Компенсация реактивной мощности в электрических сетях общего назначения напряжением до 1000 В

К сетям напряжением до 1000 В. на промышленных предприятиях подключается большая часть потребителей реактивной мощности. Коэффициент мощности нагрузки низкого напряжения не превышает 0,8. Сети напряжением 380-660 В электрически более удалены от источников питания, поэтому передача реактивной мощности в сети низкого напряжения требует увеличения сечений проводов и кабелей, повышения мощности силовых трансформаторов и сопровождается потерями активной и реактивной мощностей. Затраты, обусловленные перечисленными факторами можно уменьшить или даже устранить, если осуществляется компенсация реактивной мощности непосредственно в сети низкого напряжения.

Источниками реактивной мощности в сети низкого напряжения являются синхронные двигатели напряжением 380-660 В. и конденсаторные батареи. При решении задачи компенсации реактивной мощности требуется установить оптимальное соотношение между источниками реактивной мощности низкого напряжения и высокого напряжения, принимая во внимание потери электрической энергии на генерацию реактивной мощности источниками низкого напряжения и высокого напряжения, потери электрической энергии на передачу QMAX.T из сети высшего напряжения в сеть низшего напряжения и удержание трансформаторной подстанции в случае загрузки их реактивной мощностью.

Выбор оптимальной мощности низшего напряжения батареи конденсаторов осуществляют одновременно с выбором цеховой трансформаторной подстанции. Расчетную мощность низшего напряжения батареи конденсаторов округляют до ближайшей стандартной мощности комплектных компенсирующих устройств. Основные технические характеристики нерегулируемой низшего напряжения батареи конденсаторов приведены в таблице, а регулируемые по току и напряжению.

Для каждой цеховой трансформаторной подстанции рассчитывают возможность распределения найденной мощности ПБК в цеховой сети. Критерием целесообразности такого решения является снижение приведенных затрат, обусловленное разгрузкой сети низшего напряжения от реактивной мощности.

Сущность cos φ.

Текущий коэффициент мощности в каждый момент времени:

,                                                (2. 8)

где и  - соответственно активная, кажущаяся и реактивная мощности в момент временник , кВт, кВ*А, квар..

Активная и реактивная мощности предприятий изменяются не только в течении длительных промежутков времени (суток, месяцев), но и в течении одной производственной смены.

Значение коэффициента мощности в момент времени ti наиболее точно определяется по фазометру. При отсутствии фазометра cos φ определяется одним из следующих способов:

1.                 двумя трехфазными ваттметрами или одним ваттметром с переключателем, изменяющим в некоторый момент времени P и Q определяет значение

,                                                            (2. 9)

затем по tg φ находится в таблице соответствующий ему

cos φi;

2.                 двумя ваттметрами измеряется активная мощность Р1 и Р2 и определяется

,                                                    (2. 10)

где Р1  и Р2 - показания ваттметра для фаз А и С соответственно;

3.                 амперметром, вольтметром и трехфазным ваттметром измеряют ток, напряжение и активная мощность. Затем находят

,                                                          (2. 11)

 где I, U и Р - соответственно действующие значения тока, напряжения и мощности, одновременно определяемые по приборам, А, кВ, кВт.

Оптимальный коэффициент мощности cos φ соответствует оптимальному

,

где РМ , QЭ - активная и реактивная мощности.

Расчет и выбор компенсирующего устройства.

                                                           (2. 12)

                                                (2. 13)

                                       (2. 14)

                                    (2. 15)

                                                          (2. 16)

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Как и синхронные генераторы, они являются основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии от электростанций к потребителям.

С помощью трансформаторов осуществляется повышение напряжение до величин (110, 220, 330, 500 кВ.), необходимых для линий электропередач энергосистем, а также многократное ступенчатое понижение напряжений до величин, применяемых непосредственно в приемниках электроэнергии (10; 0,3; 0,66; 0,38; 0,22; 0,127 кВ.).

Для компенсации потерь напряжения в электрических сетях повышающие трансформаторы имеют высшее напряжение на 10 % выше номинального напряжения сети, а понижающие трансформаторы – низкие напряжения на 5-10 % выше номинального напряжения сети. В зависимости от числа обмоток трансформаторы делят на двух - и трехобмоточные. Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными: мощностью, токами первичной и вторичной обмоток, потерями холостого хода, потерями короткого замыкания, напряжением короткого замыкания и током холостого хода, а также группой соединения.

Напряжением короткого замыкания трансформатора называется напряжение, которое необходимо подвести к одной из обмоток при замкнутой накоротко другой, чтобы в последней протекал ток номинальный.

Током холостого хода называется ток, который при номинальном напряжении устанавливается в одной обмотке при разомкнутой другой.

Группой соединения называется угловое (кратное 30 °) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями обмоток трансформатора.

Под номинальной следует понимать нагрузку, равную номинальному току, который трансформатор может нести непрерывно в течение всего срока службы при номинальных температурных условиях. Для всех трансформаторов в зависимости от условий эксплуатации определяется резервом трансформаторной мощности, графиком нагрузки и температурой окружающей среды, могут быть допущены перегрузки.

В обмотках и в стали магнитопровода трансформатора, включенного под нагрузку выделяется значительное количество теплоты. Чтобы поддерживать температуру нагрева трансформатора в указанных пределах, необходимо в течение срока эксплуатации трансформатора непрерывно отводить выделяющуюся в нем теплоту в окружающее пространство, т.е. эффективно охлаждать трансформатор.

Из условия

.

Выбираем один трансформатор, т.е. .

Рассчитываем мощность, необходимую для выбора трансформатора:

                                                              (2.17)

Предполагаем к установке трансформатор типа ТСЗ – 630/10

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки:

                                                       (2.28)

Рисунок 2. Схема подключения цеховых трансформаторов.

2.4 Выбор схемы и напряжения ТП

Для получения наиболее экономичного варианта электроснабжения предприятия в целом напряжение каждого звена системы электроснабжения должно выбираться, прежде всего, с учетом напряжения смежных звеньев. Выбор напряжений основывается на сравнении технико-экономических показателей различных вариантов в случаях, когда:

1)                от источника питания можно получать энергию при двух напряжениях или более;

2)                при проектировании электроснабжения предприятий приходится расширять существующие подстанции и увеличивать мощность заводских электростанций;

3)                сети заводских электростанций связывать с сетями энергосистем.

Предприятие при выборе вариантов следует отдавать варианту с более высоким напряжением даже при небольших экономических преимуществах (не превышающих 10-25%) низшего из сравниваемых напряжений.

Для питания крупных и особо крупных предприятий следует применять напряжение 110, 150, 220, 330 и 500 кВ. На первых ступенях распределения энергия на таких крупных предприятиях следует применять напряжения 1000, 150 и 220 кВ.

Напряжение 35 кВ в основном рекомендуется использовать для распределения энергии на первой ступени средних предприятий при отсутствии значительного числа электродвигателей напряжением выше 1000 В, а также для частичного распределения энергии на крупных предприятиях, где основное напряжение первой ступени равно 110-220 кВ. В частности, напряжение 35 кВ можно применять для полного или частичного внутризаводского распределения электроэнергии при наличии:

а) мощных электроприемников на 35 кВ (сталеплавильных печей, мощных ртутно-выпрямительных установок и др.);

б) электроприемников повышенного напряжения, значительно удаленных от источников питания;

в) подстанций малой и средней мощности напряжением 35/0,4 кВ, включенных по схеме «глубокого ввода».

Напряжение 10 кВ необходимо использовать для внутризаводского распределения энергии:

а) на предприятиях с мощными двигателями, допускающими непосредственное присоединение к сети 10 кВ;

б) на предприятиях небольшой и средней мощности при отсутствии или незначительном числе двигателей на 6 кВ;

в) на предприятиях, имеющих собственную электростанцию с напряжением генераторов 10 кВ.

Напряжение 6 кВ обычно применяют при наличии на предприятии:

а) значительного количества электроприемников на 6 кВ;

б) собственной электростанции с напряжением генераторов 6 кВ.

Системы электроснабжения разделяют на систему внешнего электроснабжения (воздушные линии от подстанции энергосистемы до главной понизительной подстанции ГПП или распределительного пункта ЦРП) и систему внутреннего электроснабжения (распределительной линии от ГПП или ЦРП до цеховых трансформаторных подстанций).

Схемы внешнего или внутреннего электроснабжения выполняют с учетом особенностей режима работы потребителей, возможностей дальнейшего расширения производства, удобства обслуживания и т.д.

В данном курсовом проекте питание механического цеха осуществляется кабелем, который соединен с алюминиевыми шинами. Через них осуществляется питание силового трансформатора, который защищен от токов короткого замыкания автоматическим выключателем. Магистральная сеть 0,4 кВ выполнена магистральным шинопроводом, который запивается от ввода 0,4 кВ трансформатора при помощи блока «трансформатор-магистраль». От магистрального шинопровода через кабели питаются два распределительных шинопровода, которые защищены от токов короткого замыкания и токов перегруза автоматическими выключателями. Распределительный шкаф питается от магистрального, он защищен от токов короткого замыкания и токов перегруза автоматическим выключателем. Электроприемники запитываются через алюминиевые провода. Они защищены от токов короткого замыкания и токов перегруза автоматическими выключателями.

2.5 Расчет токов короткого замыкания

В электрических установках могут возникать различные виды короткого замыкания, сопровождающиеся резким увеличением тока. Поэтому электрическое оборудование, устанавливаемое в системах электрического снабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов.

Основными причинами возникновений этих коротких замыканий в сети могут быть: повреждения изоляции от частей электрических установок; направленного действия обслуживающего персонала; перекрытия токоведущих частей установки.

Короткие замыкания в сети может сопровождаться: прекращением питания потребителей, присоединенных к точкам в которых произошло короткое замыкание; нарушением нормальной работы других потребителей, подключенные к поврежденным участкам сети, вследствие уменьшения напряжения на этих участках; нарушением нормального режима работы энергосистемы.

Для предотвращения короткого замыкания, уменьшение их последствий необходимо: устранить причины, вызывающие короткое замыкание; применить быстродействующие выключатели; применить АРН для быстрого восстановления напряжения генераторов; правильно вычислить величины токов короткого замыкания и по ним выбрать необходимую аппаратуру, защиту и сортировать средства для ограничения токов короткого замыкания.

В современных мощных электроустановках ударные токи короткого замыкания достигают очень больших значений. Возникающие при этом механические усилия между отдельными токоведущими частями машин, аппаратов и элементов распределительных устройств способны вызвать значительные повреждения.

Поэтому для надежной работы электрической установки все её элементы должны обладать достаточной динамикой, устойчивостью против этих максимальных механических усилий при возникновении ударного тока.

В мощных электрических установках токи короткого замыкания достигают больших величин, что электрическое оборудование электростанций и подстанций, а также сечение кабелей приходится выбирать не по условиям нормального режима, а из условия обеспечения устойчивости их при коротком замыкании, применение электрооборудования и кабелей, рассчитано на большие токи короткого замыкания, приводят к значительному увеличению затрат на сооружение электрических установок и их сетей.

Рисунок 3. Расчетная схема и схема замещения.

Определяем сопротивление всех элементов схемы:

Источник:

                                                            (2. 29)

Кабельные линии:

                                                      (2. 30)

Трансформатор:

                                                      (2. 31)

Определяем токи короткого замыкания в заданных точках:

                                                                (2. 31)

                                                           (2. 32)

                                                  (2. 33)

                                                               (2. 34)

                                                          (2. 35)

                                                      (2. 36)

Определяем ударные токи в заданных точках:

                                                          (2. 37)

                                                        (2. 38)

Определяем мощность короткого замыкания в заданных точках:

                                                      (2. 39)

                                                     (2. 40)

2.6 Расчет и выбор распределительной сети 0,38 кВ.

2.6.1 Расчет и выбор защитной аппаратуры.

Выбираем выключатель к распределительному шинопроводу ШРА-1.

                                                            (2. 41)

                                                           (2. 42)

                                             (2. 43)

                                   п = 10

Выбираем выключатель ВА 51-39.

Выбираем выключатель к распределительному шинопроводу ШРА-2.

                              п = 10

Выбираем выключатель ВА51-39

Выбираем выключатель к распределительному щиту.

                                                 п = 10  

Выбираем выключатель ВА 51 -39

Выбираем выключатель к распределительному шинопроводу ШРА-2.

Страницы: 1, 2, 3