Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование необходимости компенсации реактивной мощности в сетях 10 - 35 кВ

В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности - активная и реактивная.

Потребителями реактивной мощности являются приемники электроэнергии, в которых используется переменное магнитное поле: асинхронные двигатели, индукционные печи, сварочные трансформаторы, выпрямители и т.п., а также звенья электрической сети - трансформаторы, линии электропередачи, реакторы и другое оборудование.

Реактивная мощность возвращается обратно в генераторы, при этом происходят тепловые потери на элементах электрораспределительных сетей, тем самым снижается пропускная способность к передаче активной мощности.

Вопрос о компенсации реактивной мощности начинают решать еще на стадии проектирования, он включает в себя выбор источников мощности, подбор их рабочих характеристик и режимов работы [1].

Компенсация реактивной мощности (т.е. ее минимизация) у потребителя производится одними и теми же методами независимо от природы ее появления, т.е. наличия реактивных элементов в сети или сдвига фаз, а именно с помощью подключения дополнительных конденсаторов. При этом, для минимизации потерь, их емкость должна составлять:

C = 1 / (2рFX),

где X - полное реактивное сопротивление всех включенных в сеть устройств; F - частота напряжения питания (для России, Казахстана и др. стран СНГ - это 50 Гц).

Проблемой здесь является нахождение величины Х в режиме реального времени. Это вызвано неравномерностью работы оборудования, освещения, других потребителей электроэнергии. При этом установки разного типа по разному воздействуют на энергосеть. Это может быть и сдвиг фаз, и подключение / отключение реактивных элементов.

В масштабах энергосистемы компенсация происходит непосредственно на электростанциях путём контроля сдвига фаз и обеспечения соответствующего тока подмагничивания роторных обмоток синхронных генераторов станций [2].

На электростанциях в номинальном режиме генераторы вырабатывают активную и реактивную мощности с номинальным углом сдвига фаз , cosц - результирующий коэффициент мощности приемников электроэнергии.

Полная мощность выдаваемая генераторами в сеть:

где P и Q - активная и реактивная мощности приемников с учетом потери мощности в сетях [3]. Генераторы рассчитываются для работы с их номинальным коэффициентом мощности 0,8-0,85.

Передача реактивной мощности по сети приводит к дополнительным потерям напряжения:

Видно, что передаваемая по сети реактивная мощность Q и реактивное сопротивление сети Х существенно влияют на уровень напряжения у потребителей.

Размер передаваемой реактивной мощности влияет также на потери активной мощности и энергии в электропередаче:

Подставляя в формулу потерь значение полной мощности, выраженной через cosц, получаем:

Потери активной мощности в электрической сети быстро растут с понижением cosц. При cosц= 0,5 они достигают 40%, а при cosц= 0,316 вся активная мощность, передаваемая по сети, расходуется на потери в ней. При этом величина реактивной мощности почти в три раза превышает активную мощность[4].

Экономическое значение передачи реактивной мощности следующее. Примем, что средневзвешенный в распределительных сетях cosц= 0,85.

Отпуск электроэнергии РАО ЕЭС России в сети РСК составил 1 023,5 млрд. кВт•ч в 2013 г. [5]. Через самые массовые сети 35 - 10 (6) кВ отпускается около половины всей энергии 500 млрд. кВт•ч, потери в сетях по оценкам специалистов компании составили около 11,6%.

Если за счет мероприятий по оптимизации реактивной мощности cosц повысился бы на 0,01, то потери бы составили:

Иначе говоря, экономия электроэнергии составила бы около 1.3 млрд кВ•ч энергии. При себестоимости производства одного киловатта 0,68 руб. экономия составит 884 млн. руб. в год. Кроме того, повышение коэффициента мощности на 0,01 в сетях 35 - 10 (6) кВ РСК высвобождает мощности генераторов на электростанциях около 150 тыс кВт.

С 2007 в РФ требования к минимальным значениям коэффициента реактивной мощности для точек присоединения потребителей сети установлены следующие: для сетей 0,4кВ cosц= 0,944 (tgц= 0,35.), а для сетей 6 - 20 кВ cosц= 0,93 (tgц= 0,4). Как известно, применение батареек конденсаторов для компенсации реактивной мощности способно значительно улучшить технико-экономические параметры работы сетей.

реактивный сеть мощность электрический

Технико-экономические параметры работы сетей

Курсивом выделены позиции при которых установка БК экономически выгодна при условии их работы в течении 5 лет.

Оценим эффективность установки конденсаторных батарей. Предположим что N трансформаторных подстанций с номинальной мощностью S_H запитаны по радиальной схеме от центра питания. Трансформаторы одинаково нагружены с коэффициентом мощности cosц. При полной компенсации реактивной мощности на стороне 0,4 кВ трансформаторных подстанций, потери активной мощности в распределительных сетях будут равны (потерями в трансформаторах пренебрежем):

Потери активной мощности при нагрузке S и в отсутствие компенсации реактивной мощности

где R_ocp - среднее значение удельного активного сопротивления питающих линий от ЦП до ТП, Ом/км; L_cp-среднее значение протяженности питающих линий от ЦП до ТП, км; U_н - номинальное напряжение электрической сети, кВ.

Соотношение величин этих потерь можно характеризовать соответствующим коэффициентом

Вывод: чем меньше значение предшествующего коэффициента мощности, тем выше эффективность компенсации эффективной мощности. При фактических значения 0,8-0,85 потери активной мощности после установки батареи конденсаторов могут быть снижены в 1,38 -1,56, т.е. на 26-35%.

Следовательно, прекрасным способом экономии энергии является расширение сферы установки БК в распределительных сетях 35 - 10 (6) кВ.

Список используемых источников

1. Кузьмин В.В., Кирисов И.Г., Малинин С.В. Анализ средств компенсации реактивной мощности в электрических сетях Украины/ Энергосбережение. Энергетика, Энергоаудит №5 (99), 2012.

2. Плотников М.П. Компенсация реактивной мощности в районных сетях [Текст] / М.П. Плотников // Молодой ученый. - 2011. - №12. Т.1. - С. 37-39.

3. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоиздат, 2004. 456 с.

4. Овсейчук В. Трофимов Г., Кац А. и др. Компенсация реактивной мощости. К вопросу о техническо-экономической целесообразности [электронный ресурс] http://www.electrik.org/forum/index.php? act=attach&type=post&id=3824 режим доступа 23.11.2014

5. Отчет о функционировании ЕЭС России в 2013 году [электронный ресурс] http://so-ups.ru/fileadmin/files/company/reports/disclosure/2014/ups_rep2013.pdf режим доступа 23.11.2014

Размещено на Allbest.ru