Грунин В.К., Рысев П.В. Электроэнергетика. Графики электрических нагрузок и компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения - файл n1.doc

приобрести
Грунин В.К., Рысев П.В. Электроэнергетика. Графики электрических нагрузок и компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения
скачать (1106 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1106kb.13.09.2012 21:51скачать

n1.doc

  1   2


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»


В.К. Грунин, П.В. Рысев

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
Графики электрических нагрузок и компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения

Омск 2009
УДК

ББК
Рецензенты:


Коврижин Борис Николаевич – к.т.н., доцент, начальник Учебно-производственного центра МУПЭП «Омскэлектро» г. Омска.

Катрич Павел Анатольевич – к.т.н., начальник отдела контроля и учёта электрической энергии ОАО «Омская энергосбытовая компания».


В учебном пособии рассмотрены три раздела по дисциплине «Электроэнергетика». По каждому разделу лабораторные работы для закрепления пройденного материала.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» и направления 140200 «Электроэнергетика» очной, очно-заочной и заочной форм обучения.


СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Графики электрических нагрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1 Теоретические положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.2 Основные характеристики электрических нагрузок . . . . . . . . . . ..7

1.3. Описание лабораторного стенда . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

1.4. Лабораторная работа № 1. Построение графиков электрических нагрузок активной и реактивной мощностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5. Лабораторная работа № 2. Расчет показателей, характеризующих графики электрических нагрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.6. Лабораторная работа № 3. Построение годового графика электрических нагрузок. определение Ти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2. Компенсация перетоков реактивной мощности

в системах электроснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1 Теоретические положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2. Описание лабораторного стенда . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3. Лабораторная работа № 4. Снятие параметров потребления и перетока

реактивной мощности в узлах нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4. Лабораторная работа № 5. Расчет мощности компенсирующих устройств по уровням СЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3. Конструкции и режимы работы распределительных устройств . . . . . . 26

3.1. Лабораторная работа № 6. Назначение и устройство ячеек КРУ . . . . . 26

3.2. Лабораторная работа № 7. Назначение и устройство камер КСО. . . . . 28

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Электроэнергетика (Электроснабжение промышленных предприятий)» является основной дисциплиной специализации для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» и направления 140200.62 «Электроэнергетика».

В соответствии с рабочей программой для закрепления теоретического курса предусмотрено проведение лабораторных работ по следующим разделам: графики электрических нагрузок, компенсация реактивной мощности и конструкции и режимы работы распределительных устройств.

На первом этапе данная дисциплина имеет как теоретический, так и практический характер и посвящена вопросам расчета электрических нагрузок на различных уровнях системы электроснабжения промышленных объектов, а также режимам работы систем электроснабжения.

Выполнение лабораторных работ, работа над отчетами по выполненным работам способствуют более глубокому изучению дисциплины и приобретению практических навыков по выбранной специальности.

Одним из основных разделов в данной дисциплине является раздел «Графики электрических нагрузок». По данному разделу предусмотрено проведение трех лабораторных работ: «Построение графиков электрических нагрузок активной и реактивной мощностей»; «Расчет показателей, характеризующих графики электрических нагрузок»; «Построение годового графика электрических нагрузок и определение времени использования максимальных нагрузок в течении года».

По разделу «Компенсация перетоков реактивной мощности в системах электроснабжения» предусмотрено проведение двух лабораторных работ. Снятие параметров потребления и перетока реактивной мощности в узлах нагрузки и расчет мощности компенсирующих устройств по уровням СЭС.

Раздел «Конструкции и режимы работы распределительных устройств» рассматривает компоновку распределительных устройств электроустановок 6-10 кВ ячейками, предусмотренными для конкретных условий их эксплуатации: КСО либо КРУ. Лабораторные работы по данному разделу предусматривают знакомство с назначением, устройством и комплектующими изделиями этих ячеек.

Предусмотрена возможность работы распределительного устройства в целом, как в нормальном, так и в аварийном и послеаварийном режимах. Студентам предлагается самостоятельно сделать анализ работы электроустановки.

Все лабораторные работы предусматривают отчет по работе и их защиту, которые позволяют закрепить знания по соответствующему разделу дисциплины.

1. ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Для закрепления теоретических знаний студентов по разделу «Графики электрических нагрузок» и приобретения практических навыков по построению графиков электрических нагрузок и их обработке в дисциплине «Электроэнергетика (ЭсПП)» предусмотрены три лабораторных работы:

– Построение графиков электрических нагрузок активной и реактивной мощностей;

– Расчет показателей графиков электрических нагрузок;

– Построение годового графика электрических нагрузок, определение времени использования максимальных нагрузок в течении года (ТИ).
1.1. Теоретические положения
Графики электрических нагрузок характеризуют потребление электроэнергии: отдельными электроприемникам, группой электроприемников, отделением цеха, цехом или объектом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий основными величинами являются: активная мощность Р, реактивная мощность Q, полная мощность S и ток I. Кривые изменения мощностей и тока во времени называются графиками нагрузок соответственно по активной мощности, реактивной мощности, полной мощности и току. Графики нагрузок подразделяются на индивидуальные – для отдельных электроприемников и групповые – для групп электроприемников (рис. 1.1).



Риc. 1.1. Графики нагрузок активной мощности:

1 – индивидуальный график нагрузок р1(t); 2 – то же р2(t);

3 – групповой график нагрузок P(t)=p1(t)+р2(t).
Индивидуальные графики необходимы для определения нагрузок отдельных мощных электроприемников (электрических печей, преобразовательных агрегатов главных приводов прокатных станов и т.п.).

При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются групповые графики нагрузок.

Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной мощности предприятием, правильно и рационально выбрать элементы системы электроснабжения, а также рационально спроектировать схему СЭС.

По продолжительности графики нагрузок предприятий различаются по их временному интервалу (за смену, сутки, месяц, квартал, год).

В практике проектирования наибольшее применение находят суточные

(рис. 1.2) и годовые графики (рис. 1.3).



Рис. 1.2. Суточный график нагрузки промышленного предприятия
По суточным графикам активной мощности можно построить годовой график активной мощности по убыванию максимумов – годовую упорядоченную диаграмму нагрузок.

Рис. 1.3. Годовой график активной нагрузки объекта
1.2. Основные характеристики электрических нагрузок
Паспортная мощность индивидуального электроприемника (рпас) – его мощность, указанная на табличке завода-изготовителя или в паспорте ЭП.

Номинальная активная мощность (рН) – это мощность ЭП, потребляемая из сети при его номинальной нагрузке, при которой он должен работать длительное время в установившемся режиме без превышения допустимой температуры.

Номинальная реактивная мощность ЭП (qн) – реактивная мощность, потребляемая им из сети при номинальной активной мощности и номинальном напряжении.

Под средней мощностью понимается средняя нагрузка за наиболее загруженную смену. Эта нагрузка является важной величиной для расчета нагрузок и выбора элементов системы электроснабжения.

Коэффициент использования активной мощности индивидуального ЭП () или группы ЭП () есть отношение среднего значения потребленной активной мощности индивидуальным ЭП () или группой ЭП () за наиболее загруженную смену к его (их) активной номинальной мощности ( или ).

Коэффициент спроса – это отношение потребляемой (в условиях эксплуатации) или расчетной (при проектировании) мощности к номинальной мощности группы ЭП. Коэффициент спроса применяется только для групповых графиков и при числе ЭП в группе n >5. Коэффициент спроса позволяет определить потребленную нагрузку. Потребленная нагрузка является определяющей величиной при выборе элементов системы электроснабжения. Потребленные нагрузки называют также расчетными и они являются основными величинами при проектировании систем электроснабжения.

Коэффициент максимума () по мощности есть отношение максимальной нагрузки за определенный промежуток времени к средней за тот же промежуток времени. Коэффициент максимума характерен для группового графика нагрузок.

Коэффициент формы графика представляет собой отношение среднеквадратичной нагрузки (Рск) к средней (Рср) и характеризует неравномерность графиков нагрузки.

Коэффициент заполнения графика нагрузки является величиной, обратной коэффициенту максимума. Поэтому он также характеризует форму графика нагрузки и используется главным образом для определения нагрузки потребителей с продолжительным режимом работы.

Коэффициент активной мощности узла нагрузки (cos ?) есть отношение активной мощности (Р) к полной мощности (S) данного узла.

Коэффициент реактивной мощности узла нагрузки (tg ?) есть отношение реактивной мощности (Q) к активной мощности (Р) данного узла.

1.3. Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд моделирует работу системы электроснабжения объекта, схема которой изображена н и на лицевой панели стенда (рис. 1.4). По этой схеме получает питание группа электроприемников. Временные интервалы и величины потребления активной и реактивной мощностей отображаются цифровым прибором, установленным на лицевой панели стенда.

Рис. 1.4. Лабораторный стенд «Графики электрических нагрузок»
Стенд разработан с целью предоставления исходных данных для построения графиков электрических нагрузок на базе генератора случайных чисел.

В зависимости от задания на стенде можно моделировать различные режимы работы потребителя (односменный, двухсменный, трехсменный). Изменение режимов работы (по заданию преподавателя) осуществляется с помощью трехпозиционного переключателя «Режим», расположенного на лицевой панели стенда.

Для включения лабораторного стенда и подачи напряжения на схему необходимо включить выключатель «Включение». Контроль подачи напряжения осуществляется с помощью сигнальной лампы, встроенной в выключатель, и сигнальным светодиодом «Сеть». После включения схема переходит в режим готовности, о чем сигнализирует светодиод «Готовность».

Для выполнения лабораторной работы необходимо нажать кнопку «Пуск». После этого электронная схема стенда переходит в режим автоматического выполнения программы лабораторной работы, светодиод «Готовность» начинает мигать и на цифровых индикаторах отображаются текущее временя (в часах), значения активной и реактивной мощностей за данный промежуток времени. В течение каждого временного интервала отображения одного показания высвечивается случайная комбинация сигнальных светодиодов зеленого цвета, моделируя включения отдельных электроприемников.

Временной интервал, в течение которого отображается одно показание, равен двум минутам (в масштабе соответствует одному часу). Общее время цикла работы программы одной лабораторной работы составляет 48 минут.

После окончания времени отображения последнего показания все цифровые индикаторы и светодиоды гаснут (кроме светодиода «Сеть») и схема лабораторного стенда возвращается в режим готовности, загорается светодиод «Готовность», далее, при необходимости, нажатием на кнопку «Пуск» выполнение лабораторной работы можно повторить.

При необходимости, для прерывания выполнения лабораторной работы предусмотрена кнопка «Сброс», после нажатия которой схема стенда вернется в режим готовности. Также в любой момент времени можно обесточить схему стенда отключением выключателя «Включение».
Правила техники безопасности при работе на лабораторном стенде
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

Инструкция по технике безопасности находится в учебной лаборатории 6-141.

Перед включением вводного выключателя В1 силового пункта СП1 и выключателя В3 необходимо предупредить всех студентов, работающих на стендах, о подаче напряжения.

При возникновении неисправностей в работе стенда необходимо отключить стенд и поставить в известность преподавателя, ведущего занятия.
Запрещается:

– производить работы менее чем двумя лицами;

– включать стенд при снятой задней стенке стенда;

– включать стенд без предупреждения всей бригады, работающей на данном стенде;

– оставлять включенным стенд после окончания работ.
В случае нарушения правил техники безопасности при работе на лабораторном стенде бригада удаляется с рабочего места. Повторный допуск к проведению лабораторных работ осуществляется только после пересдачи правил техники безопасности на рабочем месте.

1.4. Лабораторная работа № 1
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЕЙ
Цель работы. Закрепление теоретических знаний студентов по разделу «Графики электрических нагрузок» и приобретение практических навыков по построению графиков электрических нагрузок активной и реактивной мощностей.
В процессе эксплуатации графики нагрузок строятся по снятым показаниям измерительных приборов на действующей установке, как правило, через равные интервалы времени t (полчаса или час). Для удобства последующей обработки графики строятся ступенчатыми, считая нагрузку в интервале времени одной ступени (t) неизменной и равной средней нагрузке за указанный интервал [1].

По построенным графикам нагрузок можно судить о режиме работы объекта (односменный, двухсменный или трехсменный).

На рисунках 1.5, 1.6 и 1.7 приведены характерные суточные графики активной и реактивной мощностей нагрузки с временными часовыми интервалами для трех различных режимов работы условного предприятия.
Рис. 1.5. Суточный график активной и реактивной мощностей
нагрузки предприятия, работающего в односменном режиме
При односменном режиме работы на графике (рис.1.5) имеет место характерный всплеск нагрузки, соответствующий времени рабочей смены, с 7 до 15 час в сутки.



Рис. 1.6. Суточный график активной и реактивной мощностей
нагрузки предприятия, работающего в двухсменном режиме
При двухсменном режиме работы на графике (рис. 1.6) всплеск нагрузки длится с 7 до 23 час в сутки.


Рис. 1.7. Суточный график активной и реактивной мощностей
нагрузки предприятия, работающего в трехсменном режиме
На трехсменном графике (рис. 1.7) нагрузка на протяжении всех суток.

Ориентируясь по этим признакам, можно, по любому реальному суточному графику нагрузки предприятия, определить, в каком режиме это предприятие работает.

Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы
1. Ознакомиться с описанием лабораторного стенда.

2. Включить лабораторный стенд выключателем «Включение». При этом загорится светодиод «Сеть».

3. Согласно заданию преподавателя, с помощью переключателя «Режим» установить необходимый режим работы объекта.

4. Начать выполнение лабораторной работы нажатием на кнопку «Пуск».

5. Снять 24 показания активной и реактивной мощностей нагрузки (время отображения одного показания равно 2 мин., что в масштабе соответствует реальному времени 1 час.). Показания занести в таблицу (табл. 1.1).

6. После завершения 24 часового цикла выключить питание стенда.
Таблица 1.1

Показания приборов

t, ч

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

P, МВт





































Q, Мвар





































t, ч

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

P, МВт





































Q, Мвар






































Порядок оформления работы
1. По результатам измерений (табл. 1.1) построить (в выбранном масштабе) суточные графики активной и реактивной мощностей, принимая продолжительность цикла измерений за сутки с временем осреднения 1 час.

2. Оформить отчет по работе, который должен содержать:

– цель работы;

– схему электроснабжения объекта;

– результаты измерений;

– суточные графики нагрузок;

– вывод по лабораторной работе.
Правила техники безопасности при выполнении работы
Правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы описаны в п. 1.3. Описание лабораторного стенда.

1.5. Лабораторная работа № 2
РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Цель работы. Закрепление знаний студентов по разделу «Графики электрических нагрузок» и приобретение практических навыков по расчету показателей, характеризующих графики электрических нагрузок.
Расчет основных показателей графиков электрических нагрузок

Термины и определения электрических нагрузок приведены в [1, 2, 5].

На стадии проектирования СЭС часто используются не сами графики нагрузок, а характеризующие их величины и коэффициенты [1, 2]. Одной из основных величин для расчета электрических нагрузок и выбора элементов системы электроснабжения является средняя мощность, расчет которой производится по формулам

, , (1.1)

где Pi и Qi – значения активных и реактивных мощностей, кВт и кВ∙Ар, определяемые по графику нагрузки за интервал времени ti, ч.

Средняя нагрузка определяет потери энергии в элементах систем электроснабжения. По известному значению среднего тока (Iср) и коэффициенту формы графика (Кф) потери энергии () за время T в элементе сети с сопротивлением R можно определить по формуле

(1.2)

Так как потери энергии определяют нагрев элементов системы электроснабжения, то среднеквадратичная нагрузка называется эффективной по нагреву. В связи с этим она используется для выбора и проверки силовых трансформаторов.

Среднеквадратичные мощности

, . (1.3)

Коэффициенты использования

, , (1.4)

где Рн и Qн – номинальные мощности (задаются преподавателем), кВт и кВ∙Ар.

Коэффициенты максимума

, (1.5)

где Pм и Qм – максимальные активная и реактивная мощности, кВт и кВ·Ар.

Коэффициенты формы графика

, . (1.6)

Коэффициенты спроса

, . (1.7)

Коэффициенты заполнения графика

, . (1.8)

Коэффициенты активной и реактивной мощностей узла нагрузки

, . (1.9)
Порядок расчёта и оформления лабораторной работы

Используя данные, полученные при выполнении лабораторной работы № 1, рассчитать показатели графиков нагрузки по формулам (1.1); (1.3) – (1.9); по суточному зимнему графику нагрузки выбрать и проверить трансформаторы [5].

Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать:

– цель работы;

– результаты расчета показателей, характеризующих графики нагрузок с приведением исходных данных и расчетных формул; выбор и проверка трансформаторов;

– вывод по лабораторной работе.
1.6. Лабораторная работа № 3
ПОСТРОЕНИЕ ГОДОВОГО ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ЧАСОВ МАКСИМАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ
Цель работы. Закрепление теоретических знаний студентов по разделу «Графики электрических нагрузок». Приобретение практических навыков по построению годового графика электрических нагрузок и расчету числа часов использования максимальных нагрузок ТИ.
Годовой график электрических нагрузок строится в следующей последовательности.

1. Строятся графики активной мощности за характерные сутки (зимний и летний сезоны). При построении годового графика считать, что снятые суточные графики (лабораторная работа №1) являются зимними. В летний период нагрузку принимать равной 80 % от зимней, а в выходные дни нагрузку считать постоянной и равной 10 % от максимума. Для Омского региона продолжительность зимнего периода 213 суток, летнего – 152.

2. По этим графикам определяется максимум активной нагрузки Pм.

3. Определяется годовое число часов Тi работы предприятия с нагрузкой Pi.

Если максимум нагрузки наблюдается только в зимний период, то время Т1 определяется как произведение числа зимних рабочих суток в году на продолжительность работы предприятия с нагрузкой P1 за одни сутки.

4. Строится первая ступень годового графика, имеющая мощность P1 и продолжительность Т1 (рис. 1.8).

Если максимум нагрузки наблюдается как в зимний, так и в летний периоды, то время Тi определяется как сумма произведений числа зимних и летних рабочих суток в году на продолжительность работы предприятия с нагрузкой Pi за одни сутки:

Тi = , (1.10)

где ?tз.i и ?tл.i – продолжительность нагрузки за зимний и летний периоды, ч.

5. По суточным графикам определяется вторая по величине активная мощность P2 и годовая продолжительность Т2 работы предприятия с этой мощностью.

6. Строится вторая ступень годового графика, имеющая мощность P2 и продолжительность Т2.

7. Аналогичным образом строится третья и все последующие ступени годового графика в порядке снижения мощностей.

Суммарная продолжительность годового графика должна составлять 8760 ч.

Число часов использования максимальной нагрузки Tи – это время, в течение которого потребитель, работая с максимальной нагрузкой, потребляет столько же электроэнергии, сколько он потребляет за год при работе по реальному графику [2].

Число часов использования максимальной нагрузки

или , (1.11)

где Tи – число часов использования максимальной нагрузки, ч; Pм – максимальная мощность, кВт, W – активная энергия, потреблённая за год, .

Величина Ти определяет не только электропотребление, но и форму годового графика. Так, при равномерном графике Ти=8760 ч, а при нарушении равномерности графика эта величина снижается.
Порядок выполнения расчетной части работы
1. Пользуясь полученными при выполнении лабораторной работы №1 экспериментальными данными, построить годовой график активной мощности в виде упорядоченной диаграммы по убыванию. Продолжительность каждой ступени графика принимать равной годовому числу часов работы с данной нагрузкой.



2. Определить число часов использования максимальной нагрузки Ти.

3. По значению Ти, заданию преподавателя выбрать сечение проводников [5].

4. Оформить отчет, который должен содержать:

– цель работы;

– годовой график активной мощности электрических нагрузок с приведением расчетных формул и расчетов;

– результаты расчета числа часов использования максимальной нагрузки ТИ;

– выбор сечения проводников;

– вывод по лабораторной работе.
2. КОМПЕНСАЦИЯ ПЕРЕТОКОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для закрепления теоретических знаний студентов по разделу «Компенсации перетоков реактивной мощности в системах электроснабжения» предусмотрено проведение двух лабораторных работ. Работы посвящены приобретению практических навыков по снятию показаний реактивной мощности потребления и перетока в узлах нагрузки, а также расчету мощности компенсирующих устройств по уровням СЭС.
2.1. Теоретические положения
Одна из особенностей режимов работы большинства электроприемников заключается в том, что кроме активной мощности (Р) они потребляют и реактивную мощность (Q). Величина реактивной мощности в трехфазных электрических сетях при условии синусоидальности и симметрии токов и напряжений определяется по формуле

(2.1)

где U – действующее значение линейного напряжения, В; I – действующее значение тока на рассматриваемом участке сети, А; ? – угол сдвига фаз между фазным напряжением и током, град.

Потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, преобразовательные установки, трансформаторы, воздушные линии и т.п.

Значение реактивной мощности характеризует скорость обмена электромагнитной энергии источниками и потребителями электроэнергии [3].

Перетоки реактивной мощности по сети приводят:

- к снижением пропускной способности элементов системы;

- к увеличению потерь мощности и энергии в элементах сети;

- к потерям напряжения в элементах сети;

- к снижению статической устойчивости узлов нагрузки;

- к необходимости увеличения мощности генераторов на электрических станциях для генерации реактивной мощности, вызванной ее перетоками.

Компенсацию реактивной мощности в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям.

Задачей компенсации реактивной мощности является проведение мероприятий, при осуществлении которых реактивная мощность, потребляемая от источника питания, была бы оптимальна для данного узла нагрузки.

Принцип, назначение, способы и средства компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения объекта подробно рассмотрены в курсе лекций [4].

При распределении компенсирующих устройств по узлам нагрузки сети требуется установить оптимальное соотношение между источником и потребителем реактивной мощности, принимая во внимание затраты на:

- потери электроэнергии на генерацию реактивной мощности источниками реактивной мощности;

- потери электроэнергии на передачу реактивной мощности из сети высшего напряжения;

- удорожание цеховых ТП в случае загрузки их реактивной мощностью;

- завышение сечений проводников;

- установку средств компенсации.

Затраты, обусловленные перечисленными факторами, можно сократить, если осуществлять компенсацию РМ непосредственно у потребителя реактивной мощности с низкими коэффициентами мощности ().

Потребляемая реактивная мощность в узле нагрузки (Qпотр) определяется через потребляемую активную мощность (Pпотр) по формуле

, (2.2)

где tg? – коэффициент реактивной мощности узла нагрузки (соответствует
cos ?), о.е.

При определении мощности компенсирующих устройств по уровням СЭС необходимо учитывать потери электроэнергии не только в сетях предприятия, но и в сетях энергосистемы.

Предельное значение коэффициента реактивной мощности в точке присоединения потребителя к электрической сети строго нормируется. Поэтому величина оптимального перетока реактивной мощности от энергосистемы к потребителю задается энергоснабжающей организацией.

Следует отметить, что с точки зрения экономии электроэнергии и регулирования напряжения компенсацию реактивной мощности наиболее целесообразно осуществлять у ее потребителей.

В качестве компенсирующих устройств в сетях до 1 кВ применяются батареи статических конденсаторов (БСК), в сетях 6 (10) кВ могут использоваться синхронные двигатели (СД) или высоковольтные БСК.

Расчет мощности компенсирующих устройств по уровням системы электроснабжения подробно рассмотрен в лабораторной работе № 5.
2.2. Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по теме теоретического курса «Компенсация реактивной мощности».

Лабораторный стенд (рис. 2) моделирует систему электроснабжения объекта.

Рис. 2.1. Лабораторный стенд «Компенсация реактивной
мощности в системах электроснабжения»
Питание нагрузки осуществляется от источника питания напряжением 6 кВ. От шин 6 кВ питаются асинхронный двигатель (АД) и синхронный двигатель (СД). Низковольтная нагрузка получает питание от шин 0,4 кВ через понижающий трансформатор (Т) 6/0,4 кВ. Предусмотрена возможность компенсации перетоков реактивной мощности как в системе питания (6 кВ) регулированием тока возбуждения СД, так и системе потребления (0,4 кВ) переключением ступеней БСК (четыре ступени).

Для снятия показателей электрических нагрузок и перетоков мощности в схему включены показывающие приборы:

- для контроля напряжения на шинах 6 кВ – вольтметр «V1», на шинах 0,4 кВ – вольтметр «V2»;

- для контроля тока в питающей линии 6 кВ – амперметр «А1», в питающей линии 0,4 кВ – амперметр «А2», в цепи нагрузки – амперметр «А4», в цепи блока статических конденсаторов – амперметр «А3»;

- для контроля коэффициента мощности установлены фазометры («cos?») – на шинах 6 кВ («cos?1») на шинах 0,4 кВ («cos?2»).

На стенде можно смоделировать четыре режима работы нагрузки на шинах до 1 кВ с различными значениями потребления реактивной мощности. Переключение режимов работы нагрузки осуществляется переключателем «НАГРУЗКА».

Компенсация перетоков реактивной мощности в сетях 0,4 кВ для различных режимов работы нагрузки осуществляется включением соответствующих ступеней батарей статических конденсаторов (БСК). Включение и отключение ступеней БСК осуществляется с помощью выключателей «QF1», «QF2», «QF3» «QF4».

Нагрузкой на шинах 6 кВ являются асинхронный и синхронный двигатели. Компенсация перетоков реактивной мощности от источника питания (сеть 6 кВ) до нормируемой величины осуществляется регулированием тока возбуждения синхронного двигателя.

Включение стенда для проведения работ.

1. Включить выключатель (В-1) ввода силового пункта (СП-1).

2. Включить трехфазную сеть с линейным напряжением 220 В, питающую стенд, выключателем (В-2).

3. Включить автоматический выключатель «220 В», находящийся на левой боковой стенке корпуса стенда.

Стенд готов для проведения лабораторных работ.

Последовательность дальнейших операций подробно рассмотрена в разделе

«Порядок выполнения экспериментальной части работы».
Правила техники безопасности при работе на лабораторном стенде
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

Инструкция по технике безопасности находится в учебной лаборатории 6-141.

Перед включением вводного выключателя В1 силового пункта СП1 и выключателя В2 необходимо предупредить всех студентов, работающих на стендах, о подаче напряжения.

При возникновении неисправностей в работе стенда необходимо отключить стенд и поставить в известность преподавателя, ведущего занятия.
Запрещается:

– производить работы менее чем двумя лицами;

– включать стенд при снятой задней стенке стенда;

– включать стенд без предупреждения всей бригады, работающей на данном стенде;

– оставлять включенным стенд после окончания работ.
В случае нарушения правил техники безопасности при работе на лабораторном стенде бригада удаляется с рабочего места. Повторный допуск к проведению лабораторных работ осуществляется только после пересдачи правил техники безопасности на рабочем месте.


2.3. Лабораторная работа №4
СНЯТИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ПЕРЕТОКА
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ
Цель работы. Закрепление знаний по разделу теоретического курса «Компенсация перетоков реактивной мощности в системах электроснабжения». Приобретение практических навыков по измерениям потребляемой реактивной мощности в узлах нагрузки и значений ее перетоков от источника к потребителю.
Порядок выполнения экспериментальной части работы
Последовательность включения нагрузки исследуемого объекта.

1. Включить выключатель Q1 (загорается индикаторная лампа Q1). Вольтметр (V1) покажет напряжение на шинах 6 кВ, стрелка фазометра (cos?1) установится на отметке «1».

2. Включить выключатель Q4 (загорается индикаторная лампа Q4). Синхронный двигатель (СД) включен. Вращая ручку регулятора «возбуждение» по показаниям фазометра (cos ?1), добиться значения коэффициента мощности, равного «1», что соответствует значению tg ? = 0.

3. Включить выключатель Q3 (загорается индикаторная лампа Q3). Асинхронный двигатель (АД) включен. По показаниям амперметра «А1» и фазометра (cos ?1) мы наблюдаем индуктивный характер нагрузки.

4. Включить выключатель Q2 (загорается индикаторная лампа Q2). Через понижающий трансформатор (Т) подается напряжение на шины 0,4 кВ. Вольтметр (V2) покажет напряжение 400 В, стрелка фазометра (cos ?2) установится на отметке «1».

5. Включая различные режимы нагрузки (4 режима) в сочетании с включением различных ступеней БСК (4 ступени) по показаниям амперметров «А4», «А3», «А2» и фазометра (cos ?2) мы наблюдаем при различных режимах нагрузки соответствующие режимы компенсации реактивной мощности на шинах 0,4 кВ.

Для выполнения лабораторной работы необходимо (при включенной высоковольтной нагрузке согласно пп. 2 и 3) провести 8 опытов при различных режимах нагрузки на шинах 0,4 кВ и соответствующих им ступеням компенсации перетоков реактивной мощности. При выборе вариантов включения БСК возможно включение одной ступени БСК или их сочетание.

При каждом опыте необходимо поддерживать оптимальную мощность перетока реактивной мощности от источника питания. Для этого регулированием тока возбуждения СД необходимо добиться показаний cos?1 не менее 0,93.

После каждого опыта все результаты измерений занести в таблицу (табл. 2.1).

Опыт № 1. Нагрузка на шинах 6 кВ при включенных Q1; Q4; Q3 и отключенном Q2. Снятие показаний проводить при обязательном выполнении условий 1; 2 и 3 последовательности включения нагрузки.

Опыт № 2. Нагрузка на шинах 0,4 кВ в положении 1. Все ступени БСК отключены.

Опыт № 3. Нагрузка на шинах 0,4 кВ включена в положении 1.

Выборочно включая ступени БСК, добиться максимального значения cos ?2.

Опыт № 4. Нагрузка на шинах 0,4 кВ включена в положении 2. Все ступени БСК отключены.

Опыт № 5. Нагрузка на шинах 0,4 кВ включена в положении 2. Выборочно включая ступени БСК, добиться максимального значения cos ?2.

Опыт № 6. Нагрузка на шинах 0,4 кВ включена в положении 3. Все ступени БСК отключены.

Опыт № 7. Нагрузка на шинах 0,4 кВ в положении 3. Выборочно включая ступени БСК, добиться максимального значения cos ?2.

Опыт № 8. Нагрузка на шинах 0,4 кВ в положении 4. Все ступени БСК отключены.

Опыт № 9. Нагрузка на шинах 0,4 кВ в положении 4. Выборочно включая ступени БСК, добиться максимального значения cos ?2.

Оптимальная мощность перетока реактивной мощности от источника питания к потребителю осуществляется регулированием тока возбуждения СД, при этом необходимо добиться показаний cos ?1 не менее 0,93.

Таблица 2.1.

Результаты измерений

опыта

U1,

кВ

I1,

кА

cos ?1,

о.е.

U2,

кВ

I2,

кА

cos ?2,

о.е.

I3,

кА

I4,

кА

1

























2

























3

























4

























5

























6

























7

























8

























9

























После снятия всех показаний приборов отключить стенд.

Отчет по работе должен содержать а) название и цель работы; б) схему электроснабжения; в) таблицу с результатами опытов; г) заключение.
Общие требования по технике безопасности при выполнении лабораторной работы приведены в п. 2.2. Описание лабораторного стенда.

2.4. Лабораторная работа № 5
РАСЧЕТ ПЕРЕТОКОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И МОЩНОСТИ
КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПО УРОВНЯМ СЭС
Цель работы. Закрепление теоретических знаний по расчету мощности компенсирующих устройств по уровням системы электроснабжения объекта.
В данной работе необходимо произвести расчет:

– нагрузок на шинах 0,4 кВ (опыты 2; 4; 6; 8);

– мощности перетока РМ через трансформатор цеховой ТП (опыты 2; 4; 6; 8);

– мощности КУ на шинах 0,4 кВ (опыты 2; 4; 6; 8);

– нагрузок на шинах 6 кВ (опыт 1);

– мощности перетока РМ от ИП к потребителю (опыты 2; 4; 6; 8).

– мощности КУ на шинах 6 кВ (опыты 2; 4; 6; 8);

При решении задачи компенсации РМ требуется установить оптимальное соотношение между источниками реактивной мощности НН и ВН, принимая во внимание:

- потери электроэнергии на генерацию реактивной мощности источниками реактивной мощности НН и ВН;

- потери электроэнергии на передачу реактивной мощности из сети ВН в сеть НН;

- удорожание цеховых ТП в случае загрузки их реактивной мощностью.

Расчет мощности компенсирующих устройств в СЭС предприятиях обычно производится в два этапа: первый этап – системный расчет реактивной мощности; второй этап – распределение источников реактивной мощности по узлам сети.

При подключении потребителя к электрической сети источника питания напряжением 6 (10) кВ экономическое значение коэффициента реактивной мощности tg ? необходимо поддерживать не более 0,4.

Таким образом, оптимальное (экономическое) значение перетока реактивной мощности от энергоснабжающей организации к потребителю (Qэ) определяется как

Qэ = Pп tg?э, (2.3)

где Pп – потребляемая активная мощность объектом в целом, кВт; tg?э – экономическое значение коэффициента реактивной мощности, о.е.

Суммарная мощность компенсирующих устройств по предприятию в целом (Qку.п.) определяется по формуле

Qку.пр = Qп - Qэ, (2.4)

где Qп – потребляемая реактивная мощность предприятием в целом, кВ·Ар.

Расчет мощности компенсирующих устройств и их установку рекомендуется начинать с узлов нагрузки в сетях до 1 кВ.

После определения мощности компенсирующих устройств в сетях до 1 кВ производится расчет мощности компенсирующих устройств в сетях 6 кВ.
Порядок выполнения расчетной части работы
При каждом опыте по снятым показаниям приборов (лаб. № 3, табл. 2.1) рассчитываются нагрузки на шинах 0,4 кВ:

– потребленная активная мощность (Рп0,4) по формуле
Рп 0,4 = U2I2cos ?2; (2.5)

– потребленная реактивная мощность (Qп 0,4) по формуле

Qп 0,4 = Pп 0,4tg?2, (2.6)

где tg?2 – коэффициент реактивной мощности узла нагрузки на шинах 0,4 кВ (соответствует cos ? данного узла), о.е.;

– потребленная полная мощность (Sп 0,4) по формуле

Sп 0,4 = . (2.7)

Мощности перетока через трансформатор (Т) определяются по формулам

Рпер 0,4 = U2I2cos?2, (2.8)

Qпер 0,4 = Рпер 0,4 tg ?2, (2.9)

Sпер 0,4 = U2I2. (2.10)

Мощность компенсирующих устройств на шинах 0,4 кВ (Qку.0,4 ) определяется по формуле

Qку.0,4 = Рп 0,4 (tg ?2 – tg ?норм), (2.11)

где tg ?2 – реальный коэффициент реактивной мощности, соответствующий
cos ?2, о.е.; tg ?норм – коэффициент реактивной мощности, соответствующий нормируемому cos ?2, о.е.

Нормируемый (оптимальный) cos ? для узла нагрузки рекомендуется принимать равным не мене 0,95–0,96.

По расчетным данным принимается значение мощности компенсирующего устройства в узле нагрузки, ближайшее меньшее по стандартной шкале мощностей статических конденсаторов.

Величина перетока реактивной и полной мощностей через трансформатор (Т) после установки компенсирующих устройств

Qпер 0,4 = Qп 0,4 – Qку.0,4 , (2.12)

Sпер 0,4 = . (2.13)

Все результаты расчетов рекомендуется оформить в виде таблицы 2.2.

При каждом опыте по снятым показаниям приборов (лаб. № 3, табл. 2.1) рассчитываются нагрузки на шинах 6 кВ;

– потребленная активная мощность (Рп 6) по формуле
Рп 6 = U1I1cos?1; (2.14)

Таблица 2.2

Результаты расчетов на шинах 0,4 кВ



опыта

cos?2,

о.е.

tg?2,

о.е.

Рп.0,4,

кВт

Qп.0,4,

кВ·Ар

Sп.0,4,

кВ·А

Qпер.0,4,

кВ·Ар

Qку.0,4,

кВ·Ар

При компенсации

Qпер.0,4,

кВ·Ар

Sпер.0,4,

кВ·Ар

1




























2




























3




























4




























5




























6




























7




























8




























9




























– потребленная реактивная мощность (Qп 6) по формуле

Qп 6 = Pп 6tg?1, (2.15)

где tg?1 – коэффициент реактивной мощности узла нагрузки на шинах 6 кВ (соответствует cos ? данного узла), о.е.;

– потребленная полная мощность (Sп 6) по формуле

Sп 6 = . (2.16)

Мощности перетока от источника питания к потребителю определяются по формулам

Рпер 6 = U1I1cos?1, (2.17)

Qпер 6 = Рпер 6tg?1, (2.18)

Sпер 6 = U1I1. (2.19)
Таблица 2.3

Результаты расчетов на шинах 6 кВ



опыта

cos?1,

о.е.

tg?1,

о.е.

Рп.6,

кВт

Qп.6,

кВ·Ар

Sп.6,

кВ·А

Qпер.6,

кВ·Ар

Qку.6,

кВ·Ар

При
компенсации

Qпер.6,

кВ·Ар

Sпер.6,

кВ·Ар

1




























2




























3




























4




























5




























6




























7




























8




























9




























Мощность компенсирующих устройств на шинах высшего напряжения (Qку.вн) определяется по формуле

Qку. вн. = ?Qку.пр – ?Qку.нн., (2.20)

где ?Qку.пр – суммарная мощность компенсирующих устройств по предприятию в целом, кВ·Ар; ?Qку.нн. – сумма мощностей компенсирующих устройств, реально установленных в сетях до 1 кВ, кВ·Ар.

Если Qку. вн. превышает Qэ, необходимо выполнить компенсацию перетока на шинах 6 кВ.

Компенсация перетока осуществляется регулированием возбуждения синхронного двигателя (режим перевозбуждения) для поддержания Qэ.

Все результаты расчетов рекомендуется оформить в виде таблицы 2.3.

Отчет по работе должен содержать: а) название и цель работы; б) схему электроснабжения; в) результаты расчетов; г) заключение.
3. КОНСТРУКЦИИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1. Лабораторная работа № 6
НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ЯЧЕЕК КРУ

  1   2


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации