Анализ работы трансформатора для расчета компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ работы трансформатора для расчета компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения

А.Ю. Янкович, И.Н. Шушпанов

При работе большого количества двигательной нагрузки возникает недостаток реактивной мощности, что влечет за собой потребление этой мощности из сети. В таком случае происходит загрузка трансформатора реактивной мощностью. Как правило, автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии, которая фиксирует параметры активной и реактивной мощности, устанавливается на стороне 6 кВ. Нахождение потребления реактивной мощности трансформатором позволит найти параметр потребления реактивной мощности на стороне 0,4 кВ.

Данная статья посвящена исследованию потреблению реактивной мощности трансформатором на основании режимов работы трансформатора.

Ключевые слова - POWER FACTOR; компенсация; АИИС КУЭ; потери; баланс

When a large amount of motor load is used, there appears a lack of reactive power, which entails the consumption of this power from the network. In this case, the transformer gets absorption of reactive power. Normally, an automatic information and measuring system of commercial accounting of electric energy, which records the parameters of active and reactive power, is installed on the 6 kV side. The determination of the reactive power consumption by the transformer will allow to find the parameter of the reactive power consumption on the 0.4 kV side.

The report goes about the study of the use of reactive power by transformer based on the operating modes of the transformer.

Key words - POWER FACTOR; compensation; Automatic information and measuring system of commercial accounting of electric energy; loss of power; balance

Котельная является неотъемлемой частью каждого промышленного предприятия. Котельная также является потребителем второй категории и поэтому данный энергообъкт предприятия необходимо обеспечить бесперебойностью электроснабжения, так как она является источником тепловой энергии, сжатого воздуха и горячей воды. Для производства подобного рода энергоресурсов необходима большая двигательная нагрузка. Исходя из приведенных доводов, чтобы обеспечить котельную бесперебойной электрической энергией, необходимо произвести компенсацию реактивной мощности.

Для современных энергосистем характерно широкое применение источников реактивной мощности: синхронных компенсаторов и батарей статических конденсаторов. В подключение этих устройств в сеть способствует поддержанию баланса реактивной мощности и расчетных уровней напряжения в узлах нагрузки. В электрических сетях, питающих промышленные предприятия, ограниченные мощности потребителей обычно приводят к экономической нецелесообразности применения синхронных компенсаторов и в них широко применяются батареи конденсаторов. Представляет большой интерес перспектива применения источников реактивной мощности, характеризующийся плавным изменением реактивной мощности. Для преодоления возникших трудностей такие источники реактивной мощности снабжаются системами автоматического регулирования, которые изменяют величину генерируемой реактивной мощности.

Реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, но она необходима для создания магнитного потока в электрических машинах. Без реактивной мощности электрические машины не могут нормально функционировать.

Недостатки потребления реактивной мощности

Обычно реактивную мощность вырабатывают вблизи потребителя, но когда этого не происходить, то потребление реактивной мощности происходит непосредственно из сети поставщика. Передача реактивной мощности по линиям и через трансформаторы не выгодна по следующим основным причинам:

* Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью

* Возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях районного значения

* Загрузка реактивной мощности ЛЭП и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует дополнительных мероприятий по увеличению пропускной способности сети (увеличение сечений проводов воздушных и кабельных линий, увеличение номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и т.д.) [1].

Компенсация реактивной мощности также необходима для разгрузки элементов системы электроснабжения и исключение необходимости в приобретении нового трансформатора. На рисунке 1 показан пример выработки реактивной мощности на котельной малой мощности питающей небольшой микрорайон.

Рисунок 1 Выработка реактивной мощности на котельной.

Параметр потребления реактивной мощности

В электрических цепях при емкостном характере нагрузки ток опережает напряжение, а при индуктивном наоборот отстает от напряжения. Сети 6кВ в большем своем проявлении имеют активно-индуктивный характер. Для преобразования электрической мощности в механическую работу потребляется только активная мощность. Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы асинхронного двигателя (60-65% от общего потребления реактивной мощности), трансформаторов (20-25%), воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки (10%) [2]. Реактивную мощность необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым снижается нагрузка на проводники, снижаются потери активной мощности и напряжения.

Параметр, определяющий потребление реактивной мощности, называется POWER FACTOR или cos(ц):

(1)

где P активная мощность,

где S полная мощность.

Повышенное потребление реактивной мощности при низких значениях cosц вызывает необходимость увеличения проводов и кабелей в электрических сетях для уменьшения потерь.

Низкий cosц приводит к излишней загрузке передачей реактивной мощности понижающих подстанций на промышленных предприятиях, поэтому приходится увеличивать мощность трансформаторов или их число. Повышенная загрузка сетей реактивным током вызывает понижение напряжения, а резкие значения реактивной мощности - колебания напряжения в сети.

Баланс потребления реактивной мощности

Необходимо также соблюдать баланс реактивной мощности. Нарушение баланса реактивной мощности приводит к отклонению напряжения. Также нужно помнить о том, что нарушение баланса реактивной мощности на границе балансовой принадлежности (в данном случае граница рассмотрена на шине 0,4 кВ) в сторону увеличения от конечного потребителя в энергосистему приводит к ухудшению пропускной способности линии (переток мощности в сторону энергосистемы).

В баланс реактивной мощности по промышленному предприятию обычно входит: в расходную часть - потребление реактивной мощности всеми электроприемниками, потери в сети и электрооборудование подстанций, а в приходную часть - поступление реактивной мощности от энергосистемы, реактивная мощность, генерируемая синхронными двигателями и батареями конденсаторов.

Потребление реактивной мощности трансформатором

АИИС КУЭ обычно устанавливают на стороне 6 кВ и коэффициент мощности определяется только на высокой стороне.

Остается открытым вопрос, как без применения каких-либо приборов для определения параметра потребления реактивной мощности.

Для этого следует отметить, что одним из главных потребителей реактивной мощности является трансформаторы.

Потерями мощности в линии можно пренебречь, так как длина линий не значительна. Еще одним фактором является то, что линии электропередач потребляют активную мощность. Реактивная мощность наоборот генерируется в линиях электропередач.

Трансформаторы - это электромагнитные аппараты, предназначенные для преобразования (трансформации) переменного тока одного напряжения в другое. Основные части трансформатора: магнитопровод, обмотки, бак с маслом, если трансформатор масляный, вводные изоляторы [2].

Реактивная мощность необходима для создания магнитного поля в магнитопроводе трансформатора.

Учитывая, что трансформатор потребляет некоторую мощность, то численное значение потерь мощности можно вычислить исходя из потерь в трансформаторе.

Потери мощности в трансформаторе рассчитываются по формулам:

реактивная мощность трансформатор

(2) (3)

где и активные и реактивные потери в трансформаторе соответственно,

и активные и реактивные потери в стали соответственно,

и активные и реактивные потери в обмотке соответственно,

- коэффициент загрузки трансформатора

Расчет потерь полной мощности в трансформаторе:

(4)

Где - полные потри мощности в трансформаторе.

Коэффициент мощности, которую потребляет трансформатор, определяется по формуле:

(5)

Расчет по стороне 0,4 кВ необходимо вести с учетом потребления реактивной мощности трансформатора по формуле:

(6)

Основные потребители рективной мощности

Основным потребителем реактивной мощности являются двигатели, а в данном случае асинхронные двигатели. При работе асинхронного двигателя под нагрузкой cosц достигает максимального значения при нагрузке, несколько меньше номинальной. При дальнейшем увеличении нагрузки свыше номинальной cosц уменьшается, так как растут магнитные потоки рассеяния, и потребление реактивной мощности увеличивается.

Расчет мощности трансформаторной подстанции определяется суммарной потребленной мощностью всех потребителей, электроснабжение которых выполнено от данной трансформаторной подстанции.

Полная мощность каждой секции находиться путем суммирования расчетной полной мощности отдельных единиц оборудования, которые подключены от секции шин в рабочем режиме. Полная мощность в ремонтном режиме находится путем сложения всех расчетных полных мощностей секций трансформаторной подстанции.

При компенсации реактивной мощности необходимо привести баланс сos ц на стороне 0,4 кВ. Для приведения баланса необходима компенсация реактивной мощности.

Расчет компенсации реактивной мощности:

(10)

где - количество компенсации реактивной мощности,

k - коэффициент реактивной мощности.

При этом не стоит забывать о влиянии загрузки силовых трансформаторов на потребление ими реактивной мощности, которое возрастает по мере снижения коэффициента загрузки трансформаторов [3].

Установка необходимого количества компенсирующих устройств на сборных шинах подстанции собственного расхода ведет к разгрузке сети по реактивной мощности и, следовательно, к снижению потерь активной мощности и напряжения на трансформаторе собственного расхода и в сети высокого напряжения. Данное расположение компенсирующих устройств применяется для существенных промышленных подразделений, одним из которых является котельная [4].

На рисунке 2 представлено схематичное изображение разгрузки сети при установки компенсирующих устройств.

Рисунок 2. Разгрузка сети при установки компенсирующих устройств

Заключение

Исходя из анализа, очевидно, что компенсировать реактивную мощность нужно для улучшения показателей работы двигательной нагрузки и для улучшения пропускной способности линии. Самым оптимальным вариантом для этих целей служит установка конденсаторных батарей для выработки реактивной мощности непосредственно у потребителя.

В соответствии с инструкциями по эксплуатации производителей данный вид электростатического устройства требует регулярного осмотра, поддержание в чистом состоянии. В противном случае существует вероятность выхода из строя путем нагрева и оплавления токоведущих частей со всеми вытекающими последствиями. Такие ситуации могут возникать при нарушении работы автоматических защитных устройств.

Библиографический список

[1] В.М. Глушков, В.П. Грибин. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: М, 1975. «Энергия». 496 с.

[2] В.В. Алексеев, А.А. Гланц, А.П. Жернаков, С.И. Наугольнов. Справочник энергетика геологоразведочных организаций:М, 1981. «Недра». 496 с.

[3] Е.С. Третьякова, В.З. Манусов. Оптимизация реактивной мощности на основе генетического алгоритма. УДК 621.316.11 Научный журнал «Главный энергетик» №1/2015

[4] Шушпанов И.Н. Разработка методов оценки надежности распределительной электрической сети и выбора мероприятий по её повышению// автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.14.02 / Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук. Иркутск, 2013

References

[1] V.M. Glushkov, V.P. Gribin. Compensation of reactive power in electrical installations of industrial enterprises: M, 1975. "Energy". 496 sec.

[2] Alekseev, A.A. Glantz, A.P. Zhernakov, S.I. Naugolnov. Reference book of power engineering of geological exploration organizations: M, 1981. "Nedra". 496 sec.

[3] E.S. Tretyakova, V.Z. Manusov. Optimization of reactive power based on the genetic algorithm. UDC 621.316.11 The scientific journal "Chief Power Engineer" №1 / 2015

[4] Shushpanov I.N. Development of methods for assessing the reliability of the distribution network and the choice of measures to improve it / / Abstract. ... Cand.Tech.Sci .: 05.14.02 / The Institute of Power Systems named after. L.A. Melentieva Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Irkutsk, 2013

Размещено на Allbest.ru