Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу «Источники питания электротехнологических установок» для студентов специальности 18.05.00 «Электротехнологические установки и системы»

Саратов 2001

Цель работы: изучение принципа действия и конструкции устройства автоматической компенсации реактивной мощности «Аркон».

1. Основные понятия

Электротехнологические установки (ЭТУ) в большинстве своём являются крупными потребителями реактивной мощности. Её передача по линиям связи через трансформатор вызывает значительные потери активной мощности и напряжения. Поэтому обязательным условием при проектировании ЭТУ является оценка величины реактивной мощности и выбор возможных способов её компенсации.

В зависимости от расположения компенсирующих устройств различают: индивидуальную компенсацию (в случае установки компенсирующего устройства непосредственно на ЭТУ), групповую (в случае установки компенсирующего устройства на совокупность ЭТУ), централизованную (в случае установки компенсирующего устройства на цеховые линии электропередачи или на линию электропередачи предприятия в целом). Все три приведённых способа имеют свои преимущества и недостатки. Так индивидуальная компенсация обеспечивает наиболее эффективную компенсацию реактивной мощности конкретной установки, но имеет низкий коэффициент использования, что не всегда оправдано экономическими показателями. Централизованная компенсация более проста в организации, имеет более высокие экономические показатели, однако отличается низкой эффективностью. Групповая компенсация по своим показателям занимает промежуточное положение.

Принцип действия всех компенсирующих устройств основан на включении в линию электропередачи элементов имеющих реактивное сопротивление (конденсаторных батарей (КБ) или синхронных двигателей). Мощность источника реактивной мощности () определяется зависимостью 1.1.

(1.1).

где: -«естественная» реактивная мощность ЭТУ при отсутствии компенсации;

-«естественный» ; -, определяемый компенсирующим устройством.

Потеря напряжения при протекании по ней реактивной мощности определяется 1.2.

(1.2)

где: -напряжения в начале линии и на нагрузке; -реактивное сопротивление линии.

Для отклонения напряжения на нагрузке:

(1.3)

где: -мощность КЗ на шинах подстанции.

На это отклонение напряжения настраивается режим напряжения сети таким образом, чтобы напряжение на шинах подстанции нагрузки было номинальным. Однако изменение режима потребления реактивной мощности меняет уровень напряжения, причём возникающие отклонения или колебания напряжения зависят от схемы компенсации.

В зависимости от схемы включения возможна поперечная (рис.1, а) и продольная (рис.1, б) компенсация.

Рис.1. Схемы поперечной (а) и продольной (б) компенсации реактивной мощности.

В случае поперечной компенсации для устранения отклонений напряжения на линии электропередачи необходимо синхронно с изменением искусственно менять мощность компенсирующего устройства так, чтобы отклонения напряжения не выходили за пределы допустимых . Значение определяется из 1.4.

или (1.4)

где: -отклонения напряжения определяемые ЭТУ.

В зависимости от быстродействия устройства поперечной компенсации, оно может быть использовано либо только для устранения отклонений напряжения, либо для компенсации колебаний напряжения при резкопеременной нагрузке.

При продольной компенсации напряжение на линии будет отличаться от напряжения на печном трансформаторе из-за емкостной составляющей потери напряжения на ёмкости устройства компенсации:

(1.5)

отклонения напряжения определяются зависимостью (1.6):

(1.6)

где:

,

-ток нагрузки.

Отклонения и колебания при продольной компенсации меньше аналогичных при поперечной компенсации, причём это различие возрастает с увеличением степени компенсации, но сложность регулирования параметров реактивных элементов делает эффективным применение продольной компенсации только для ЭТУ с неизменными показателями реактивной мощности.

Для обеих схем компенсации величина определяется как (рис.2):

Рис.2. Конденсаторная батарея с неуправляемыми и управляемыми сегментами.

(1.7)

где: -нерегулируемая мощность конденсаторной батареи, -регулируемая мощность конденсаторной батареи.

Существует несколько типовых вариантов подключения компенсирующего устройства к ЭТУ. При выборе конкретной схемы руководствуются следующими правилами:

-чем ближе подключена КБ к ЭТУ, тем большая часть её электрооборудования разгружается от реактивной мощности;

-так как мощность КБ прямо пропорциональна квадрату напряжения, её необходимо включать на наибольшее напряжение с учётом допустимого напряжения и уровня изоляции;

-необходимо учитывать технико-экономические показатели выбранной схемы (стоимость трансформатора, конденсаторов, коммутирующей аппаратуры, трудоёмкость и стоимость монтажа и т. д.).

Возможные схемы включения конденсаторных батарей при поперечной компенсации приведены на рис.3.

Приведённые схемы имеют следующие преимущества и недостатки:

-схема рис.3, а - отличается минимальными затратами на реализацию, однако не разгружает электрооборудование ЭТУ;

-схема рис.3, б - более эффективно разгружает электрооборудование ЭТУ, но требует дополнительного трансформатора;

-схема рис.3, в - аналогична -схеме рис.3, б, недостаток-стоимость трёхобмоточного трансформатора;

-схема рис.3, г - позволяет разгрузить регулировочный автотрансформатор.

а) б)

в) г)

1-главной печной трансформатор; 2-повышающий трансформатор; 3-регулирующий трансформатор; 4-конденсаторная батарея.

Рис.3.Типовые схемы включения КБ при поперечной компенсации.

Для всех схем емкостное сопротивление постоянной части КБ в общем случае будет равно (при отсутствии =0):

(1.8)

Емкостное сопротивление регулируемой части КБ будет равно:

(1.9)

где: -коэффициент трансформации в случае подключения КБ к линии электропередачи через согласующий трансформатор (при отсутствии согласующего трансформатора: =1); -отклонение тока нагрузки на высокой стороне .

При использовании для компенсации реактивной мощности КБ необходимо учитывать, что при включении и отключении конденсаторных секций возникают скачки тока и перенапряжения. Это вызвано наличием колебательного контура, состоящего из ёмкости батареи и индуктивностей сети и трансформатора. Ток включения незаряженной КБ может в 5-15 раз превышать номинальный ток сети, а перенапряжения могут достигать трёхкратного значения фазного напряжения. Отсюда, необходимо ограничение допустимой мощности КБ, которая составляет 6-15Мвар для напряжения сети 35кВ и 20-90Мвар для напряжения 110кВ.

2. Конструкция устройства автоматической компенсации «Аркон»

Принцип действия устройства автоматической компенсации реактивной мощности «Аркон» заключается в последовательном подключении секций конденсаторной батареи в зависимости от величины отклонения от номинального значения (схема подключения «Аркона» к КБ на рис.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4. Схема подключения устройства.

Устройство имеет следующие характеристики:

-количество секций конденсаторной батареи-3;

-заданный диапазон изменения -0,5-0,8;

-время коммутации очередной секции КБ-5мин;

-возможность двух режимов работы (автоматический, ручной).

Время коммутации продиктовано необходимостью защиты КБ от частых включений и отключений. Коммутация секций КБ осуществляется последовательно и только при условии длительности отклонения от заданного значения более 5 минут. Наличие ручного режима работы обусловлено возможностью возникновения значительных выбросов реактивной мощности и необходимостью одновременной коммутации всех секций КБ без пятиминутной задержки.

Функциональная схема устройства представлена на рис.5.

Рис.5. Функциональная схема устройства автоматической компенсации реактивной мощности «Аркон»

Схема согласования предназначено для согласования напряжения сети с рабочим напряжением «Аркона».

Схема сравнения осуществляет сравнение текущего значения с заданным.

Задающее устройство предназначено для установки эталонного значения .

Схема задержки представляет собой реле времени и осуществляет задержку коммутации секций КБ при срабатывании устройства сравнения.

Блок ключей предназначен для управления электромагнитными контакторами, коммутирующими секции КБ.

Схема согласования, схема сравнения, задающее устройство и устройство задержки выполнены в виде единого электронного блока, принципиальная электрическая схема которого представлена на рис.6. Принципиальная электрическая схема управления электромагнитными контакторами представлена на рис.7.

3. Задание на лабораторную работу

1. Изучить принцип действия, конструкцию и электрическую схему устройства автоматической компенсации реактивной мощности «Аркон».

2. Оценить степень компенсации реактивной мощности.

3. Обосновать схему включения реактивных элементов;

4. Рассчитать параметры секций КБ для компенсации реактивной мощности следующего оборудования (тип оборудования назначается преподавателем):

-установка индукционного нагрева;

-электроискровой станок СЭР;

-установка автоматической дуговой сварки.

реактивный мощность проектирование электротехнологический

4. Требования безопасности труда

-не прикасаться к токоведущим и металлическим частям технологического оборудования;

-изменение настроек и переключение режимов работы оборудования выполнять только по указанию преподавателя;

-находиться только в составе в группы в месте указанном преподавателем;

-выполнять требования инструкции по технике безопасности, действующей на предприятии.

5. Содержание и оформление отчёта

-титульный лист;

-название лабораторной работы;

-формулировка цели работы;

-краткое описание конструкции устройства «Аркон»;

-обоснование схемы включения компенсирующего устройства;

-расчёт параметров конденсаторной батареи.

Рис.6. Принципиальная электрическая схема устройства «Аркон».

Рис.7. Принципиальная электрическая схема управления электромагнитными контакторами

6. Вопросы для самопроверки

1. Понятие реактивной мощности. Необходимость её компенсации.

2. Способы организации компенсации реактивной мощности.

3. Схемы компенсации. Принцип действия.

4. Схемы включения компенсирующих элементов. Их преимущества и недостатки.

5. Назначение и принцип работы устройства автоматической компенсации реактивной мощности «Аркон».

6. Функциональная схема и назначение основных узлов устройства «Аркон».

7. Технические характеристики устройства «Аркон».

Литература

Миронов Ю. М., Миронова А. Н. Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок. М.: Энергоатомиздат, 1991.-376с.

Васильев А.С., Гуревич С. Г., Иоффе Ю. С. Источники питания электротермических установок. М.: Энергоатомиздат, 1985.-348с.

Гуревич С. Г., Моргун В. В. Источники питания установок индукционного нагрева. Л : Машиностроение, 1980.-164с.

Размещено на Allbest.ru