. – C.132.
2. Ильяшов В.П.  Автоматическое реrулирование мощности конденсаторных установок. Изд. 2-e, перераб. и доп. ¬– М., «Энергия», 1977. – C.104.
3. Железко Ю.С. Потери электроэнергии, реактивная мощность, качество электроэнергии. ЭНАС, – 2009. – С. 221.  4. Рене  Пелисье.  Энергетические  системы.  –  М.:  «Высшая школа», 1982. – С. 80.