Текст
г
'V, .- *: >
*
МММНМ^ШМЖМММЖМН|
•Л ’
В С Иванов
ВИ. Соколов
’ЕЖИМЫ
ПОТРЕБЛЕНИЯ
И КАЧЕСТВО
КТРОЭНЕРГИИ
СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
__ -
• :s*f—-<1
ж1
MF ’^ -
*
экономия
ТОПЛИВА
и ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
f
•Ч-
< *
I
I 1
ВС. Иванов
В.И. Соколов
РЕЖИМЫ
ПОТРЕБЛЕНИЯ
И КАЧЕСТВО
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
предприятий
2007
05
МОСКВА
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
1987
ББК 31.29
1420
УДК 658.26
Рецензент В. Г. Шестериков
Иванов В. С., Соколов В. И.
Н20 Режимы потребления и качество электроэнергии
систем электроснабжения промышленных пред-
приятий.— М.: Энергоатомиздат, 1987, —ззь с..
ил _ (Экономия топлива и электроэнергии).
Рассмотрены основные вопросы режимов потребления и регулиро-
вииип активной и реактивной мощности в системах электроснабжения,
особенности режимов систем электроснабжения с нелинейными, несим-
метричными и резкопеременными нагрузками, проблемы повышения
качества электроэнергии. Даны способы расчетов показателей качества
электроэнергии и параметров режимов в промышленных электроуста-
новках^ ИЯЖенерно-технических работников, занимающихся проекти-
рованием и эксплуатацией систем электроснабжения промышленных
предприятий.
2302050000-258 л
И--------------121-87
051(01)-87
ББК 31.29
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ ИВАНОВ
ВИТАЛИИ ИВАНОВИЧ СОКОЛОВ
РЕЖИМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ И КАЧЕСТВО '
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Редактор Б. И. К У Д р и н
Редактор издательства А. В. Волковицкая
Художественный редактор В. А. Г о з ак-Хоз а к
Технический редактор Г. С. Соловьева
Корректор Г. А. Полонская
ИВ № 1616
Р. 10 к.
^Х^Об'^г^БукГага* типографская2В ГяЧЯТЬ 27*04 87- т" 12214. Формат
ьысокая. Усл печ л Z' ГаРнитУРа литературная. Печать
Тираж 20ОО0"кзПЗака"; ЙАУ 17'88- У--ИЗА. Л- 18,95t
Э^ргоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая на~б7^
комите-1”1>с’ссрТ'юОдал*мЯ ^“’"“«графпрома при Государственном
г. Владимир, Оетяврьскиа'пр™;,ек?™дГР?Ф‘"”,кя“1,<п£,# торговли
© Энергоатомиздат, 1987
И
ПРЕДИСЛОВИЕ
„пгг ВыДВШ1Утая апрельским (1985 г.) Пленумом ЦК
, концепция ускорения социально-экономического
развития страны получила свое развитие и конкретизацию
в™7И7ическом Докладе Центрального Комитета КПСС
XXVII съезду Коммунистической партии Советского Сою-
за, в новой редакции Программы КПСС, в «Основных на-
правлениях экономического и социального развития СССР
на 1986—1990 годы и на период до 2000 года». Определе
ны главные пути ускорения, приводящие к интенсификации
производства, повышению качества и эффективности.
Ускорение научно-технического прогресса предъявляет
высокие требования к базовым отраслям экономики, ка-
кой является энергетика. Производство, передача и рацио-
нальное распределение электроэнергии приобретают все
большее значение. В свете задачи всемерного повышения
технического уровня и качества продукции необходимо на-
править усилия и в кратчайшие сроки добиться улучшения
качества электроэнергии, повышения надежности электро-
снабжения. В этом ключ к решению главных задач проек-
тирования и эксплуатации современных систем электро-
снабжения промышленных предприятий.
1985 г. составила
1555млрд. кВт-ч, причем 60 % ее пошло на потребление
сетях промышленных предприятий составляют , 8—12 %, а
в год. Приведенные цифры показывают, насколько важна
Выработка электроэнергии
промышленностью. Суммарные потери электроэнергии в
сетях промышленных предприятий составляют 8—12%, а
ущерб от потерь в масштабах страны — более 1 млрд. руб.
в год. Приведенные цифры показывают, насколько важна
проблема оптимизации режимов потребления промышлен-
ных приемников энергии. Эта проблема усложняется не-
прерывно возрастающими требованиями к качеству элек-
троэнергии, особенно для энергоемких предприятии с вы
сокой степенью энерговооруженности и автоматизации.
Главными задачами пр Р м промышленных
современных систем электросна ение электриче-
предприятий явля,0^’!' .ная передача и распределение
ских нагрузок, Раци°яял необходимой степени надеж-
электроэнергии, °^сп обеспечение необходимого каче-
ности электроснабже , электроприемников,
ства электроэнергии на з ости приемников
обеспечение электромагнитной совместим ости Р
электрической энергии с питающей сетью, экони
тпоэнергии и других материальных ресурсов.
Р ВьшолнениеР этих задач осуществляется входящими в
состав электрических сетей воздушными и кабельными ли
ниями электропередачи, различными токопроводами,
трансформаторными подстанциями, распределительными
устройствами и коммутационными пунктами, электроуста-
новками, генерирующими реактивную мощность, средства-
ми регулирования напряжения и устройствами для поддер-
жания качества электроэнергии.
Интенсификация производственных процессов, повы-
шение производительности труда связаны с совершенство-
ванием существующей и внедрением новой, передовой тех-
нологии. Этому процессу сопутствует широкое внедрение
мощных вентильных преобразователей, электродуговых
печей, сварочных установок и других устройств, которые
при всей технологической эффективности оказывают отри-
цательное влияние на качество электроэнергии в электри-
ческих сетях.
Проблема электромагнитной совместимости электро-
приемников с питающей сетью, которую в последнее время
сравнивают с проблемой загрязнения окружающей среды
проеХоваГ^ НауЧНЫе И пйлемГЙ
чеРских сетей V ®ксплУата«ии промышленных Р
ет УщеРб от ухудшения качества эЛскпючн
гни в промышленных сетях превышает 1 й Л ‘ Р ?
гол В ияртпашлп * шает 1,о млрд. pv6
энЬ,ерУгииНвЬШИТЬ ^РебителГ/ МеР“ ДЛЯ ТвГ°’ *
энергии .в промышленных сетях.
мышлешюго ос^енияЫТЬбысШеНа ”ПутеМ создаиия и пре-
миальных средств KOMneJcPa°uHHCTByiOUlHX “Н0Г0Функ-
сти, улучшающих качество о. Реактивной мощно-
го нескольким параметпам п электроэнергии сразу
электри-
электроэнер-
в
что-
на качество электро-
Экономное использование электроэнергии приобретает
все большее значение, что необходимо учитывать при про-
ектировании и эксплуатации промышленных сетей высоко-
го и низкого напряжения. Анализ потребления электриче-
ской энергии промышленными предприятиями показывает,
что основными направлениями сокращения потерь элект-
роэнергии в сетях являются компенсация реактивной мощ-
ности с одновременным улучшением качества потребляе-
мой электрической энергии непосредственно в сетях
промышленных предприятий, увеличение загрузки транс-
форматоров с целью достижения максимальной эффектив-
ности их использования, приближение трансформаторов к
приемникам электроэнергии (глубокие вводы),сокращение
ступеней трансформации и исключение дополнительного
реакторного оборудования, сокращение потерь непосредст-
венно в трансформаторах, внедрение более экономичного
силового электрооборудования и источников света, оптими-
зация режимов работы электрооборудования, реконструк-
ция и перевод сетей на повышенное напряжение, внедре-
ние диспетчерского управления и автоматизированных си-
стем управления электроснабжением и учетом электро-
энергии.
Ввод источников реактивной мощности приводит к сни-
жению потерь в максимуме нагрузки приблизительно на
0,1 кВт на каждый 1 квар вводимой реактивной мощности.
Повышение степени компенсации до 0,4—0,5 квар/кВт
позволит значительно сократить потери электроэнергии и
ее производство в стране.
Расчеты электрических нагрузок определяют стоимость
электроустановок и объемы меди, алюминия, трансформа-
торных сталей, изоляционных материалов и других ресур-
сов. Поэтому совершенствование методов расчета электри-
ческих нагрузок — важнейшая научно-техническая пробле-
ма. Снижение расчетных нагрузок промышленных пред-
приятий на стадии проектирования позволит получить
эффект только за счет снижения потребности в трансфор-
маторной мощности примерно на 40 и кабельной продук-
ции на 12 млн. руб. в год.
Капитальные затраты на электроснабжение в большой
степени определяются заданной надежностью электроснаб-
жения потребителей. Стремление обеспечить бесперебой-
ное питание потребителей, отнесенных не только к осооол
и I категориям, но и ко II и III, приводит к 70 100 °/о-ному
резервированию по установленной мощности трансформа-
$
торов, сетей
части. ''
деляется схемой
степени надежности
а пе i -
логи, как проектировщики, - —
завышают •
chi к I категории только потому, что в нем
сколько 3J
•’ гпммутационной аппаратуры, строительной
жЬзгхие
1 как проектировщики, так и эксплуатационники,
• степень бесперебойности электроснабжения ря-
у-»"»»" ««»• ч>'™
СЯт к I категории только потому, что в нем имеется ,
сколько электроприемников этой категории. Это наносит
ущерб государству. За рубежом, в том числе в промыш-
ленно развитых странах, нет такой высокой степени резер-
вирования в электроснабжении, какая закладывается у
нас в стране.
Таким образом, изучение режимов работы^промышлен-
ных электроустановок с учетом требований к качеству
электроэнергии и надежности электроснабжения является
необходимым для формирования систем электроснабжения
предприятия в целом.
С ростом мощности отдельных промышленных устано-
вок и предприятий усложняется расчет их режимов с уче-
том требований к качеству электроэнергии, особенно при
наличии резкопеременных, несимметричных и нелинейных
нагрузок.
Существуем много работ по особенностям режимов ра-
боты систем электроснабжения различных промышленных
предприятий с мощными дуговыми сталеплавильными пе-
чами, прокатными станами, преобразовательными агрега-
Ш)Г!Л пЫМИ >'становками и другими специфическими
ър'И'ыр' nJ г кн,|ге дан их анализ и предлагаются раз-
не . пособы расчета режимов, типы и схемы устройств
ные Хеп'я ппЧ!СТВ0 электР°энеРгии. приведены проект-
ные решения по улучшению параметров F
примеры расчетов. В книге уч'сп J
яжпромэлектропроект, являющегося
том по данной проблеме.
ноайбмоШЯ ’'"^^^'потрХТеиие
ста в авХХшГуадовия? пп?еНИе потРебляемой“ мощно-
госистеме. Книга час™ты в энер-
росам работы. У опубликованные по этим воп-
режимов, даны
учтен опыт работы ВНИПИ
головным институ-
режима систем электро-
и регулирование актив-
, рацио-
графика активной на-
электоичмких срт « мощности в промышленных
электрических сетях, особенно с учетом электромагнитной
совместимости приемников электрической энергии с пита
ющеи сетью, является одним из наиболее дискуссионных
вопросов в электроснабжении. В книге даны анализ и ме-
годика проектных расчетов по компенсации реактивной
мощное ги । 1Я промышленных установок, в том числе при
несимметрии, несинусоидальности и нестабильности на-
р оь в соответствии с «Указаниями по проектированию
компенсации реактивной мощности в электрических сетях
промышленных предприятий» («Инструктивные указания
по проектированию электротехнических промышленных
установок № 1, 1984 г.» ВНИПИ Тяжпромэлектропроект).
Последние главы книги посвящены вопросам регулиро-
вания напряжения и самозапуску электродвигателей про-
мышленных установок, надежности электроснабжения на
основе материалов опыта проектирования и эксплуатации.
Авторы выражают благодарность руководству и кол-
лективу работников института ВНИПИ Тяжпромэлектро-
проект и другим организациям за материалы, предостав-
ленные для настоящей книги. При написании и оформле-
нии книги авторам большую помощь оказали
инж. С. И. Егоров, В. В. Менчик, А. П. Нефедов, Л. Ю. Ко-
валева, П. Е. Хомицкий, О. В. Скворцов и др. Особую
благодарность авторы выражают мл. научн. сотр. Т. П. Хар-
ченко за участие в подготовке книги к изданию и написа-
нии гл. 12 и канд. техн, наук, доц. ВЗПИ Б. Д. Жохову в
подготовке гл. 11.
Авторы искренне благодарят В. Г. Шестерикова за
ценные указания, сделанные им при рецензировании кни-
ги. Глубокую признательность авторы выражают докт.
техн, наук, проф. Б. И. Кудрину за ценные замечания и
тщательное редактирование рукописи.
Замечания и предложения по книге просьба направлять
в адрес Энергоатомиздата: 113114, Москва, М-114, Шлю-
зовая наб., 10.
Авторы
Глава первая пЕКТРОП РИ ЕМН И КОВ
РЕЖИМЫ Р'АБОТЫ ЭЛ н и *
и СИС.Т11ппенных ПРЕДПРИЯТИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫл
. . ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЖИМОВ работы
Приемником электроэнергии (то же— электро-
приемником, токоприемником) называется электрическая
часть производственной установки, получающая электро-
энергию от источника и преобразующая ее в механичес-
кую, тепловую, химическую, световую энергию, в энергию
электростатического и электромагнитного поля.
По технологическому назначению приемники электро-
энергии классифицируются в зависимости от вида энергии,
в который данный приемник преобразует электрическую
энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов;
электротермические установки; электрохимические уста-
новки; установки электроосвещения; установки электро-
статического и электромагнитного поля, электрофильтры:
устройства искровой обработки, устройства контроля и
испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки
ультразвука и т. д.).
та новой ТгНя°С? электР°пРие»иков производственных ус-
овок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с по-
мощью электрических сетей к общему пункту электпопи
танит>, называется электропотребителем. У У ЭЛектРопи-
иого Е^вол^ического^азн^че^ия^ эПпРИеМНИК°В различ-
разных отраслей промышленности ’ хяЛ Р°П°ТребИТелеЙ
и особенности режимов работы. ’ рактеР их нагрузок
^ктродвигатели применяю п а
производственных механизмов ПРив°Дах различных
предприятиях. ЭлектропХод пп₽ ВСеХ пР0Мышленных
лекс электрических машин аппХ ЛЯет собой комп-
кия, в котором электродвигатели ^™В И СИСТем управле-
исполнительным мехшш.змом и п 1С,Трукт"В|'° связаны с
энергию в механическую работу^101 электРичес-
& Ру. Электроснабжение
приводов выполняется с учетом их параметров, процесса
работы и производственных условий.
Исполнительные производственные механизмы требуют
постоянной и регулируемой частоты вращения. Это требо-
вание является определяющим при выборе типа электро-
двигателя. В установках, не требующих регулирования
скорости в процессе работы, применяются исключительно
электроприводы переменного тока (асинхронные и синх-
ронные двигатели).
Для нерегулируемых приводов технико-экономическим
сравнением по условиям электроснабжения и стоимости
привода установлена наиболее экономичная область приме-
нения асинхронных и синхронных электродвигателей в
зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и
мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные
двигатели, а свыше 100 кВт — синхронные, при напряже-
нии 6 кВ и мощности до 300 кВт — асинхронные двигате-
ли, выше 300 кВт — синхронные, при напряже-
нии 10 кВ и мощности до 400 кВт— асинхронные дви-
гатели, выше 400 кВт — синхронные. Асинхронные дви-
гатели с фазным ротором применяются в мощных электро-
приводах с маховиком и с тяжелыми условиями пуска:
в преобразовательных агрегатах, шахтных подъемниках.
Преимущества синхронных двигателей, в силу которых
их чаще применяют там, где раньше применяли асинхрон-
ные, следующие: способность синхронных двигателей ком-
пенсировать реактивную мощность с меньшими затратами,
чем асинхронных в сочетании с конденсаторной батареей;
повышение перегрузочной способности и устойчивости
синхронных двигателей благодаря применению автомати-
ческого регулирования возбуждения (АРВ) с форсировкой
возбуждения при снижении напряжения в сети ниже 85 j/q
UHOM\ более высокий КПД, чем у асинхронных электродви-
гателей.
В табл. 1.1 приведены ориентировочные данные о со-
отношении нагрузок электроприемников на предприятиях
разных отраслей промышленности, из которой видно, что
доля электропотребления синхронными и асинхронными
двигателями составляет от 65 (в машиностроении) до 98 э
(в газовой промышленности), в том числе доля синхрон-
ных двигателей составляет от 8 до 40 %.
Таким образом, нерегулируемые электродвигатели пе-
ременного тока—основной вид электроприемников в про-
мышленности, на долю которого приходится около 2/3 сум-
9
К
....... u.s:s=";==’““".............................
предприятиях разных отр ---
Отрасль
народного хозяйства
Металлургия
Горнорудная
мышленностъ
Химическая промыш-
ленность
Легкая промышлен-
ность
Машиностроение
Нефтедобывающая
промышленность
Газовая промышлен-
ность
Нефтеперерабатыва-
ющая промышлен-
ность
про-
на
•Я £ 2- - г: Асинхронные двигатели ф ж ж ф Печи дуговые сопро- ння § ж ф ж 2 к 1 X ж S ОЗ Ж у»
Синхрон двигаю. 6—10 кЕ 6—10 кВ 380 В 3 ф о о о Печи тивле! & CQ О & Прох груз
25 21 10 21 37 47 3 5 4 7 3 11 6
40 24 29 2 - 2 1 2 1 *
—— 6 78 12 — ' — 1 —» 10
я 5 52 5 7 6 14 3 9
8 48 30 5 * - —
40 58 2 ' — — —’ • —>
26 18 50 2 1 » • • 1 я» » 1 —
%
широкого, плавного
При необходимости
маркой мощности,
изменения скорости применяют в основном приводы посто-
янного тока.
Преобразование электрической энергии переменного
тока в постоянный ток для соответствующих электропри-
емников требует капитальных затрат на установку преоб-
разовательных агрегатов и аппаратуры управления, на
строительство помещений для них, а также эксплуатаци-
онных расходов на их обслуживание и на потери электро-
л.epi ни. Поэтому система электроснабжения и удельная
стоимость электроэнергии на постоянном токе выше, чем
на переменном. Двигатели постоянного тока стоят дороже
чем асинхронные или синхронные двигатели. Но регулиоу-
чЛИи постоянного '’°ка являются технологически
измФе1 е,™ “ЫМИ В таких СЛучаях- когла требуется быстрое
ля наппимоаСТОТЫ вращения или реверсирование двигате-
лях Для питания “ТНЫе ста,"ы на металлургических заво-
ленных „Т леатателеи постоянного тока на промыш-
тельные устаХи™0 предусма?вива'отся преобразова-
to в
Электротермия, электросварка, электролиз, электроос-
вещение и прочие потребители составляют окадо 1/З^ум-
марнои промышленной нагрузки. у
Электротермические приемники в соответствии с мето-
дами нагрева (рис. 1.1) делятся на следующие группы:
дуговые электропечи для плавки черных и цветных метал-
лов, установки индукционного нагрева для плавки и тер-
мообработки металлов и сплавов, электрические печи со-
противления, электросварочные установки, термические
коммунально-бытовые приборы.
Рис. 1.1. Классификация методов электрического нагрева
электро-
характера
на стале-
Рассмотрим особенности электроснабжения
термических установок, связанные с различием
их нагрузок.
Дуговые электрические печи подразделяются
плавильные, рудно-термические и печи косвенного дейст-
вия для плавки цветных металлов. Это мощные электро-
приемники низкого нестандартного напряжения (НО
750 В), подключаемые через специальные печные транс-
форматоры к источникам переменного тока 6—35 кВ, а
также к шинам ПО, 154 кВ и в перспективе 220 кВ. Номи-
нальная мощность печных агрегатов от 0 4 (печи 0 5 т)
по 125 МВ-А (200 т) с перспективой до 250 MB-А (дат).
Большая мощность дуговых электропечей и
ный характер их нагрузки оказывают большое влияние на
паботу всей системы электроснабжения (см. § 1.3).
Р Печи^сопротивления прямого и косвенного действия
имеют меньшие, чем дуговые сталеплавильные печи, ши
ности. Большая их часть имеет мощность до 2000 кВт и
подключается к сети
к 1,0. Печи <
однофазными
Mwnvn 4HCIU1O сопротивления.
. того же порядка, что и печен
трехфазными и
ЯЯО В коэффициент мощности близок
не"принятысоответст-
• В Э Убыт1 причиной недопустимой ие-
симметрпи в сис ICM^'V;;,';;'ne4n вакуумные печи и печи
Электронные плавпль,печи.^в ^УУ выплавки метал-
цианового перепла р с наиЛучШИМИ свойствами,
лов самой высокой чисто печей сопротивления.
Мощность, их.тоге> же д ’ мникам J категории, так
*<ТП П Р Ч i i ОТНОСЯТСЯ xV С/* I г г*ттт тгк/TTT КДРТЯ П IT
u 1 аппяртгя выплавляемый ими металл.
ЯкХЬечТ Жгих Zob относятся ко II категории, ио
'тремют резервированного “P^XZotvt возник-
перерыве питания на время более 30 мин могут возник
ну?ь нх повреждения с длительным выходом в ремонт
Индукционнь1е плавильные печи промышленной час о„
ты 50 Гц повышенной частоты 500—10 000 Гц и высокой
частоты 105—108 Гц представляют собой трехфазную элек-
трическую нагрузку «спокойного» режима работы, т. е.
мало изменяющуюся в процессе плавки. Печи повышен-
ной частоты питаются от вентильных преобразователей
частоты, а печи высокой частоты — от ламповых генерато-
ров, к которым подводится переменный ток 0,4—0,69 кВ,
50 Гц. Индукционные печи имеют низкий коэффициент
мощности: от 0,1 до 0,5.
Электросварочные установки переменного тока дуго-
вой и контактной сварки представляют собой однофазную
неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким
коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7
для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты
малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более
мощные — к сети 6—10 rR
к сети 6—10 кВ.
По требованиям к надежности электроснабжения в за-
чеекгМм°СТп .аС™3 СМрКИ’ ее Учас™я в общем технологи-
ческом процессе, производительности и т д электросва-
рочные установки относятся к нагрузкам 1-П1 калорий
Электрохимические и электролизные установки (элект!
ротоеские ванны для электролиза воды, растворов паС
процессов ^"газе”6^™ ’ пуСТановки электрохимических
омеднения, ннкелипопяпио*v" гальвапических покрытий:
Т п.) работают Ha^nAcr/Mi ’ хромиРова,,ия. оцинкования и
преобразовательных полстгип*1 -Токе’ К0Т0Рь,й получают от
ный переменный ток Эл^^«Й’ вь,п1)ЯМЛЯ1°Щих трехфаз-
И ток. Электролитический процесс Требует
постоянства выпрямленного тока для чего
регулирование напряжения ДЛЯ его не°бходимо
новок 0,8—0,9 ряЖения- Коэффициент мощности уста-
получается недовыпуск продукции и перерасход элек?ро-
энергии. Поэтому электроснабжение электролизных серий
являющихся нагрузкой II категории, осуществляется обя-
зательно от двух источников. А электрохимические уста-
новки металлопокрытий и лужения относятся к I катего-
рии нагрузок. Мощность одной электролизной серии дости-
гает 100—130 МВт.
Установки электростатического поля применяются
для создания направленного движения капель при вы-
полнении, например, электроокраски, для улавливания
твердых взвешенных частиц в газе с помощью электро-
фильтров (очистка дымовых газов), для разделения
смесей жидкости и газа, различающихся по размерам
и электропроводности. Питание установок электрополя
производится от сети 0,4 кВ, но внутри установки на-
пряжение повышается. Нагрузка относится к I и II ка-
тегориям. Мощность установки составляет сотни кило-
ватт.
Установки электрического освещения с лампами нака-
ливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натрие-
выми, ксеноновыми лампами применяются на всех
предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
Удельная плотность нагрузки электроосвещения в ^произ-
водственных цехах зависит от уровня нормированной осве-
щенности и обычно составляет в цехах металлообработки,
литья, в котельных и термических цехах 10—12 Вт/м2.
в инструментальных, шлифовальных цехах и цехах точной
обработки 13—20 Вт/м2.
В производственных цехах в настоящее время применя-
ются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого
давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В. Аварийное освещение,
составляющее 10 % общего, выполняется лампой накали-
вания, обеспечивающими надежное зажигание ;
риях и переходных процессах в системе ^Р^набжетн"
(что не обеспечивают газоразрядные источники светаг
Аварийное освещение относится к электропотребителям
I категории.
13
ХвЯс нндивндуа^ьными
без них — 1
цнент
них L--
правильной
ные и.
лампы типа
апрктооосвещения цехов со-
лап»
, мощности 1. в цеда ‘ овуШенной освещенности и
помещениях, тре у «гтанавливают люминесцент-
рядных ламп, и срок сзу 400р ч типа ДРЛ — 10 000 ч,
:оХ“перНимНеЫненИя ламп накаливания сокращается.
f
низких температурах (ниже
1.2. ГРАФИКИ НАГРУЗКИ КАК ХАРАКТЕРИСТИКИ
РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Характер потребления электроэнергии приемни-
ками, их группами, цехом и предприятием в целом изобра-
жается кривыми изменения активной Р и реактивной Q
мощности или тока / во времени называемыми графи-
ками нагрузки. Запись графика нагрузки производится
или регистрирующими приборами — непрерывно, или пер-
соналом по указательным приборам или по счетчикам,
показания которых фиксируются с заданной периодично-
стью, например каждые 60 мин. По этим записям строятся
графики нагрузки за цикл работы, смену, сутки, год. На
рис. 1.2 показаны регистрограммы нагрузок различных
электроприемников. Характер графиков, а значит, и ре-
жим электропотребления приемников различен. Поэтому
™ возможно построение групповых графиков на-
д7аЛьньиР^фик“ °бЪеКТЭ В ЦеЛ°М П<> СуММе индиви"
писанными!' ^ТтауюшихСУпТпРЧНЫе Графики нагРузки- за-
вы» трехсменным. режимомПР^прия™ях: <= круглосуточ-
ческая промышленность) и с Двум^и£^вЛЛУРГИЯ’ хими'
(механические завопы Л"вухсменным режимом работы
гр.Фтх»РУгх"х„”г“''
формация О режиме эл^тД^™! Достоверная ин-
емника или группы, предприятия,.целом °Г° При'
ы
ток нагрузки трех фаз дуговой сталеплавильной электропечи;б — фазный ток нагрузки металлообрабатывающего станка,
ток нагрузки вентилятора
Рис I 3. Суточные графики нагрузки промышленных предприятии:
»_'с круглосуточным трехсменным режимом работы; б-с двухсменным режи-
мом работы
Для электродвигателей в зависимости от характера
электропотребления и длительности работы электроприво-
да определены три основных режима работы:
длительный режим, при котором продолжительность
работы электродвигателя достаточно велика, чтобы все его
части достигли установившейся температуры;
кратковременный режим, при котором длительность
рабочего периода недостаточна для установившегося на-
грева, а последующая остановка достаточно продолжи-
тельна для охлаждения двигателя до температуры окру-
жающей среды. Установлены следующие стандартные
длительности кратковременного режима: 15, 30,60, 90 мин;
пов орно-крагковременный режим, когда периоды ра-
боты двигателя чередуются с периодами его отключения,
при этом продолжительность рабочего периода настолько
кратковременна, что двигатель не успевает нагреться до
установившейся температуры, а за время паузы не успе-
вает охладиться до температуры окружающей среды
кпатКоИРп»м»и4 показа"Ь1 гРаФики нагрузки длительного,
кратковременного и повторно-кратковременного режимов
овторно-кратковременный режим характеризуется отпо-
ительнои продолжительностью включения (ПВ) равной
отношению длительности рабочего времени Т* к пполлп
стельности всего цикла работы: ₽ продол-
или. %,
(1.D
где Trj~
16
пв = .2VL2L
'/р + Г, '
продолжительность остановки
электродвигателя.
Рис. 1.4. Режимы работы и нагревания электродвигателей:
РеЖИМ: 6 ~ КратК0ВРеменный в~ повторнократковре-
М С Н Н ЫИ р v ztx им
Установлены четыре стандартных значения ПВ, на ко-
торые выпускается электрооборудование: 15, 25, 40, 60 %.
Причем продолжительность одного цикла не должна пре-
вышать 10 мин. Условия нагрева двигателей, электроап-
паратов и проводов электросети в каждом из указанных
режимов различны, и поэтому их выбор должен прово-
диться с учетом режима работы объекта.
На современных промышленных предприятиях в целях
интенсификации и оптимизации производственных процес-
сов и повышения производительности труда внедряются
новые электротехнологические установки, режим электро-
снабжения которых усложнен резкопеременным характе-
ром нагрузки, нелинейностью вольт-амперной характерис-
тики, несимметрией нагрузки. Работа системы электро-
снабжения ухудшается тем больше, чем выше мошись
электроприемников, которые условимся называть р s
никами со специфическим режимом раооты. в
Наиболее мощными и широко Р^Р Р оежимом
промышленности У“" сталеплавильны
Хи
В системах элеетросн нрен|1Я напряжения,
4UV.U. несинусоидальность
несимметрия фазных и лине
ных напряжений и токов. тся условия работы и
В этих условиях резке> у У ь п ников усложненного
не только падает экономия нарушается режим |>а-
режима электропотреблени , которых чувствительна
боты «спокойных нагрузок», часть Р
2—721
электропотребления
электропечи,
новки. _
электроприемниками
колебания напряжения и част
формы кривой напряжения, ....
ных напряжений и токов
h
к нестабильности
или и токов в сети.
несимметрии и нелинейности напряже-
Усложняются условия работы всей
лпгтрп- ргпедствие возникновения несоот-
в^вя^жд"ль'ыТ симметричным и синусои-
* иным напряжением и током генераторов электростан-
и резкопеременным, несимметричным напряжением и
током несинусоидальной формы, потребляемым нагрузка-
мп промышленного предприятия.
Электроприемники с усложненным режимом электро-
потребления имеют специфические графики нагрузки, изу-
чение которых дает важную информацию об условиях
электроснабжения данного потребителя. Но этой информа-
ции недостаточно, так как необходимо охарактеризовать
нелинейность и несимметрию нагрузки.
Если нагрузка изменяется во времени по определенно-
му графику, то режим системы электроснабжения харак-
теризуется одним показателем — отклонением напряже-
ния. При быстрых изменениях напряжения (более 1 % в
секунду) режим системы электроснабжения характеризу-
ется дополнительным показателем — колебанием напря-
жения. Если при этом нагрузка фаз изменяется неравно-
мерно (см. рис. 1.2, а) или распределена между фазами не
поровну, то возникает несимметричный режим системы
электроснабжения, характеризуемый коэффициентом не-
симметрии. При потреблении приемником несинусоидаль-
ного тока от источника синусоидального напряжения воз-
никают высшие гармоники напряжения и тока. Режим ра-
боты такой системы электроснабжения характеризуется
дополнительно коэффициентом песинусоидальности. У
1.3. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ
^УРОСНАБЖЕНИЯ при НАЛИЧИИ ДУГОВЫХ
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
ко паспгп,?УГ0ВЫе Сталеплавильные
КО распространенным видом мошны»
ников электроэнергии пя пп™ Х “ исмки* прием-
особеино на металлур.ических 'Л“",еиных предприятиях,
Возрастание мои.и^и и ve„n ’°Строительных за-
ческих агоегатов, специфические^?^НвВие э,Г1ектРотерми-
‘Z.Z ZZ.........pMSSS1»™."
^вышслие належилг-гы м * ---•-ч-жт.п
Г*’ так и тТеМТихИ*Ч-Н0СТИ работы ка
16 ПеЧ€ И<! Д°С1а10111оа с,< |1е||и стабилизации
печи являются широ-
и энергоемких прием-
предприятиях.
электротехнических
их электроснабжения*
J тока и дру-
гнх параметров электрического режима работы
печей, снижение колебаний напряжения в - диовых
сетях. Проблема электромагнитной совместимости
боте этих печей, особенно в части колебаний
становится более острой. В ряде случаев она может
электрических
боте этих печей, особенно в части колебГний'^ряТен^я'.
становится более острой. В ряде случаев она может ока-
заться решающей при построении рациональной системы
электроснабжения промышленного предприятия.
Для упрощения анализа работы дуговых печей они ус-
ловно разделяются на три группы: 1) печи малой емкости
(0.5—6 т) с трансформаторами мощностью 1—3 МВ-А,
подключаемыми к шинам 6—10 кВ заводских подстанций;
2) печи средней емкости (10—50 т) с трансформаторами
мощностью 3—15 МВ*А и напряжением первичной обмот-
ки 6—10 кВ; 3) печи большой емкости (80, 100 и 200 г)
с трансформаторами мощностью 25—125 MB-А на напря-
жение 35, 110, 220 кВ.
В мировой практике наблюдается тенденция увеличе-
ния емкости печей до 300—400 т с увеличением мощности
трансформаторов более 150 МВ*А на напряжении НО—
220 кВ.
Печи малой емкости применяются в основном в маши-
ностроении, например в литейных цехах, и служат для
производства фасонного литья. В зависимости от потреб-
ностей производства число таких дуговых сталеплавиль-
ных печей различно, иногда более 10.
На металлургических предприятиях применяются все
указанные группы печей. В дуговых сталеплавильных *.
чах металлургических заводов выплавляются с _
кого сортамента: от углеродистых до выс0^ Р[ШОван.
и специальных сплавов. Углеродистые и сортаменте
ные стали составляют значительную долю в сортамен^
печей большой емкоетш Biри малой емкости,
обладают в сортаменте пеюи ср д плавильНых пе-
Электрическая нагРузк® д циничность работы харак-
чей непрерывно-циклическая. Ц л остановкРам11 печи для
теризуется чередованием пла и п завалки шихты,
слива жидкого металла, заправк суточно, проводят
В крупных печах, работают^ Р остановкн печей про-
большое число плавок. Длит профилактических осмот-
изводят только при ремонтах
рах. методом получения стали
Наиболее распространен х ЯВляется плавка на
в дуговых сталеплавильных которой характер-
твердой завалке с окисление [ ’
2*
вы три последова
ине, окисление ’
расплав.
подводится
ние.
вательно проходящих периода: расплавле-
- восстановление (рафинирование). В период
тения"твердой шихты в жидкое состояние к печи
мощность, максимально допустимая по транс-
форматору печи. Чем больше номинальная мощность
трансформатора, гем быстрее можно провести расплавле-
ние Это стимулирует повышение номинальной мощности
печных трансформаторов. В окислительный и восстанови-
тельный периоды печь потребляет значительно меньшую
мощность, необходимую только для компенсации тепловых
потерь и эндотермических реакций, для расплавления
легирующих добавок. В период расплавления, продолжа-
ющийся от 1/3 до 2/3 времени плавки, расходуется до
80 % всей потребляемой на плавку электроэнергии. Расход
электроэнергии на тонну выплавленного металла состав-
ляет в среднем 700—950 кВт-ч/т.
Длительные отключения печи происходят только при
ее ремонтах. Число же кратковременных отключений в про-
цессе одной плавки достигает десятков. На рис. 1.5 пока-
0н ис ле ние Рафинирование
Расплавление
10
с МВт,
0,М8ар
20-
2701, мин
печи ДСП-’юо
МОЩНОСТИ
дуговой
сталеплавильной
за оЛиНеш,я сРеД»<‘й
7-Г «
90
су
60;
SX*p“h“”mTa .“S'”,’ Д™-100 ' Т>«е-
V, На графике „дио „J “X,
10-20 мин и указаны цели этих отключений. Технологиче
окне отключения на время от 1 до 10 мин не показаны (их
число значительно больше, и они увеличивают переменный
характер нагрузки дуговых сталеплавильных печей). На
графике показаны усредненные ступени нагрузки. В дей-
(увигельности подгрузка колеблется, имеет неустойчивый
резкопеременный характер, неравномерный по фазам’
Наиболее сильно нагрузка изменяется в период расплав-
ления металла и в начале периода окисления. На рис. 1.6
представлены осциллограммы активной и реактивной мощ-
ности в каждой фазе питающей сети при работе дуговой
печи с трансформатором 63 МВ-А в период расплавления.
Как видно из осциллограмм, изменение нагрузки печи про-
исходит с частотой 1—12 Гц и носит характер нерегуляр-
ных колебаний, связанных с неустойчивым горением дуг.
В соответствии с особенностями электрических характерис-
тик дуговых сталеплавильных печей колебания реактив-
ной мощности значительно превышают колебания актив-
ной мощности.
Колебания нагрузки дуговых сталеплавильных печей,
особенно колебания реактивной мощности, вызывают зна-
чительные колебания напряжения в питающей сети, K5>i0"
рые тем больше, чем больше мощность печного траькфор-
меньше мощность короткого замыкания в
матора и
точке присоединения дуговой печи.
Колебания нагрузки печи во времени являются случаи
ным процессом, поэтому представляется, 1гго
вопросов, связанных с расчетохМ колеоании напря елств
сети при подключении к ней и выбором'
--С колебаний, должно решаться путем
использования методов математической рТЗТ|'с}‘1Х”
рии случайных процессов. ^®Р°я™°Сд“я соответствующих
нагрузки дуговой печи «^бх“Ие‘рИМен‘тальным путем,
расчетов, следует получать экспер следова-
Особенно большие колебанияi на .Ру я ’происходят
„„больше напря«-Г Р
14 ’ и Значения колебании
дуговой стаде-
токов в
для уменьшения этих
тел ыю, и
при эксплуатационных
электродов в расплавленный ме 2 , дуговой стале- <
гака Ер» этом могу, доотиг.тк
плавильной печи для печ емкости. Следует отме-
3,5 /яом для печей средней и малой
П 1 2 t{z
Qx,M6ap
Рис. 1.6. Графики мгновенного значения активной Р и реактивной Q мощностей кажд * Ф
раеплавления
. т mrnv3Kii дуговой сталеплавиль-
' К0’’ег соавйнтельно редко (не более 5-
ной печи происход приниматься во внимание при
Д° кения для сравнения с нормами
^‘колебания нагрузки дуговых печей
ср вйительио редко (не более
______________ г>г\ ПЕГИМ Я ННв ПОИ
чения для сравнения с нормами
тнть, что такие 1--
6 паз в час) и не
расчете колебаний напряя
ГОСТ 13109-67*. ~
Нз рис. 1.6 видно
неравномерны по 1
ную неси м метрик) в
ве
пряжен ия
-меют, однако, важное значение для определения мощ-
ности сетевых тРа,,с*°р^™Р°°’ наГрузки указанных печей
фазам, что может вызывать значитель-
- питающей электрической сети как по
^чииё и7пряже1шя, так и по углу сдвига вектора.на-
пряжения Следует отметить, что эта несимметрия носи
случайный характер и изменяется очень быстро (пример-
но за 0.03 с) в соответствии с изменением активной и ре-
активной мощности. Это вызывает определенные трудно-
сти, связанные с быстродействием симметрирующих уст-
ройств, необходимых при работе дуговых сталеплавильных
печей.
Нелинейность вольт-амперной характеристики печных
установок, связанная с нелинейностью дуги и печного
трансформатора, приводит к генерированию высших гар-
моник в питающую сеть, главным образом 3, 5 и 7-й. Это
также накладывает определенные ограничения на возмож-
ности нормальной работы дуговых печей в системах элек-
троснабжения промышленных предприятий, в частности на
возможность компенсации реактивной мощности в сетях с
этими печами.
14. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ
электроснабжения металлургических
ЗАВОДОВ С ПРОКАТНЫМИ СТАНАМИ
Прокатные производства выпускают изделия
рельс, проволоку, лист
W”'1# W*4. w чй*». _и
структурная
кидая ?ослеАОвательность"'технолоп1чеТкаото°Впроцессии
- Г<хнолог«ч«=«»й процесс, определяющий
самих разнообразных профилей- -
колеса, шары и дп На пи, 1 7 *т'
схема прокатных рис' приведена
ющая последовательность ,
разнообразие прокатных станов
I синологический ~
употребления наиболее мош~иыГ^‘Л,иШ,ИИ режнм элек-
топрокатных цехов, начинаете- ~ Л°ртопрока™ых и лис-
«^’.,ИЛ!МЬНЫХ ««<*• С
-не в бл^ХваХ™ВаЮТСЯ *
14. -
'СпЯ„т нагрева слитков, получа-
!«--«* »,ре-
Сортопрокатное производство
Блюминг
Установки
непрерывной
разливки
стали
(БИРС)
Слябинг
Рель со-
балочный
стан
Крупно-
сортный
стан
Толстолис-
то бой стан
Непрерывный
заготовоч-
ный стан
Трубо-
заготовоч-
ный стан
Широко-
полосный
непрерывный
стан
Полосовой
стан
Проволочный
стан
Мелко-
сортный
стан
Средне-
сортный
стан
А грегатьГ
автомати-
ческими
станами
Непрерывный, -i
стан
Пилигримо-
бый стан
Тонко-_
листовой^
непрерывный
стан
Жесте-
катальный
непрерывный
стан
Тонко-
листовой _
непрерывный
стан
Листопрокатное производства
Труба- J
сварочный
стан
Специальный
стан:
и!ары,
колеса
Стан ~
холодной
прокатки,
труб
Трубо-
волочильный
стан
Трубо-
сварочное
производ-
ство
Рис. 1.7. Структурная схема прокатного производства
ного сечения. Слябы служат заготовкой лля Л"^°"Р0^.’
ного производства, а блюмы - для сортопрок ппоизвод-
изводства различных профилен. Трубопрок слябин-
ство получает исходные заготовки от блюмингов и сляОи
'“Ьл x™p«Z.=^
но, изменяя направление вращегия сходить 20. Резуль-
тов одного слитка металла м пр основном заг0товки
тат прокатки — блюмы (блю )
’ £ '7- " Ч ‘ ' .1 Ц '. 3 Й-Жлк - 5
1Я непрерывных станов горячего проката или для раз-
1,1 испрср * лиятных и трубных станов.
'"'с'пябинг-реверсивный стан горячего проката имею-
f п о тнчпе от блюминга кроме основных рабочих и
1Ц" Ланар напыженных горизонтальных валков еще и вер-
“^"’тьные ватки которые обжимают металл не только в
т,гкаль в горизонтальном направлении. Число
прокат одного слитка может превосходить 20. Результат
в^атки_ слябы-заготовки для листопрокатного и
сортопрокатного производства.
В последнее время заготовки для непрерывных станов
горячего проката получают на установках непрерывной
разливки стали (УНРС). Поэтому блюминги и слябинги
практически больше строиться не будут. Однако сущест-
вующие блюминги и слябинги будут работать на метал-
лургических заводах не менее чем до 2000 г. Поэтому изу-
чать режимы их работы необходимо особенно с точки зре-
ния влияния на питающую сеть.
Непрерывные станы горячего проката служат для про-
катки нагретых до определенной температуры блюмов и
слябов для получения металла определенной толщины и
профиля с целью получения готовой продукции или заго-
товки для станов холодного проката.
Станы холодного проката (непрерывные или реверсив-
ные) служат для прокатки холодного металла, получае-
мого от непрерывных станов
получения тонкой полосы или металла определенного про-
филя.
Состав электроприемников всех прокатных производств
характеризуется большим числом электродвигателей пене-
менного и постоянного тока большой номинальной мошно-
е, в глаХмК°п0Л0СНЬ,Й СТЭН 2000 Г°Рячей пР°ка™
стью лп 20 MR приводе синхронные двигатели мощно-
до 15 МВт Р Т И двигатели постоянного тока мощностью
ет 120 МвЛ ГТ35* Мощность нагрузки стана составля
ет 5000. ' ° Щее число электроприемннков превыша-
М°ЩН0СТИ и назначению
«а главный привод черновых и чиста^™3 подРазДеля1ОТся
вспомогательных мХизмов" Главный "ZlL” аПаР.И,В0ДЫ
-Г.
горячего проката, с целью
и сжатия
' прохо-
ст,иот получают питание ,срез Ш|.п,„у„ь,т
'ГР'Г"Т“ °’ *“ "»™’ю
Автоматическое управление прокатных CTaBes обеспе
чивает быстрое повторение операций прохода и сжа"ия
слитков. Цикл проката блюма или сляба в 12-15 ппохп
дов занимает от десятка секунд до нескольких минут пои
этом почти мгновенно в момент сжатия металла возникает
нагрузка в десятки мегаватт, а через несколько секунд в
конце цикла происходит столь же быстрый сброс нагруз-
ки до холостого хода главного привода.
Ввиду того что прокатные станы требуют регулирова-
ния скорости вращения, они оснащаются в основном дви-
гателями постоянного тока. На непрерывных станах горя-
27-
Рис. 1.8. Блюминг
одного двигателя
Рис. 1.9. Слябинг 1250. Графики потребляемой мощности Р (MBt),Q
скорости°воаДшениЯПпг°КаТа необходимость регулирования
раХй omZ оПНпУСЛ0МИВаеТСЯ нахождением металла
скооост/ п™ ± одновременно в нескольких к/
На ревеосивныхИпЛаЗНЬ1^КЛетей должна быть
станы холодного проката ^блю^и‘1,> '-‘,,ииинг> реве
некие направления вращениЛа'ХТ0!™0 б“СТР
7еля°мСиУВДСТВЛЯТЬСЯ е восточной °В-
7еЛЯМИ постоянного
9Л технологическнм
клетях, т. е.
_• различна,
нг,^слябинг, реверсивные
ое изме-
режимы мо-
тгшя Пп скоростью только двига-
по“:,лРан™,г^!°бРаз^ание пере-
типа И Г ТТ Г- “ “VFW1V
па д 1 —д Гдвигэтрп
С маховиком) 1^вигагел
ь пе-
генератор посто-
эта
требованиям,
-
(Мвар), S (МВ-А) за цикл прокатки
в частности, по быстродействию регулирования и надеж
для питания двигателей
ности работы.
Поэтому в "°“ХетньаРТтанов применяются вентиль-
постоянного тока прок' преобразователи, которые
ные, в основном тирис• ор н^гоРтока п генератор посто-
заменяют Двига™ь " Рма п‘11тания основных электропри-
янного тока. Такаясис тся бадее предпочтительной
водов прокатных стан_ ния надежности, экономи-
ло быстродействию регулир своей прогрессив.
ческой эффективности. Од. , РКТИВНости тиристорные пре-
110СТИ И технологической эффективностивныр нарущителей
образователи являются одни сетн т е. становится
качества электроэнергии совместимость их с питаю-
проблемой электромагнитная^ змеНения режима
щей сетью. Это объясняется тем, по
ггмл приедаются в питающую электри-
электропривода прямо 4^^ _ геИератор-двигатель
ожХажив/лпс" моментами инерции электрических ма-
шин и маховиков). нппяппяется в колебаниях напря-
“=“«»“20 % и4 ’
’“Й Ж™....тающей электрической сети Это
лбгетовтивается резким изменением как активной (ко
бани частоты), так и реактивной (колебания напряже-
X мощности (см. гл. 8). Кроме того, работа прокатных
станов сопровождается большими искажениями напряже-
ния происходящими из-за коммутации вентильных преоб-
разователей (см. гл. 6). Коэффициент несинусоидальности
при работе тиристорных преобразователей прокатных
станов может достигать значения более 30 /о на стороне
10 кВ питающего их напряжения.
Вентильные преобразователи в силу специфики их ре-
гулирования являются крупными потребителями реактив-
ной мощности (коэффициент мощности вентильных преоб-
разователей прокатных станов cos ср=0,34-0,8), что вызы-
вает значительные отклонения напряжения в питающей
сети при работе вентильных преобразователей (даже при
постоянной нагрузке). Вентильные преобразователи не
влияют на симметрию напряжения в силу симметричности
их нагрузок.
100-
25
50
юо
- ,UU r,c 0 50 100
Рис. 1 JO. Тонколистовой стам 9ЛЛЛ —
« нагрузок глаВНЫХ приводов20н°а0
'0. 12); б —секция 2 (клети 2, 4. 5. 6. 8. н). -
fcp,Kt~5m№rt
/;мвт
100-
75
50
/?МВт
100-
tc о 50 100 ~t, с о
50
%р,к8~100М&г
С — секция 1 (клети 1 q i о
суммарная вагоуче»
грузка главных приводов
t e **
Рис. 1.11. 5-клетьевой тонколистовой
стан 2000 холодного проката. Графи-
ки нагрузок тиристорных преобразо-
вателей главных приводов на сторо-
не 10 кВ питающей подстанции:
/ — активная нагрузка; 2 —реактивная
при синфазном управлении; 3 — реактив-
ная при согласно-встречном управлении
¥
у, В отличие от дуговых ста-
леплавильных печей колебания
нагрузки прокатных станов мо-
гут рассматриваться не как
случайные, а строго цикличные
в зависимости от типа и назна-
чения прокатного стана и про-
граммы его прокатки.
Величина средней, эффек-
тивной и пиковой активной и
реактивной нагрузок определя-
ется мощностью прокатных
станов и их отдельных клетей.
Периодичность (цикл) работы
0
определяется технологически-
ми параметрами, в основном
размерами заготовки и разме-
рами конечной продукции. На
рис. 1.8—1.11 приведены примеры графиков нагрузок (ак-
тивной и реактивной мощности) различных типов прокат-
ных станов.
Фронт наброса реактивной мощности &QIM для раз-
личных станов различен и соответствует приближенью еле-
дующим величинам: для блюмингов и слябингов Дч/
^200 Мвар/с, для непрерывных станов горячего проката
Д(Э/Д/<400 Мвар/с, для станов холодного пР^ат
Др/Д/<2000 Мвар/с. Эти величины имеют определякиГ
значение для выбора компенсиру:jo™™ мощности
быстродействию. Скорости наi р набросов реактивной
несколько меньше, чем скорости наоросив Р
мощности.
Колебания активной
станов вызывают
ния (колебания ч
ко ।
гатели и
ивнин мощности при РаботегппР“пяжеЧ
”ЛЛы>Ш'»“ри°Р’.oS”““ “ “»3-
(колебания синхронные электродви-
(’MK7eZ“™pS ”
*v Jr *
тельные ye
IX нагрузок возникают дополни-
вием диклических удар' о ы синхр0Нных двигателей, и
тельные усилия на Р ' новения нежелательных резо-
генераторов вплоть до
нансных явлении имы систем электроснабжения,
Таким образом,Р брачователи прокатных станов,
п,!Та"тзя'рёзкопеременньгми нагрузками, вызывающи-
•п/нестХн'ость напряжения и частоты, а также высо-
КИМ уровнем высших гармоник.
1 5 УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ
Электросварка — наиболее распространенный
вид электропотребителя резкопеременного повторно-крш-
ковременного режима работы, имеющийся на крупны.
промышленных производствах и в мелких мастерских.
Дуговая сварка производится плавлением металла свари-
ваемых кромок детали и электрода за счет тепла, выделяе-
мого электрической дугой. Контактная сварка производит-
ся за счет тепла, выделяемого током при прохождении его
через свариваемые кромки изделия с одновременным
сдавливанием свариваемых поверхностей или кромок.
Электроприемники сварочных установок создают не-
симметричную нагрузку фаз, включаются — отключаются
& л чай ю I порядке, работают с нестабильной нагрузкой
при низком коэффициенте мощности
. ‘ Еами питания электросварки на переменном
Фооматопы А °ДН0Фазные и ’рехфазные сварочные транс-
GrP; А Г С пеРвичным напряжением до 1 кВ
юте’А еАА₽ТВЬ,Х тРансФ°Рматоров сварочные
ампаз г f ЫМ значением напряжения КЗ
-ар-
маторов и преобр^ователей—Н380Х/9?ларв'1тЫХ тРансФ°Р'
^еРтипичнТаКпВреМеННОмИрТежим?°с ПВ0РЬ1-Раб0ТаЮТ ® П°'
“а производится S,™ величина ПВ =
Дится короткими импульсами
LlMRv а * Il . . Л -
на переменном
до 1 кВ и выше.
: отлича-
и широким
напряжения. Свар-
сварочных трансфор-
380/220 В. Типовая мощ-
_га 01 9 до 165 кВ А
= 20-т-60 %, наибо-
60 %. Электросвар-
т°ка, длительность
которых составляет от долей секунды до нескольких се
кунд. На рис. 1.12 показан график нагрузки сварочной vc
тановки точечной сварки. При проектирований электро-
снабжения сварочных установок рекомендуется в качеХ
расчетной нагрузки принимать среднюю квадратическую
нагрузку наиболее загруженной фазы. У
Резкопеременныи характер сварочной нагрузки прелой-
ределяе! нестабильность напряжения в питающей ее сети
до кВ. Для процесса сварки колебания напряжения
пределах ±5 % С/, ----- '
тепловых процессов в свариваемых металлах. При выхо-
де за эти пределы колебаний напряжения получается брак
ном допустимы благодаря инерционности
Рис. 1.12. График нагрузки од.
поточечной сварочной установ-
ки:
h—время сварки одной точки;
t2— время паузы между точками;
/з — цикл сварки одной точки в ав-
томатическом режиме; Ц — время
на замену детали; U — цикл сварки
всей детали
в работе из-за непроваров и пропусков в сварочном шве.
Поэтому должны предусматриваться мероприятия, напр а ва-
ленные на стабилизацию напряжения в сети, питающей
электросварку.
Применение игнитронных и тиристорных преобразова-
телей в сварочных установках приводит к генерации высших
гармоник тока и напряжения в сетях 380—660 В. На рис.
1.13 показана схема сварочной машины и форма тока и
напряжения при осуществлении фазного регулирования
вентилей и тиристоров. Чем больше диапазон регулирова-
НИЯ напряжения изменением угла а, тем меньше угол or-
«я uamtrau (аУ и форма тока и напряжения
Рис. 1.13. Схема сварочной машины (О) " к
при фазовом регулировании вентилей (
3—721
-пк,„е уровень высших гармоник, возни-
л тСМ бо«чьш У г
ьрытия л и 1 ,ол_6&0 в. „ „ ;Я
каюших в сети 3S0 „ ТОКа создается сварочны-
Несимметрпя напри они представляют однофазную
ми установками рТетяются по фазам неравномерно, а так-
нагрузку и РаспРед,'ссе работы изменение нагрузки фаз
Глава вторая
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ И МЕРОПРИЯТИЯ
ПО ЕГО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Обеспечение надлежащего качества электро-
энергии ведет к повышению эффективности общественного
производства. При решении этой проблемы следует исхо-
дить из сопоставления ожидаемого эффекта от намеченных
мероприятий по улучшению качества электроэнергии и не-
избежных при этом дополнительных затрат.
Укрупнение энергосистем в совокупности с увеличени-
ем мощности электростанций и развитием сетей приводит
к уменьшению сопротивления цепи, по которой электро-
энергия поступает к приемникам электроэнергии что спо-
собствует повышению ее качества. Малое сопротивление
цепи порождает большие титя n vunpuiявление
системах тпки кч „а К3- В “временных энерго-
гисгемах токи КЗ достигают такого значения
обойтись без их ограничения. Однако ’
приятия (деление сети, увеличение -
ления трансформатопов и лп Т Л?
цепи т е Р др'' Увеличивают
> • е. создают предпосылки
электроэнергии. Это противооечие
менением новых способов с
применения устройств им«Хапп'
ЙЖП S” ............
Прм<мников е питающей оаю*.™2«еСТВМ'ЗСТИ электР0'
• О... с «ирои”“щ“а™“= ”Т’° "“«
34 дрснием мощных вентиль-
что нельзя
применяемые меро-
реактивного сопротив-
_ сопротивление
Для ухудшения качества
менением новых способ™ п7^ис можно Разрешить при-
применения устной Л»6 т1^раничения ТО1<ов КЗ на основе
малое сопротивление в
при КЗ. Поскольку такие
ных преобразователей, дуговых сталеплавильных печей
сварочных установок и других устройств, которые при всей
своей экономичности и технологической эффективности
оказывают отрицательное влияние на качество электриче
скои энергии в питающих электрических сетях.
При разработке новых приемников электроэнергии не-
обходимо учитывать то отрицательное влияние, которое
они могут оказывать на питающую электрическую сеть
При оценке должны приниматься во внимание дополни-
тельные устройства, предотвращающие ухудшение качест-
ва электрической энергии. Необходимые нормы качества
электрической энергии могут быть достигнуты уже на
стадии проектирования электроснабжения промышленных
предприятий путем соответствующих расчетов и примене-
ния технических средств.
Качество электроэнергии оценивается по технико-эко-
номическим показателям, которые учитывают ущерб, при-
чиняемый народному хозяйству вследствие порчи материа-
лов, расстройства технологического процесса, ухудшения
качества выпускаемой продукции, снижения производи-
тельности труда и по другим причинам, — так называемый
технологический ущерб. Кроме того, существует и электро-
магнитный ущерб от некачественной электроэнергии, кото-
рый характеризуется увеличением потерь электроэнергии,
выходом из строя электротехнического оборудования, на-
рушением работы автоматики, телемеханики и связи и т. д.
Качество электроэнергии тесно связано с надежностью
электроснабжения, поскольку нормальным режимом элек-
троснабжения является такой режим, при котором потре-
бители получают электроэнергию не только нормирован-
ного качества, но и заранее согласованного с энергоснабж а -
ющей организацией ее количества, поступающую беспере-
бойно. Правилами пользования [6] определена ответст-
венность энергосистем за недоотпуск электроэнергии и за
отпуск некачественной электроэнергии на границе балан-
совой принадлежности электрических сетей энергосистемы
и потребителя.
1
2.2. НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В СССР качество электроэнергии нормируется
ГОСТ 13109—67* «Нормы качества электрической энергии
у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям
Ц
3*
общего назначения»,
ства эл<
лослеаварийных
гетических систем и
общего
тока
его <
н ы м и
- Стандарт устанавливает нормы каче-
v ее приемников в нормальных и
ектроэнергии у Р ых режимах работы энер-
ЭК стационарных электрических сетей
;их систем .. стации Н эд д ПОСТОЯННОГО
ГоТтТзТэ-бТ* введен в действие с 01.01.68 г., а
"='“™>утвсржд“'
| »°Р““ «««’••
5Hef)' при епитРаниЙН “любых приемников электроэнергии от
электрических сетей специального назначения (например,
контактных тяговых, сетей связи); от электрических сетей
передвижных установок (например, поездов, самолетов,
судов); от электрических сетей, присоединенных к авто-
номно работающим маломощным (до 1000 кВт) источни-
кам питания; от временных электрических сетей и от
электрических сетей, присоединенных к передвижным
источникам питания, а также в электрических цепях авто-
номных установок (например, возбуждения синхронных
машин, зарядки аккумуляторов, двигателя-генератора,
управляемого преобразователя-двигателя и т. д.). Нормы
качества электроэнергии у приемников, присоединенных к
указанным сетям, должны устанавливаться договором ме-
жду абонентом и электроснабжающей организацией и,
когда это возможно, должны соответствовать нормам на-
стоящего стандарта;
б) в аварийных режимах.
Применительно к промышленным электрическим сетям
ГОСТ нормирует следующие показатели в сетях перемен-
ного тока, отклонение частоты, колебания частоты, откло-
нения напряжения, колебания напряжения (размах изме-
нения напряжения), несимметрию напряжения, неуравнове-
шенность напряжения, несинусоидальность напряжения. •
В стандарте указаны показатели качества электоо-
анеРгии> “аРУшение которых обусловлено питающей энеп-
госистемои и приемниками электроэнергии работающими
на промышленных предприятиях. Отклонение частоты пе
ТнеГп” питающеи энергосистемой и зависит только
пР.“ри»™х,ь„™»г,’”хтье“',,;а
№ ”«SaST”
НИЮ с суммарной мощностью генепятпп™ Г™ ^равне-
Ко.,ев„ня
36
ния, несимметрия, неуравновешенность и несинусоидаль-
ность напряжения вызываются в основном работой отдеш-
ных мощных электроприемников на промышленных пред-
приятиях, и только величина этих показателей качества
зависит от мощности питающей энергосистемы в рассмат-
риваемой точке. Отклонения напряжения зависят как от
> ровня напряжения, которое подается энергосистемой на
промышленные предприятия, так и от работы отдельных
промышленных электроприемников, особенно с большим
потреблением реактивной мощности.
Нормализация параметров качества электроэнергии в
каждом отдельном случае должна решаться по-разному.
Значения показателей качества электроэнергии долж-
ны находиться в допустимых пределах с интегральной ве-
роятностью 0,95 за установленный период времени. Значе-
ния показателей качества, выходящие за допустимые пре-
делы с интегральной вероятностью не более 0,05, должны
в случае необходимости ограничиваться по величине и
длительности по согласованию с Минэнерго СССР.
Согласно ГОСТ проектные и эксплуатирующие органи-
зации должны предусматривать применение экономически
обоснованных устройств и мероприятий, обеспечивающих
нормированное качество электроэнергии у ее приемников.
Решения отдельных организаций по размещению регули-
рующих и компенсирующих устройств в питающих и рас-
пределительных сетях, а также по снижению колебании,
несимметрии и несинусоидальности напряжения должны
быть взаимно согласованы на основе технико-экономичес-
ких обоснований.
Для обеспечения показателей качества электроэнергии
V приемников по согласованию между электроснабжаю-
щей организацией и потребителем должны быть УС™Н<>В‘
лены значения показателей качества электроэнергии на
границ" раздела балансовой принадлежности электри-
ческих се?ей Контроль качества электроэнергии на Гра-
нине пазлела балансовой принадлежности должен осу-
SSJS2S?а,»е"™на6»,а»№.1 оргавиз.иней п.гр.бв
™"с“«еа»ет отметить, что практически все показателе ка-
чества электроэнергии по
ляемой промышленными электроприемниками0ЭРнерги Г не-
мощности. Поэтому вопросы К ^тв:^^свя3Ри с вой.
обходимо рассматривать в иетаф Д,
росами компенсации реактивной мощности.
2.3. ОТКЛОНЕНИЕ ЧАСТОТЫ
тельным
Гц,
Отклонение частоты — разность и
„ номинальным значениями основной
действи-
частоты,
А/ — / / ном»
(2.1)
ИЛИ, .%»
д/= '-J"1™. 100. (2.1а)
Zu ом
Согласно ГОСТ 13109—67* в нормальном режиме ра-
боты энергосистемы допускаются отклонения частоты,
усредненные за 10 мин, в пределах ±0,1 Гц. Допускается
временная работа энергосистемы с отклонением частоты,
усре хнеиным за 10 мин, в пределах ±0,2 Гц.
Нормы качества электроэнергии по частоте соответст-
ь нл нормам, принятым за рубежом (табл. 2.1). Как вид-
I а б л л и а 2.1. Нормируемые допустимые отклонения частоты
в электрических системах развитых стран, Гц
Стра-
ны
члени
СЭВ
Нормальный
режим
Аварийный
режим
Капиталисти-
ческие страны
Нормальный
режим
Аварийный
режим
СССР
НРБ
ВНР
1 Ш
НИР
ЧССР
СРР
49,9—50,1
49,8-50,2
49,5—50,5
49,9-50,05
49,5—50,5
49,5-50,5
49,8—50,2
49,8-50,2
49,5-50,3
49,5—50,5
Великобри-
тания
Бельгия
Италия
Канада
11 и дер лайды
США
ФРГ
Финляндия
Франция
Швеция
49,5-50,5
49,8—50,2
49,9—50,1
59,95—60,06
49,8—50,1
60,0
50,0
49,95—50,05
49,0-51,0
49,9—50,1
49,0
49,0
49,5—50,5
59,0
47,5
59,4
49,5
49,9-50,1
Пр,.,,,,,,. Нормы МЭК втадмвчи от „омопала „е дают
ты жесткие требо-
fl итающего напряжения. Это
В /иГук^™ДаНЛНЫХ’ В Ручных правилах н руко-
нерсонала вСССР' 0®язат^ь>'Ь'х ДЛЯ эксплуатационного
Хш ' н. "'"1:|"1|ем «еготи ма режимы
«^оборудования, ход технологических процес-
ub
сов производства и, как прямое следствие т„
комические показатели работы поомиппм. технико-эко-
тий в целом. ы "Ромишлениых предприя-
Развитие энергетики характеризуется укрупнением
энергосистем, созданием Единой эрратической система
СССР и международною энергообъединения «Мир» »
с?иДэлектроснабжения“°и vХ‘ИЯ экакомичнос™. и.1ежио-
гни, особенно во^стот^ МуЧШеНИЯ качества ^ктроэиер-
В юследние годы наблюдаются случаи работы электро-
вяниям°ГОСТ Не С00тветсгвУ»Щей требо-
ваниям 1 ОСТ 13109 67 , что является следствием отсут-
ствия резервов мощности в энергосистеме Так, в 1982 г
в период максимума нагрузки частота в системе не под-
нималась выше 48,6 Гц, а в 1983 и 1984 гг. была соответ-
ственно 48,6 и 49,3 Гц.
нитная cot тавляющая ущерба обусловлива-
ется увеличением потерь активной мощности и ростом по-
требления активной и реактивной мощностей. Можно счи-
тать, что снижение частоты на 1 % увеличивает потери в
сетях на 2 %.
'ехно логине с кая составляющая ущерба вызвана в ос-
новном недовыпуском промышленными предприятиями
своей продукции и стоимостью дополнительного времени
работы предприятий для выполнения производственного
плана. Согласно экспертным оценкам значение технологи-
ческого ущерба на порядок выше электромагнитного. Во-
прос о возможности определения и учета ущерба, его струк-
туры нельзя рассматривать без конкретно поставленной
задачи.
Анализ работы предприятий с непрерывным тех-
нологическим процессом показал, что большинство техно-
логических линин, где протекает основной про из вод ставен*
ный процесс оборудовано механизмами с по( оянным и
вентиляторным моментами сопротивлений, а их привода
ми служат асинхронные двигатели. Частота вращения дви
гателей пропорциональна изменению частоты се и, а пр
изводительность технологических линии зависит от часто
ты вращения двигателя.
Установленные зависимости частоты вращения асин-
хронного двигателя от изменения частоты сети и
дительностн технологических линии от частоты вРа^‘
асинхронного двигателя позволяют опРеделить годовое
изменение технико-экономических вок з - Р
39
основных производственных линий по выражению
k i
у = Су [П(Г- Л) - 2 J пп
i=l б
где д’ — годовой экономический ущерб от снижения часто-
ты, руб.; Су —плановые удельные затраты на единицу про-
екции, связанные с ее выпуском, при работе линии с
номинальной частотой, руб.; П — производительность тех-
нологических линий в час при номинальной частоте; Т —
продолжительность работы технологической линии в году, ч;
? —продолжительность работы линий в году при нор-
мальной частоте, ч; k — количество изменения частоты в го-
ду; Ti — продолжительность изменения частоты в году, ч;
—зависимость производительности линий от ча-
стоты вращения асинхронного двигателя.
Частоту вращения приводных асинхронных двигателей
рекомендуется определять по формулам для механизмов:
с вентиляторным моментом сопротивления
ном — кратность частоты
скольжение двигателя; Ки~
— коэффи-
тока холо-
где hq — синхронная частота вращения асинхронного дви-
гателя при 1^=1 ном', уа — поправочные коэффициенты асин-
хронного двигателя, учитывающие насыщение магнитной
цепи и равные 1,05—1,15; Kf=f/f
сети; Shom — номинальное <
* Г I Т у ~ -- «С- — * • * А А Л Л -V**
=-/С/Ном —кратность напряжения; /С3==///ном
циент загрузди по току; /(z0=Z0//1H — кратность
стого хода;
с постоянным моментом сопротивления
^3-^0 А
J
структуры
п2 ~ /?о
позволяют
f НОМ 1 /
2 1^2 |,
Определение ущерба, знание его
TMPnnaJb,BaTb вРемепные научно-технические мероприя-
последствийЬраеботь!°ппо^аТеЛЬНЬ1Х техпико-экономических
предприятий
при пи-
не соответствующей по частоте
частоты в питающей се-
*, является техниче-
скоп, а не научной проблемой о<-нппи,
торой —опережающий ввод ;енСН0В’10’’ пут|> решения ко-
целью создания резервов мощности B^Xc“°T^,CTeft с
2.4. КОЛЕБАНИЯ ЧАСТОТЫ
.._ „Л?.ЛЛ®аНИЯ ча,стоты в ГОСТ 13109
наибольшим fH6 и наименьшим f
частоты за определенный промежуток времени
руются размахом колебания частоты
нм значениями
67* норми-
разностью между
основной
Гц:
нм>
или, %,
изменения
6/ == -”»>—шм 100.
/ном
Под колебанием частоты понимаются ее
происходящие со скоростью 0,2 Гц в секунду. Размах ко-
лебаний частоты не должен превышать 0,2 Гц.
Периодические резкие набросы и сбросы активной мощ-
ности, возникающие при работе резкопеременных нагру-
зок прокатных станов, дуговых сталеплавильных печей,
сварочных установок, ускорителей, вызывают колебания
частоты, которые отрицательно влияют как на генераторы
и турбины электрических станций, так и на параллельно
включенные двигатели переменного тока. Они могут при-
водить к нарушению устойчивости (особенно если частота
набросов активной мощности близка к частоте собственных
колебаний машин) или к аварийным механическим воз-
действиям на редукторы и роторы машин переменного то-
ка вплоть до их скручивания. При проектировании систем
электроснабжения с резкопеременными активными на груз-
ками необходимо проводить проверочные расчеты колеба-
ний частоты и, в случае необходимости, предусматривать
мероприятия по их уменьшению (см. гл. 8).
2.5. ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Отклонение напряжения - Раз“7/П
ствительным и номинальным значениями напряжения, В.
I/ = U- ^НОМ’
(2.3)
1/ __ и ~~ 100
U пом
(2.3а)
41
t <
К л
i
гротр
СЭ/ Д6
w
>
угг опасность перетри
и, уменьшается
<
ZT Г> '’'
ЬЛС>& работы 5 Л £ КТр о ЕфК-
.,^4
ж -п л Л и 4 И J
примерно иа
Ср^>>С СЛ/жбы ЛАМП mtrr.
,i
ПГЯОК
а при по.
КТСЯ почти ft
> ^^иьшеике
к
Ж®»иг, рйбо.{их 6ргг,
'•-»' -/>длх »лектродЛИ|
?> •’4*4* яедет к
• ro.; С01ф01яМВия
уменьшение напряжении
' -'-г- Р -:: ,. гона, < : ,
«j
V
I
>
П
0
I
несть синхронного давгжэтвдж ,j** < -* -
нии напряжения увеличивается. ЛВ_
Вентильные преобразователи обычно имеют ж \
еского регулирования постомвмого то—
ппйр.-ения Поя повышен— —яря—я «тиуны
ег. рования автоматяяес— уиедамвмтеж
гие.-.4-21ется. Повыше—« -
1 1
женин напряжения ,
приводят к ухудшению коэффидиевт -
1 %-ное повышение напряжения приводят
потребления Р«а«ти®’“® “Т^ыя пупе показателя вен
мерно на 1 — 1,4 %. В то же время
sir
. с повышением напряжения
тнльных Пяре^бпроэ3томуевыгодно повышать напряжение на
улучшаются, п поэт ' ПГГТПМЬ1Х значении.
;(Х зажимах в преде.т Д > отклонениям напряжения.
Электропечи чувств 'т“ “° - % привОдит к уд-
-........~ нлппяження. например, на г Повышение
приводит к перерасходу элект-
тнльных
irx зажимах в предела
Электропечи чу
Понижение на пряж
линению процесса 1
напряжения выше 1,иэ
роэнергии.
плавки стали в 1,5 раза.
ном
2.6. КОЛЕБАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Колебания напряжения согласно ГОСТ 13109
67* оцениваются:
а)разиаком изменения напряжения — разностью меж-
ду следующими друг за другом экстремумами огибающей
действующих значений напряжения. Если огибающая дей-
ствующих значений напряжения имеет горизонтальные
участки, то размах изменения напряжения определяется -
как разность между соседними экстремумом и горизон-
тальным участком или как разность между соседними го-
ризонтальными участками (рис. 2.1), В:
W = Umax-Umin, (2.4)
ИЛИ, %,
напряжения (пять размахов
изменений напряже-
2.1. Колебания
за 12 с)
б)частотой изменения напряжения, 1/с, 1/мин 1/ч
F * mlT’ (2.5)
где m- количестве- изменения напряжения со скоростью
изменения более 1 % в секунду за время 7' (р11с. 2 .
в) интервалом между следующими друг за дрцгом
менениями напряжения &tKj (рис. 2.1). '
I ели интервал времени между концом одного измене-
ния и началом следующего, происходящего в том же на-
правлении, менее 40 мс, то эти изменения рассматривают-
ся как одно.
из-
Допустимые значения размахов изменений напряжения
(колебаний напряжения) определяются по кривой ГОСТ
13109—6/ " (рис. 2.2) в зависимости от частоты их пов го-
рне. 2.2. Зависимости
допустимых изменений
напряжения от частоты
их повторения, принятые
в разных странах:
I. 2 —AIEE (США); 3-
ГОСТ 13109—67 (старая ре-
дакция); 4 — EI 50.006; 5 —
ГОСТ 13109—67 (скорректи-
рованный вариант): 6 •—
ПУЭ, 1950 г.; 7 —Япония.
1963 г.
рения или интервала между следующими друг за другом
и в сетях, питающихся от шин тяг на1ИЧИИ специальных
рифицированиого тРанс"°Р™’ Р решения Мин-
технико-экономических обосн° значения^колебаний на-
энерго СССР допускаются другие значения
пряжения. пл^лрйетвие колебаний
ГОСТ 13109—67* °"Р®^уцеТуСгановкщВ влияющие »а
напряжения на осветительные уставов
Мигание ламп освещения (фликер-
психологический эффект,
чего
зрение человеки,
в « вследствие
XX производительность труда. Степень раздраже-
органов зрения зависит от величины и частоты мига-
vpiauv_ г ______л „лпплпотпттп ия ГПйО црлопекд
мигания света с частотой 3—10 Гц, поэтому до-
пустимые колебания напряжения в этом диапазоне мини-
мальвы: менее 0,5 % в СССР, 0,2—0,3% во Франции, США,
Японии (рис. 2.2). Причем степень воздействия колебании
ний свётжНаиболее сильное воздействие на. глаз человека
оказывают __
менее ОД % в СССР, 0,2-0,3% во Франции, США,
напряжения на зрение зависит от типа источника света.
Например, при одинаковых колебаниях напряжения лам-
пы накаливания оказывают значительно большее воздей-
ствие на зрение, чем газоразрядные лампы.
Колебания напряжения более 10 % могут привести к
погасанию газоразрядных ламп. Зажигание их в зависи-
мости от типа ламп происходит через несколько секунд и
даже минут. При глубоких колебаниях напряжения (более
15 %) могут отпасть контакты магнитных пускателей, выз~
вав нарушения технологии производства. Колебания напря-
жения с размахом 10—15 % могут привести к выходу из
строя конденсаторов, а также вентильных выпрямительных
агрегатов. Колебания напряжения в сети, питающей дуго-
вую сталеплавильную печь, приводят к увеличению време-
ни плавки.
На металлургических заводах к числу приемников, чув-
ствительных к колебаниям напряжения, относятся также
станы непрерывной прокатки. Для получения качественной
продукции недопустимы растяжение или сжатие металла
при прокатке. Это требование обеспечивается постоянным
жешщ^бопее rCo/°FOCTei* клетей стана- Колебания напря-
жения (более о /0) приводят к рассогласованию скоростей
работы приводов клетей стана, так как возбуждение дви
гагелеи постоянного тока этих приводов управляется с
помощью магнитных усилителей, режим работы которых
ависит от напряжения. Рассогласование приводит к
рушению работы стана, браку и недовыработке продукции”
6огенРепатореова лТ НаП₽яже™я кача^ X
; опеаРснчРодн?коЯ ^Х;^ГНер5тар0е качания
> могут привести в действие регулятор^ХТоста^а^ °""
5 влияние оказывают колебания напряжений Заметное
; двигатели небольшой мощности асинхронные
Для «кСТИЛЬН0ГО1 бумагоделательного
режим работы которых
V tew -_._
водств, предъявляющих особенно рнспиыо
точности поддержания частоты вращениятребоваиия *
в качестве которых используются агиХпп КГроприволов'
Подробно исследовано влияние
на электролизные установки П™ „„J напряжения
устической соды колебания наппяжен^В°ДСТВе ХЛОра и ка‘
вызывают резкое увеличение износа анодоавЭМа|Х0М ±5 %
нормальной работы отдельных технологических тоГи
снижение производительности предприятия в целом Пп
относительно больших по частоте и размаху колебаниях Л
пряжения срок службы электролизной установи, снижает'-
ся с 9 до 7 мес. Колебания напряжения на заводах хими-
ческого волокна приводят к колебанию частоты вращения
асинхронных двигателей намоточных устройств. В резупь-
не капроновые нити рвутся или становятся разной тол-
шины — это приводит к браку и недоотпуску продукции.
Колебания напряжения оказывают существенное влия-
ние на контактную сварку. Это воздействие сказывается
как на качестве самого сварочного процесса, так и на на-
-** кности работы схемы управления сваркой. На качество
напряжения в сетях контактной сварки накладываются
жесткие ограничения по размаху изменений напряжения:
±5 % Для сварки обычных сталей и ±3 % Для сварки
титановых и других жаропрочных сталей и сплавов. Про-
должительность допустимых колебаний напряжения для
аппаратуры управления машинами контактной сварки ог-
раничивается величиной не более 0,2 с во избежание лож-
ной работы этой аппаратуры, особенно при управлении на
логических элементах.
Колебания напряжения отрицательно влияют на работу
радиоприборов, нарушая нормальную их работу и снижая
срок службы. Имеются некоторые сведения о влиянии рез-
копеременных нагрузок на телевизионные установки [10].
Исследования, проведенные в США и Швеции, показали,
что помехи проявлялись при частотах 0,5 3 Гц и были за-
метны главным образом при неподвижных изображ™
(искажения изображений). Было замечено, что • „ Р
различной мощности и конструкции в разной
вержены влиянию к^ебаний »^Рвжени« Ск колеба1шям
К электроприемникам, чувствит тельные машины,
напряжения, относятся также вы i трпргтяниии и т. д.
рентгеновские установки, радиостанц , о оказывает-
При работе ЭВМ в режиме управления иногда ов«ыва,е1
ся достаточным одного-двух коле а Р
, S о/ чтобы возник сбой в какой-либо ячейке машины и,
как бедствие, возникли ошибки в командах управления.
Дна логичный сбой в ЭВМ при производстве расчетов при-
водит к неправильным результатам. Поэтому в отечествен-
ной п зарубежной практике в специальных случаях для
питания ЭВМ предусматривают автономные источники пи-
ония, например двигатель-генераторы с маховиками или
статические преобразователи.
Вопрос о влиянии колебаний напряжения на отдельные
установки изучен еще недостаточно. По данному вопросу
имеется лишь некоторый статистический материал, конста-
тирующий факт воздействия без определения меры воздей-
ствия и ущерба, причиненного им. Это затрудняет технико-
экономический анализ при проектировании и эксплуатации
систем электроснабжения с резкопеременными нагрузками.
Необходимость проведения массовых исследований в этой
области становится важной теоретической и практической
задачей.
Согласно ГОСТ 13109—67* контроль колебаний напря-
жения в промышленных сетях должен осуществляться в
электрических сетях с дуговыми сталеплавильными печами
в течение 30 мин в период наибольших нагрузок (период
расплавления), в электрических сетях с установками элект-
родуговой и контактной электросварки в течение 30 мин, в
эле! грическнх с< гях с обжимными прокатными станами в
течение 10—12 циклов прокатки, во всех остальных случа-
ях в течение суток.
2.7. НЕСИММЕТРИЯ И НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ
НАПРЯЖЕНИЯ
Согласно ГОСТ 13109-67* несимметрия и не-
1равн01>ешенпо1 1ь напряжения характеризуются коэффи
Ш,е^аХНееимметРии « неуравновешенности напряжена
Коэффициент асимметрии напряжения™ ^’ЖеНИЯ-
обратно" последовательности основной
Г3””*'""'" ”
«"I®*""*
I «. -
62 — отношение
часто-
состав-
к номинальному
- и 1о°-
* ' UHOM
предела?™ 2К?ФфиЦИента асимметрии
трехфазного несимм₽ТеЛЬН° допУс™мо на
имметричного приемника электроэнергии’
напряжений в
зажимах любого
Требования не распространяютг < ,,,
дийенные к электрическим сетям питя^УУ МНИКИ’ П|.. .
говых подстанций железных дорог этек^УХи 7 ШИ" ТЯ’
на переменном токе, за исключением случтУиХВаИНЫХ
емников, предъявляющих определенные требования "Г"
симметрии напряжения. Возможность и условия Л
снабжения от тяговых подстанций в этиХУслуЧаях должны
решаться по согласованию между организацией эксХ
тирующей тяговые подстанции, и потребителем.' У
мрфициент ^уравновешенности напряжений — ,,т
ношение напряжений нулевой последовательности основной
частоты к номинальному фазному напряжению, %:
е0 = _2»_ WO.
Сном
В трехфазной распределительной сети с однофазными
осветительными и бытовыми приемника ми электроэнергии
значение коэффициента неуравновешенности напряжения
не должно превышать значений, при которых (с учетом
других влияющих факторов — отклонения напряжения пря-
мой последовательности, напряжения обратной последова-
тельности и гармоник напряжения) действующие значения
напряжений не выходят за допустимые пределы.
Несимметричные режимы напряжений питающей сети
могут быть вызваны несимметрией как источников, так и
потребителей электроэнергии. В первом случае симметри-
рование сводится к обеспечению симметрии напряжений
на выводах трехфазного потребителя и является задачей
питающей системы. Во втором случае задача заключает
в равномерном распределении по фазам несимметрично»
нагрузки, достигаемом применением специальных мер по
симметрированию, а также симметрирующих ^СТР°^ТВ‘
Несимметрия напряжения в питающей се .и связана с
ростом числа и мощности несимметричных ZH0r0’
таких потребителей электроэнергии, сим Р нецеле.
фазное исполнение которых или иеБ°У ’ен“иям та.
сообразно по технико-экономическим р вые печИ1
ким установкам относятся индукци ННЬ|е на пере.
тяговые нагрузки железных ^°P°^’®aTbI' специальные од-
менном токе, электросвар.очнь е Рек1Юч;(11|е таких нагру-
нофазные нагрузки, 0СБе“® нод) ограниченной мощности
зок к питающей сети (трехфазнои; 0 Р еменные не-
. обусловливает как длительные так и кратк р
симметричные режимы токов Р
Несимметрия напряжения отрицательно влияет на ра-
боту" всех элементов электрической системы, приводит к
увеличению потерь, снижению надежности работы электро-
оборудования и всей системы электроснабжения.
В синхронных машинах при неснмметрии питающего на-
пряжения возникают дополнительный нагрев и дополни-
тельные потери как в статоре, так и в роторе из-за проте-
кания в них токов обратной последовательности. Кроме
того, токи обратной последовательности в статоре машины
создают момент, противоположный основному вращающе-
му моменту. В правилах технической эксплуатации элект-
рических станций и сетей отмечается, что длительная
работа генераторов и синхронных компенсаторов при нерав-
ных токах фаз допускается, если разница токов не превы-
шает 10 % номинального тока статора для турбогенерато-
ров и 20 % для гидрогенераторов. При этом токи в фазах
не должны превышать номинальных значений. Если эти
условия не выполняются, необходимо принимать специаль-
ные меры по уменьшению несимметрии.
В асинхронных электродвигателях несимметрия напря-
жений вызывает дополнительный нагрев, а также противо-
действующий вращающий момент. Поскольку сопротивле-
ние обратной последовательности асинхронных двигателей
в 5—7 раз меньше сопротивления прямой последователь-
ности, то при наличии даже небольшой составляющей
напряжения обратной последовательности возникает значи-
тельный ток. Этот ток накладывается на ток прямой после-
довательности и вызывает перегрев двигателя, в результа-
те чего уменьшается его располагаемая мощность быстпо
«ХТ’Т И ’ Д- Так’ СрОК службьЛолностью за-
р.. женного асинхронного двигателя, работающего ппи не-
имметрии напряжения 4 %, сокращается в 2 раза Иссле-
Д ВаНИЯ п°казывают’ что Допустимой несимметрией напря-
.ения для асинхронных двигателей спап^а-г - Р
несимметрию до 2 %. л шателеи следует считать
жи^ыСпХеТРИЯ нап₽яжения значительно ухудшает пе
увеличивается пульсяпияп! inn П° Фазам значительно
чит ное отрицательное влияниеЛне7и°мметпПРЯЖеНИЯ' 3нЯ'
могут оказывать также ня симметрии напряжения
₽а“нХСТ°РНЬ,Х пРеобРазоватИелеТЬСНО'ФаЗОВОГО У"’
неравномерно^агружаютсяКп "₽И иеси!име','Рии напряжений
рно загружаются реактивной мощностью по фа-
зам, что делает невозможным полней.
повленной реактивной мощности Кп™АС1'°ЛЬ’оиание Уста-
ные установки в этом случае усиливают КОИАенсатор-
несимметрию, так как выдача^пеактиХ.а ^“«стеующую
фазе с наименьшим i•
тальных фазах (пропорционально квадрату ^пп ! ’С’
на конденсаторной батарее). Драту напряжения
Несимметрия напряжения значительно влияет и tla
однофазные потребители. Если фазные напряжения иё
одинаковы, то например, лампы накаливания, подключен-
ные к фазе с более высоким напряжением, имеют больший
световой поток, но значительно меньший срок службы по
сравнению с лампами, подключенными к фазе с меньшим
напряжением. Несимметрия усложняет работу релейной за-
щиты, ведет к ошибкам при работе счетчиков электроэнер-
гии и т. д.
В общем случае несимметричная нагрузка может быть
многофазной и однофазной. Однако наиболее характерной
является однофазная. Любую многофазную несимметрич-
ную нагрузку можно рассматривать как геометрическую
сумму симметричной многофазной и однофазной нагрузок.
Контроль коэффициента несимметрии согласно ГОСТ
13109—67* осуществляется в сетях с однофазными элект-
ропечами, работающими в «спокойном » режиме (печи со-
противления, электрошлакового переплава и др.), в течение
1 ч в период наибольших нагрузок, в сетях с однофазными
нагрузками, работающими в резкопеременном режиме
(электродуговые сталеплавильные печи, тяговые нзгрхзки,
электродуговая и контактная сварка и т. д.), в течение ч
в период наибольших нагрузок, во всех остальных слу и
в течение суток. •пк-гтшя-
Контроль неуравновешенности напряжения оишес з
ется в течение суток.
2.8. НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ
_ глгт 13109—67* несинусоидальность
Согласнот1°у1тся коэффициентом несинуеои-
напряжения характермзуе
дальности. напряжения Кпс —
Коэффициент несинУс°^на'”ипя гармонического сидер-
отношение действуюшег ,яппяжеиия к напряжению ос-
жания несинусоидального напряжения
новной частоты, %-
ol
4*
п
100,
/ 00
1/2^
V =2_22^------100^
(3 О^пом
________ ^ействхющее значение напряжения v-и гармо*
лики-\ —номер последней из учитываемых гармоник.
' В* соответствии с ГОСТ значение коэффициента неси-
ьусоидальностн напряжения в пределах до 5 % длительно
допустимо на зажимах любого приемника электроэнергии.
Номер последней из учитываемых гармоник определяется
в конкретных случаях при работе отдельных приемников
электроэнергии (см. гл. 6), исходя из необходимой точности
расчета.
Хотя стандарт ие нормирует отдельных гармоник тока
и напряжения, эти параметры также характеризуют неси-
иусоидальность в питающих электрических сетях. Они не-
обходимы, в частности, для выбора компенсирующих уст-
ройств и фильтров высших гармоник.
Требования ГОСТ относятся к электрическим сетям об-
пито назначения, поэтому в некоторых случаях может быть
допущена иесинусоидальность более 5 %. На шинах пре-
образователей прокатных станов, электротермических ус-
ianoBOK, сварочных нагрузок допустимую несинусоидаль-
ность определяют, исходя из условий нормальной работы
этих установок; ----
других нагрузок. Например, на шинах 10 кВ,
в этом случае на шинах не должно быть
МП„,П1,Л ~ питающих
пёс ,:;,''"И1"РИЬ,е "Р^'бразователи прокатных станов,
<inij ОПД,1.1Ы1О<1Ь напряжения достигает более 30 % од-
нако преобразователи работают нормально „
ё 'т’Х ’ХёХХ ё,,рав;1е1,1,я этнх преобразовав
лее jj вс гвш сльная к высшим гд ‘ ,
га^мониТ” "ЛИ ',epe:i coo,BeTCTByw“CTpu
, В_С,Р;"1 несинусоидальяост!
ся по-разному па различных
причем чем выше напряжение
Например, в Швеции допу
ля сетей 0 25—0 44 ur л о/
co KBr2 % " боле® 84 кВ 1°%Д В Я
5ранахС<^1ВЛЯеТ 2 более >54
'ИЯ отдельныГпрЬмоии^"---*М>1^ Допустимые
---и ОТ их ио^рТГб&ГфИ
а система им-
, нац-
гармоникам, питается с
: высших
напряжения порми-
с ступенях напряжения,
тем больше ограничения*
^сшмые значения /Снс составляют
и ей 3,3—24 кВ 3 %, 36—
ионии /(11с дЛЯ сетей 11 —
кВ 1 о/о. в некоторых
v —____—1 ci 11 cl *
напряжения и тока в сети в за-
> f\ Т I I I >-1 a I A I ' д
, Англия, Швеция
кВ
»«” 'I '"'«PT- Особа»;, XЖГ,:
—J и напри-
принадлежности
X гар мо-
''реЛ"^Я!1С1целесообРа1,|ь'м ввес1 и
I
лее строго нормировать несинусоидальноёть'гоков
жении на границе раздела балансовой -
электрических сетей с целью локализации'в=
ник в местах их возникновения и недопустимости'од пае’
пространения по питающим электрическим сетям ₽
Несинусоидальность напряжения и тока оказывает су-
’ iBe,IHOe отрицательное влияние на питающую электои-
чесь ую сеть, появляются дополнительные потери в сетях
электрических машинах, трансформаторах, сокращается
сроЕ* службы изоляции кабелей, электрических машин и
аппаратов, ухудшается работа ЭВМ, устройств автоматики,
телемеханики и связи, затрудняется компенсация реактив-
ной мощности с помощью батарей конденсаторов. Послед-
нее обстоятельство наиболее существенно проявляется на
промышленных предприятиях. Оно обусловлено возникно-
вением резонансных явлений, в основном резонанса токов,
в параллельном контуре, состоящем из индуктивного соп-
ротивления питающей сети и емкостного сопротивления
конденсаторов, предназначенных для когмпенсации реактив-
ной мощности (см. гл. 6).
Быстрое распространение в промышленности, например
в черной металлургии, управляемых вентильных преобра-
зователей большой мощности еще более осложнило усло-
вия работы конденсаторных установок для повышения ко-
эффициента мощности. В связи с этим значительно возрос
интерес к работе конденсаторных установок при несинусо-
пдальных режимах. Практика работы современных отече-
ственных и зарубежных промышленных пРедпРиД^и ио_
называет, что батареи конденсаторов, Работа““"е
несинусоидальном напряжении, в ряде еду11 гапмо-
ходят из строя из-за перегрузки их токами высших гармо
пик [5, 8].
НЯПП„МРП на одном из промышленных предприятий для компен-
Например, на одном и установлены конденсаторные
своди реактивной мошиоси Но ввести „х в работу сказа-
в цепи высших гармоник тока, кото-
упроводкиковых выпрямительных
„г^тигяли 150—130 % номинального, что
агрегатов. Резкие толчки тока дос за 5 ч работы вышло н?
приводило к выходу из строя кон^ мощностью 1400 квар. Наблю-
строя 50 конденсаторных банок “ атор(1ЫХ батарей, отключение
далось «ненормальное г^дешк
батареи общей мощностью
лось невозможным из-за наличия
рые появлялись при работе пол
й»ас1яных выключателей от максимальной защиты, В то же время без
компенсации реактивной мощности нормальная работа установок не-
возможна, гак как при этом коэффициент мощности составляет 0,57—
0.6.
• •
Работу батарей конденсаторов в условиях несинусои-
дального напряжения необходимо рассматривать с двух
п зиций: с точки зрения влияния высших гармоник на ба-
тареи конденсаторов и с точки зрения влияния батарей кон-
денсаторов на режим высших гармоник в питающей сети
(см. гл. 6).
В соответствии с ГОСТ 13109—67* контроль несинусо-
идальности напряжения должен осуществляться в элект-
рических сетях с электродуговыми сталеплавильными печа-
ми в течение 30 мин в период наибольших нагрузок (пери-
од расплавления), в электрических сетях с обжимными
прокатными станами в течение 10—12 циклов прокатки, в
электрических сетях с установками электродуговой и кон-
тактной сварки в течение 30 мин, во всех остальных случаях
в течение суток.
2.9. ВЫБОР СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ
УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЯХ
А пи ? влияния электроприемников с усложнен-
ным режимом электропотребления показал, что показатели
качества электроэнергии ухудшаются с ростом мощности
указанных приемников и при уменьшении мощности КЗ в
точке подключения их к электросети"
ле™™"7 несинУсоид^ьности (гл. 6) пропорциона-
иб- Зв^пи попМ0ЩН0С1И пРеобРаз°вательных агрегатов и
обратно пропорционален мощности КЗ:
. мощности КЗ: 4 РУзки и обратно пропорционален
-щносж(»М- гл- 8) пропорциональны
ударной реактивной нагрузки:
61/ = да/з* •
колебания частоты, вызываемые прокатными
пропорциональны набросу активной mo=« иСТ«Намн'
пропорциональны мощности КЗ: радости и обратно
А/ ЛР/S,,
Следовательно, для улучшения всех показатепей кач₽
ства электроэнергии целесообразно подключение электро’
приемников с усложненными режимами работ -в точках
системы электроснабжения с наибольшим значением мощ-
not ти КЗ. А применение средств ограничения токов КЗ в се-
тях, содержащих специфические нагрузки, следует произ-
водить только в пределах, необходимых для обеспечения
надежной работы коммутационных аппаратов и электро-
оборудования, не создавая больших запасов отключающей
способности, термической и динамической стойкости аппа-
ратов.
При выборе схемы электроснабжения предприятия тре-
буется рациональное применение средств ограничения то-
ков КЗ, так как существует оптимальный уровень токе в КЗ
с учетом задачи повышения качества электроэнергии в си-
стеме электроснабжения. Но в числителе при расчете всех
вышеуказанных показателей качества электроэнергии сто-
ит мощность приемников, вызывающих ухудшение качест-
ва. Причем мощность дуговых сталеплавильных^ печей,
сварки, прокатных станов с питанием через преобразова-
тельные агрегаты, создающих несинусоидалыюсть, несим
метрию и нестабильность нагрузки, растет быстрее,_
мощность других электропотребителеи. Поэ у
кости ограничения влияния специфических нагрузок повы-
Ше БХеТи^к^'озмоХсти применения схем электро-
снабжения, повышающих качеств°.^^создаются путем
мах электроснабжения промпр д р секцнонИрован-
рационального секционирован^ я К таким .
ным схемам относятся следУ цехам с резкопеременной
отдельные глубокие рис. 2.3, 2.6 показаны
и приводов на отдела-
такие схемы с выделени подстанции (ГПН) со
ных секциях главной пони ми для компенсации ре-
вместно с синхронными двигателя]подключена
активной мощности а «спокойная РУ
на другие секции ГПН, главной понижающей под-
четырехсекционная с. i трансформа горами с
станции на напряжении 6-^
лавных трансформаторов ГПП на парал-
’ышг» птппнчнымп обмотками или сдвоенными
фнческих нагрудок (рис-^J, 27-Z Л,
четкную *работу включением секционного выключателя в
распределительное устройство (РУ) 6-10 кВ, когда это
110 кВ
£5 MBA
110 кВ
63 MB A
110 кВ
63 МВ-А
Спокойная нагрузка
стан 2000 горячего
Структурная схе
проката.
Рис. 2.3. Тонколистовой
ма электроснабжения
допустимо по токам
,re₽"“пу™
Мы с расщепленными обмпТР ДНеи мощнос™> находят схе-
или СО сдвоенными ТРа,1СФ°Рмат0Р<>в ГПП
секаииДб°меотНкиМсост\КвТляет1(рисН2е9)НаПрЯЖеНИЯ В
КЗ, это мероприятие можно применять
ООН
\00Н
г^яшзия
0096
ОМ чф“Я
00921,
/ яэг
\ ООН
BoN^ai/Я
' 00921,
М quJdt/>f
' 00021,
М яш at/ я
1 00921,
10цяшд1/Я
• 0009
ООН
яшз1/)(
00921^
8»N ^uj^i/я
00921,
54/яшз1/я
00921,
faN ^шдия
0009
к / XOtr
1 \ ООН
i 9*N4WW)1
' 00021, •
^^яшыя
f 00921,
АВР
АВР
АВР
ма электроснабжения
2.5. Топе го
5-клетьевой стал
Общецеховое нагрузки
салимые агоегаты
Рнс
ВОЙ
2000 холодного про
Ввод НО к 8
Ввод 110 к 8
от системы
ЦРН
2x20000/10
снабжения “ЮМИнг 1150 (ионный привод)
к ионному приводу блю-
минга
Структурная схема электро
4>
ШкВ]
S0/63/8Q
8700 6700 2*1850
'.8ные приводы
2*550 10000 10000 10000
Главные приводы
10000 10000 10000 10000
Главные
Вспомогательные механизмы,
общецеховые нагрузки
5)
Рис. 2.7. Слябинг 1250
132 кВ
' 30/63/80
МВ-А
А 88
л? 5Л“п"?''
ОдЩСЦГвовые
ныт механизмы
нагт, <ки
5000 10000 520
Главные приводы
(а) и тонколистовой стан 2000 горячего проката
(б). Структурная схема электроснабжения
110 кВ
80000 кВ*А
][ секция
?0кВ
ДСП-12
Дуговые пени
Дуговые пени ДСП~12
Спокойная
нагрузка.
Спокои
нагрузил
Рис. 2.8. Схема питания групп^ДСП с и^льзоаанием
форматора с расщепленными
/секция
ЮхВ
Шсекция
10x8 JZ секция
сетевого транс*
Спокойная нагрузка.
Рис. 2.9. Схема питания ДСП
с использованием сдвоенного
реактора
где —Л>бм "Токи в сек-
циях обмотки реактора, Xl
индуктивное сопротивление об-
мотки реактора;
~ 0,5 — коэффициент взаимо-
индукции между секциями об-
мотки сдвоенного реактора.
Как видно из формулы, ко-
лебания напряжения на сек-
циях со спокойной нагрузкой
под влиянием колебаний на
этой секции от резкоперемен-
ной нагрузки будут меньше,
чем при объединении их на од-
ну секцию шин.
В трансформаторах с рас-
щепленными обмотками также
создается взаимная магнитная
связь между ветвями обмотки, через которую колебания
нагрузки на одной секции вызывают колебания напряжения
на другой секции (см. рис. 2.8) в таком соотношении:
ДС/4 == Д£Л — мр .
4 + Кр
где Кр—коэффициент расщепления; Дб73, А б/4—колебания
напряжения на секциях с ударной и спокойными нагруз-
ками.
Выбор схемы, повышающей качество напряжения на
шинах, питающих спокойную нагрузку, дает эффект за
счет увеличения электрической удаленности (сопротивле-
ния) спокойных нагрузок от резкопеременных. Стабилиза-
ция напряжения и понижение коэффициентов Л' £н по-
лучаются в том случае, если достигается уменьшение внеш-
действенн«РИВ;'1еНИЯ питающей сети- Эти мероприятия
д иственные и поэтому широко применяются. Но в ряде
случаев они недостаточны или слишком дороги Поэтому
ва электроэнергии.*16 **еТОД“ “ ПОВЫШения ^ест.
Глава третья
РЕЖИМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ
И РЕГУЛИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ
3.1. ЗАДАЧА РАЦИОНАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
СУТОЧНОГО ГРАФИКА АКТИВНОЙ НАГРУЗКИ
Электрическая нагрузка энергосистем по вели-
чине и изменениям во времени зависит главным образом от
суммы нагрузок промышленных предприятий.
Графики суммарной нагрузки энергосистем, как пока-
зывают исследования и перспективное проектирование
развития энергетики, систематически разуплотняются,
становятся более острыми вершины пиков графиков, углуб-
ляется ночной провал нагрузки. Суточный график нагруз-
ки объединенной энергосистемы, показанный на рис. 3.1,
имеет явно выраженные утренний и вечерний максимумы
и зону снижения нагрузки на 2 3 ч в середине дня и г. у
бокий провал нагрузки в тече-
ние 6—7 ч ночью. Нагрузка
ночью составляет лишь 50
60 % Ртах. В перспективе на-
мечается углубление ночного
провала нагрузки до 30—
35 % Ртах, что уже имеет место
в энергосистемах промышленно
развитых стран. Причинами
повышения неравномерности
графиков нагрузки энергоси-
стем являются, в части ,
разгрузка и ликвндаш „
ных смей и переход многих
промышленных предирия
max-
Рис. 3.1. Выравнивание графика
грузки промпредприятпя.
„„-•мкН* 2— выров-
1 — исходный график ” рукОторый можно
пенный график Harpyf,,iO регулированию
получить, приняв “ер оМьниленного
электропотребления пр
приятия
8?таХ
80
Р,°/°
Ртах
100
р1
гтах
То
min
80
р> .
'min
одновременном увеличении объе-
более полной загрузки дневных
односменную работу прп
ма производства за счет
смен' J .,„гй-п энергосистем могут быть существен-
Граф1'ош, hvtVv регулирования суточных графиков на-
но выровнены n.'ie - е.?п„11ЯТИй. Если бы график на-
грузки промышленных предприятии. ________
грузки 1,_
энергосистемы в
величине Рср»
max*
(ойГ'зТ) был предельно выровнен, то нагрузка
(Р в любой час суток была бы равна ее средней
вычисленной для действительного графика,
Сотого на рис. 3.1, при этом максимальная нагрузка
Хемы снизилась бы на 17 % Д— Соответственно сни-
чнтась бы необходимая мощность электростанции и капи-
тальные затраты на энергетику. Практически достижимым
считается снижение вечернего максимума нагрузки на 7—
9 о.0 ртах и утреннего максимума на 3 % за счет повыше-
ния нагрузки в непиковые часы на 2 3 %* Это обеспечива-
ет достаточно большую экономию капитальных затрат в
энергосистеме благодаря возможности сокращения ввода
новых мощностей на электростанциях на величину (рис.
6Р =Р —Р' .
max max max
Кроме того, выравнивание графика нагрузки электро-
станций приводит к уменьшению удельного расхода топли-
ва и к повышению срока службы основного оборудования
электростанций. Часть получаемой в энергосистемах эконо-
мии необходимо затратить на осуществление мероприятий
по выравниванию нагрузки промышленных предприятий.
Снижение нагрузки предприятий можно получить за
с 1ет проведения организационных и технических меропри-
ятии, рассматриваемых в § 3.2. Но выполнение этих меро-
приятии связано с дополнительными затратами труда и
зайнт1пргл«гому необходимо обеспечить материальную
мы в чаЙы пМ ч пРедпРиятий в Разгрузке энергосисте-
кь 4с> тпг-п₽пК' Эт0И цели служат двухставочный тариф
ную1оХстьРГИЮ’ * ТаКЖе СКИДКИ и надбавки за реактав
Двухставочный тариф оплаты
(руб/кВт1)0ИппРпОПОЛНИТеЛЬН0Й Ставок' Осн°вн
чяяйпо • пРедУсматРивает плату
mvmpT 0ИПОТребителем мощности, v4ac
пуме нагрузки системы. Под заявленной
мается наибольшая (за кваптяп?
«2 14 Я1 ' ' f
электроэнергии состоит
ая ставка а
за каждый киловатт
участвующей в макси-
мощностью пони-
мощность полу-
час пика нагрузки
требляемая предприятием в чае
энергосистемы. Дополнительная стяни* ~ г л —
предусматривает плату за потребляемую
учтенную счетчиками активной энергии в течениеTS
где И - размер надбавки (+) иди скадки Н) за комп р
сацию реактивной мощности. 1
По мере снижения Рм, а значит, и уменьшения Р^яв-г за
счет переноса части нагрузки на другие часы уменьшается
плата С за то же количество потребленной электроэнер-
гии. F
Надбавки и скидки за компенсацию реактивной мощ-
ности вводятся в связи с тем, что энергоснабжающая орга-
низация задает электропотребителю оптимальную реактив-
ную мощность, передачу которой энергосистема обеспечи-
вает в часы максимума и минимума нагрузки энергосисте-
мы. Суммарная надбавка или скидка к тарифу на
электрическую энергию для потребителей с присоединен-
ной мощностью 750 кВ*А и выше состоит из двух слагае-
мых [6]:
1) надбавка за повышенное потребление реактивной
мощности <2ф1 по сравнению с заданным энергоснабжаю-
щей организацией оптимальным значением Q3i в часы мак-
симума активной
по формуле, %,
нагрузки энергосистемы, определяемая
Нг = 30
(3.2)
где р.—фактическое значение наибольшей получасовой
активной мощности потребителя в часы наибольших актив-
ных нагрузок энергосистемы за расчетный период.
Если фактическая реактивная
то значение надбавки Н\ принимается рав
тка или'надбавка’ к тарифу, начисляемая за, от-
О нежима работы компенсирующих устройств
РзаданногРо энергоснабжающей оР^изациеи
часы минимума активномагРУзки э«®
скидка или надбавка к тарифу ии
заданной Q3i.
ным нулю, а скидка He/ia4IICJI^T^r’
2) скидка
клонение 1
потребителя от
значения Q32 в
системы. В этом случае
ределяется по формуле, %,
w — 20 ^а2 — 2.
2 !
чнячение Нг означает надбавку, а от-
Положительное значение 2
<v при этом разность в формуле (3.1)
рицательное—скидку, 1<к ельной Скидка и надбавка за
всегда принимается по. мощности в электроустановках
компенсацию Реа'т „ с основной, и с дополнитель-
потребп гелей исчисляются
счетов за электроэнергию по двухставочному та-
„^ необходимо измерять совмещенный 30-минутныи мак-
Р 1 м пагоузки потребителя в часы максимума нагрузки
энергосистемы. Это измерение должно проводиться по
счетчикам фиксирующим максимальную 30-минутную на-
грузку или по сумматору максимальной нагрузки.
Р Для этих задач предназначена измерительная система
типа ИИСЭ, выполняющая суммирование получаемой мощ-
ности в часы утреннего и вечернего максимумов энергоси-
стемы по всем уровням электропотребления, вычисление
текущего значения совмещенной получасовой нагрузки
предприятия в часы прохождения максимума системы и
хранение показания наибольшего значения нагрузки в это
время за месяц и квартал, суммирование получаемой пред-
приятием реактивной энергии за месяц и квартал и реак-
тивной мощности в часы утренних и вечерних максимумов
нагрузки системы.
С народнохозяйственных позиций необходимо стремить-
ся к такому регулированию мощности в системах электро-
снабжения, при котором получается минимум суммарных
затрат на производство и потребление электроэнергии без
ограничений в ее потреблении. Народнохозяйственный эф-
фект получается в результате уменьшения капиталовло-
жений и эксплуатационных расходов в электрические стан-
ции и сети энергосистем вследствие снижения установлен-
ной мощности электростанций и повышения срока службы
и надежности работы основного оборудования электростан-
цш благодаря уменьшению числа пусков и остановов аг-
регатов при выровненном графике нагрузки.
3.2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ
ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИИ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Организационные и технические мероприятия
ХоиТЛТ аКТИВН0Й МОЩНОс/и на промышленных
Приведем часЛ Л* отраслей различны. И круг их широк,
щена для пЛи? меР°пРиятий- которая может быть обоб-
щена для разных предприятий.
64
электроприемников
<, теку-
элект-
J мак-
ремонты еле
Организация ремонтов энергоемких
в часы максимума нагрузки энергосисте^^^Сзи.
щии ремонт, техническое обслуживание заводских
.^приемников следует проводить в часы прохождения
симума нагрузки энергосистемы. Длительные
дует планировать на период осенне-зимнего макс^т Это
позволит разгрузить систему во время наибольшей Хру "
ки, на которую и приходится рассчитывать установленную
мощность электростанций и районных электрических се
тей.
Использование резервных агрегатов для создания запа-
промежуточного продукта в часы пониженной нагрузки
позволяет остановить часть или все агрегаты на время мак-
симума нагрузки системы. Например, насосы наполняют
резервуары, емкость которых равна 3—4-часовому расходу
воды. Если наполнить их до наступления максимума на-
грузки в системе, то можно отключить все насосы на вре-
мя максимума. Зарядные станции заводских электровозов,
электрокаров заряжают за сутки сотни аккумуляторов. В
конце смены разряженные аккумуляторы заменяются на
заряженные. При наличии резервных зарядных агрегатов
можно избежать зарядки в часы максимума нагрузки и
получить значительный эффект от регулирования мощности
зарядных станций. Такой же эффект можно получить путем
смещения обеденных перерывов участков и цехов, рабочей
смены ремонтного и вспомогательного участков.
Изменение хода технологического процесса может дать
значительный эффект регулирования мощности на энерго-
емких предприятиях. Так, на машиностроительных и при-
боростроительных заводах можно делатьподогрева
индукционных установок и гермопечеи Р й режима
на время максимума нагрузки. 3^ру3ку
группы сталеплавильных печей м Р JP . нагрузКой
печей или другие стадии процесса с пои
к периоду максимума нагрузки ci og и монтаж доба-
Установка дополнителен пподукта—весьма дейст-
венных емкостей промышлен я МОщности на пром-
венное мероприятие для Ре^' Р ительных мельниц па це-
предприятиях. Установ^е^СОпОв на машиностроительных
ментных заводах, компр Р дополнительных емкос-
заводах, на кислородных с позволяет существенно сны-
тей промышленного ПРОДУКТСЫ максимума системы ценой
зить нагрузку зав°^®аловдожеиий в заводскую тех .•
Ь5
дополнительных
5—721
„чомпжностей и экономического эффекта
исследование в>1юч1]ниевых заводов в часы максиму-
ма'Энергосистем показало, что это целесообразно делать
выравнивания
графика нагрузки энергосистемы за счет регулирования по-
тоХния активной мощности промышленными электроус-
7зпо’вками необходимо сравнить получаемую при этом эко-
яомию затрат в энергосистеме Зэо с дополнительными за-
тратами на предприятиях, необходимыми для обеспечения
этого регулирования Зп. Их разность
*^30 НХ
составит народнохозяйственный эффект выравнивания
графика нагрузки Зчх. Двухставочный тариф отражает
стремление энергосистем обеспечить материальную заин-
тересованность предприятий в регулировании мощности.
з.з. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА
ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПРИ
ДЕФИЦИТЕ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ
Дефицит мощности АР в энергосистеме может
возникнуть внезапно вследствие аварии с отключением
генераторов электростанций или мощных межсистемных
линий электропередачи, несущих большую нагрузку, а при
задержке ввода мощности генераторов — запланированный
дефицит.
С момента возникновения дефицита мощности начина-
‘ гея снижение частоты, так как нарушен баланс мощности,
генерируемой и потребляемой в энергосистеме.
Зависимость частоты f от небаланса мощности ДР опи-
сывается уравнением относительного движения
Бивалентного генератора
ротора эк-
\Р^Т d 6
' dti ’ dt ’
где Г] постоянная инерции эквивалентного
иД/эг°Л ,ВЬ|бега ротора; АР —небаланс
ц 6/ц/^—d)/dt — ускорение (замедление) —
ра, т. е. изменение частоты его вращения во времени.
генератора;
мощности;
движения рото-
ротора;
ускорение (замедление)
j I j m v in i.
отсюда получаем зависимость частоты в системе от не-
баланса ДР:
„ If ^Р /7
~ = -f~ или d) = — <//. (3.6)
Чем больше дефицит генерируе- f
мой мощности в системе, тем быст-
рее снижается частота. Для устра-
нения небаланса мощности ДР не-
обходимо или уменьшить нагрузку
системы путем отключения чзсти по-
требителей или увеличить генерацию
путем ввода резерва мощности на
электростанциях.
На рис. 3.2 кривая 1 показывает
снижение частоты во времени при
отсутствии резерва мощности в энер-
госистеме, кривая 2 — при наличии
недостаточного резерва, когда ба-
ланс мощности наступил при часто-
те 45,3 Гц. Кривая 3 показывает
снижение частоты и последующее
ее восстановление после ввода до-
Рис. 3.2. Изменение час-
тоты в энергосистеме при
возникновении дефицита
активной мощности
статочного резерва мощности до
нормального уровня 50 Гц, а крат-
ковременное снижение частоты обу-
словлено запаздыванием ввода ре-
зерва. Кривая 4 показывает изменение частоты при дефи-
ците мощности ДР автоматическим отключением части
нагрузки системы от действия автоматической частотной
разгрузки (АЧР) ДРдч , причем ДР>ДРдч₽, поэтому ча-
стота «зависает» на уровне 46,6 Гц.
Восстановление баланса мощности в системе отключе-
автоматически
нием части нагрузки производится или
действием АЧР, или вручную по специальному заранее ра *-
работанному аварийному графику. Отключение нагрузки
предприятиях производится очередями. е
Ш категории при частоте 4о,
снижении частоты срабатывает
1 отключающая часть нагрузки
q nupnent и т д ДО восстановления
затем 3-я 04eP“bJLTf± дЧР отключается
Всего от действии
располагает резервом
— ТОЧНО бистро, ТО Д-
АЧР
частотного автомагичес-
обратном отключению от АЧР)
отключается нагрузка
48,0 Гц. При дальнейшем с
следующая очередь АЧР
И категории,
нормальной частоты
до 30—
<0 % нагрузм. „„„ «ш»-о.,
^она дыр достаточно быстро, тс Д*
после действия АЧ гания 0ТК71Ючеш1ых АЧР
.. ширине частотного автоматичес-
f эффективно пР]’мен.ецл1-1В) которое постепенно
...пи.згп включения (ЧАНЬГ пт АЧР)
Если энергосистема
ВВОДИМЫМ 1---
ускоренпого восстановления
нагрузок
очередями
5*
от-
..,йаптрп11 н оаботу. Так, в одной из
включмт , |МБаст по море повышения часто?
4№ 4975"50 г“
Кузка энергосистемы персоналом пред-
приятий вручную по аварийному графику является полез-
ном дополнением к АЧР. При недостатке вьюченного ре-
зерва мощности в энергосистеме (см. кривые 2 и 7 на рис.
г 2) происходит «зависание» частоты на низком уровне,
причем последующая очередь АЧР может не сработать,
гик как установившаяся частота превышает уставку сра-
батывания. Отключением потребителей по аварийному
графику частота восстанавливается. Кроме того, отключе-
ние потребителей по аварийному графику применяется при
недопустимом снижении напряжения в узловых точках се-
ти, опасном по статической устойчивости нагрузки. В этих
случаях АЧР не действует. Разгрузка по аварийному графи-
ку* применяется и при заранее известном недостатке мощ-
ности, например в часы пик. Всего по аварийному графику
отключаются до 15 % мощности системы в три-пять очере-
дей. Приведение в действие аварийного графика
ключенпя нагрузки выполняется по команде диспетчера
системы.
Разгрузка системы действием АЧР и по аварийному
графику производится в основном за счет промышленных
предприятий. Поэтом} при проектировании их систем элек-
троснабжения необходимо отключаемые от действия АЧР
и по аварийному графику приемники группировать на от-
дельных трансформаторных подстанциях цехов, которые
имеют устройства АЧР или включены в аварийный график,
д rd q 1ВИе 11 УстаН0В1<а АЧР должны быть согласованы с
ди ' k противном случае питание нагрузки, отключенной
, 6} де! восс гановлено действием АВР от другого источ-
ника гпиаппя, и аварийная разгрузка системы не состоит-
спабпъ^ PTud С °ДН0" ст°Р°ны, действие АВР после
рабд.ысания АЧР нежелательно, а с другой — отказ от
narnv^nV надеж,юсть электроснабжения ответственных
еггГдкб71 удовлетв°Реи11я этих противоречий применя-
ется АВР одностороннего действия ' рименя
частоте.
щ|вНли?>ИС 3-3доказаны принципиальные с
казАЧГ " АВР В Т|,ловь,х схемах СЭС. На
о “®макПИТан"я Распределительного
Двух секции шин РУ 6—10 кВ ГПП,
н блокировка АВР по
схемы размеще-
- рис. 3.3, а по-
пункта РП цеха
в которой ответствен-
РУ 6-10 кВ
Рис. 3.3. Размещение АЧР и АВР в
промышленных предприятий
распределительных сетях 6—10 i.B
ныс нагрузки Н2 подключены к секции 2С, а остальные на-
грузки цеха Н1 — к секции 1С. На линии Л1, питающей
ei цию /С, подключается АЧР. Для предотвращения сра*
батывания АВР после АЧР установлено на секционном вы-
ключателе АВР одностороннего действия, которое действу*
ет только при нарушении питания по Л 2, которая не связана
с АЧР. На рис. 3.3, б приведена схема с резервированием
ответственных нагрузок Н2 от другого распределительного
пункта. В этой схеме АВР на ЛЗ может быть и двусторон-
него действия, если на линиях, питающих соседний распре-
делительный пункт, нет АЧР.
Однако не всегда можно подключить ответственные на-
грузки к одной секции, а менее ответственные — к другой,
отключаемой от АЧР. При большом числе и рассредоточен-
ности ответственных электроприемников нельзя отказаться
от АВР двухстороннего действия. Исходя из требований на-
дежности, следует ориентироваться на АВР двухсторонне-
го действия А запрет действия АВР после АЧР можно
обеспечить с помощью блокировки, запрещающей срабаты-
вание АВР при пониженной частоте. На рис. 3.4 показана
такая схема АВР. Л 4
При нормальной частоте схема рис. 3.4 ©беспечивае!
взаимное резервирование обеих секций шин 6—10 кВ. Если
отключится линия /, то сработает реле
пряжения KV1 и запустит реле времени КТ2 ^°Р°е
промежуточное реле KZ псласт своими R qi
обмотку* отключения выключателя QL Выключ21е?ь„в<‘'
иимсику uin. ~ своими блок-контактами KD1 цепь
отключится и замкнет своими и.юл
катушки включения секционного выкл Q •
Рис. 3.4. Схема двухстороннего АВР на секционном выключателе с бло-
кировкой по частоте:
Q/—<23 — выключатели; TV1, TV2— трансформаторы напряжения; SF1. SF2—ав-
томатические выключатели; $Л — ключ выбора режима, KV1, KV3, KV5 KV6—
: напряжения типа РН-54/160; Л'1'2, К W—реле напряжения типа РН-53/60Д;
Ч™ 4-,,ел%помижения част0™ типа РЧ-1; КТ1, К73-~$еле времени типа
д/z Л /4 — реле времени типа ЭВ-132; К1—К4— реле промежуточные
а РП-23; KZ, Кб — реле промежуточные тина РГ1 252’ КН I - КПЗ — реле ука-
ватсльные типа РУ-21; KDl, KL)2 — контакты реле фиксации включенною поло-
жения выключателей Q1 и Q2
цепь оперативно-
- Другой секции,
время аварийного спи-
Так происходит АВР ПОИ Hnnuon
ме. Если же частота в системе понижается''
реле частоты ЛЕ/ и подает импульс Тка’и пРабаТЫВаея
ное реле К4 и его контактами разрывавЛе Р ;Чежу г' -
го T0K? пп 11зансФ°Рматорз напряжения TV^
Этим АВР выводится из действия на -
жения частоты. Уставка по частоте прпр к pi й .
„,,ше на тпень селен,'„Г“™“
™ДВ₽", X” « “™ «иж:
a ALH ле йраоотает так как заблокировано по частоте с
помощью реле KF1. Если на секции 2 собраны ответЛен-
ные потребители, а на 1 — --- “ u'
блокировка осуществляется только на линии 1
постороннего действия.
<
неответственные, то частотная
- т. е. она од-
3.4. РЕЖИМЫ ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВКАХ
Для экономии электроэнергии в промышленных
установках применяются интенсификация и рационализа-
ция технологических процессов, повышение КПД энергети-
ческих установок, сокращение потерь электроэнергии.
Компрессорные установки. Расход электроэнергии на производство
сжатого воздуха составляет значительный процент от расхода элект-
роэнергии на предприятии в целом: в текстильной промышленности —
5—10, в черной металлургии — 15—20, в машиностроителе - до 30%.
Способы сокращения расхода электроэнергии на обеспечение
предприятий сжатым воздухом:
1) широкое внедрение производства сжатого воздуха компрессе-
... паровой турбины (турбокомпоессорах.и) вместо
электроприводом. При этом сжатый воздух вырабаты-
Чем ниже температура поступающего в
меньше расход электроэнергии на производ-
Но тем больше расход воды на охлаждение
на получение которой тоже расходуется
быть найдено оптимальное соо я..-
"ЕТ, оасхода охлаждающей воды;
воздуха и р - инструмента электрическим.
3) замена пневматического ру ,тии»ского речного инструмента.
Коэффициент полезного действия пневм шльнЬ|Х ’свер.|НЛьных, шли-
рами с приводом от
компрессоров с :
вается за счет энергии пара;
2) охлаждение воздуха,
компрессор воздуха, тем ;
ство сжатого воздуха,
воздуха перед компрессорами
электроэнергия. Поэтому должно
шение ov,Horo шк-трумеита
Коэффициент полезного Дейс™ия ""”я' кле11аЛьных, сверлильных, шли-
широко применяемого для выл . 9 5—Н % Применение электри*
фовальных и других работ, дает сокращение расхо-
ческого инструмента вместо • благодаря более выго-
да электроэнергии приблизительно
отменяется электроинструмент повышенной коми-
100-400 Гц), то не только сокращается его масса
повышается производительность труда благодаря
и компактности инструмента;
Утечки сжатого воздуха
стыках воздухопроводов,
и поршнем пропорцио-
равного количества
ежа-
и за-
каж-
- машин, промывки
хозяйственно-бытовых нужд необходима на
кому КПД. Если п
нальной частоты i
и стоимость, но и
большой быстроходности
4) сокращение утечек сжатого воздуха,
через неплотности в трехходовых крапах, на
утечки через неплотности между цилиндром
нальны потере электроэнергии на выработку
того воздуха,
Насосные станции. Вода для охлаждения
изделии для
дом производстве. Экономия электроэнергии на водоснабжение обеспе-
чивается выбором оптимального давления в водопроводе (зависимого
от высоты подъема), зависит от расхода воды и ее температуры.
В охлаждаемых водой установках должна поддерживаться заданная
температура. Поэтому для экономии воды требуются автоматические
терморегуляторы, сокращающие расход воды вдвое.
Вентиляционные установки. В цехах предприятий применяется
вентиляция: вытяжная для удаления пыли и газа; приточная — подво-
дящая свежий воздух; отопительно-циркуляционная; тепловые завесы —
на входах в отапливаемое помещение; технологическая—воздуходувки.
Расход электроэнергии вентиляционными установками на многих про-
изводствах весьма значителен. В целях экономии электроэнергии не-
обходимо обеспечить своевременное включение — отключение вентиля-
ции, регулирование шиберов (задвижек) на воздуховодах, блокиро-
вание работы тепловой завесы с открыванием и закрыванием ворот.
Важным мероприятием по экономии электроэнергии на шахтах
является упорядочение работы главных вентиляционных устройств.
Количество потребляемой электроэнергии зависит от изменения экви-
валентного отверстия и, следовательно, от длины выработок, их сече-
ния, крепления. Экономия электроэнергии может быть достигнута за
счег выбора схемы вентиляционных путей, вентиляционных и откаточ-
ных штреков, чистки вентиляционных каналов, своевременного погаше-
ния горных выработок и очистки их от ненужного оборудования, со-
вращения пути поступления воздуха для проветривания, ликвидации
подсосов воздуха через бетонные стенки, обшивки копров и т. д.
Осветительные установки. Расход электроэнергии на
электроосвещение составляет 5-15 % общего электропо-
греоления промышленными предприятиями. Экономия элек-
троэнергии на освещение достигается правильными выбо-
ром светильников, регулированием напряжения в освети-
ельной электросети, сокращением продолжительности
горения ламп в течение суток.
лампы (ДЛР) дают
световой поток
для, улучшения
явлений мощность
1 с лампами
..- и свето-
освещенности
Основные мероприятия п
электроосвещения цехов: повышению экономичности
дуговыхР ртутных) Х₽эалХАриЬческогоП 11
ленных цехов и помещений конет™ освешения промыш-
ных, металлообрабатывающих И м₽КТОрСКИХ бюро’ сбоР04-
тильных и швейных предприятийеханическиД чехов, текс-
несцентные лампы и ду^ “ртутные™"06 °ТК‘ Люми’
ламп накаливания^ ра^н^^м^ХТ^
освещенности и устранения побочных
люминесцентных ламп удваивают по срав“нешш с
накаливания для создания заданной освещенности
вого комфорта. Следовательно, для создания
в сотни люкс применение люминесцентных ламп дает эко-
номию в 1,5 2 раза. Лампы накаливания имеют еще недо-
1.1 а ток—• требуют более частой замены, чем газоразрядные
лампы. В настоящее время предприятия переходят в основ-
ном на ДРЛ, частично на люминесцентные лампы. Лампы
накаливания остаются для помещений небольшой площади,
в специальных помещениях повышенной опасности, а также
в качестве аварийного освещения;
2) выбор осветительной арматуры. Светильник «Универ-
сал ь» имеет КПД 0,7—0,8, светильники повышенной надеж-
ности типа НОВ с отражателем — 0,45 и т. д.;
3) выбор номинального напряжения осветительной се-
ти. Лампа мощностью 40 Вт создает световой поток в за-
висимости
127 В— .
на 12 % экономичнее, чем лампы 220 В той же мощности.
Но следует учитывать удорожание проводки и потерь элек-
троэнергии в ней в осветительной сети 127 В по сравнению
с 220 В и тогда оказывается более выгодным применять в
цехах осветительные сети 220 В, а для местного освеще-
НИЯ4) сокращение продолжительности горения ламп дости-
гаемое улучшением использования естественного
счет очистки стекол зданий, сокращения числа включенных
ламп путем их РегУлпяР"°п^ горения ламп наруж-
5) сокращение продолжи1ельн0 изац,Р ВКЛючения и от-
ного освещения благодаря ав
ключения наружного осве1яе™’’п зования электроэнергии.
Способы Раи»оналкь,'о5°““°э= в Различных
позволяющие получить оольшу
7J
от номинального напряжения: 22U в — очи,
380 12 В — 500 лм. Следовательно, лампы 127 В
-- - - V
классифицировать таким
оологии производства позволяет
, счет внедрения новейших до-
в производство. Например, ве-
ма насосов, компрессоров, опти-
значительную экономию электроэнер-
следовательно, и электроэнергии.
экономию энергии
1 техники
кономпческого режи^д ботающих агрегатов и их
значительную экономию электроэнер-
на испарительное охлаждение дает эко-
сы и т. д.
максимума ;
отраслях промышленности можно
получить L
стижений науки н т
денне эк
мальное сочетание к
нагрузки может дать
гни. Перевод печей ”
п’ТзпРч™«кихЬпроизводствах (прокатные станы, прес-
В металл) рги >еск ртемп ы слнтков до допустикого
тает экономию электроэнергии на выполнение
проката прессование деталей.
Р Сокращение холостого хода станков, холостого пробега
э.пектротранспорта, особенно при автоматическом отключе-
— включении насосов, компрессоров, автоматических
ограничителей холостого хода станков составляет важную
статью экономии электроэнергии на любом производстве.
Зона наиболее высокого КПД электроприводов близка
к номинальному значению нагрузки. Поэтому максимальная
загрузка их способствует экономии электроэнергии. В свя-
зи с этим проводится замена двигателей (трансформато-
ров), загруженных меньше 40 % номинальной мощности,
электродвигателями меньшей мощности.
Замена асинхронных двигателей синхронными, ртутных
выпрямителей полупроводниковыми, имеющими более высо-
кий КПД. Например, КПД полупроводниковых вентилей
выше на 5 %, чем ртутных, а КПД синхронных двигателей
на 2—3 % выше, чем асинхронных двигателей. Экономия
электроэнергии при замене асинхронных двигателей син-
хронными еше более повышается благодаря улучшению ко-
эффициента мощности всего нагрузочного узла. На ряде
заводов производится замена машинных преобразователей
жа системы генератор—двигатель (1—Д) полупроводни-
ковыми управляемыми преобразователями. Машинные воз-
оудители синхронных машин заменяются полупроводнико-
выми преобразовательными устройствами.
эиЛтпгеи1рОПеЧНЬ1Х и электР°дазных установках экономию
на в* 1 П° 1учаюг за сче* снижения сопротивления
лев где знУячрпчрКИ 01 печного тРансформатора до электро-
нелью семени! в составляет десятки килоампер. С этой
ют по экономи^е!п^а°АОВ И питаюи^их кабелей выбира-
и плотности тока, утвержденной специ-
74 I >. Its
На ряде
’ /зл.ек фол и за
Е • дл я
влияния
и переноса мот-
-J значение при
находящиеся в
из немагнитной
делают минимально
мини-
возможной длины
/Л равто 0 3 а0'Г уСТа1,овок (например. -
медных шин . Принимаются мепы по vuXL... А/мм
поверхностного эффекта, WS*»
ности в шинопроводах, имеющих повышен не
крупных сечениях. Стальные конструкции
переменном магнитном поле, изготовляю,
стали. Короткую сеть электропечей
возможной длины, а расстояние между фазами —
мальным для уменьшения объема поля. Регулировку высо
ты электродов в печах выполняют с помощью ароматичес-
ких устройств, настраиваемых на ведение оптимальной
ювого режима. Большое внимание уделяется сокраш-
нию потерь тепла из электропечных установок.
Одним из направлений экономии электроэнергии в про-
мышленных установках является снижение потерь электро-
энергии в элементах системы электроснабжения: в силовых
трансформаторах всех ступеней напряжения, в линиях
электрической сети, в реакторах, в компенсирующих уста-
новках реактивной мощности. Большие и разносторонние
возможности экономии электроэнергии реализуются меро-
приятиями, которые можно подразделить на конструктив-
ные и эксплуатационные.
К конструктивным мероприятиям относятся усиление се-
ти путем ввода новых цепей электропитания, замена не-
скольких трансформаторов более мощными новыми, замена
ранее выбранных проводов линий проводами большего се-
чения, установка компенсирующих устройств реактивной
мощности (КУ) около электроприемников для разгрузки
сети от реактивной мощности и для повышения уровней на-
пряжения, перевод сетей на следующие ступени номиналь-
ного напряжения: 380 на 660 В, 6 на 10 кВ, 10 на 20 кВ.
Эксплуатационные мероприятия по снижению потерь,
как мероприятия, не требующие дополнительных капитало-
вложений, должны осуществляться в первую очередь. В за-
водских сетях для экономии электроэнергии в процессе их
эксплуатации необходимо обеспечивать равно терность за*
грузки обеих цепей питающей сети — трансформаторов и
линий внешнего электроснабжения — своевременным пере-
распределением нагрузки между секциями, своевременное
отключение мало загруженных трансформаторов «еховых
трансформаторных подстанций для уменьшения потерь, в
стали, максимально возможное повышение У₽овн^^^
тационного напряжения (кроме осветительной нагрузки)
75
« огветвлений трансформаторов с пе-
правильной яЖения (ПБВ) и рациональным пе-
реключением без НД'У ования под напряжением (РПН)
пользованием РегН и ГПП, устранение различия на-
главных трансферу и лительНой сети завода, свое-
пряжения на секЦПЯ' ₽ 0ТКЛЮчение КУ, правильную орга-
временное включ элеКтроэнергии. Ниже рассматрива-
“только эксплуатационные мероприятия по снижению
\ в промышленных электросетях
Одним из важнейших мероприятии экономии электро-
, епгии в сетях является повышение уровня эксплуатацион-
него напряжения до максимально допустимого уровня, в
пределе до 1,05 LV,. Повышение напряжения в сети при-
водит к снижению потерь мощности пропорционально
в токоведущих частях. Это значит, например, что на 1 %;
повышения напряжения потери в проводниках уменьшают-
ся на 2 %. Но повышение напряжения приводит к росту
потерь в стали машин и аппаратов и к увеличению потреб-
ления активной и реактивной мощности электропотребите-
лей. По статическим характеристикам зависимости Р и Q
Повышение напряжения в сети при-
от напряжения (рис. 3.5, а) находим, что при повышении
напряжения на 1 % активная нагрузка растет на 1 % и
реактивная — на 3 %. Расчет для сети, в которой коэффи-
циент мощности потребителей равен 0,9, а потери в стали
машин и аппаратов составляют 15 % потерь в токоведущих
частях, показал, что на 1 % повышения напряжения в сети
получается снижение потерь на 1,2 %.
В распределительных сетях промышленных предприятий
ной нагрузок в системеХо?аЛТп.?ИСТИКИ З.ависимости активной и реактив-
н системе от напряжения (а) и частоты (б)
при раздельной
пунктов на всех
сети. При такой
... и
и на секциях и в ре-
умеиь-
применяется глубокое секционирование
работе секции шип распределительны"
уровнях напряжения распределительной
схеме возникает неравномепностк няг -- “н"
трансформаторах, разница натяжени^ РУЗК" ® ЛИ"ИЯХ
зультате-дополнительные потери мощн^ГшГя -
шения этих потерь необходимо проверять и обеспечиват,
равномерность нагрузки секций. Для проверки равном'
ности^на практике применяют кратковременное включен е
ек.inn на параллельную работу включением секционных
В сетях нагрузку с более
загруженной секции на менее загруженную, добива
югся снижения перетока через секционный аппарат ао
минимума.
Потери электроэнергии в линиях электрической сети со-
ставляют значительную часть суммарных потерь во всей
системе электроснабжения. Одним из мероприятий по
уменьшению потерь в линиях является включение в работу
всех линий: в схеме не должно быть линий только ре-
зервных.
Рекомендуется включение трансформаторов на посто-
янную параллельную работу при наличии технической воз-
можности такой работы по току КЗ и по условиям работы
защиты, это рассматривается как действенное мероприятие
по снижению потерь электроэнергии и по улучшению каче-
ства электроэнергии.
Важным мероприятием по экономии потерь в заводских
электросетях является своевременное отключение в резерв
трансформаторов цеховых подстанций при снижении их на-
грузки и включение при росте нагрузки. Для устранения
потерь холостого хода незагруженных цеховых трансфор-
маторов их отключают, а питание нагрузок осуществляется
по перемычкам (резервным связям) низкого напряжения
включенных в работу трансформаторов. С той же целью
предусматриваются ограничения времени холостого ход
печных и сварочных трансформаторов о^ючением их в
периоды разгрузки. Благодаря этому °ДИ°ВР" о напь-
ются потери в питающих сетя>^ ^^нДа°к,;Хй мощной,,
жений вследствие их разгрузки от
расходуемой на намагни“Ит7ансЛ подстап-
Трансформаторы Цеховых Ра^Ф°Р’ рки и сеКцИон-
ций обычно связаны попарно через ^Р им, при какой
ные автоматич“п®“ оставлять'в работе один трансфор-
нагрузке целесообразно оставь
о прчеов Потери активной мощ-
отключить в резср •
матор, a BT0J аНСфОрматоре равны.
ности в одном трансфиь
форматора
форматора при
грузка.
Тогда при сумм
рим
наковых
= isrc “Г М.ном 2 '
1 ном
гтяпи (потери холостого хода) транс-
потери в^п ( в*меди (ПОТери КЗ) транс-
: номинальном токе 1^; /р-расчетная на-
арном токе п трансформаторов (рассмот-
о1Да -j - - н „„pup и при /г = 2) потери в оди-
обший случаи, в том числе и при / г
включенных трансформаторах
/ /nV V _АП I Д Z3 м ,ном
п
/ \2
'р£ ]
/ном /
м, ном
^/flOM
где /рГ—суммарный ток в п трансформаторах.
При отключении одного трансформатора, т.
j включенных трансформаторах, потери составляют
ДРМ,НОМ / 1
е. при
ДР
Следовательно, при отключении одного трансформатора,
хотя ток 4s и не изменился, произошло изменение потерь,
равное:
ДР — ДР , = ДР
п п—1
ДР Mi НОМ ц
= ДРс
— ДР
1 м,ном
где p = /t
трансфор
Отключение одного
(3.9) выгодно, если
ном—коэффициент загрузки п включенных
юров.
трансформатора в соответствии
и -
₽<|/
* Д^*М,Н<»М И
По паспортным данным пользуясь выражением (3.10),
легко определить нагрузку, при которой следует изменить
число включенных трансформаторов. При
ПАВЛ» Д/с/Д/мном —1/3 для цеховых тр
анци согласно (3,16) выгодно отключить один граис-
78. Г । л , г г ' ГГ?'11
2 при соот-
»- е. при /<40 %'
рассматри-
формуор из двух в резерв при р^0,4
/пом.т- , lAJ-K»*'
Вопросы выбора оптимальной мощности КУ рассматпи
ваются в гл. 9. Повышение степени компенсации щактив’
нои мощности в условиях быстро развивающейся промыш-
ленной энергетики является одним из основных путей .
вращения потерь электроэнергии в районных и местных
электрических сетях. ™
Глава четвертая
ПОТРЕБЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ
4.1. РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ КАК ПАРАМЕТР
РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Режим работы электрической системы характе-
ризуется значениями показателей ее состояния, называе-
мых параметрами режима. Все процессы в электрических
системах можно охарактеризовать тремя параметрами:
напряжением, током и мощностью Р. Но для удобства рас-
четов и учета электроэнергии применяются и другие пара-
метры, в том числе реактивная мощность Q. Существует
несколько определений реактивной мощности. Например,
в [71 показано, что реактивная мощность, потребляемая ин-
дуктивностью и емкостью, идет на создание магнитного и
электрического полей. Индуктивность рассматривается как
потребитель реактивной мощности, а емкость как ее
“^Мощность в цепи постоянного тока равна произведению
напряжения U. В цепях переменного тока мощ
нератор
тока / и • .
ность можно определить по формуле
P = IU
только при совпадении по
ср==О, рис
совпадсннп фазе^тока
рис. 4.1) (U. ^а^теристики мощности цепи пе-
и тока). Поэтому для х ^пппЛннтедьный показатель, от-
амперметра в цепи переменного
ражающий разность фаз
показаний вольтметра и
A
4 I Параметры режима цепи переменного тока:
4,1. ларамехрш н паппожРНия- б — соотношение
„о фазе синусоидального тока и напряжении.
ктиввоп и полной мощностей
Рис.
д — сдвиг по
мой. реап.
актив-
тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи
она равна:
s = К зл/.
Активная мощность трехфазного переменного тока оп-
ределяется по формуле
р = ySlU cos <p=Scos <р.
На основании этих выражений полная мощность S
представляется гипотенузой прямоугольного треугольника
(рис. 4.1), один катет которого представляет активную
мощность P=S cos ф, а другой—реактивную Q=S sin ф.
Из треугольника мощностей получаются следующие зави-
симости:
S = + <?2;
созф = P/S.
Множитель cos ф называется коэффициентом мощности.
В некоторых случаях удобней пользоваться не cos ф, а
tg(|, называемым коэффициентом реактивной мощности:
у C0S2 Ф
Расчетное значение реактивной мощности легко найти
из выражения
Qp = ^ptg<p.
1 оэффициент реактивной мощности 12ф с приближени-
ем \i ла ф к нулю позволяет найти значение Qp с меньшей
погрешностью, чем величина созф, так как в зоне малых
в ф, где cos ф=0,95, изменение коэффициента мощно-
го ./ ' ... ' - к •: 1Г;1<
с меньшей
малых
ности.
сти на 1 % приводит к изменению коэйпЫишонтп гч«
ной мощности на 10 %. ФрЩиента реактив-
Следует помнить об условности толкования Q как мош
ности. Только активная мощность Р может совершать
боту и преобразовываться в механическую, тепловую све
товую и химическую энергию. Активная мощность обуслов-
лена преобразованием энергии первичного двигателя
полученной от природного источника, в электроэнергию.
Реактивная мощность не преобразуется в другие виды
мощности, не требует для ее производства затраты дру-
гих видов энергии, не совершает работу и поэтому условно
называется мощностью.
Аналогия реактивной мощности с активной состоит в
сходстве аналитического выражения, в том, что электро-
приемники потребляют не только активную, но и реактив-
ную мощность, так как процессы передачи и потребления
электроэнергии неразрывно связаны с возникновением
магнитного и электрического полей, в зависимости и актив-
ной, и реактивной мощности от напряжения и частоты в
соответствии со статическими характеристиками, в зависи-
мости потерь в сетях от потоков и активной, и реактивной
мощности, в одинаковом способе измерения активной и ре-
активной мощности. Для расчета режимов в цепях синусо-
идального тока реактивная мощность является очень удоб-
ной характеристикой, широко используемой на практике.
Для анализа производства и потребления реактивной
мощности в электрических системах рассмотрим данные
измерений по промышленным предприятиям в часы макси-
мума нагрузки наиболее загруженного зимнего дня. Состав
электропрпемников приведен в табл. 4.1.
Табл и ц а 4.1. Состав электропрпемников в системе электроснабжения
предприятий _____
Виды электроприемников
Установленная мощность
электропрнемников энерго-
системы, %
реактивная Q
активная Р
Асинхронные электродвигатели
Синхронные электродвигатели
Вентильные преобразователи
Электропечные установки
Бытовые, сельскохозяйственные и др.
Собственные нужды электростанции
Потери в электрических сетях
30
18
12
0
10
5
6—721
81
। 1 реактивную мощность noipe6-
- повышающих 'трансформаторов
в виде потерь A Q, на долю
Из
которых падает ч
100 % реактивной
Как видно "^^ктпопрпемники предприятий, но и эле-
ляют не только ментротрт повышающ11Х трансформаторов
SKSK,™
предлрпятяй °*л?9Чиерезктивяой мощности системы,
которых падает 42 о Р вырабатываемой в энергоси-
100 % Ео ^"теряется в повышающих трансформаторах
лектростанцпи “ « КВ энергосистемы, 6,5%
районных сетей системы, 13,5 % состав-
яю потери в понижающих трансформаторах и лишь 58%
нз всей выработанной реактивной мощности приходятся на
шины 6—Ю кВ потребителей. о
На рис. 4.2 показано распределение потерь реактивном
мощности в эквивалентной электропередаче станция по-
требитель и приведены векторные диаграммы токов и на-
Рис. 4.2. Изменение потока реактивной мощности (о), напряжения и
сдвига по фазе тока и напряжения (б) в электропередаче шины элект-
ростанции — шины приемной подстанции
пряжении для узлов Л—Д этой передачи, на которых пока-
зало изменение угла ф от 22 до 38,5° по мере приближения
< I шин электропотребителя, где cos срд=0,927, к шинам
'< tpc ;ор <О'Т> напряжения электростанций, где cos фл =
-J’ Ь1Раба'шваемая на электростанциях реактивная
о/ ПРН C0S потРебителей 0,927 составляет около
ДажеЛг if активн°й мощности системы,
сильна >агпужрм~°’^7 ВСе У?астки электропередачи очень
еиь1 реактивной мощностью: па 1000 кВт ак-
В2 ; ч *' •
я передача 800 квар
*23 квар в кон
токовым нагрузкам сетей
сети,
каче-
п - - в
агрузка реактивной мощностью
геиерато-
J дл я
часы, когда по
___» в
линии
тйеной мощности от станции требуете-
реактивной мощности в начале передачи'и 400
це. Это приводит к повышенным - J
и, как следствие, к увеличению затратна'сооружение
повышенным потерям электроэнергии к ухудшед ю
ства напряжения из-за больших потерь напряжения
элементах сети. Большая — .
электростанций приводит к перегрузке по току г*
ров. к необходимости их использования специально
выработки реактивной мощности даже в те г—
1ктивной нагрузке часть генераторов можно отключить
резерв.
Состав по гребителей реактивной мощности показыва
что основную часть реактивной мощности потребляют че-
тыре вида устройству асинхронные двигатели—40 % (сов-
местно с бытовыми, сельскохозяйственными электродвига-
телями и асинхронными электроприводами собственных
нужд электростанций), электропечные установки—8 %;
вентильные преобразователи—10 %, трансформаторы все’
ступеней трансформации (потери в них)— 35 %,
электропередачи (потери в них)—7 %. В разных энерго-
системах цифры процентного состава могут несколько
отличаться от приведенных. \
4.2. ПОТРЕБЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ И
TP А Н СФО PM АТО РАМ И
Асинхронные двигатели и трансформаторы пот-
ребляют около 75 % всей вырабатываемой в системах ре-
активной мощности. Работа машин и аппаратов перемен-
ного тока, основанная на принципе электромагнитной ин-
дукции, сопровождается процессом непрерывного изменена <
магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассея-
ния Поэтому подводимый к ним поток мощности должен
содержать не только активную составляющую Pf но и ре-
активную составляющую индуктивного характера Ql, н-
обходимую для создания магнитных полей, без которых про
цессы преобразования тока и н/пРяженияЛ^ХыС>м S-
Реактивную мощность, потребляемую * ас
хронным двигателем, можно определить с
схемы замещения (рис. 4.3):
л - f .-ч г‘2 ✓ » \ ।
i
83
6*
ГДе /о-ток холостого хода, который можно_ считать чисто
индуктивным (cosqp—0); Qo
дйг««» нагру-
зочный ток /’ можно считать чисто активным, так как
n Qp — реактивная мощность
амыкания, значение Qp зави-
Г 2’
Общее выражение реактивной мощности асинхронного
двигателя можно представить в виде
где Qhom—потери реактивной мощности в асинхронном дви-
гателе на рассеяние при номинальной нагрузке; К3—коэф-
фициент загрузки асинхронного двигателя: Кз—Р/Рном-
Величина Qp растет пропорционально квадрату нагруз-
ки, в то время как величина Qo от нагрузки не зависит.
Обычно при номинальной нагрузке соблюдается равенство
Qn и Qp. Поэтому при изменении активной нагрузки асин-
хронного двигателя от нуля до Рпом реактивная мощность
двигателя Qajl увеличивается только в 2 раза: от Qo до
Qa.fl. Это показано на рис. 4.3, б—кривая где
также показано изменение тока статора от Кз — Р/Рном
I = I Г- + /2 Д'2
1 9 0 1 р х3
и изменение коэффициента мощности
пой нагрузки Ра>д от 0 до Рпом
COS д
а-Д 1 ^а,д
теля еИгоСп1Те"ИИ активной нагрузки
реактивная мощность
по мере роста
актив-
двига-
асинхронного
тоже снижается, но коэф-
. «г. МОЩНОСТИ,
гак как недогруженные двигатели работают с низким ко-
эффициентом мощности; производят переключение обмот-
и (татора двигателя из треугольника в звезду при дли-
тельном снижении нагрузки ниже 40—50 % для уменьше-
ния величины Qo двигателя за счет снижения фазного
фициент мощности снижается значительно быстрее и ппи
холостом ходе (К3=0) имеет самое маленькое качение
I. целях уменьшения потребления реактивной мощности
асинхронными двигателями применяют следующие X"
приятия. выбирают асинхронный двигатель максимально
возможной (по условиям работы привода) частоты враще-
ния и с наименьшим воздушным зазором; выбирают дни-
I атели без излишних запасов по номинальной
эффициентом мощности; .—
ки статора двигателя из треугольника в звезду при
JW* W TF ж ш _ _ Л Л. Л » <*>
ния величины Q
напряжения £7ф в ]/3 раз.
Реактивная мощность, потребляемая трехфазными си-
ловыми трансформаторами, расходуется на намагничива-
ние магнитопровода трансформатора Qo и на создание по-
лей рассеяния QP. Расчет этих составляющих и реактивной
мощности трансформатора в целом Q
тем же формулам, что и для асинхронного двигателя, так
как схемы замещения трансформатора и асинхронного
двигателя одинаковы (см. рис. 4.3). Однако количествен-
ные показатели потребления реактивной мощности транс-
форматорами и асинхронными двигателями существенно
различаются.', мощность намагничивания трансформато-
ров Qo=24-5 % номинальной мощности трансформатора,
а асинхронных двигателей — около 50%. Это объясняется
отсутствием воздушного зазора в магнитной цепи транс-
форматора, благодаря чему на создание магнитного пото-
ка требуются меньшие /о и Qo- в
(При расчете составляющих реактивной мощности Qo и
Qp трансформаторов удобно пользоваться формулами, ис-
пользующими паспортные данные:
т производится по
ном>т
100
где /0 0/0 — ток холостого хода трансформатора, %; S-om,t
номинальная мощность трансформатора,
ц/р — °ном»т юо
где и к %
~~ 5/5 ном
напряжение КЗ трансформатора, ъ,
— коэффициент загрузки трансформатора^
к липну трансформаторах общие потери рас-
. в трехобмоточи1 - Р каЖдой обмотки отдельно:
считываются с )
что число
Плтпебгение реактивной мощности трансформаторами
r веско Храз меньше, чем асинхронными двигателями,
НО суммарное потребление по системе в целом соизмеримо
, jnl см табл. 4.1). Это обусловлено тем, что число
трансформаций напряжения в системе достигает 3-4 и
имеет тенденцию к росту до 5-6. Поэтому суммарная но-
минальная мощность трансформаторов во много раз боль-
ше, чем асинхронных двигателей.
Из всей потребляемой трансформаторами реактивной
энергии около 80 % расходуется на намагничивание. Со-
ставляющая расхода на намагничивание определяется пер-
вым слагаемым, а на рассеяние — вторым:
(4.7)
ном,т 100
Р - -ном.т 100
где 7г —число часов работы трансформатора в год; т —
время потерь.
Для уменьшения потерь реактивной мощности и энер-
гии в трансформаторах на намагничивание рекомендуется
отключать в резерв трансформаторы, загруженные меньше
40 % их номинальной мощности, с переводом нагрузки на
другой трансформатор. Если возможности перевода на-
грузки нет, то рекомендуется замена трансформатора за-
вышенной мощности менее мощным. Повышение коэффи-
циента загрузки трансформатора на 0,1 приводит к улуч-
шению cos <р на 0,04—0,05.
_1
4.3. ПОТРЕБЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРОПЕЧНЫМИ
УСТАНОВКАМИ
«егных и ^Иб°Лее М0ШНЬ1е электропечи
срных и цветных металлов ;
и рудно-термические
необхХм потРебителями реактивной
электропечной установки11^ электРическая схема дуговой
установки. Дуговая трехфазная печь / под-
и СВАРОЧНЫМИ
для выплавки
и для электрокрекинга — это
печи. Эти печи являются
- мощности, которая
ия самого процесса плавки,
--- мощности в элемен-
Рис. 4.4. Электрическая схема и характеристики дуговой электропечной
установки
ключается к электросети через понижающий печной транс-
форматор 2, коммутационные аппараты 3 и линию 4.Сое-
динение трансформатора с печью выполняется ч р ' Р
кую сеть 5, представляющую собой токопровод низко
напряжения с большим номинальным ток подборов
тысяч ампер. Для подключения измерительных приборов
и автоматического регулятора мощност ( ни р 7 для
триваются тРансформаторь^тока установлены дроссели
регулирования режима работы печи у
насыщения 8. о рпсти печью дугового ти-
Потребление == бо£ШОгс> угла
тока I и напряжения и в цепи питания
67
па обусловлено
<р сдвига по фазе
пи бы угол <Р = 0, то дважды за одни
тока дуга прерывалась на А/ в момен-
,прохождения синусоид тока и напря-
натем загоралась бы вновь. Это сопро-
я через нуль п за - шением температуры в
аЛ0СЬ „плгтпанстве и снижением производитель-
.пения дуги и повышения КПД печи последователь-
горения Д) __________ Q Лппглпяпя чему гонение
момент прохождения напряжения^ через, нуль^под-
п I при <р>0 представлены на рис. 4.4, в.
чтобы обеспечивался
печи (рис. -
период переменного
ты одновременного п
жения через нуль и
рождалось
межэ.
ноет и печи. кагее!ва
шГвкгючается^индуктивность 8, благодаря чему горение
ДГГН в момент прохождения напряжения через нуль под-
держивается за счет энергии,~4.”°’
сти. Кривые и
Индуктивность подбирается так
достаточный для непрерывного горения дуги угол ср сдви-
та по фазе тока и напряжения, т. е. выполнялось бы ус-
ловие
sin ф > t/д, (4.8)
где t/д — минимально необходимое напряжение для горе-
ния дуги; Um — амплитудное значение напряжения источ-
ника питания. Тогда
<р arcsin . (4.9)
Непрерывное горение дуги переменного тока получает-
ся при угле ф>32э, т. е. при cos ф^0,85.
Реактивная мощность в дуговой электропечи необходи-
ма не только для заряда — разряда индуктивности при
поддержании непрерывного горения дуги, но и для покры-
тия потерь в печном трансформаторе и в короткой сети
также обладающими индуктивностью. Поэтому минималь-
ю необходимое значение напряжения UA и угла го еще бо-
лее возрастает, а со$ф снижается.
скийЛпи^ИЧп™паГРУЗКа дуговой печи за технологиче-
под действием АРМ Vpro '4 ВЫС0ТЫ электР°ДОв
жиме холостого i%rH вторят Р(7-тПРнеАеЛаХ- В Рв’
нагрузочном режиме (1 — 1 Г С —0), в нормальном
П% времени) ток составляет 2^ J ПеРИ°А Расплавле«ия
что потери реактивной - - ’
ки “ "РопоРЦиональны квадрату коэффициента загруз-
УвелиЧиВкКТиРебХ7пГСПЛаВЛ.е1,ИЯ " - —-
печными дуговыми уста нов ками^П1^ мощности электро-
‘^’Рузочном режиме (/
;.ОГ„°.’..Что потери реактивной
ки К
в нормальном
>
ном и более. С учетом
лощноети в трансформаторе
^Ге^иод расплавления металла резко
ми. По мере роста объема
Рис. 4.5. Схема
электропечной
установки ин-
дукционного
тина
печи и мощности печных трансформаторов
•лцомд приходится увеличивать индуктив-
ность, что приводит к снижению cos <р печ-
ного агрегата (рис. 4.4, г).
Индукционный метод нагрева основан
на использовании сильных магнитных полей
для расплавления металлов индуцирован-
ными токами. А для создания сильных маг-
нитных полей необходим большой расход
реактивной мощности^ Принципиальная схе-
ма однофазной печной установки индукци-
онного типа повышенной частоты показана
на рис. 4.5. Индукционная печь 1 через ру-
бильники 2, предохранители 3 и контакторы
4 подключается к источнику питания, в дан-
дом случае — к машинному преобразовате-
лю частоты 5 (применяются и полупровод-
никовые преобразователи). Для регули-
рования
автотрансформатор 6.
Индукционный нагрев токами промыш-
ленной частоты 50 Гц производится в ка-
нальных печах со стальным сердечником.
Нагрев токами повышенной частоты 500—
10 000 Гц производится в тигельных печах
без стального сердечника. Индукционные печи преимуще-
ственно однофазные, мощностью 250—6000 кВт — для плав-
ки цветных металлов и до 1700 кВт — сталеплавильные
напряжения предусматривается
печи. Напряжение питания установок индукционного на-
грева — 380, 6000 и 10 000 В.
, Коэффициент мощности индукционных печей очень ни-
зок: от 0,1 до 0,4—0,66. Поэтому для компенсации потреб-
ляемой ими реактивной мощности и повышения cos ср до
0,95—1 устанавливаются индивидуальные конденсаторные
батареи с нерегулируемой У и регулируемыми 5 секциями
(рис. 4.5). При этом мощность батареи превышает актив-
ную мощность установки иногда в 10 раз.д V
Характеристики электросварочных установок как по-
требителей реактивной мощности близки к характеристикам
электропечиьщ установок; методы сварки дуговой н кон-
тактный (сопротивлением). Установки преимущественно
однофазные, с резкопеременной нагрузкой и очень низким
коэффициентом мощности: costp установок дуговой сварки
0,3 — 0,35, а контактной сварки 0,2 —0,6. В тех случаях,
89
когда сварочные ус
кой
ка на постоянном
жает в.
установок
ПОСТОЯНН°оГ°о?ь1еа тоже потребляют реактивную
г их пезкопеременнои нагруз-
когда сварочные У^а™ т недопустимые колебания и
КОЙ при низком cos фа й сети применяется свар-
несимметрию напряж питание осуществляется через
“ ----- прпрменного тока в постоянный. Это сни-
"“’‘Х™»!»» Р»«о™ »№>"»« “ °6щ>'Ю
«™ро«ых
Современн Т!1ристОрНые и игнитронные преобразо-
г -----> МОЩНОСТЬ.
п 1ТРЧИ которые 1V/IW ---- 1
ш реактивная нагрузка более стабильна, чем в сварочных
установках переменного тока. Однако следует учитывать,
что преобразователи являются генераторами высших гар-
моник тока и напряжения (см. рис. 1.10). Особенно высо-
кий уровень высших гармоник получается при подключе-
нии сварочных преобразователей к сети 380 860 В, где
мощность КЗ мала.
мощность.
4.4. ПОТРЕБЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ
Потребление реактивной мощности преобразова-
тельными агрегатами с ртутными и полупроводниковыми
вентилями обусловлено в основном двумя причинами: есте-
ственным коммутационным процессом и искусственной за-
держкой момента открытия вентиля в целях регулирования
выпрямленного напряжения. Именно эти факторы создают
сдвиг тока в цепях вентилей относительно напряжения и
понижают коэффициент мощности в сетях, питающих вы-
прямители, повышают потребление реактивной мощности.
При работе трехфазного преобразовательного агрегата
переход тока с фазы А на фазу В (рис. 4.6) происходит не
в момент равенства напряжений: — а занимает не-
которое время коммутации t и происходит с запаздывани-
ем на соответствующий этому времени t угол коммутации
которого напряжение UB превысит UA на до-
vuTAun J ДЛЯ пеРехода тока значение. На рис. 4.6 это
накзонТкптпп1й Т-°К вентиля представлен в виде трапеции,
Угла коммутации у3аВИСИТ ВреМеНИ К0ММУтаНии t и от
зависит от индуктивности цепи ха.
определяется по формуле°КОМ “ “ УГЛ0М К0ММУтайии у
Учи
(1 — cos v),
(4.10)
где U2 — ”
преобразовательного трансформатора
действующее значение вторичного напряжения
ШЯТР ПкГТПГП гпгчглтт^^к_ Г М ПГ М/КеНЦЯ;
Гк г6 показан“ синусоиды напряжения и2(П в
фазах А, В, С и тока i2(l) вентиля. Форма тока имеет вил
трапеции, а не треугольника, из-за угла коммутации у>0
тем большего, чем больше индук-
тивность ха. Ток во включаемой и.
фазе вентиля достигает своего
максимального значения не мгно-
венно, а за время коммутации
пропорциональное углу у.
В управляемых вентилях ис-
кусственно создается задержка
открытия вентиля для снижения
выпрямленного напряжения. При
этом возникает сдвиг анодного
г вид
тока i2 относительно кривой на- Рнс 4 6 Сдвиг по фазе то.
пряжения на время, измеряемое ка и напряжения в вентиль-
углом а. Угол сдвига по фазе то- ном преобразователе
ка i2 (т. е. середины импульса
этого тока — см. рис. 4.6) относительно амплитуды напря-
жения U2 равен:
Ф2 = « + 4- V-
Соответственно соотношение для анодного тока имеет
вид
ld = — 2 С 2 [cos а — cos (а + V)l.
Приблизительно на такой же угол сдвинут в сторону
отставания от напряжения U\ и первичный ток и преоб-
разовательного трансформатора, чем и определяется реак-
тивная нагрузка сети от преобразовавьного агрегата^
Коэффициент мощности X преобразовательного
учетом иесинусоидальности первичного т р
по формуле х = v cos <г, «Ю
где v _ коэффициент искажения первичного_ тока Л
сравнению с си .
этого тока
*ния первичного тока /1 по
ну^идалТноГ формой первой гармоники
€1
. -ч пржима выпрямлении при учете
шеСТИфГ”а оничеХо ряда* v=0,955, а для 12.
988 В формуле (4.11) cos ср — коэффи-
У относительно напряжения сЛ —мож-
только гармоник к
фазных схем v—с,
т ент сдвига ток<
но представить гак:
мож-
(4.12)
О
где Л и Qi — активная и реактивная мощность на стороне
первичного напряжения и преобразовательного агрегата.
Реактивная мощность потреоляема i преобразователь*
иым агрегатом с сеточным управлением, кла ^-^вие^я п_:
потерь в преобразовательном трансформаторе Qt и из рас-
хода на коммутацию и регулирование напряжения в вы-
прямителе QB‘-
где Лномд, /х, Ск — паспортные значения мощности, тока
холостого хода и напряжения КЗ преобразовательного
трансформатора; РПга— номинальная мощность выпря-
мителя.
На рис. 4.7, а показав^ изменение cos ср в зависимости
с* /1 J,)ii ' и б 1 d рис. 4.7,6 приведены экспериментально
1ая тис имость реактивной мощности, потребляе-
регата;7' ХаракТ(Ристика реактивной нагрузки преобразовательного аг
® — зависимость
®" зависимость
коммутации
реактивной мощности1 от°активнойРТУ’Г1ИР°Ваи11Я 8 коммУтаНии;
•u mi от активнон нагрузки при разных углал
92
мой преобразовательным агрегатом из сети от его -.кт,,,,
нои нагрузки при разных углах у. тив’
1ким образом, преобразовательные агрегаты шноокп
применяются в разнообразных производствах й область
их применения непрерывно расширяется.^ Они явтяются
крупными потребителями реактивной мощности режим их
потребления имеет особенности, связанные с иелийей
ностью и нестаби тьностью параметров нагрузки. Эффег-
пособ компенсации их реактивной мощности—•
создание компенсационного преобразовательного агрегт! а
с искусственной коммутацией
(ПА), который генерирует реак-
тивную мощность.
Принципиальная схема ПА по-
казана на рис. 4.8. В отличие от
обычного ПА в данной схеме
включена между фазами трехфаз-
ная группа конденсаторов (САВ,
Свс, Сса), которая создает опе-
режающий сдвиг по фазе тока от-
носительно вектора напряжения.
В обычной трехфазной схеме пре-
образования переход тока с одной
фазы на другую происходит в мо-
мент, когда сравниваются напря-
жения этих фаз: UA — UB. А в
компенсационном преобразовате-
ур
4.8. Принципиальная
схема компенсационного
преобразовательного агрега-
та
ле благодаря действию конценса- Рис.
тора коммутация происходит
раньше, в момент, когда UA =
АВемк» ГДе UАВемк 1 3-
пряжение на конденсаторе САв-
Регулируя емкость конденсатора, можно изменять а
требуемых пределах значение Ц|Ве».к и этим Д°011ТВСЯ
мутации тока при меньшем значении напряжения фазы
и при меньшем угле коммутации у. То\аа1ы"-. \ 'ова₽ть
жатр напряжение, и преобразователь о>т, ₽ ₽
реактивную мощность в сеть, причем ^^Р'^^Хшать
пенсационным ПА реактивная мощноеть ^у^ коРдейсато.
ту мощность, которую будут выдав. «,|Таоею попереч-
ры САЁ. Свс, Сса, если их включить как батарею попере
ной компенсации.
Глава пятая
ИСТОЧНИКИ АКТИВНОЙ
и РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Промышленных предприятий
5 1 ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ АКТИВНОЙ И
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Основным источником электроэнергии для элек-
троснабжения всех отраслей народного хозяйства являет-
ся ЕЭС СССР. На тепловых, атомных и гидроэлектростан-
циях районных энергосистем синхронные генераторы
вырабатывают активную и реактивную мощность, потреб-
ляемую предприятиями. Часть промышленных предприя-
тий например металлургические заводы, химические ком-
бинаты, потребляющие большое количество тепловой энер-
гии, имеют свои теплоэлектростанции (ТЭЦ). Но и в этом
случае предусматривается электрическая связь с энерго-
системой для получения недостающего количества элек-
троэнергии и для передачи ее излишка.
В балансе реактивной мощности энергосистем синхрон-
ные генераторы электростанций являются основным источ-
ником. Их надежность, автоматизация регулирования,
меньшие удельные капитальные затраты на реактивную
мощность предопределяют использование синхронных ге-
нераторов как основных источников реактивной мощности
«в (иче1ании с дополнительными источниками).
Рассмотрим пределы располагаемой активной и реак-
1ВВВОИ моп^пости синхронных генераторов и взаимосвязь
вани7?^И И Реа1<тивной нагрузки в процессе регулиро-
хооннма аПИМ°В Раб°ТЬ1 генераторов. Как известно, син-
редаватк пе^Рические машины^могут вырабатывать и пе-
режиме пенев? РеактивнУю мощность, если работают в
потребляют пряитУЖДеН1^’ а В Режиме недовозбуждения
лреоляют реактивную мощность
боты в активной нагРУЗки. Зоны
' 1 предельные значения
ротного генератора зависят
м.етПовВИСЯТ °Г номииальных
жеиия ,'!€Жима генератор-
ления L и тока / , 1
тора /
полной
в количествах, завися-
допустимых режимов ра-
реактивной Qr мощности син-
от активной Рг. Границы этих
< значении трех основных пара-
стХРяа: н0Ка возбУжДения /в, напря-
" можно обобщить3 пЬНЫе паРаметРы ста-
««“иналыюй мощностью ДН1г«1ерПаатРоарМаеТрОМ “
ном
Для
трехфазного синхронного генератора
5ном — /3 Ц10М /пом.
Номинальная мощность ограничивает нагрузку статооа
синхронного генератора в любом режиме его работы
На рис. 5.1 построена граница предельных нагрузок
статора синхронного генератора в нормальных условия
работы как окружность радиусом SHOM (см. b на рис. 5.1).
!^ыход за пределы этой границы допускается лишь на огра-
ниченное время в условиях, оправдывающих перегрузку
генератора. Методы ------- -- $
учета влияния третьего параметра,
&,М8ар I
Рис. 5.1. Зоны допустимых режимов работы обратимой синхронной ма*
шины
тока возбуждения /в, на допустимую реактивную нагрузку
генератора известны. На рис. 5.1 граница располагаемой
реактивной мощности, кривая ab, построена дуга
ружности, проходящей через точку b из центр ’ _
щего ниже начала координат О на расстоянии 00 —
__с /г
п7и работе генератора с перевозбуждением, зоно& его
работы является четырехугольник ОаЬ режиме
реактивная мощность синхронного оеРхуголь.
недовозбуждения ограничивается стор
? - I -9<>.?
ника
точна
ГСТОЙЧк-
. ,70 „ уменьшается по линии ndh по мере роста
ника Ondlm " • elieparopa от 0 до номинальной мощ-
актнвной нагР-г3, ‘ 1енне реактивной нагрузки в режиме
„ости обусловлено пределом устойчивости сии-
_ т I с п а то Р и •'максимальная нагрузка при Рг=0
то генери 1 , , •
(см. точку л):
<2г = (5-2)
nj h определяется при Qr=O и при 15-ном запасе
шостн как предел мощности Рг:
(5.3)
В генераторах старых конструкций при работе генера-
тора с недовозбуждением наблюдается нагрев лобовых ча-
стей обмоток и крепежных частей, из-за чего потребление
реактивной мощности генераторов приходится уменьшать.
Синхронные генераторы иногда используются только
для выработки реактивной мощности, т. е. в режиме син-
хронного компенсатора (СК), при закрытом доступе воды
(на ГЭС) и пара (на ТЭС) на лопасти турбины. При этом
синхронная машина потребляет из сети электроэнергию па
свое вращение и нагрев, так как работает как синхронный
двигатель на холостом ходу. Эти потери составляют 2—•
5 /о номинальной мощности генератора Л,ном. На рис. 5.1
дти потери изображены отрезком ОД а вся зона режима
полосой Ofea при перевозбуждении п Ofng при He-
Д'-возбуждении машины.
станций ?ГАЭС°СсЖобп!М гидРоаккУмУлнРУЮЩИХ электро-
сенной D генеР<-торпом режиме
лвнгй7рВ В0Д0ХРанилище воды и в
3 поХиПР«И работе woarpera-ra
«ит Z 0ВХ°^НИЛИ,^а ___________________________________
хронного двигателе п^Э0ГЫ геиеРатора в режиме сии-
лением. На рис" 5 j г£^В03^УжДением и с недовозбуж;
с d л.
Рассмотренные -
нераторов на
п Of ng при не-
синхронными машинами,
при сработке запа-
и в режиме синхронного
в качестве насоса при
водой из нижнего бьефа, воз-
в режиме сии-
зона изображается фигурой
- заводсю!?101^1 использования синхронных ге-
учитывают лишь ТРУи|‘1ектРостанииях и в энергосисте-
ФаЛ ’Коиомические лавтЧ®ские„огРаНИчения и не учиты-
Ч’зктором (1ГП„„ ,,е Факторы. Ос
Даераторов адлвдт”"Ялреак1Жной
,|; ,)иРаб<ланной реаЙХ"е
GC «АКТИВНОЙ
bi. Основным экономическим
> мощности синхронных
потери мощности на пере-
мощности Qr потребителям.
На основании учета этих пптпПг
низании производят расчеты няип?Г0СНа^жа,01цие °РГ;!'
электростанций в компенсации реактивной*!!™6™ участка
дого предприятия и задают'^е^Гм SX" X
тока не только активной мощности Рзаявл> но и реактйХ
мощности Q31 в часы максимальной и минимальной нагру-
ются^32 энергосистемь[- Эти значения строго контролиру-
5.2. СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ И ДВИГАТЕЛИ
Синхронный компенсатор — это один из видов
синхронной машины, предназначенный для работы в каче-
стве источника реактивной мощности — без активной на-
грузки на валу. На рис. 5.2 приведены схема замещения и
векторные диаграммы, поясняющие принцип действия син-
хронной машины в режиме СК-
Применив второй закон Кирхгофа для схемы замеще-
ния СК (рис. 5.2, о), получим следующее уравнение:
£« + Uc = !fxd,
из которого найдем выражение тока статора
Eq+Uc _ : Eq -j- Uc
jXd Xd
(5.5)
где Xj — синхронное индуктивное ° сопротивление синхрон-
ного компенсатора.
Проанализируем выражение тока статора СК трех ре-
жимов возбуждения.
1. При возбуждении холостого хода /Вх (рис. о.^о)
Eq~U, т. е. ЭДС равна номинальному напряжению U^v.,
которое поддерживается равным напряжению сети с. и
находится в противофазе с ним. Выражение ( . ) Для эго
го случая имеет вид
F +17 =0, или £ =—Д.
_q 1 L —4
На рис. 5.2, в показана соответствующая векторная да-
аграмма.
2. При перевозбуждении СК, т
. е. при /в
ЭДС
£(п" больше ^щпряжеии'я'сети на величину падения ‘напри-
же и ия /ха:
Рис. 5.2. Схема замещения и векторные диаграммы синхронной машины:
J — схема замещения; б — характеристика холостого хоа,а;
иов и напряжений; в — при возбуждении холостого тока
деиии; с, ж — при иедовозбуждении
векторные диаграммы
г, е — при перевозбуж-
В соответствии с (5.5) под действием
ток статора
Д£(п> возникает
тетТ°ппТ^ЯеТСЯ ЧИСТ0 Реа“™вным, и его величина рае-
Г3буЖАенвя' Этому случаю соот-
боль^^пХен^/Г-ХТ3,"3 РИС 5’2’г: ЭДС
тора и падения напряжения 1х Н?'6 напРяжения генера-
' "«сто индуктивным conpoTHB^eHu??'101”6 ™Ка в цепи
«aet от падения напряжения н« о^ пИЗВесТНО; ток от’
' о 2, е ж приведен i >, ,,, а 90 ' Для сравнения на
“остью И с индуктивностью П V1' ДиагРаммЫ цепи с ем-
возбужденного СК сов"1ае, ,0рНаЯ "грамма пере-
“остью. ’впадает с Диаграммой цепи с ем-
<Рис. 5П2Иб) Нэдс°ннУ)ЖАеиии СК, т. е. :
ЬЭД££, меньше напряжения сей, U
при Л,и)<:/В,х
- с, поэто-
му их векторная сумма изменяет знак-стан >иИ11 < ofcL
дательной ( &Е), Изменяется соответственно и напог®-
ленне тока статора: aupdB
Xd ’
Для -'ТОГО случая построена векторная диаграмма на
рис. о.2,о а направление векторов падения напря-
жения hcd и тока / обратно тому, которое получается п
перевозбуждении (рис. 5.2,г). Векторная диаграмма под-
веденного напряжения сети Uc и тока Z статора недовоз-
бужденной синхронной машины, представленная н в
рис. 5.2, д, совпадает с векторной диаграммой с индуктив-
ностью (рис. 5.2,ж). Недовозбужденная синхронная м -
шина потребляет отстающий ток подобно индуктивности.
При нагружении синхронной машины не только реак-
тивной нагрузкой, но и активной появляется активная со-
ставляющая тока /а. Тогда между током I и напряженней
сети Uс угол ф не будет равняться 90 . Но реактивная со-
ставляющая тока сохраняется. Соответственно сохраняют-
ся и свойства синхронной машины как источника реактив-
ной мощности. Векторные диаграммы синхронного генера-
тора, вырабатывающего и активную, и реактивную
мощность приведены на рис. 5.3. Порядок их йостшеШя
и режимы возбуждения те же, что и для режима СК.
В системах электроснабжения промышле < <ых 1 i с •
ятий применяются все виды синхронных машин. Но наи-
I и с
7*
eiIflBH<1 находят синхронные двигатели, ши-
^оТпименяемые при приводе производственных машин
ГмехХмов, не требующих регулирования частоты вра-
щения Векторные диаграммы приведены на рис. 5.4. Как
юточник реактивной мощности синхронный двигатель
обтадает многими достоинствами: находится непосредст-
венно в цехе, поэтому активные потери на передачу реак-
тивной мощности минимальны; удельная величина капи-
тальных затрат на реактивную мощность синхронных дви-
гателей (и генераторов) приблизительно в 10 раз ниже,
чем конденсаторов, так как изменение cos фном двигателя
Рис. 5 4. Векторные диаграммы синхронного двигателя при его работе
с перевозбуждением (а, в) и недовозбуждением (б, г)
от ] до —0,9 приводит к увеличению его полной мощности
!< с^иХт?ГНН°1 Ро/ЗМерОВ’ расхода ак™вных материалов
от j к 48 °/ РЭ • к а реактивная мощность изменяется
траты иеныир Н°цМР’мВ больШинстве случаев приведенные за-
нии с конденсатопнлй1 б-аСИНХР0НН^Г° двигателя в сочета-
гулирование пря/ И батареей; обеспечивает плавное ре-
И по-
«вышает предел устойчивости на'грузк™ЛЮ™'И’ “ “™:
»«ми,чТГс“»хТонныеТ г°6ладают ™и же достоинст-
МОЙ мощности с низкой vne'nkJ6*'111' ЭТ° Источники реактив-
автоматическим pervnwnnni ЮИ стоимостью, с плавным и
мощности в функции напояжНрИеМ генеРации реактивной
Двигателей передача реаХ ™ СеТИ‘ Н° в отличие от
|(М) дача реактивной мощности от генератора
Ни\™^Т1,аРеХЯ™:Л0Л“„„м „О1С.
сти. Это ограничивает использование rewpaTop’aTraJ™^
источника реактивной мощности (см. гл. 9) естве
Синхронные генераторы и двигатели вырабатывают
реактивную мощность как попутный продукт при выполне-
нии их основной задачи —при генерации и потреблении
активной мощности т. е. при преобразовании одного вида
энергии в другой. Синхронные компенсаторы специально
устанавливаются для выработки только реактивной мощ-
ности в дополнение к основным источникам. Поэтому
удельные затраты (руб/квар) на выработку реактивной
мощности генератором и двигателем практически равны
нулю, так как капитальные затраты на их установку отно-
сятся по прямому назначению машин. Затраты на установ-
ку СК относятся па реактивную мощность, так как произ-
водство реактивной мощности и является прямым назна-
чением СК. Эти затраты значительны (см. § 5.5).
5.3. КОМПЛЕКТНЫЕ КОНДЕНСАТОРНЫЕ
УСТАНОВКИ
В качестве дополнительного источника реактив-
ной мощности, служащего для обеспечения потребителей
промышленного предприятия реактивной мощностью сверх
того количества, которое возможно и целесообразно полу-
чить от энергосистемы и от синхронных двигателей, имею-
щихся на предприятии, устанавливаются конденсаторные
батареи. Если конденсаторные батареи (БК) включаются
параллельно нагрузке — это поперечная компенсация, з
при последовательном включении — продольная ком-
д Tf и я
Для расчетов и анализа поперечной компенсации как
источника реактивной мощности рассмотрим цепь пер*
ценного тока с параллельным включением
электооэнеогии /?,Е и батареи конденсаторов /?2С, схема
электроэнерт и 1 Ппы нчпестных значениях
которой приведена на рис. 5Д а. Пр eTD0B r. R2
напряжения U, подведенного к цепи’ Р ‘1ЯЮтСЯ Из* вы-
L, С и частоты f токи в ветвях цепи определяются
ражений Хбк .
tg4Pi=-^-; /2 = %"; tg(p2~
ш = 2л/; Z,= K^+^:
101
xl=--^L; хбк- •
Для Ха А ток в линии Л. определяется по первому за-
кону Кирхгофа:
4 = [п + /вк ’
I I 7бк —соответственно векторы тока в линии, в
ветви’нагрузки и БК. Построение векторной диаграммы и
1 ение векторов тока по приведенным выражениям да-
ны на рис. 5.5,6. Векторная диаграмма построена для
Рис. 5.5. Поперечная емкостная компенсация:
с — схема замещения; б — секторная диаграмма цепи линия — электроприемник
реальной линии с нагрузкой/?п и Хдп в конце и с учетом со-
противлений линии Кл и хл при наличии поперечной ком-
пенсации %ьк (сопротивлением R батареи можно пренеб-
речь). Из-за включения емкости С параллельно нагрузке
угол «pi уменьшился до величины <р2, ток нагрузки прием-
ника /п уменьшился от величины до /2, т. е. произошла
разгрузка линии по току на величину = —12. Разгру-
зились на ту же величину и генераторы энергосистемы
благодаря генерации конденсаторной батареей мощности
чбк в месте установки приемников. Сеть и генераторы
разгрузились и вследствие уменьшения потерь на ДРК и
AQk, так как поток реактивной мощности снизился на ве-
личину Qbk.:
= (5.6)
~ Х’ (5.6а)
' Л эЕВИвалеи1ные сопротивления цепи эпенгоси-
<1ема — потребитель.
1G2
Для проектируемой сети снижение тока на Д/
ет уменьшить сечение проводов чиний на AF-
позволя-
Л/? = Д//А. (5.7)
где/э —экономическая плотность тока в линии.
Соответственно снижается установленная мощность
трансформаторов, i меньшаются потери напряжения в се-
ти за счет уменьшения потока реактивной мощности на
Qbk до значения
(5.8)
и
Из диаграммы рис. 5.5, б видно, что если мощность Б1\
слишком велика, ток /ек будет больше индуктивной на-
грузки потребителя /сХпь Тогда угол (р2<0 и коэффици-
ент мощности перейдет через значение cos<p=l в емкост-
ный квадрант. Получается перекомпенсация. емкостный
ток 1 х пойдет от потребителя к источнику, ток в линии
будет увеличиваться по мере роста емкости. Отсюда следу-
ет, что повышение емкости С и зависимых величин тока
линии /л и ф2 целесообразно лишь в определенных преде-
лах, не выходящих за значение qi27SsO и cos ср
Из векторной диаграммы можно определить емкость С
и реактивную мощность QEk конденсаторов, необходимую
для повышения коэффициента мощности cos (pi до значе-
ния cos ф2, превышающего естественное значение cos (рп по-
требителя до включения поперечной компенсации. Из ди-
аграммы находим
1С = Ли - Ли = Л *g ? 1 - Л ‘8 % “ Л (‘8 ф~te <f*>-
Учитывая, что Ic—~ = UuC н /а= » n
aek
t/<oC=-^- (tgcpi—tg<T2).
(5.9)
Следовательно,
c = -A-(tg<ri- tg^);
(£>U2
QrI.^^O)C = P(tg<P1-tg(r2).
Если нагрузка потребителя
то для компенсации коэффициента мощности к ем-
тока /ок (ДЛЯ "Заключаемая парат-
нице) применяется индуктивность ъ,
„„„ с; ч а Такие случаи пме-
лельно нагрузке, аналогично Р протяженных ка-
ют место прн/алпчии н Р Р периоды сниженной
бельньх аь=о наnp^eHHn в 1 аботе всей мощ.
в часы минимума нагрузки предпри-
Влияние-поперечной компенсации сказывается не толь-
ко на токовой нагрузке всех элементов системы электро-
снабжения, но и на потере напряжения в сети,^ на„ соотно-
шении напряжений
Рис. 5.6. Напряжение в
начале и в конце линии
при поперечной емкосг-
ной компенсации
й в начале и в конце электропередачи. На
рис. 5.6 показана векторная диа-
грамма напряжений в конце линии
для двух случаев: при отсутствии
поперечной компенсации (сплошны-
ми линиями) и при наличии компен-
сации, повышающей коэффициент
мощности до значения cos (р= 1,0.
Диаграмма построена для постоян-
ных значений напряжения в конце
электропередачи и активной мощ-
ности потребителя Р2. Из диаграм-
мы видно, что абсолютные величины
напряжений U\ и t/2 даже при зна-
чительном изменении угла ср (от ip
до 0) за счет поперечной емкостной
компенсации изменяются в ограни-
ченных пределах и напряжение t/2
остается меньше напряжения Ul.
Поперечная емкостная компенса-
ция выполняется комплектными кон-
котппк,п Денсаторными установками (ККУ),
тран?фопматопиВЛИВаЮТСЯ В ЦвХе Радом С комплектными
ра неф ормаюрными подстанциями или около кшпнпх
на собираётсТвшк £0Мплектная конденсаторная установ-
управления и с С аппаРатУР°й защиты, измерения,
заны двесхемы КкТпё,ЫМ устр(?йством- «а рис. 5.7 пока^
ЬбОВМапХ^я ВЬ’С0К0Г0 10 “В) и низкого (380—
исполнё1щиа™ёоединяются п ИЗГ0ТОВЛяются в трехфазном
5-Аб).ТрехфазХ ™ " СХеМе тРеугольнияа (Рис.
аиняются как в звезду SТёРНЫе багареи 6~10 кВ соб-
ственное соединение—в тпеёгё 7Реуголь11ик. Но преимуще-
мапряжение выпускаемы ТЭК Как номинальное
ускаемых однофазных конденсаторов 1,05;
3,15; 3,15)/3; 6,3; 6,3 У 3; 10,5; 10,5^3 сошветствует
линейному, а не фазному напряжению сети Батареи в се
тях более высокого напряжения (35- 110 кВ и выше) ЬКлю-
чают по схеме звезды. Подбор конденсаторов для батареи
мощностью Qbk производится по формуле
QBK = 3nmQHoM к, (5<ю)
где 3 — число фаз БК; п и т— число последовательно и
параллельно включаемых однофазных конденсаторов;
<2ном,к — номинальная мощность одного конденсатора.
При отключении конденсаторы сохраняют напряжение
остаточного заряда, представляющее опасность для персо-
нала и затрудняющее работу выключателей. По условиям
безопасности требуется применение разрядных устройств
В качестве разрядных устройств применяют два однофаз-
ных трансформатора напряжения типа НОМ по схеме, по-
казанной на рис. 5.7, а. Для батарей 380—660 В вместо
НОМ по той же схеме включают сопротивпения или лампы
накаливания (две лампы п более — последовательно в
каждой разрядной ветви). В новых конденсаторах приме-
няются встроенные разрядные сопротивления R внутри или
снаружи бака конденсатора, которые располагаются па-
раллельно емкости конденсаторов (рис. 5.7, б).
Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя ам-
перметрами (для контроля нормальной работы каждой
фазы) и счетчиком реактивной энергии. Для автоматичес-
кого отключения батареи при повышении напряжения в
узле сети свыше заданного значения и для включения при
[ напряжения в
и для включения при
Рис. 5.7. Схемы конденсаторных установок
103
м’лпна ппсд усм атрпвается автоматика
»Хя"ГрК рас’могре,, в гл. 10.
(' Лчлёпе^ториая установка должна иметь защиту ог то-
нов КЗ Для этого ККУ 380-660 В имеет встроенные пре-
доураннтелн в каждом конденсаторе и оощую защиту ба-
товеп с помощью предохранителей или автомата SF (рис.
5 7 б). Уставка тока расцепителя автомата не должна пре-
вышать 130 % номинального тока батареи в цепях защиты
от перегрузки БК. Конденсаторные батареи 6—10 кВ (рис.
5.7, а) имеют токовую релейную защиту без выдержки
времени (Т) — от коротких замыканий, токовую защиту с
выдержкой времени (Т и В) — от перегрузки высшими гар-
мониками тока и предохранители индивидуальной защиты
конденсаторов (на рис. 5.7, а не показаны). При отсутст-
вии индивидуальных предохранителей предусматриваются
групповые предохранители.
► 5.4. ПРОДОЛЬНАЯ ЕМКОСТНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ
Схема установки продольной компенсации (УПК)
линии с указанием состава ее оборудования показана на
рис. 5.8. Схема замещения УПК, в которой последователь-
но с сопротивлениями линии и xl включено емкостное
сопротивление хс, приведена на рис. 5.9, а.
Действующие значения тока и напряжения на участках
последовательной цепи определяются выражениями
x~xl + *c; xc = -L =—1—.
c ®C 2л/С
<p = arctg-^ .
*uvn^aBHUIM0CTI1 0T соотношеиия между индуктивным и
I с ,Т!!ЫМ сопРотивлениями вектора диаграмма цепи R,
‘ eei три вида: 1) при индуктивном характере цепи,
когда xL>xc, угол <p = arctg ток отстает от на-
кЬ^Хх?Луг0'?(?<о’т? /РИ емкост|1ом характере цепи,
59, в)- 3) пои пяярп'.0' 1ок/опеР^ает напряжение U (рис.
по фазе с напряжениеУГОЛ ч,==()’ ток 1 совпадаст
тивности lxL ив емкости Л п1™Н1,я напРяжения в индук-
/хс равны и компенсируются, так
1Ш
как взаимно противоположны по направлению (рис 5.9, г).
Этот случай, называемый резонансом напряжений, харак-
теризуется максимальным значением тока / в цепи при
[;=const:
у _ ______и________U
( Л1)
В системах электроснабжения промышленных предпри-
ятий, где Rc невелико по сравнению с индуктивным сопро-
тивлением трансформаторов, при резонансе напряжений в
режиме КЗ может быть очень большим ток КЗ и недопусти-
мы повышения напряжений на индуктивности и емкости:
при /->со, UL—Uс^°°-
Поэтому в применяемых установках продольной ком-
пенсации емкость выбирается из расчета, чтобы напряже-
ние Uc = Ixc составляло 5—20 % ^НОм сети. Поэтому ем-
кость УПК компенсирует лишь часть потерь реактивной
мощности, равную:
(5.12)
Следовательно, установка продольной конденсации УПК
практически не является источни-
ком мощности. Шунтирующее со-
противление (см. рис. 5.8),
превышающее сопротивление кон-
денсаторов примерно в 10 раз,
устраняет резонансные явления в
УПК.
Главное назначение продоль-
ной компенсации — частичная
компенсация индуктивного сопро-
тивления участков электрической
сети для уменьшения потери на-
пряжения в них. Влияние УПК на
соотношение напряжений в нача-
ле Г] и в конце U2 участка сети
видно из векторной диаграммы
(рис. 5.10). При наличии в цепи
только сопротивлений /?л и хя на-
пряжение U2 в конце линии мень-
ше напряжения 1Л в ее начале на
величину падений напряжении
активного 12R и индуктивного 12хь
Рис. 5.8. Схема установки
продольной емкостной ком-
пенсации (УПК)
1Э7
Рис. 5.9. Векторные диа-
граммы устройства про-
дольной компенсации
(сплошные линии на рис. 5.10), при этом t7i>t72, <Pi><P2-
Если же включить последовательно емкость Хс, то появится
еще одна составляющая падения напряжения 12хс. Ее на-
правление на диаграмме противоположно индуктивной со-
ставляющей l2xL (см. рис. 5.10 — прерывистые линии).
Подбором хс можно снизить разность напряжений СД и U2.
компенсации В™яиие продольной
«ряжений*^а "ЮТН0ШС11^ на-
нии; чале и в конце ли-
емкости в нагру-
«•кто1>,1ая диаграмма
108
Наиболее существенное
влияние УПК на напряже-
ние U2 получается при низ-
ком cos <р2-
Компенсация индуктив-
ного сопротивления цепи ем-
костью приводит к повыше-
нию токов КЗ во всех эле-
ментах трансформаторной
подстанции. Причем это осо-
бенно опасно для самих кон-
денсаторов УПК, так как на-
пряжение на них при сквоз-
ных токах КЗ ^Uk=1v.xc
возрастает пропорционально
кратности тока КЗ (/«//ном)-
Для защиты конденсаторов
путем их шунтирования при
сквозных токах КЗ применя-
ется искровой спекающийся
разрядник (IIP) (см. рис. 5.8), который после свабатыч,
"ь'вод"1ся временно ИЗ работы с помощью paS ™те’
лен QSb QS2 и QS3 для восстановления разрядных свойств*
Цепным свойством УПК является способность ™б»т„
зации напряжения при резкопеременчой нагрузке &
например, при х, =хс ток 1г резко увеличится то измен ":
ся лишь величина l,R (рис. 5.10), что несущественно при
малом значении сопротивления Яя. А увеличение падения
напряжения в индуктивности I2xL компенсируется увели-
чением падения напряжения в емкости (—/2хс). Напря-
жение U2 при этом мало отличается от L7',
Свойства поперечной и продольной емкостной компен-
сации разграничивают их области применения в системах
электрооборудования. Продольная компенсация приме-
няется главным образом как способ регулирования и ста-
билизации напряжения в электрических сетях с резкопе-
ременными нагрузками. Поперечная компенсация применя-
ется для повышения cos <р и для регулирования напряжения
в системах электроснабжения промпредприятий.
' 5.5. СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИНХРОННЫХ
И ЕМКОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ
Компенсирующие устройства, устанавливаемые
в распределительных сетях промышленных предприятий,
предназначаются для обеспечения оптимального баланса
реактивной мощности, регулирования напряжения в задан-
ных пределах в нормальных и послеаварийных режимах
работы сети, обеспечения запаса устойчивости в узлах на
грузки уменьшения несимметрия и несинусоидальносги на-
пряжений. В зависимости от того, для какой цели устанав-
ливаются компенсирующие устройства в каждом №"«Рет-
ном случае, выбирается тот или иной К™Н‘'Л ". “Хмч
компенсаторы СК. батареи конденсаторов IБКпл и компы
спрующие устройства, содержащие индуктивность и емкость
(один из элементов регулируемый). равнению с
Достоинства синхронного ««Х»ХТкимн
батареями конденсаторов ооусловлены er го ц
характеристиками: воз^™Грмктивной мощности изме-
автоматического регулирован! I компенсатора, воз-
нением тока возбуждения яР чн реактивной мощно-
можностью Резк.°^с™ке "ока возбуждения при внезап-
сти благодаря форсировке i
1С')
кых н быстрых изменениях напряжения в контролируемой
точке сети повышением устойчивости электрических сис-
тем благодаря действию АРВ, форсировки и расфорсиров-
ки возбуждения синхронного компенсатора, возможностью
потребления избытка реактивной мощности из сети в усло-
виях, когда другими средствами нельзя понизить напряже-
ние в данном узле до нормального уровня.
Недостатки синхронного компенсатора связаны с его
худшими по сравнению с конденсаторными батареями эко-
номическими показателями: повышенными потерями ак-
тивной мощности (см. Рек и Р°бк на рис. 5.11), повышенны-
ми удельными капитальными затратами (см. Кск и ЛБ|. на
рис. 5.11), большой массы и вибрациями, из-за чего необ-
ходима установка СК на массивных фундаментах, необхо-
димостью применения водородного и воздушного охлажде-
ния с водяными охладителями, необходимостью постоян-
ного дежурства эксплуатационного персонала.
Заданную мощность конденсаторов можно получить из
небольших батарей, максимально приблизив их к потреби-
телям. В процессе роста нагрузок наращивание мощности
БК, вполне возможное для конденсаторных установок, не-
возможно для синхронных компенсаторов.
Основным недостатком батарей конденсаторов по срав-
Рис. 5.11. Сравнение пока-
зателей удельной стоимости
К,, и удельных потерь мощ-
ности Р,д синхронных ком-
пе лсаторов и конденсатор-
ных батарей
ПО
нению с синхронными компенса-
торами является то, что при по-
нижении напряжения в сети кон-
денсаторные батареи снижают
выдачу реактивной мощности про-
порционально квадрату напряже-
ния, в то время как требуется ее
повышение. Регулирование мощ-
ности батарей конденсаторов осу-
ществляется только ступенями и
требует установки дорогостоящей
коммутационной аппаратуры для
разделения батареи на отдельные
секции.
Исходя из сказанного рекомен-
дуется устанавливать в электро
сетях промышленных предприя-
тий в качестве дополнительных
источников реактивной мощности
конденсаторные батареи. Приме-
нение СК небольшой мощности ре-
комепдуется в узлах нагрузки с недостаточным запасом
устойчивости (меньше 10 %). При наличии крупных элект-
роприемников резкопеременного режима, создающих недо-
пустимые колебания напряжения, рекомендуется установка
синхронных компенсаторов специальной конструкции — с
уменьшенным синхронным сопротивлением и повышенным
до 10-кратного потолком возбуждения. Такие компенсато-
ры обладают достаточным быстродействием для стабили-
зации напряжения.
Наряду с установкой СК и БК для целей компенсации
реактивной мощности широко применяется замена асин-
хронных двигателей синхронными. Особенно эффективны
как источники реактивной мощности быстроходные синх-
ронные двигатели, для которых удельный расход активной
мощности составляет около 10 Вт/квар и оптимальная их
загрузка составляет а=——=1,2 номинального значе-
Фс,д,ном
ния. Для синхронных двигателей с частотой вращения
300—500 об/мин Р£ д=20-н30 Вт/квар и а=О,2-5-О,26, а
для двигателей с частотой вращения 50—100 об/мин
ре =60-5-85 Вт/квар и а=0н-0,2. Таким образом, быст-
роходные двигатели являются эффективными источниками
реактивной мощности непосредственно в цехах. Тихоходные
синхронные двигатели работают с costp, близким к 1, и
используются как резерв реактивной^мощности.
На стадии разработки и опытной эксплуатации нахо-
дятся несколько типов новых источников реактивной мощ-
ности, устройство которых рассчитано на широкое и плав-
ное регулирование реактивной мощности и на быстр е и
эффективное регулирование напряжения, что требуется в
системах электроснабжения с ударной нагрузкой.
Глава шестая
РЕЖИМЫ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНЫМИ
НАГРУЗКАМИ
6.1. НЕЛИНЕЙНЫЕ НАГРУЗКИ И ВЫСШИЕ
ГАРМОНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА в
ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯ.
Всякая периодическая
МОМ случае периодический то ч * условиям Дирихле,
электрической сети, удовлетворяющая условия щ н
может быть представлено тригонометрическим рядом
Фурье
= Л + V4sin(v(o/ + <PV).
(6.1)
станций и сило-
в теоретическом
могут оказывать
самой питающей
v=l
rie Л i—постоянная составляющая; z!vsin (vwH-q'v) — гар-
монические составляющие порядка v=l, 2, 3... Совокуп-
ность. амплитуд гармоникД составляет дискретный ампли-
тудный спектр тока и напряжения питающей сети, началь-
ные фазы которых определяются углом tpv .
Первые исследования, связанные с изучением транс-
форматоров как источников высших гармоник, относятся к
началу века, когда Осборном была теоретически обоснова-
на линейная схема замещения двухобмоточного трансфор-
матора как источника гармоник ЭДС. Практические мето-
ды расчета гармоник тока, генерируемых силовыми транс-
форматорами в заводских сетях, основываются на работах
[12, 13].
Вначале искажения синусоиды тока и напряжения пита-
ющей сети синхронными генераторами
выми трансформаторами рассматривали
плане, так как эти искажения малы и не
существенного влияния как на элементы
сети, так и на приемники электроэнергии. Проблема неси-
пусоидальности— проблема высших гармоник — возник-
ла в последнее время в связи с применением мощных элект-
роприемников с нелинейной вольт-амперной характеристи-
кой, таких, как электросварка, дуговые сталеплавильные
печи, неуправляемые и, особенно, управляемые вентильные
преобразователи. В настоящее время проблема высших гар-
моник является одной из важных частей общей проблемы
электромагнитной совместимости приемников электроэнер-
гии с питающей электрической сетью.
Искажения кривой напряжения в электрических сетях
)дят к следующим отрицательным последствиям: по-
являются добавочные потери мощности в питающих лини-
ях, трансформаторах, батареях конденсаторов и т. д • про-
исходит ускорение старения изоляции электрических ма-
на И КйбелеЙ’ чг0 пР,1В°Дит к уменьшению
шается Teuton СР°Ка. СЛуЖбы электР°°борудования; ухуд-
рушения » электРических измерений; появляются иа-
защиты 3атД?п°Те автоматики- телемеханики и релейной
’ РУДняется, а в ряде случаев становится певоз-
112
ложным использование силовых цепей в качестве каналов
для передачи информации; ухудшается, а иногда над
шается работа приемников электроэнергии, в том числе и
тех, которые создают несинусоидальность в электрических
сетях; ограничивается, а в ряде случаев становится невоз-
можным применение БК из-за перегрузки их токами выс-
ших гармоник и возникновения резонансных явлений.
Перед проектными и эксплуатирующими организация-
ми ставятся задачи достоверного определения несинусои-
далыюсти напряжения, спектрального состава и уровня
гармоник тока и напряжения с целью их ограничения. Огра-
ничение несинусоидальности напряжения с наибольшей
эффективностью может быть достигнуто на стадии проек-
тирования электроснабжения промышленных предприятий,
по требует дополнительных затрат. Поэтому такое ограни-
чение является технико-экономической проблемой, которую
нельзя решать в отрыве от задачи компенсации реактив-
ной мощности. Это объясняется тем, что компенсирующие
устройства с емкостной схемой замещения (например, кон-
денсаторные батареи, фильтры высших гармоник) в соче-
тании с индуктивным сопротивлением питающей сети могут
приводить
вательно,
пряжения.
к резонансу в сети на высокой частоте, а следо-
к увеличению отдельных гармоник тока и на-
6.2. ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Выпуск и применение в электроприводе вентиль-
пых (в основном тиристорных) преобразователей увеличи-
ваются с каждым годом. Это обусловлено следующими
преимуществами этих преобразователей по сравнению с
электромашинными агрегатами: большая надежность, вы-
сокий КПД, быстродействие, небольшие габариты и масса,
малые расходы на обслуживание, более низкая стоимость.
Но при всей эффективности вентильные преобразователи
являются одними из главных нарушителей качества элект-
роэнергии в питающей сети, особенно по несинусоидально-
сти напряжения.
Методы расчета несинусоидальности напряжения при
работе вентильных преобразователей. В настоящее время
самой распространенной схемой выпрямления для мощных
преобразователей является трехфазная мостовая схема
(схема Ларионова), представленная на рис. 6.1, а. Эта схе-
ма выпрямления позволяет осуществить так называемую
Из
8—721
в —агрегат ™ ПОЛ^11Р°водниковь,х пРе°бразовательных агрегатов:
б — однолинейная схеча1-еСв'^??п₽»пм.’>пЖима ®ь,пРямления (трехлинейная схема):
Ф»зн°го режима выпрямления Л — ™иП“аЯ ^ХСМа агрегата 12 500 А двенадцати-
регата 25 000 А и его Коммутационная Хар^ура*6^ ° ~ однолнней"ая СХеМЭ
шестифазную или шестиимпульсную схему выпр
Соединение последовательно или параллельно Дв> наПря-
нескольких выпрямительных мостов при питании иХ оляет
жением, сдвинутым на соответствующий угол, по пеНня
получить 12, 18, 24, 36, 48...-фазные схемы выпри тСЯ
(кратные шести). Сдвиг угла напряжения осУщесТВачнь1х
применением соответствующих схем соединения перв
114
ИЛИ вторичных обмоток трансформатора- У~3ие31Я п
треугольник, Z — зигзаг клтппио звезда, Д-—
р^ленияСКИ СХеМЫ ЛЮб°Й фаЗН°СТИ (импульсност^вы?
ди^^нтнльных^пре^б^а^ом^ел^^ П^тов^^ватель^во
время коммутации вентилей производит подключение на
грузки к соответствующей фазе без разрыва тока, поступа-
ющего из предыдущей фазы, что приводит к периодическим
междуфазным КЗ в питающей сети. Эти коммутационные
короткие замыкания отличаются от аварийных КЗ только
небольшой длительностью времени протекания, т. е. они
длятся до тех пор, пока ток выходящей из работы фазы не
спадет до нуля. В кривой напряжения в процессе коммута-
ции появляются коммутационные искажения, форма, вели-
чина и количество которых зависят от схемы выпрямления,
количества фаз выпрямления, мощности преобразователей,
параметров питающей сети, угла преобразователей. Иска-
женные кривые напряжения и тока питающей сети в про-
цессе работы вентильного преобразователя имеют перио-
дический характер, что позволяет производить их гармони-
ческий анализ и определять наличие кривых напряжения и
тока ряда гармоник, кратных основной частоте.
Первичным является появление в питающей сети комму-
тационных искажений напряжения, а гармонический ана-
лиз их позволяет выявить наличие высших гармоник на-
пряжения. Порядок высших гармоник определяется фор-
мулой
v = rnk + 1, (6.2)
где w_ число фаз выпрямления; £ = 0, 1, 2, 3...—последо-
вательный ряд натуральных чисел.
Для шестифазной системы напряжения в кривой пита-
ющего напряжения имеются высшие гармоники следующего
порядка, называемые каноническими: v=5 7 111^ 1Л
19, 23...; для 12-фазной схемы Л1,, 13, 23 25 35, 37..., для
24-фазной схемы v—23, 25, 47, , , ' установках
Исследования, проведенные на Р^ающих^ус
называе-
позволили выявить наличие в п а же нечетных,
мых -нормальных, -Р— Н^едоГательиости че-
порядок К0™РЬ1^ХХе тгнхИХ гармоник объясняется на-
редования фаз. Появл®«“ер1^ов зажНГания отдельных уп-
рушением симметрии момент вследствие
равляемых вентилей в преооразиь
8*
й Лазировкн, а также питанием устройств
некачественном £иравдения несинусоидальным, несим-
сеточного и фазов ^имся напряжением. Появление гар-
метричным, кол . . попяЦка объясняется случайными
моник [екано ' пх возмОжно только на работающей
явлениями, в они маЛы по сравнению с каноничес-
м«-1:Тв дальнейших расчетах не учитываются.
Лема питания вентильного преобразователя и схема
Я Мщения питающей сети показаны на рис. 6.2. В зависи-
Рис. 6 2. Однолинейная схема питания мощного вентильного преооразо-
вателя (а) и схема замещения (б)
мости от последовательности чередования фаз, угла управ-
ления, мощности, потребляемой преобразователем Snp, и
параметров питающей сети коммутационные искажения
имеют вполне определенный вид и расположение на кри-
вой напряжения питающей сети. Коммутационные искаже-
ния для 6, 12 и 24-фазных мостовых схем показаны на рис.
6.3—6.5.
иаЛ 1расчета коэффициента несинусоидальности
точке пита ^И”С 0С1«ВЬ1?ается на вычислении в любой
ных искажен еИ Ce™ АевствУ1ОШИХ значений коммутацион-
№ ТпН"ИнНапР^е11Ия ч^ равносильно учету всех
при рабг е^веп ип ^ледовательно, Для определения Кнс
стн определять vnnm4UX ,‘РеобРазователей нет необходпмо-
егся набежать ' И гдельных гармониклГ1ри этом уда-
овределенного числя ВКИ’ возннкающей при учете только
недены крив е нллД™Ш“Х гармо,1ик На ри£. 6 6 и 6.7 при-
• пирующие ошибку, которая получа-
1 17
Рис. 6.5. Вид коммутационных искажений напряжения для различных
чисЯлаП?яИпмЬ1ЧИСЛенИИ Кнс с Учетом только определенного
всех высши°х га1ПмпыТН°ШеНИЮи ^нс’ вычисляемых с учетом
сделать вывод РЧто пппп^°°’ основании кривых можно
верхний предел суммши 'Ше ° возможности ограничить
Редел суммирования высших гармоник гармони-
11©
схем преобразователей
кой v=13 ошибочно. Такое ограничение тем более^непри-
емлемо для схем "Реоб1’а’и^т^1^ц'1^,е гармоники поряд-
иия более 12, где согласно (6.2) высш Р учгено
ка v^13 вообще отсутствуют. Это положение учтено
действующим ГОСТ 13109 67*.
11»
Рис. 6.6. Зависимость KHC = f(Y) при учете различного числа высших
гармоник для 6-фазной схемы выпрямления преобразователя:
Рис. 6.7 Зависимость Кнс = /(у) при учете различного числа высших
гармоник для 12-фазиой схемы выпрямления преобразователя:
mi .етодика позволяет вычислять /(нс в любой точке пита-
rauuu сети’ используя параметры, полученные при вычис-
1 и юков КЗ, и основывается на следующих допущени-
120
ях: проводимости элементов питаюшрй
емкостными. При этом допущении ошибка Не*
превышает 10—15%. Предполагается, что в узл^сепГ
расположенных в непосредственной близости оУт вентиль
пых преобразователей, отсутствуют БК, предназнаeZe
для компенсации реактивной мощности; не учитываются
анормальные гармоники.
Как указывалось в § 2.8,коэффициент несинусоидаль-
ности напряжения питающей сети определяется по формуле
(6.3)
При работе вентильного преобразователя коэффициент
определяется следующим образом:
вычисляется действующее значение коммутационных ис-
кажений UK\ определяется первая гармоника напряжения
в коммутационных искажениях (см. рис. 6.3) l/ul; рассчи-
тывается действующее значение всех высших гармоничес-
ких в коммутационных искажениях:
(6.4)
определяется первая гармоника в искаженной кривой
напряжения (см. рис. 6.3):
(6э)
где действующее значение неискаженной криво!. на-
пряжения или огибающей кривой линейного напряже .
по (6.3) определяется Лнс-
Расчеты иесинусовдальносп' р"Х”жеиия.
ти выполняются при проектнр между углом управле-
поэтому необходимы соотнош яемЫМц и в электро-
пил а и углом коммутации у Согласно (Ш
приводе, и параметрами питающей
Ф = « +
где гр — угол сдвига между перя°ИПрГеоРб'разователю. и пер-
го напряжения, приложенного «%а“оераз<,вателеи.
вой гармоникой тока, потрео.
Следовательно,
121
cos(«+f) = <“’’=-^71 (6.7)
sin <p = * (6.8)
•^np
D -Активная мощность, потребляемая преобразова-
где гтоооне переменного напряжения; Qnp — реак-
мощность, потребляемая преобразователем из сети
переменного напряжения; S„„= I P<v + <&р —полная
мощность, потребляемая преобразователем.
Для углов а и у существует соотношение
2/. Л у
cos а — cos (а + Т)--- » (6.9)
о л max
где h — выпрямленный ток; х%— индуктивное сопротивле-
ние цепи коммутации; илтах — амплитуда питающего ли-
нейного напряжения.
После преобразований и упрощений формула (6.9) по-
лучает простой вид для угла коммутации при работе пре-
образователей с любой последовательностью чередования
фаз:
6
, (6.10)
т sin <р
1де эквивалентное индуктивное сопротивление цепи
коммутации в относительных единицах, приведенное к
полной мощности преобразователя Snp.
тн ^щий коэффициент несинусоидалыюсти питающей се-
оппепрпрн °Те веит11льных преобразователей может быть
определен по формуле
3 sin 9
11 Хс + Хцр л2
___* *
неРНЬ1Трасчетов°точностьюЦеНИЙ С достаточной для инже'
(6.12)
122
разователя S
где xc-Snp/SK —эквивалентное сопротивление системы в
относительных единицах, приведенное к мощности поеоб
разователя ^р, т. е. сопротивление от условной точки сет»
бесконечной мощности до точки сети, в которой опр деля"
ется Лнс, SK-мощность КЗ в точке, в которой определя-
ется Ане, хпр индуктивное сопротивление цепи преобра-
зователя в относительных единицах, приведенное к S
т. е. сопротивление от точки возникновения коммутацией
ных КЗ до точки, в которой определяется Кнс.
Формулы (6.11) и (6.12) справедливы для преобразова-
телей с любой последовательностью чередования фаз.
При определении Кнс особое внимание следует обра-
щать на хпр. Чаще всего требуется определять Кнс на ши-
нах питания мощных тиристорных преобразователей. Под
преобразователем подразумеваются выпрямительный мост
(или их группа) и питающий понижающий трансформатор
(табл. 6.1)
В этом случае хпр равно сопротивлению преобразова-
*
тельного трансформатора и определяется по формуле
, (6.13)
$ном,т
«к %
юо
где Snov.T — номинальная мощность преобразовательного
трансформатора; КР— коэффициент расщепления обмоток
этого трансформатора; нк %—сквозное напряжение КЗ
трансформатора, приведенное к полной номинальной мощ-
ности трансформатора.
Для двухобмоточных трансформаторов, применяемых в
шестифазных (трехфазных мостовых) схемах выпрямления,
й' _л V % ДЛя трехобмоточных трансформато-
Ар-и, хцр - 100ShoM4T- м
ров, применяемых в преобразователях,
двенадцатифазной схеме, в общем ви
«к(НН1-ННД f
Ар —
где ПК(,Ш1-НН2) —напря тонне
j
В общем случае для т
выполненных по
КЗ между расшепле)щым >
вторичными обмотками трансформатора с расщепленны-
В общем случае для трансформа низшего напряжения
ми обмотками КР=0Ч-4, есл электромагнитную связь
трансформатора имеют хор у • не имеЮТ магнит-
друг с другом, КР=0; если ‘еобразователь выполнен по
ной связи друг с другом или преи р
124
схеме с двумя трансформаторами имеющими по
мы соединения, то Яр = 4 (см рис 6 5)ЩИМи разные схе'
Для ориентировочной оценки возможности подключе
ния вентильных преобразователей в определенной тХ
питающей сети, исходя из допустимой ГОСТ 13109—67*
несинусоидальности напряжения 5%, построены номо-
граммы Snp/SK—f(uK) (рис. 6.8, 6.9), где Snp/SK - отноше-
Рис. 6.9. Номограммы для опреде-
ления допустимости подключения
управляемых вентильных преобра-
зователей по ГОСТ 13109-67*
(Лнс<5%):
/-Хр-0; 2-Кр-4
для опре-
подключе-
вентильных
ГОСТ
Рис. 6.8. Номограммы
деления допустимости
ния неуправляемых
преобразователей по
13109—67* (Яис<5%):
/-Л’р=0;2-/<р=4
Инженерный метод расчета составляющих гармониче-
ского спектра. Упрощающим и вносящим некоторую по-
грешность допущением в приближенном методе расчета яв
ляется допущение прямоугольное™ формы коммутацион-
ных искажении (см. рве. 6.3 и 6.4). Ош^бка’-ZXVhh V
допущением, зависит от углов управления а и ко^утации у.
Чем меньше угол а и больше угол у, тем> больше погреш
кость в определении гармоник напряженияи № Для у
равляемых выпрямителей эта ошибка р
что вполне допустимо для практическ . Р напряжения
Действующее значение высшей гармоники напряжения
в Хе питающей сети при работе преобразователя
125
_л последовательностью чередования фаз выпрямле.
„7: ХтХь определено по формуле
г, т и _*------------sin ф-sin
"»« + joP
ПеЛствтюшее значение тока любой гармоники в цепи
преобразователя определяется из выражения
, tn Sgp----------sin (р.sin
3vx
tn sin <p
(6.14)
V /in U-X^’2
tn sin<p
(6.15)
Иля определения действующего значения отдельных
высших гармоник напряжения в любой точке питающей се-
ти на рис. 6.10 представлена серия кривых. Эти кривые
«ио Л.1?’ Томограммы для определения отдельных гармоник напряже-
ния при работе вентильных преобразователей:
6 (*с *пр) 6 Хг
’ = п, sin ф = т s*n ф “УГ0Л коммУтач«и: - амплитуда V й
гармииикм; де;.-1/о г/ хс . ( . V \
г ^ил Sin I ос •*/—- I —глубина основного комму-
тациониого искажения, отн^е/’ *“Р ' 2 '
126
представляют
/2 Uv
₽ Wi Г
собой
зависимость X.-f(v) (гм
Для определения действующего значения ,, л
Ки напряжения необходимо по формуле (6 10?™?™”°””'
коммутации. Для данного значения \ nJ кривойooS
ствующеи v-и гармонике, определяется коэффИщеНТ Г
после чего действующее значение напряжения Xi’
НИКИ определяется из выражения р
т
6
П’
где
*с
—--------sin <р.
хс + Л’пр
# *
Определение коэффициента несинусоидальности при ра-
боте группы преобразователей. При работе группы вентиль-
ных преобразователей порядок расчета Кнс следующий. По
приведенным формулам или по кривым рис. 6.10 опреде-
ляются уровни высших гармоник напряжения для каждо-
го преобразователя, а также их углы <pv«<piv.
Одинаковые гармоники напряжения всех преобразова-
п
телей геометрически суммируются: Uyz = У, затем
i=tl
определяется коэффициент несинусоидальности:
(6.16)
Особое внимание необходимо обращать на количество
учитываемых гармоник, чтобы избеж т вателей и
слении Хне- Чем больше к°ш^чеС™°чеСтво гормоник необ-
фаз выпрямления, тем больш^ эмпирическая
ходимо учитывать. Предлагаем
формула: . f (6j7j
„ _ v = 4пт + 1,
Р — ^тпах
где утах— наибольшая тар моник ^рямлениж
ющих преобразователей, " лей необходимо учи-
При большом числе пР^биРха3гарМ0НИк. Расчеты стано-
тывать большое число вы
вятся трудоемкими, и их необходимо выполнять с помощью
ЭВПои работе группы преобразователей можно выявить
некоторые закономерности, которые позволяют определить
коэффициент неспнусоидальностн более простым способом.
1 Схемы соединения трансформаторов преобразовате-
лей одинаковы, преобразователи работают синфазно, т. е.
...=а„ или cos <jpI=cos (jp2=——cos ср,„ трансфор-
маторы преобразователей имеют одинаковые параметры:
Зном.Т1=Зном,т2 = — — Shom,™; t/K,Tl = ^К,Т2 = .-:=^К,ТЛ. В ЭТОМ
случае коммутационные искажения всех преобразователей
накладываются друг на друга, все гармоники складываются
арифметически и расчет Кнс сводится к расчету одного эк-
вивалентного преобразователя со следующими парамет-
рами:
л п
е _ V о _____"V с
°np,9K ~ °НОМ ПР1. С>Т,ЭК — 2^ °НОМ,ТР
1=1 1=1
COS <рэк — COS(pn; Пк.эк — Пк,т1.
2 . Схемы трансформаторов преобразователей одинако-
вы, углы управления преобразователями одинаковы, т. е.
cos<pi=cos<p2=cos<p„. В то же время Зном,Т1^3НОм,т2^..'
...5toH0M,T7i; Ик,т!=^пк,т2::#...¥:Пк,тп. В этом случае пара-
метры эквивалентного преобразователя будут определять-
ся следующими соотношениями: 3ПпЭК= V 3
и
5т,ЭК — ShoM.TIJ WK,9K —
1=1
-______________^Т,ЯЦ_______
-Shom/M- j Jhom.t2 Зном.тп
«К.Т2 " «ктп
V s
° ном т/
= fl
Л •
' ^HOM.Tl
«К.Т1
1=1
углы управлениями dKOMMvTflfc,! одинак°ВЫ’ в то же время
У ации преобразователей имеют
Ub
„едуюшие соотношения: «,+vi<ct2-
«„+)>» «.< з для 6-фазных схем преобразователей „
в»Для 12-фазных схем, т. е. воммутац„„„„ц..
искажения отдельных преобразователей не ткппп.
ся друг на друга. В этом случае вычисляется “ж
дого преобразователя в отдельности, а затем общнГко
эффициент вычисляется по формуле
BCl .
т
(6.18)
4. Схемы трансформаторов преобразователей различны
и построены так, чтобы осуществлялся сдвиг вектора вто-
ричного напряжения на определенный угол, например один
преобразователь работает с трансформатором по схеме
У/У, а другой —с трансформатором У/Д — эквивалентная
12-фазная схема или четыре преобразователя с трансфор-
маторами У/У, У/Д, У/Z, У/Z— эквивалентная 24-фазная
схема и т. д. В случае, если остальные условия принима-
ются по п. 1, то коммутационные искажения отдельных
преобразователей не накладываются друг на друга и рас-
пределяются по кривой напряжения, как в преобразовате-
лях соответственно с 12, 24 ...-фазной схемой выпрямления
с Др=4. Коэффициент несинусоидальности вычисляется
ПО (6.11) ИЛИ (6.12), •$пр,эк=2'$"Р<; 5т,эк = 2^ном-т’ Икэк =
1=1 >=’
==^К,ТП, КР = 4.
Если остальные условия принимаются по п. 2, то ком -
мутационные искажения не накладываются друг на дру-
га. Коэффициент несинусоидальности каждого пРе°0Раз£
вателя вычисляется в отдельности, а затем о щш нс
числяется по формуле (6.18).
Перечисленные случаи не охватывают всех • ‘ м
вариантов работы вентильных преооразовате. . ча-р
случае работа вентильных преобразоват л ческих
ный характер, особенно при точной" для инженерных
процессах. В этих случаях с достаточной Д ент неси-
расчетов точностью можно .опР^еляот каЖдого индивиду-
нусоидальности в расчетной то <• К0ЭффИциенг — по
ального преобразователя, а пчечета несинусоидаль-
(6.18). Ниже приводятся "Р“меР“Р"в
мости в сети промышленных пред I
12^
9-721
25
-----= 0,125;
2000
10,5 25
= —^Г~ГГ =0,0656;
100 40
25
= (0,15) — = 0,312;
или
к на секциях 10 и 110 кВ (см. рис, 6.2).
Пример «1- Определить ”с ой МОСТОВой схеме.
Преобразователь_соедин^в
Система: _нн»10,5 %,
трансформатор ч- * мВ.д /'=0,15 отн. ед.;
—» »= & мв-л’ - вн-нн-м%;
трансформатор Р Р^^ MR д cos(p=0,8;
натрузка прео^Р мв.д
ГешТние. Все сопротивления элементов сети приводятся к рас-
че^о/мощности преобразователя Snp=25 МВ-А:
8дР _
*СИСТ — с
->«2
snp
Shom.ti
_ ^пр
•д ’^^ном.д 12
хс = (Хсист + *п) II хд = (0,0125 + 0,0656) || 0,312 = 0,062
xc==AL=_2L = о,О62;
.с SKi 405
хпр-хт2--------—-----
_ Ц<вн--нн .
fT1 ~ 100
$пр
^>НОМ,Т2
= 0,146;
Можно
^пр
sin ф =1^ 1 —cos?<p = 1 — (0,8)? = 0,6.
использовать формулу (6.12), так как выполняется условие
< 0,1, для определения Кис на секции 10 кВ (рис. 6.2):
^ис,п
2 0,6 9
0.062 + - 57 (0 .«2)2 = 0.0835;
^hc,ti = 8,35%.
в тюбой ^ВС "ч секции 10 к®’ можно определить несинусоидальность
"> ««•« '» «В
к -К *сист
пМСП ”С ” ?сиСТ + хт1 = ’ ’34% •
Ю кВ при Условиях определить Кис на секции
р ' если ПРе°бразователь выполнен по 12-фаз-
0,0125
9*
нОй схеме и преобразовательный ------------------
ра„етри: 24 МВ-Л. «„ «дуювде
Решение, а) ЛР=0, схема °' Пя'
По формуле (6.12) находим замеи*ения пр11ведена на
P’lv. и, j J .
Xnc,Ti= 0,062
0,6
А----------9
0,062 4-0,146 ^=0,0835= 8,35%
«) Кр-4, схема замещения приведена
табл. 6.1: a 1’ис- 0.12 в
2.14-25
100 5т ~ТоО^24~ = 0,292.
соответствии с
*п₽~
По формуле (6.12)
Рис. 6.11. Схема замещения к примеру 6.2
Рис. 6.12. Схема замещения к
примеру 6.2
*сист=0,0125
Sflp—25^3'K
W$(p=0t8
Т
I *пр—0,292
1*^
I
хТ1=0,0656
х. =0,312
131
я, Схема питания преобразователей параметры элемен-
Пример 6.3. С я приВедены на рис. 6.13.
тов сети и схема за каждого преобразователя в точке
Отдельно определяются л нс
Т1:
_ 5ДР1- = - 10— = 0,005;
fcnCT 5г2 2000
цкВН—нн snpi _ = 10,5‘ — = 0,0262;
Х.п i00SHOM,Ti 100’40
хс1 = хсист + хт1 = 0,005 4-0,0262 = 0,0312;
_ V - “квн-нн snpi _ 7,1 - = 0,0437.
fnpi~?2 100Shom,t2 10°-16
По формуле (6.12) находим Янсi=8,7 %; *с2—0,0219; Хпрг—0,035;
Д'яс2=6,6%; Хсз=0,0469; хвРз=0,06; ЯПсз—12,2 %;
/ з ---------------------
Лнс2 = 1/ 2С( = Н8,7)?+(6,6)?4-(12,2)? = 16,3%.
’ i=i
$мг=2000МВА
Т1
^10,5%^
А ЮМВ А
W Snpj=/0MB-A l$APz=7MB-A
J ccs^-Q7 73| cos(p2=O/8
‘4 W г
Рис. 6.13. Схема замещения к примеру 6.3
"• 'З^’мо™ м"„₽р""Хия °"'с^Ь|(’кВ1ЬУ'",‘“ зна"еН"е 5’ 7’
е ш е и и е. Угол коммутации
у «• _ ^0,062 4-0,146
sin <р = 0,346.
132
По кривым рис. 6.10 для у=0,346 имеем
Х5 = 0,290;
X, = 0,256;
^и — 0,165;
^13 = 0,114.
Глубина основного коммутационного искажения
_______ _
дн, — 2 Uл . sin <р = 2- 10 —---’--------0 6 = 2 52 кй
° *с + *пр 0,062 + 0,146 ’ 2,52 кВ>
Действующее значение гармоник:
0,29-2,52
U5 = ~— = 0,518 кВ;
У 2
0,256-2,52
1/7 =--------~---= 0,457 кВ;
К2
0,165-2,52 „ „„
l/jj =-------~---= 0,295 кВ;
0,114^ = в
V2
< 6.3. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Искажения питающего тока и напряжения при
работе дуговых сталеплавильных печей возникают за счет
нелинейной характеристики дуги и за счет нелинейной
характеристики печного трансформатора, работающего
при повышенных значениях магнитной индукции, вровень
высших гармоник тока при работе дуговых сталеплавиль-
ных печей сравнительно невелик, особенно по сравнению
высшими гармониками, генерируемыми вен™^'" пре’
образователями. Однако с ними следует с
как мощность дуговых печей постоянно растет н.
Возникновение высших гармоник в и х печед
ческих сетях при работе Д^Г^Ь^О ™тся аналитическому
носит случайный характер и не п0ДД опоеделены экс*
определю. В основном он» могут «Х^вмер „р0.
“Лвх -рмоннк тока (по отноше.
нию к первой гармонике). исследований получе-
На основании эксперимента маКСИмальных значений
но соотношение для определен! работе дуговых пе-
Уровней отдельных гармоник тока при р
чей. из
Начало
расплавле-
ния
Середина
расплавле-
ния
Рафиниро-
вание
ПернЗД
плавки
г 2 процентное содержание высших гармоник в токах печи
-------------------Номер гармоники
0.6
1.2
1.6
2,5
2,96
4.17
10
1.79
0,16
0,18
0,48
0,73
0,6
3,17
1,35
0,41
0,15
1.85
4.62
1,33
6,9
2.77
3,28
0,9
2,84
0,67
1,23
0,32
1
0,38
0,46
0,12
8,6
2.1
1,58
0,44
2,6
0.5
0,31
0,07
0,65
0,22
0,51
0,33
0,48
0,1
0,11
0,13
0,22
0,07
0,22
0.07
1" — 13
0,58 0,34 0,33
0,14 0,06 0,06
0,2 0,1 0,13
0,06 0,04 0,03
0,42 0,11 0,17
0,15 0,05 0,06
И,4
4,22
10,26
3,55
10.29
2,6
*нс-
%
6
Примечание. В числителе приведены максимальные значения высших
гармоник юка, в знаменателе — среднее значение.
= 4,Л2.
(6.19)
где /п.т — ток печного трансформатора в расчетном режи-
ме (для расчета максимальных значений гармоник надо
брать в расчет номинальный ток печного трансформато-
ра); v=3, 4, 5... — номер соответствующей гармоники.
Ток второй гармоники принимается равным току третьей
гармоники Из соотношения видно, что достаточ-
но в расчетах учитывать только до 7-й гармоники, так как
остальные гармоники малы.
Для группы одинаковых дуговых сталеплавильных пе-
чей
/vrp = /¥ / м (6.20)
где N число печей, одновременно работающих в режиме
расплавления.
Для группы печей разной мощности
(6.21)
vrp *vmax
n
‘Sn.TiASn ,ттах 9
i=l
нХбмьт»М=°Т?СТЬ i r° печного трансформатора;
печей- 1 ощность трансформатора в группе дуговых
ПеЧН0Г° трансформатора
чей ости, п общее число работающих пе-
нео£одимоРе^пп!НИЯ ^нс В соответствУ1ош.ей точке сети
ределить уровни напряжения отдельных
134
гармоник, генерируемых ДСП. фазнп₽
ники в расчетной точке питающей г₽т„ Пряжение гарМо.
ражения Щ сети находится из вы.
Uv^lvvxc = l vv-^L
SK ’
где A> действующее значение фазного тока v й г
ки; V —порядковый номер гармоники- р0К^'и гаРмони-
линейное напряжение в расчетной точке- Т __н^Ми,1альное
ине питающей сети от расчетной точки да точки бКнеч'
„ой мощности; 5к- мощность КЗ в расчетной точке
Общий коэффициент несииусоидальности в расчетной
точке при работе дуговых сталеплавильных печей, %
- / 7
лнс -1001/ 21
r v=2
'6.22)
где б^ф.ном номинальное фазное напряжение основной
частоты в расчетной точке.
6.4. СВАРОЧНЫЕ НАГРУЗКИ \ к
По своему воздействию на несинусоидальность
питающей сети сварочные нагрузки можно разделить на
две категории: установки дуговой и контактной электро-
сварки переменного тока, установки дуговой электросвар-
ки постоянного тока.
Установки дуговой электросварки переменного тока воз-
действуют на питающую сеть аналогично дуговым стале-
плавильным печам. Включение сварочных машин контакт-
ной электросварки производится с помощью игнитронных
или тиристорных ключей, которые для плавного регулиро-
вания сварочного тока снабжаются системами фазового
регулирования угла зажигания, что приводит к искаже
нию тока высшими гармониками, уровень K0J0P“* р ки
но [14] аналогичен уровню гармоник для дуг
переменного тока. „ ^пектпосвар-
В общем случае для единичной Уст ркомеНдуеТся учи-
ни переменного тока токи гармоник: (р равны:
тывать только третью и пятую гармоники р, i 111
>'Де номинальная
коэффициент загрузки; ПВ Р
ния.
135
. .прш.е токов гармоник, генерируемых установка.
Опре ПЙ “чектросваркп постоянного тока аналогично
мп дуговой эосл f 1 вентильных преобразователей.
?"КХ”» егся >'"'гыва1Ъ толы5°5-7’ ".
? ю Хш» ед..........чиой установки дуговой электро-
йаркн Постоянного тока определяются по формуле
/v = ICB/v, (6.24)
гле /» — номинальный первичный ток установки.
Дня группы установок электросварки независимо от
режима работы суммарные отдельные токи гармоник on-
ределяются согласно [4]
АтР = ]/
где д,. —ток v-й гармоники i-й установки; п— общее чис-
ло работающих установок.
Для оценки влияния сварочных нагрузок па сеть пред-
приятия определяется общий коэффициент иесииусоидаль-
пости по формуле, %,
(6.25)
6.5. ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ТИРИСТОРНЫМ
РЕГУЛИРОВАНИЕМ
mnпоп... ЫСОк11е техннко-экономическне показатели уп-
вне'лпрпи^ тнРПС10Рных установок обусловили их массовое
стнаегк о В Различнь1х отраслях промышленности. В ча-
пагпепл D системах автоматизированного резистивного
тнрисп)П11ик?С1ЛеД11ее Время Псе чаще отдают предпочтение
ю знащ ерегуляг°Рам мощности (ТРМ), которые нме-
большеебиЛпп МгИЬШИе габаР“™. более высокий КПД,
НИЮ напои , Р'*Л€1)Г|В|,е 11 меньшую стоимость по сравне-
нный оеппя1ппЯСмМа1п11ТНЬ1М" Усилителями или контакт-
управление соппппА ВиедРе1111е тиристоров и их фазовое
показателей v< г п Ждаются Ухудшением энергетических
Хсмот" и качества электроэнергии.
ропечи со«рОти»ле,?иГя с₽“|‘м ’"Т
1С11НИ с пт, состоящей из последова-
13о
телыю включенных активного сопротивления н ,
мых встречно-параллелыю включений Управляв-
рис. 6.14 представлены однофазная элекТЕ7°р0В- На
рассматриваемой установки и диагпаммГ. Р СКая Цепь
токов. Как видно из диаграммы, то!< в цепи"п"ряжеп11я и
собой несинусондальную периодическую функцию ?ВЛЯеТ
симости от времени и определяется углом управления8»
Гармонический анализ таких функций осуществляет я
путем представления этих функций тригоноХическям
рядом Фурье (см. §6,1). Разложение в ряд ФурьР являет-
ся трудоемкой процедурой, поэтому вычисление коэффи-
циентов Фурье проводилось с помощью ЭВМ. В результа-
Рис. 6.14. Цепь с ключами и активным сопротивлением:
а —схема элешроснабжения; б — диаграмма напряжения и тока
те расчетов по стандартной программе были получены
значения токов высших гармоник в относительных едини-
цах от тока основной частоты Д, коэффициенты ряда
Фурье av, bv и углы смещения гармонических составляю-
щих q;v при различных углах управления тиристоров а.
На рис. 6.12 приведены кривые относительных значении
токов высших гармоник в зависимости от угла УПР
тиристорами а. Как видно, несинусопдальность така^
чительно возрастает с }’велвче^ отношению
как значительно возрастает относ _ сщПХ гармоник
к току первой гармоники) C0^P G уыеНьшает общую
тока. Увеличение угла УпРавле* .. уровень высших
мощность установки, а следовательно, и урове.
гармоник тока в питающей сети. ,1Яппяжеиия в пита-
Коэффициент нес"^ п0 Ф°Рму*
ющеи сети при работе устано
%,
(6.26)
>37
Рис. 6.15. Зависимости тока гармоник от угла управления тиристоров а
(Uc — напряжение питающей сети);
t/v = /vv\ = /v
(6.27)
где lv—ток гармоники, определяется по рис. 6.15; хс —
сопротивление питающей сети; SK — мощность КЗ в точке
подключения установки v=3, 5, 7, 9, 11, 13 (для инженер-
ных расчетов достаточно учитывать гармоники до 13-й
включительно).
\ S 6-6- РЕАКТОР с ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
кпп₽г>яииоСхеМа косвенной компенсации для уменьшения
путем .^п/аПрЯЖеНИЯ в питаюЩей электрической сети
мощности ппрпТ*1 временной составляющей реактивной
мото встпр1 и>У(МаТрИБаеТ наличие реактора, управляе-
или так начыйя'₽ араЛЛеЛЬН° включенными тиристорами,
рая является пелнней^ьш С™р”0 Реак10РнУ'° группу, кото-
тором высших гармоник тока ' “ след08а‘елыю> re,iepa'
138
На рис.'бЛб представлена схема тиристорно-реакторной
пь1 и диаграмма напряжения питающей сети и тока в
гРУП1торе. При изменении угла управления а от 0 до л/2
РеаКиЯется от максимума до нуля и ток в реакторе. Как
иЗМео из диаграммы, ток в реакторе существенно нелине-
®ИЛПпоцентн°е содержание гармоник в токе реактора из-
еН‘ яется в зависимости от угла а.
Рис. 6.16. Тиристорно-реакторная группа:
а — схема работы; б — диаграмма напряжения и тока
Ток управляемого реактора определяется выражением
/р (!) = ^pom (sin — sin а) = — (sin ~ sin а)’ <6-28)
Узг/ном
где 1рОт — ток реактора при угле управления а=0 (ампли-
тудное значение).
Так как данная функция является периодической (пе-
риод равен 2 л), то можно провести гармонический ана-
лиз, разложив ее в ряд Фурье. Тогда ток реактора можно
представить в виде
/р (/) = /р0 sin со/ 4- Ь3 /ро sin Зсо/ + bb lp0 sin 5со/ +
4-...+ bn /posin nwt, (6.29)
где Ьп — коэффициент ряда Фурье; п — номер гармоники
(3, 5, 7, 11, 13-й...).
139
(6.30)
„ „^-гятям оасчета построены зависимости коэф-
°* Утла УП'"Я “ <“• ₽«<•
н чс 6 17 счедует, что максимальное значение тока
третьейгармоники будет при работе реактора с углом уП-
Р Д ля 4=30° тока пятой гармоники —при а=20°
Z седьмой гармоники-при а=Ю°. Действующее зна-
чение тока гармоники определяется так:
V3i/n
Значения токов гармоник, рассчитанных по формуле
(6.30), используются для проверки конденсаторов и
фильтрокомпенсирующих устройств на перегрузку их выс-
шими гармониками тока, а также для определения коэф-
фициента несинусоидальности напряжения в питающей
сети при работе тиристорно-реакторной группы.
Общий ЛнС определяется по формулам (6.26) и (6.27).
Для инженерных расчетов следует учитывать Только тре-
тью, пятую и седьмую гармоники, так как гармоники бо-
лее высоких порядков малы.
ко
Следует отметить следующее обстоятелен
практическое значение для расчета высш^ г ’ ИМеюи1ее
нерируемых тиристорно-реакторной группой пгМ°НПК> Ге'
устройств косвенной компенсации в сетях сПС??” работе
сваркой и вентильными преобразователям./4 ’ элекгР°-
вии с принципом косвенной компенсации тиристорГотк
торная группа генерирует гармоники тогда^ ко?да их £
генерируют дуговые печи и сварочные установки, и наобо.
рот. Уровень высших гармоник тока тиристорно-реактор-
нои группы, дуговых печей и сварочных нагрузок одного и
того же порядка Поэтому происходит выравнивание выс-
ших гармоник. Следовательно, для инженерных расчетов
в таких системах электроснабжения необходимо рассчи-
тать только максимальные гармоники от дуговых печей и
сварочных нагрузок. Вентильные преобразователи генери-
руют гармоники на порядок больше, чем тиристорно-реак-
торная группа, поэтому необходимо учитывать высшие
гармоники только от вентильных преобразователей.
6.7. БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ В СЕТЯХ
С ВЫСШИМИ ГАРМОНИКАМИ
Ввиду того что нелинейные нагрузки (вентиль-
ные преобразователи, дуговые печи и др.) работают, как
правило, с низким коэффициентом мощности (cos <р=0,4-?-
Н-0,8), необходимость компенсации реактивной мощности
является очевидной.
Наиболее экономичными средствами компенсации ре-
активной мощности являются нерегулируемые и регулиру-
емые батареи конденсаторов. Это объясняется их преиму-
ществами перед другими средствами компенсации Реак-
тивной мощности (синхронными двигателями, синхр <
компенсаторами): отсутствие вращающихся ’ Р
'гота обслуживания, отсутствие Динам»^ХХР мХно“
фундаменты, небольшая ’ ч“в'ается техническими
стн. Однако применение БК огра гармоник тока и
причинами. При наличии а приводит к резо-
напряжения включение конденсате нве-
нансным явлениям на частотах высших гармони
Дет к нарушению нормальной ра о ' саторных уста-
Исследовапие процесса ра‘ в питающей сети,
новок при наличии высших р образовагелей, пред-
особенно при работе вентиль * ие для определения
ставляет важное практическо
ппгменения конденсаторных батарей в сис-
возможности прим промышленных предприятий,
темах электр® ,щ удобно рассмотреть на примере простой
Сущность явлени, > МОЩНого вентильного преобразо-
схемы злеХТной на рис. 6.18. На схеме показаны три
вателя, показа аствующИх в резонансном процессе:
Сильный преобразователь-источник высших гармоник
Тняппяжения- питающая сеть, включая все ее эле-
менть (в том числе прочую нагрузку), упрощенно пред-
ставленная в схеме замещения индуктивно-активным эле-
ментом- батарея косинусных конденсаторов (емкостно-ак-
тивная цепь в схеме замещения).
Р*.с 6.18 Однолинейная схема питающей сета с конденсаторными бата-
реями и фильтрами высших гармоник (а) и схема замещения (б)
ипи^щ°ТС^ТСТВИИ емкостных элементов (при отключен-
шей сет! ^а^Т0ТНЬ1е характеристики сопротивления питаю-
вые 2 на рис^бЮ 618) *с И линейны (крИ‘
этом С ivi р мг.м/У И 2 2’ <™ными сопротивлениями в
тельно глубина Н° пренебречь ввиду их малости. Следова-
напряжения ' коммУ1ационных искажений и величина
мере удаления Л ЛЬНЬ1Х гармоник уменьшаются линейно по
Глубинаком” Л.ТОЧКИ коммУтаиии (точка 2 на рис. 6.18).
на величине Xc/txT+TT ^ажений Д^1 пропорциональ-
тивное сопротивление сети ? /с “ ЭКвивалентное индук-
точки питания бесконечной СОПрОтивление °т условной
точки питающей сети- ? мощности до исследуемой
Цепи преобразовать™ \ пр инДУктивное сопротивление
АО И?с.^ S тТочекиС°"еР°™П„еНИе 01 Т0ЧКИ К0ММУ'
u ки сети- Причем ширина комму-
Рис 6 19. Частотные характеристики питающей сети в точке 1 (см. рис.
6.18):
/ _ при включенной батарее конденсаторов для различных значений Q~*clrc}
2—при отключенной батарее
Рис. 6.20. Частот!ше характеристики алеиенто. "итаюшей сет» (см. рис.
6 18): г_в точке J при отклю-
/-в точке 2 при включенной батарее РцепН преобразователя; 4-со-
ченной батарее конденсаторов; 3-сопротивле
противление конденсаторной батареи
v искажений остается неизменной и определяет-
тационных искажен ОсциллограМма фазных напряже-
ся углом KOMzM^UDa6oTe вентильного преобразователя и
сличенной батарее конденсаторов показана на рис.
включение батареи конденсаторов резко изменяет ли-
• « Лпяктео частотной характеристики питающей сети
“""в точке / так п в точке 2 (см. рис. 6.16 .. 6.17). При-
нелинейность частотной характеристики в значнтель-
Рнс. 6.21. Осциллограмма фазного
напряжения U9 в точке 1 (см. рис.
618) при работе 6-фазного вен-
тильного преобразователя (бата-
реи конденсаторов отключены,
Кне=14 %)
питающей
модели ие-
ной степени зависит от добротности элементов
сети, т. е. от отношения х/r. Для физической
возможно создать индуктивные элементы с добротностью,
соответствующей реальным элементам питающей сети
(мощным трансформаторам, реакторам), поэтому резо-
нансные явления в питающей сети будут проявляться бо-
лее резко по сравнению с показанными на модели.
Нелинейность частотной характеристики питающей
сети-в-точке 1 объясняется тем, что при включении БК об-
разуется параллельный £С-контур, состоящий из индук-
тивнее, сопротивления питающей сети и емкостного сопро-
тивления конденсатора.^
/ДЛЯ опРеделения частотной характеристики
ший вич^а ПИТ2ЮЩеЙ Сети (см> Рис‘ 6.18) имеет следую-
ЩНИ ВИД. * '
21V = (rc + /Xcv)K-/>KV) =
(Гс + Гк)+/(^СТ-М
= + Гк) + гк + Гс
('C + rJ2+(^cv-xKV)2 +
+ j *cv *KV ~ *cv) rK xc — rj XK
(Гс + Гк)2 + (ХСУ-Хкг,)2
(6.31)
144
- эквивалент,юе и1,дукТ„в„ое со,,,,n|ira.
емкостное сопр.нноле-
где A'cv
ющей сети для v-ii гармоники; x,(V
нпе БК для v-й гармоники.
Учитывая, что xcv=x£v и xKV —
—, имеем
V
(6.32)
+ • *с \ (*.</v - V*c) + v'k хс - Ге yv
(ГС + ^k+(vxc-Xk/v)2
Принимая
R = rcr.;(fc + fKH-V4 Ак + ХкгЛ2 .
lv ('с Ч-'к)2+ (v*c — Хц/v) '
х _ : *с *к ( V V - V*c) + VfK \ - fc Ху/''
lv (Гс + 'кЯ+^с-У'-Я
(6.33)
получаем окончательное {выражение для модуля комплекс-
ного сопротивления резонансного LC-контура в точке / (см.
рис. 6.18):
z == VR‘, + x;v . (6.34)
где хс — индуктивное сопротивление сети на основной ча-
стоте; хк — номинальное емкостное сопротивление БК; гс—
суммарное активное сопротивление элементов сети; гк — но-
минальное активное сопротивление цепи БК
Для простоты расчетов активные сопротивления резо-
нансного контура гс и гк принимались постоянными, не за-
висящими от частоты. Это хорошо согласуется с экспери-
ментальными данными, согласно которым явление поверх-
ностного эффекта, увеличивающее активное сопротивление
элементов системы электроснабжения, заметно сказывается
лишь для больших сечений проводников (более 300 мм) и
высоких гармоник (свыше 25-й). По формулам (о 31)
(6.34) построены частотные характеристики параллельного
резонансного контура при различных значениях до ротное
ти хс/гс (см. рис. 6.17). Сравнивая частотные характерис-
тики сети без БК с зависимостью Ziv =/(v) naPa^7^
резонансного контура, можно произвести чис™ ч
ный анализ режима перегрузки батареи ток <
»При отсутствии в сети емкостных элементов напрщ.^ение
т й гармоники на шинах подстанции (см. р с. . ) р
Ю—721 ‘ ’
ринем напряжения на сравнительно небольщ0м
ляется падениД“отнвлеиип сети для этой гармоники Х(х
индуктивном сопро' ным сопротивлением цепи можНо
В данном случае JX значений добротности элементов
. пренебречь в сил} подключении батареи конденсате-
системы - питающей мощную вентильную
ров к шинам подетанш 1<акое бы ни JJO
нагрузку, пр - с р всегда найдется такая группа гар-
Че'1Ие ^назовем ее резонансной группой гармоник), при ко-
“ БК вступает в режим резонанса токов (или близкий
XmvI с индуктивностью сети. Сопротивление параллель-
ного контура в области резонанса резко увеличивается (см.
рис. 6.19).
Токи резонансной группы гармоник, генерируемые вен-
тильным преобразователем в сеть, значительно уменьша-
ются, и можно говорить о том, что напряжения гармоник
резонансной группы Uy (точка 2 на рис. 6.19) приложены
к БК непосредственно за вычетом малого падения напря-
жения в преобразовательном трансформаторе. Следователь-
но, напряжения гармоник резонансной группы в точке 1
значительно увеличиваются. В то же время емкостное со-
противление батареи конденсаторов уменьшается с увели-
чением номера гармоники (xKV = l/vtoC=xK/v). Это при-
водит к тому, что через БК протекают значительные токи
резонирующих гармоник, соизмеримые, а иногда и значи-
тельно превосходящие ток первой гармоники. Перегрузка
батарей конденсаторов токами высших гармоник может до-
стигать на практике значительной величины (до 400 %),
что приводит к полному выходу ее из строя.
На рис. 6.21 показано искажение напряжения питающей
сети в точке 1 (рис. 6.18) при работе мощного шестифазно-
ЛЬлои° пРео^Разователя при отсутствии БК. На
• - 4 показаны напряжение питающей сети в точ-
ной ToL0KVK Различн°й мощности, подключенных в дан-
лпотекяюш ЛМ Же ДаНЫ УРОвни отдельных гармоник тока,
регрузка БК*™^3 конденсат°рную батарею, и общая пе-
УчиЛи МИ ВЫСШИХ гаРмоник.
в сеть спектп’^Г° веН1НЛЬНЬ1е преобразователи генерируют
гармоник, начиная с v=5 (для
Добрать конденсЯт/-ВЬШрЯМЛенИЯ) ’ те°Ре1ически можно по-
рая вступитя би РНУ*° Установку такой мощности, кото-
стью цепи пои Х^ЛР?ЛЛельн“й Ре- нанс с индуктивно-
«^ежать р^лщнсХ\Т?Ше 250 Гц <5), и тем самым
Р зонансных явлений и их последствий. Но этот
146
Рис. 6.22. Осциллограммы, полученные на физической модели:
а—фазного напряжения в точке / (см. рис. 6.18), Кнс=16%: б —тока в конден-
саторной батарее (С=1 мкФ). В токе конденсаторной батареи: /i = 100%;/•“
= 50%. /„=60 %. /13 = 50%, /17 = 60 %, /15 = 60%. Ь9=60 %. /,5=100%. /.ч=14» >.
/ss=125 %. /sg=160 %. /61=140 %, /„=125 % Л. Перегрузка конденсатора по току
составляет 370 %
способ решения не имеет практического смысла, поскольку
мощность ККУ в этом случае оказывается слишком боль-
шой (в ряде случаев превышающей мощность питающего
трансформатора) и неприемлемой для системы электроснаб-
жения (перекомпенсация, возможность возникновения ла-
вины напряжения и т. д.). Таким образом, непосредственное
применение батарей конденсаторов в целях компенсации
реактивной мощности в сетях с вентильными нагрузками
проблематично. В каждом конкретном случае необходим
расчет токовой перегрузки БК резонансной группой гармо-
ник. В некоторых случаях такие расчеты необходимо про-
изводить до гармоник достаточно высокого порядка (выше
резонансной гармоники), особенно при малых мощностях
10* 1,7
Рис. 6.23. Осциллограммы, полу-
ченные на физической модели:
а — фазного напряжения Оф в точке /
(рис 6.18). Кнс=38 %; б—тока в кон-
денсаторной батарее /к (С=15 мкФ).
В токе конденсаторной батареи: /1 =
100 %, Ь=90%. /„=250%, /,з = 225 %.
/„=70 %. /ls=80 %. /,. Перегрузка кон-
денсатора по току составляет
Рис. 6.24. Осциллограммы, полу-
ченные на физической модели:
а — тока в конденсаторной батарее
У (С = 70 мкФ). В токе конденсатор-
ной батареи: /, = 100%, /5=160%, Л =
60 %. Перегрузка конденсатора потоку
составляет 200 % /н; б — фазного на-
пряжения t/ф в точке 1 (рис. 6.18),
Кис=44 %
б/ГОкВ
Рис 6 25. Одноли-
нейная схема за-
шиты конденсатор-
ной батареи от
высших гармоник
(емкостях) конденсаторных батарей. Из
рис. 6.21 следует, что перегрузка БК про-
исходит в основном гармониками порядка
v=59, 61, 71, и в данном случае расчеты
токов высших гармоник в конденсаторе
необходимо было бы проводить до гар-
моники порядка v>71. Ввиду большого
объема и трудоемкости таких расчетов их
необходимо проводить с помощью ЭВМ.
Защита батарей конденсаторов от высших
гармоник. В сетях, питающих нелинейную
нагрузку, установка конденсаторов без
защиты их от высших гармоник недопус-
тима из-за резонансных явлений (в пер-
вую очередь резонанса токов) на высокой
частоте. Батареи конденсаторов, пред-
U8
назначенные для компенсации реактивной мощности д .я
11Х нормальной работы необходимо защищать реакторами
устанавливаемыми последовательно с конденсаторами^с.
6.25). Величина индуктивного сопротивления реактора
должна быть рассчитана так, чтобы в этой цепи создавался
резонанс напряжений на частоте, меньшей наименьшей гар-
моники, возникающей при работе нелинейной нагрузки
т. е. должно выполняться условие ’
v,, wL ----------•
VptoC
\nin»
(6.35)
где Vp гармоника, на которую необходимо настроить по-
следовательную LC-цепь; vm/n — минимальная гармоника,
возникающая при работе нелинейной нагрузки.
Индуктивное сопротивление защитного реактора на ча-
стоте 50 Гц определяется из условия
Хр
Г БК. пом
' БК, пом
(6.36)
где Qbk.hom—реальная суммарная мощность батареи кон-
денсаторов по данным завода-изготовителя; f/бк,ном—но-
минальное напряжение батареи конденсаторов , Vmt'n — 5
для вентильных преобразователей с любой фазностью вы-
прямления; Vmin=3 для дуговых сталеплавильных печей.
При неправильной защите конденсаторов могут возни-
кать резонансные явления, обусловленные тем, что цепь,
состоящая из последовательного соединения реактора и кон-
денсатора, уменьшает гармоники порядка выше резонанс-
ной (имеет индуктивный характер цепи) и увеличивает гар-
моники порядка ниже резонансной (имеет емкостный
характер цепи). Для правильной защиты батареи конден-
саторов необходимо, чтобы эта цепь имела индуктивный
характер для всех гармоник.
Защита конденсаторов от высших гармоник сталкива-
ется с техническими трудностями из-за малого индуктивно-
го сопротивления существующих бетонных Р^К™Р°ВП ю
пример, для защиты от пятой гармоники батареи ^шн^'Ь
1000 квар на напряжение 10 кВ необходимо У™'ови^
следовательно с конденсатором 8 бетонных P/'V? ’
третьей — более 20 бетонных реакторов в каждой фазе что
практически невыполнимо. Поэтому для в
вольтных конденсаторов необходимо применять ни.зко
вольтные реакторы, обладающие большим ннд}мивным
противлением.
149
Возможность„^"чтГв"нормальмом режиме работы ’
рХ'о“ np^Ve"'напряжение основной частоты
[/ — - иv (6.37)
vp -1
где С/. - напряжение сети на основной частоте, приложен-
ное к LC-цепи; vp-номер гармоники, на которую настрое-
Н3 Общее напряжение на реакторе может быть подсчитано
по формуле
v=n
V IJ2 .
ULv'
min
(6.38)
где
U = I VXc vaL
Lv v vxc -j- vcoL — 1, vaiC
/v — суммарный ток v-й гармоники в питающей сети при
отключенной БК; хс — индуктивное сопротивление системы;
«Б — индуктивное сопротивление защитного реактора на
основной частоте; 1/щС— емкостное сопротивление защи-
щаемой батареи конденсаторов на основной частоте.
Для защиты реактора от перенапряжений в момент
включения или при пробое конденсатора параллельно с ре-
актором устанавливается разрядник многократного дейст-
вия (см. рис. 2.25).
При последовательном соединении реактора и конденса-
тора автоматически повышается напряжение на БК, в том
числе и за счет высших гармоник. В то же время заводы-
изготовители конденсаторов гарантируют их надежную ра-
боту при номинальном напряжении. Следовательно, При
включении последовательно с конденсатором реактора не-
эбходимо выбирать батареи на следующую, большую сту-
пень напряжения, что является экономически неоправдан-
ным. В связи с этим намечается выпуск специальных кон-
денсаторных батарей на повышенное напряжение (напри-
мер, 7 кВ для сетей 6 кВ), способных надежно работать в
остях с повышенным содержанием высших гармоник, а так-
же в фильтрах высших гармоник.
Общее напряжение на конденсаторе может быть подсчи-
тано по формуле
Г v~n
у uh + 2 Mt с i,iц10М, (6 39)
vm I п
1Ь0
где Uk\ напряжение основной частоты на зажимах кон-
денсатора, которое определяется по формуле
V2
, (6.40)
где — фазное напряжение основной частоты на шинах;
(Лом — номинальное напряжение конденсаторной батареи’;
OkV — напряжение v-й гармоники на зажимах конденсато-
ра, которое определяется по формуле
U = / —--------------_________
KV v соС vxc 4- — 1 /vwC
Действующее значение тока в LC-цепи определяется по
формуле
V—п
(6.41)
НОМ*
r vmin
где /к1 — ток первой гармоники в цепи батареи, определяе-
мый по формуле
2
/к1 =------=
1/toC — wL Vp—1
/KV — ток v-й гармоники в батарее конденсаторов:
г г vxc
'KV <v vxc + vwL-1/vcoC '
В формулах (6.38), (6.39), (6.41) число учитываемых
гармоник для инженерных расчетов может быть ограниче-
но количеством два-три после резонансной. Следовательно,
в этих формулах можно принять п=7 или п—11 для вен-
тильных преобразователей и п~7 для дуговых сталепла-
вильных печей.
6.8. ФИЛЬТРЫ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В СЕТИ,
ПИТАЮЩЕЙ нелинейную нагрузку
Одним из наиболее перспективных способов
уменьшения токов и напряжений высших гармоник в сетях
промышленных предприятий является применение силовых
фильтров высших гармоник, представляющих собой после-
довательное соединение индуктивного и емкостного сопро-
тивлений, настроенных в резонанс на фильтруемую гармо-
нику (рис. 6.26 и 6.27). При установке силовых фильтров
151
рис. 6.26. Упрощенные
схемы силовых резонанс-
ных фильтров высших
гармоник:
а — соединение в звезду; б—
соединение в треугольник
Рис 6 27. Характеристики фильтров 35 кВ и батарей конденсаторов
различной мощности
частично или полностью решается проблема компенсации
реактивной мощности, поскольку БК, входящие в состав
фильтров, являются источниками реактивной мощности на
основной частоте.
Из-за емкостных элементов фильтры высших гармоник
мог} г я в 1ят ься причиной резонансных явлений, рассмотрен-
иыхв^ 6.7. Фильтр определенной гармоники уменьшает гар-
ныйИКИ на,1Ряжения порядка выше резонансной (индуктив-
ни*ФильтРа) и увеличивает гармоники порядка
зонаиснои гармоники фильтра (емкостный характер
Го2
фильтра). Для эффективной работы фильтров их надо ус-
танавливать, начиная с гармоники самого низкого порядка,
возникающей при работе нелинейных нагрузок (с фильтра
5-й гармоники для вентильных преобразователей и с фильт-
ра 2—3-й гармоники для дуговых печей). Если фильтры
высших гармоник имеют отдельные выключатели, то вклю-
чение их необходимо начинать с фильтра 5-й гармоники, а
отключение производить в обратном порядке. При аварий-
ном отключении фильтра 5-й гармоники должны быть не-
медленно отключены все фильтры высших гармоник.
Осциллограммы, представленные на рис. 6.28—6.31, ил-
люстрируют резонансные явления, возникающие в питаю-
щей сети при неправильном включении фильтров высших
гармоник по схеме, соответствующей рис. 6.18.
Рис 6 28 Осциллограммы фазного напряжения f/ф и тока в фильтре7 и
II • тг' а ift) VonoRHR паботьг включены фильтры 5- и
Ф? W% Гп^узка конденсатора во тек, „опуетнка
и составляет 115 %
Рис. 6.29. Осциллограммы Фазног° н^й gjcT' Условия работы: вклю-
в цепи фильтра 7-й гармоник! ( • Р .,„ьта1Ы измерений: Лнс3’!'* л>
чен только фильтр 7-й гармоники. АНО=25% при включенном
Z о“л.о.Л.и % Пере-
только Ф7. Токи гармоник влепи Ф7 s
грузка конденсатора в фильтре Ф? по ток> р
153
р- 630 Осциллограммы фазного напряжения ОФ в точке / и тока
в цепи фильтра 11-й гармоники (см. рис. 6.18). Условия работы: вклю-
ченТолько фильтр Н-й гармоники. Результаты измерении. hnc=14%
при отключенных фильтрах высших гармоник Кнс= 18,5 /0 пр» вклю-
ченном только ФИ. Токн гармоник в цепи ФИ: /s = 60 /7=Ю0%,
/1 =80 %, /13=50 % Л. Перегрузка конденсатора в ФИ по току состав-
ляет 190 %
1 ис 6.31. Осциллограммы фазного напряжения в точке 1 и тока /ф
г цепи фильтра^ 13-й гармоники (см. рис. 6 15). Условия работы: вклю-
чен фильтр 13-й гармоники Результаты измерений; /<нс=14% при от-
ключенных фильтрах (см. рис. 6.21), 7(нс=15,5% при включенном Ф13.
*оки гармоник в цепи Ф13. %, /7=130 %, /„ = 130 %, Лз=75 % h-
перегрузка конденсатора по току в цепи Ф13 составляет 230 %
Как видно из осциллограммы на рис. 6.28, при правиль-
ингмВКЛЮЧеИ11и ФИЛЬТРОВ, начиная с самой меньшей гармо-
Ра^отают эффективно, т. е. уменьшают общий
ЦиеН1 несинусоидальности. Кроме того, не наблю-
г. ‘ вВРегРУзка конденсаторов фильтров токами высших
мы^щ^иГб^о^кчп вклк>чении фильтров (осциллограм-
точке и /а о коэффициент несинусоидальности в
жет значитр'^ЛЮЧеНИ>1 не ТОльКо не уменьшается, но и мо-
иепегоузка 1уН° Увеличиваться. Возникает значительная
котовая вала? В Це°И ФИЛьтРа токами высших гармоник,
и фильтра высшЛЬ1Л°ДУ И3 СтярОЯ конденсаторных батарей
их гармоник. Аналогичные резонансные яв-
ления в питающей сети могут boimhruvu „
включенных фильтрах из-за возможности оХХяХ"
тоты питающей энергосистемы (особенно в мениу о
ну), а также ввиду возможности отклонения иар"иХв
элементов фильтров. раме»ров
Отклонение значений емкостей батарей конденсагоров
и индуктивностей реакторов, входящих в состав фильтров
обусловливается целым рядом факторов, которые можно
разделить на субъективные и объективные. К субъективным
причинам, вызывающим отклонения параметров фильтров
от резонансной настройки, относятся отсутствие опыта про-
ектирования, изготовления, монтажа и промышленной экс-
плуатации силовых фильтров, отсутствие научно-техничес-
ки обоснованных методик и аппаратуры настройки фильт-
ров перед эксплуатацией и подстройки их в процессе
эксплуатации.
К числу объективных факторов, вызывающих отклоне-
ния параметров фильтров, можно отнести изменение емкос-
тей батарей конденсаторов и индуктивностей реакторов в
зависимости от температуры нагрева, изменение индуктив-
ных и емкостных сопротивлений фильтров при изменении
частоты питающей сети, ступенчатое регулирование индук-
тивности реактора фильтра с помощью отпаек, что не поз-
воляет точно настроить фильтр на резонанс, последствия
аварийных режимов в фильтрах (межвитковые замыкания
в реакторах пробои изоляции в батареях конденсаторов и
° п что приводит к существенным изменениям индуктив-
ных и емкостных сопротивлений) „пАпиимние пое-
Прн выполнении расчетов принимаются сл
дели отклонения индуктивностей и ем> Ф
номинальных значений:
£ф — (1 + 1Л) Ьф.ном >
Сф = (0,95 + 1,1) Сф,ном,
SSSWSS"
ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЯХ
в практике -
мость установки в сети ''1> м0И1|Ки, включенных парад
скольких фильтров одной гармош
дельно, если расчетный ток гармоники в сети значительно
превышает наибольший номинальный ток фильтра, указан-
ный в каталоге, и если при небольшом значении тока
фильтруемой гармоники необходимость установки парал-
лельно включенных фильтров обусловлена повышением об-
щей мощности компенсирующих устройств.
Параллельная работа фильтров высших гармоник име-
ет свои особенности. При отклонении параметров фильтров
от резонансной настройки токораспределение фильтруемой
гармоники в них нарушается, возникает ненормальная ра-
бота фильтров, а в ряде случаев — аварийная. В данном
параграфе приводятся результаты исследований и анализа
условий работы параллельно включенных фильтров в раз-
личных режимах при различных отклонениях их пара мет.'
ров от резонансной настройки. 1
На рис. 6.32 показана обобщенная однолинейная
подстанции промышленного предприятия, питающей вен-
моникн32’ °ДН0лннсиная схема подстанции с двумя
фильтрами 5-й гар-
тильную нагрузке с п.
рисТзТ И СИЛовыми РфильтрамиСпаП°”ЛеН11ЫМИ на шинах
* П1и^™в-го. Х7Х raCS“’
л-с1=р1Л;
J56
—olp
Рис. 6.33. Схема замещения для высших гармоник
Здесь х х^фу—¥со1ф;НОМ------—-------характеристичес-
'ИоСф,ном
кое сопротивление идеального фильтра; /?,, R2 — активные
сопротивления цепей фильтров; xCv, Zcv— индуктивное со-
противление и ток v-гармоникп питающей энергосистемы;
Zv—суммарный ток v-й гармоники, генерируемой всеми
вентильными преобразователями в питающую сеть; а2,
Рь Рг —параметры, характеризующие количественное от-
клонение индуктивных и емкостных сопротивлений парал-
лельных фильтров от номинальных значений при резонанс-
ной настройке.
Токи в параллельных фильтрах и в питающей сети
в долях от суммарного тока гармоники /v ) определяются
по формулам
г _____________!________.
*Ф1* — ,---------------’
1 (У+й)2+(й+пН
г _ 1 Л|7у + 6) 6 + (Е + и) gi- + l(Y + 6) ~ IS + *1) 6F .
ф2* ' (T + 6)2 + (l + ’))s
_ у|(у+ 6) (у - 1) + (£ + n) Т}12 + К? + 5) и + (; -r-nUY-
cv* ~ (у + 6)3 +а-ь »D-
где
у = 1 + (а^ — Pi)
(се, — р,) 7?г —(ст3—р2) .
/?5+ (а2~Р2)?*2
/?, /?2 + (ai-P.)(«2-P2)x3.
ЯЖа2-Р,)2*2
Расчет был выполнен для нескольких десятков различ-
ных режимов токораспределения фильтрующей гармоники
157
В фильтрах при различных отклонениях параметров фильт-
Р°Вдчя^схем^мектроснР^жения промышленного предприя-
тия с двумя параллельными фильтрами пятой гармоники
одинаковой мощности (<?ф,ном—1200 квар, С/ном 10 кВ)
пезутьтаты расчета десяти наиболее характерных режимов
приведены в табл. 6.3. Из анализа данных таблицы можно
сделать ряд выводов.
Таблица 6.3. Токораспределение фильтруемой гармоники в
параллельных фильтрах
Рассматривае- мый режим Отклонение параметров фильтров в долях /v
1-й фильтр 2-й фильтр 7ф1* Хф2* / CV*
а1 1 ₽> ₽.
1 1 1 1 0,496 0,496 0,125
2 1,15 1 1 0,155 0,899 0,227
3 1 0,95 1 0,355 0,772 0,182
4 1 1,05 1 0,379 0,816 0,206
5 1 1.1 1.1 0,939 0,939 0,936
6 1 0,95 1,03 0,693 0,983 0,378
7 1,02 0,95 1,02 0,461 1 ,05 0,332
8 1,08 1,06 1 ,05 0,877 0,512 0,279
9 1,15 I 1 .1 0,854 1 ,26 1,26
10 1,15 0,95 1.1 0,819 1,60 1,59
Примечание. Коэффициент
а2=1.
1. При отклонении даже одного параметра фильтра (ин-
дуктнвности или емкости) токораспределение в фильтрах
а1 >шается (режимы 2, 3, 4). Например, в режиме 2 при
отклонении индуктивности первого фильтра на 15 % в сто-
рону увеличения ток фильтруемой гармоники в нем умень-
пРимеРН0 в 3 раза по сравнению с нормальным ре-
мом резонансной настройки фильтров (режим 1), а ток
пепРгп?^Мо?ИЛЬТре Увеличивается В 2 раза. Второй фильтр
р п ГСЯ током гармоники, а первый недоиспользу-
С1СЯ. В сети протекает ток 0,227 Iv, в 1,8 раза больший, чем
в нормальном режиме резонансной настройки, т. е. качест-
во фильтрации ухудшается.
„ ПрИ отклонен1‘и параметров фильтров в одну и ту же
наяРпепег^'чк1°НбНСНОл настР0ЙКИ наблюдается значитель-
венно₽Р™н °бо”х ФИЛЬТа т°ком гармоники и сущест-
увеличении фильтРации- Например, в режиме 5 при
5 ;енин емкостного сопротивления каждого фильтра на
154
10 % оба фильтра оказываются певего ужен ним,.. т „
фильтруемой гармоники в 1 9 паза И током
1 . ° *»у Р«за по сравнению с tmn
мяльным режимом, и в то же время в сети прохода ток
почти целой гармоники (0,936IJ. В этом режиме само
применение фильтров теряет смысл, так как оба фильтра
перегружены током гармоники и почти не осуществляет
фильтрации. J
3. Более тяжелые режимы работы фильтров возникают
при отклонении их параметров от резонансной настройки
в разные стороны. В режиме 10 в первом фильтре возника-
ет отклонение от резонансной настройки в индуктивную сто-
рону на 20 % от характеристического сопротивления, а во
втором в емкостную сторону на 10 %. Ток гармоники в
первом фильтре увеличивается более чем в 1,6 раза, во вто-
ром — в 3,2 раза, в сети проходит ток, равный 1,59 Zv т е.
больший ток гармоники, чем проходящий в сети при отсут-
ствии фильтров.
Возникает парадоксальная ситуация: фильтры, установ-
ленные специально для уменьшения тока фильтруемой гар-
моники в сети, при данном отклонении их параметров не
только не уменьшают ток гармоники в сети, но и даже уве-
личивают его, при этом сами фильтры значительно пере-
гружаются током. Такое увеличение тока фильтруемой гар-
моники при подключении к шинам подстанции параллель-
ных рассогласованных фильтров называется режимом
антифильтрации. Название полно отражает физическую
сущность рассмотренного явления.
Таким образом параллельная работа фильтров при ре-
альных отклонениях их параметров от резонансной настрой-
ки сопровождается возникновением ненормальных режимов
токораспределения фильтруемой гармоники и существен-
ным ухудшением качества фильтрации.
Для борьбы с возникновением таких режимов предлага-
ется метод обеспечивающий нормальное токораспределе-
ние и равномерную загрузку элементов фильтра током гар-
моники и значительно улучшающий ФИЛЬТ7^У1° остотои
пость папал цельных фильтров. Метод отличается простотой
"ie. и за’ключ^тся в соед«= точек фильт-
ров перемычкой, имеющей малое, при . Р
нулю активное сопротивление. Возникающая при этом схе
ма представлена на рис. 6.34. ППпрлрпяются по
Сопротивления элементов фильтров определякнся
формулам
159
XL1 = а1х- Ха = й> Х; О + Г2 =
I
г г — активные сопротивления реакторов фильтров;
' г’1 —активные сопротивления батарей конденсаторов
фильтров- Ль /с, - токи v-й гармоники в реакторе и бата-
рее первого фильтра; Л2, /С2-токи v-и гармоники в реак-
торе и в батарее второго фильтра.
Рис. 6.34. Схема замещения подстанции при наличии параллельно уста-
новленных силовых фильтров высших гармоник с соединенными сред-
ними точками (схема с перемычкой)
Токи в элементах фильтров и в сети определяются по
следующим формулам, доли от /v:
Ilv = V Ц2 + Л2;
/l2‘ = 1 ^(«1 - 1) - MJ2 + IX (01 - 1) + рАР;
Лл» — Р^р2-р т2;
,№ = СVte - 1) - т(у*+ |т (а, - 1) + И62Р ;
/ст- = ИХ — М2)« + (М, + (.„у»,
где
М =---------------Р1 + Д1+У1^2-У2р2
(t/! + °1 + Y, U2 — V2 н2)2 _р (LZ, 4-^4- Yj v2 4- ¥2 и2У2 ’
>,== ~~~------------ЕС±А + "2 + ^2 U2
1 -Г at 4- и2 — У2 р2)2 (t/i 4- ь, 4- v2 4- 4^2 1/2)а ’
Р - uW1 - ХТ2; Т = цТ2 4- ZTf
100
d, -1/, + Ч>, Ц _ чгг = и
rJXcV v,=~rilx^
а1= 10; = 1+
f2+^' йг+р^
А = (2i_£2Z1 а 2 ri> к . h __ (- кг + Pz r’i)
Г2+“2^ R2 + ₽tx2 ’
По приведенным формулам был выполнен расчет деся-
ти режимов разбаланса параллельных фильтров для схе-
мы с «перемычкой». Результаты приведены в габл. 6.4.
Сравнивая их с результатами расчета токораспределе-
ния в параллельных фильтрах (см. табл. 6.3), можно отме-
тить следующее.
Таблица 6.4. Токораспределение фильтруемой гармоники в
параллельных фильтрах с «перемычкой»
Режим Токи В ДОЛЯХ ОТ /у
ГИ* !L2* 'Cl* ^2* lCv*
1 0,496 0,496 0,496 0,496 0,125
2 0,346 0,398 0,372 0,372 ".263
3 0,442 0,442 0,453 0,430 0,156
4 0,561 0,561 0,547 0,575 0,194
5 0,938 0,938 0,938 0,938 0,936
6 0,470 0,470 0,489 0,451 0,1.30
7 0,437 0,446 0.457 U 426 0,157
8 0.517 0,559 0,536 0,541 0,161
9 0,418 0,480 0,470 0,427 0,149
10 0,'372 0,428 0,430 0,371 0,219
отклонением значе-
режимах, характеризующихся
ния одного элемента параллельных фильтров отноминаль-
ного значения (режимы 2, 3. 4) или отклонением парамет
ров обоих фильтров от резонансной настрони| в одну и ту
же ctodohv (в емкостную или индуктивн} > , - Р
мычкоГне улучшает обществен, о
обеспечивает выравнивание и равн р пепегр
грузки элементов фильтров. Так, в pe.j. исходной
женном втором фильтре уменьшился с 0,722/v в исходной
161
11—721
—Л 44° II Icr=№ в схеме с перемычкой,
схеме до Ilt —у- - качество фильтрации: в сети прохо-
Улучшилось при э ок ! в 0j82 в исходной схеме).
A,'7fB режимах’разнознакового разбаланса фильтров от
пезонансной настройки (режимы 6, 7 8, 9, 10) проявляют-
Р ппРНмужества схемы с «перемычкой». Наряду с выравни-
ваьшем токораспределения в фильтрах происходит сущест-
венное уменьшение их загрузки током гармоники (режимы
8 9 10) и значительное улучшение качества фильтрации.
Особенно ярко это проявляется в режиме 10. В исходной
схеме в этом режиме l-й фильтр перегружен в 1,6 раза,
2-й —в 3,2 раза, в сети проходит ток гармоники, больший
суммарного тока, генерируемого всеми источниками (режим
«антифильтрации»).
Токовая загрузка элементов в схеме параллельных
фильтров с перемычкой (см. рис. 6.31): 1-й фильтр — 7ц* =
=0,372, /С1»=0,43; второй фильтр — Л2* =0,428, 1С2* =
=0,371, в сети проходит ток, равный лишь 0,219 Zv, т. е.
токовая загрузка элементов фильтров составляет 75—87 %
их загрузки в режиме резонансной настройки (режим 1).
Параллельные фильтры обретают свойство эффективной
фильтрации.
Таким образом, соединение накоротко средних точек па-
раллельно работающих фильтров одной гармоники — про-
стое и дешевое средство выравнивания тока гармоники при
отклонении параметров от резонансной настройки, средст-
во, позволяющее осуществить защиту элементов параллель-
ных фильтров от перегрузки по току гармоники; схема
включения параллельных фильтров с «перемычкой» позво-
ляет поддерживать на достаточно высоком уровне качество
Ф льтрации гармоники тока в сети, является защитой от
пийиИКН0ВеНИЯ в паРаллельно включенных фильтрах ава-
рийного режима «антифильтрации».
Глава седьмая
Г 2 РЕЖИМЫ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ
7.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕСИММЕТРИЧНЫХ
РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Несимметричным режимом работы трехфазной
системы называется такой режим, при котором условия ра-
боты фаз не одинаковы. Это может быть из-за несимметрии
источников тока, из-за неполмофазных режимов работы эле-
ментов электрической сети, например при пофазном отклю-
чении линий и трансформаторов для ремонта. На промыш-
ленных предприятиях применяются электроприемники с
различной нагрузкой по фазам — это такие установки, из-
готовление которых в симметричном трехфазном исполне-
нии или невозможно, или нецелесообразно по технико-эко-
номическим показателям. К таким установкам относятся
индукционные электропечи, печи электрошлакового пере-
плава, электрифицированный на переменном токе железно-
дорожный транспорт и другие технологические установки.
(Современное развитие промышленной энергетики харак-
теризуется ростом числа и мощности электроустановок с
несимметричной нагрузкой. Это отрицательно влияет на ка-
чество электроэнергии и ухудшает режимы работы других
электроприемников. В результате неодинаковой нагрузки
фаз снижается пропускная способность электросети, увели-
чиваются потери электроэнергии, повышается нагрев элек-
трических машин, снижается надежность и экономичность
производства, передачи и потребления электроэнергию
Несимметрия нагрузки бывает однофазная и двухфаз-
ная. Наиболее характерна однофазная несимметрия, мно-
гофазную несимметрию можно разложить на эквивалент-
ные однофазные нагрузки [23]. Для уменьшения вредного
влияния несимметричных режимов и для выполнитя ip
ваний по качеству электроэнергии применяются специа
ные схемы включения однофазных приемнике’ Р„
компенсации реактивной мощности, а такжеq ‘
симметрирующие устройства. Несимметрия называет-
фазным отключением линий и трансформа р •
ся продольной неенмметрвей.
поперечной несимметрией. Несимметр! р
ют длительные и кратковременные^
163
11*
7.2. МНОГОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ПРИ НЕСИММЕТРИИ НАГРУЗКИ
Электрические сети промышленных предприятий,
распределяющие электроэнергию на напряжении ниже 1 кВ,
। троятся трех- и четырехпроводными. Режимы работы этих
сетей- при несимметричной нагрузке различны, а при сим-
метричной одинаковы.
Принципиальная схема трехфазной четырехпроводной
сети 380 В показана на рис. 7.1. Нагрузка и источник — по-
Рис 7 I. Схема четырехпроводной трехфазной системы при соединении
источника и нагрузки в звезду
нижающий трансформатор (6—10)/0,4кВ— на стороне
низшего напряжения НН соединяются в звезду. Линейные
провода Аа, ВЬ, Сс соединяют зажимы источника и нагруз-
ки и передают линейные токи /а, /в и /с к потребителю.
Нулевой (нейтральный) провод 00' соединяет нулевые точ-
ки (нейтрали) источника и нагрузки. Ток нулевого провода
/о при несимметричной нагрузке не равен нулю.
Анализируя режимы систем электроснабжения промыш-
ленных предприятий при несимметричных нагрузках, будем
эдить из того, что подведенное от источников напряже-
ние симметрично (рис. 7.2), а сопротивления линейных про-
водов и нулевого провода равны нулю. При таком допуще-
и каждая фаза работает независимо от других. Токи в
„ J висеть лишь от нагрузочных сопротивлений,
их значения в общем случае различны:
л ~ '
Ток в нулевом
токов (рис 7.3):
Ua . I __ ив , __
Z’ В Z ’ ‘с~ ~7~
А Zc
(7.1)
проводе равен векторной сумме фазных
I» ~ [а + [и Ь [с-
1Ь4
Рис. 7.2. Векторная диа-
грамма напряжений источ-
ника
Рис. 7.3. Векторная
фазах и в нулевом
метричной нагрузке
диаграмма токпв в
проводе при несим-
Несим метрик) нагрузок в промышленных сетях напря-
жением 380 В стремятся ограничивать путем возможно бо-
лее равномерного распределения однофазных нагрузок по
фазам. Благодаря этому уменьшается ток 10 и может быть
снижено до 50 % сечение нулевого провода по сравнению с
проводами фаз.
Если в схеме рис. 7.1 разомкнуть нулевой провод, то при
несимметричной нагрузке прервется ток в нулевом проводе
и возникнет разность потенциалов между точками 00', на-
зываемая напряжением смещения нейтрали нагрузки [705^0.
И чем больше несимметрия нагрузок, тем больше напряже-
ние смещения Uo. Векторная диаграмма напряжений иска-
жается: вместо представленной на рис. 7.2 диаграммы по-
лучается диаграмма с резко измененными, несимметрич!
ми напряжениями, приведенная на рис. 7.4 Ток нейтрали
/о=О, сумма фазных токов_/а+£в+/с=0. Следовательно,
несимметрия нагрузки в схеме
звезды при отключенном нулевом
проводе приводит к несимметрии
фазных напряжений нагрузки.
И лишь при симметричной нагруз-
ке токи и напряжения во всех фа-
зах трехпроводной системы оди-
наковы.
В распределительных сетях
6—10 кВ промышленных предпри
ятий обмотки вторичного напря-
жения трансформаторов главных
понижающих подстанций и пер-
вичные обмотки цеховых транс-
форматоров (б—Ю)/0,4 кВ вклк
диа-
p.... 7.4. Векторная
грамма напряжений источ-
ника и нагрузки в трехпро-
водной схеме с несиммет-
ричной нагрузкой
J65
Рис 7 5 Схема трехпроводной трехфазной системы при соединении ис-
точника'и нагрузки в треугольник
цепи приведена
в звезду фазные
чаются в треугольник. Схема трехфазной
на рис. 7.5. В отличие от схемы соединения
напряжения при соединении в треугольник равны линейным
напряжениям: (7ф=^л. В трехпроводных цепях лишь при
симметричной нагрузке векторы фазных и линейных токов
образуют симметричные системы.
При несимметрии нагрузки в трехлинейных схемах звез-
ды и треугольника напряжение удобно рассчитывать по ме-
тоду симметричных составляющих. Для случая однофазной
нагрузки (рис. 7.6, а) построены симметричные составляю-
щие (рис. 7.6, б) и векторная диаграмма токов (рис. 7.6, в).
Примером мощной несимметричной промышленной нагруз-
ки являются дуговые сталеплавильные печи, которые обыч-
но являются установками трехфазного тока 6—10 и 35 кВ.
Эти их сети работают с изолированной нейтралью. При ра-
боте дуговых печей вследствие колебаний токов дуг дейст-
вующие значения токов в любой момент времени образуют
несимметричную систему. Несимметрия токов усугубляется
различием уставок регуляторов напряжений. При работе
дуговых печей в сети происходит колебание значений токов
Дуг разных фаз. Действующие значения токов фаз разли-
чаются. Несимметрия токов фаз приводит к несимметрии
напряжений в питающей и распределительной сети. Мощ-
ость дуговых сталеплавильных печей велика, поэтому не-
ч мметрия токов и напряжений в ряде случаев превышает
Г(ЩтГИ1ч^поЗНсХ*Ние’ особенно в период расплавления. По
пни и ограничивается коэффициент несиммет-
ыг "гнмметрнчная трехфазная система токов (рис. 7.7)
г - в Л а.иГ“ ₽ааложена на симметричные составляющие то-
Р о , обратной и нулевой последовательностей /1.
г- о. ак как дуговые печи строятся с непроводящей по-
пе
Рис. 7.6. Схема (а) и векторные диаграммы (б, в) токов трехфазной се-
ти при однофазной нагрузке
Рис. 7.7. Симметрирование однофазной (дв^фааН°И’ ” 1 У
« - схема Штейнметца; б-г - векторные диагра )б7
лнной и без нулевого провода между нейтралями печи и печ-
ного трансформатора. Таким образом, первичные и вторич-
не цепи печей являются трехпроводными без нулевого
поовода Нулевая составляющая тока отсутствует, поэтому
можно записать /о=О. С помощью осциллографа нетруДНо
получить мгновенные значения токов фаз. Модули токов
трехпроводной системы образуют треугольник. При анали-
зе несимметричного режима целесообразно вычислять ко-
эффициент несимметрии через модули (действующие значе-
ния) токов фаз, которые можно измерить тремя стрелочны-
ми амперметрами.
Наибольшее значение коэффициента несимметрии при-
ходится на начало плавки, на проплавку колодцев после
завала шихты. Оценка зависимости производительности ду-
говых печей выполняется с учетом качества шихты и каче-
ства ведения технологического процесса в печах. Если вести
плавку при е<2 %, то уменьшится удельный расход элек-
троэнергии на 1 т металла, сократится время плавки и из-
нос печного оборудования. Кроме того, такие трехфазные
нагрузки, как дуговые сталеплавильные печи, в процессе
работы создают нестабильную, все время изменяющуюся
несимметрию нагрузки фаз. Токи в фазах изменяются неза-
висимо, под действием случайных факторов. Осциллограм-
ма токов в фазах дуговых печей приведена в гл. 1 (см. рис.
1.1, а). Таким образом, несимметрия нагрузок и вызванная
ею несимметрия напряжений и токов в трехфазных сетях
промышленных предприятий бывают постоянными и крат-
ковременными, перемежающимися.
г .1 _ 73- ВЛИЯНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ НАГРУЗОК
НА РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ
(Ьазнгш Р,,9ри несимметричном режиме напряжений в трех-
и нулевой п е П0ЯВЛяются токи и напряжения обратной
тельное™ " ледивательности- Токи обратной последова-
Хронное по пр Д' ЮТ В электРических машинах обратное син-
полеТавошГв Xй 10° Эт° ма™™е вращающееся
ЭДС и токи inn г м°тках роторов электрических машин
ков 100 Гп ия о»1*' Ьсли разложить это поле и поле от то-
эдс И токи п ™ Метрич?ые составляющие, то возникнут
ных частот я а7оре 7Р0ЙН°й частоты и спектр всех нечет-
которые создадут Мо1ках РОт°ра — спектр четных частот,
машин. Поэт7м7 " вызовут нагрев электрических
У Ра ота синхронных генераторов и синхрон-
VC
ных компенсаторов разрешается только ппН п,
фаз статора не более чем на 10 % / т ' различин токов
обратной последовательности в сиюиюиии?1»
двигателях не только вызывают до™
„ вибрацию; обратное синхрон,«Хе сомае" ТРеВ- "-°
ствуюший момент уменьшающий полезный моментТва'
лу двигателей. Пульсация мощности с двойной частотой
создает толчки электромагнитной мощности на электрообо
рудование. По данным исследований [231 срок службы
асинхронных двигателей при несимметрии напряжений 4 %
сокращается вдвое. По тем же причинам нарушается режим
работы^ трехфазных вентильных мостов и конденсаторных
батарей. Приведенные выше примеры подтверждают важ-
ность разработки устройств и мероприятий для симметри-
рования параметров режима нагрузки.
Рассмотрим влияние несимметрии и одновременно неси-
нусоидальности части нагрузок на режим работы наиболее
распространенного вида электроприемников — асинхронных
двигателей с короткозамкнутым ротором.
Используя метод наложения, можно представить асин-
хронный двигатель, подключенный к сети с несимметрич-
ным и несинусоидальным напряжением, в виде ряда двига-
телей, расположенных на одном валу и создающих эквива-
лентный вращающий момент. При этом каждый двигатель
включен на напряжение своей частоты (т. е. соотвев гв
щей гармоники), своего чередования фаз — в
от той симметричной составляющей, которуюi он1 эквив '
тирует, и имеет соответствующие параметр . Р
ЧаСЕ°слиВойийИвалТв?его ряда Двигателе^е^е^
вращения и2 при синхр°^
скольжение двигателя, вклю тенн лгпрт оавно-
последовательности первой гармоники, будет равно. _
Пенях Я2 (7--)
«1 = -——' •
Л СИНХ
(7.3)
Для эквивалентных ^"^^а'вращения ‘ в Гр™
высших гармоник синхронная частота вр
больше, и скольжение будет ра
s = 1 ±
»v V
симметричным составляющим,
где знак плюс соответС‘^^вращения, а знак минус соз-
создающим встречные по Г
направленные одинаково с основным вра-
щающимся магнитным полем всех гарМ0НИК> кроме первой;
Из (7.3) внди°- 4 °ак с р0СТ0М v второе слагаемое из-за
скольжение т иближается к нулю. Это значит, что
роста знаменателя Рнгателщ кроме первого, можно рас-
все эквивалентные д ы„ двигатеЛь в заторможенном
сматривать как d *^е КЗ И только двигатель, подклю-
состоянии т-еДРнию первой гармоники, имеет момент и
ченныи к напря пПИгатель включенный на симметрич-
потери,Ла.КЛунное напряжение 50 Гц. Все остальные дви-
г”а«“^=Х°ноГО ряда ЛИШЬ вызывают допоиНигель-
ные потери, приводящие к перегреву ротора и стато-
pa Г2г„. Суммарные потери по всему ряду двигателей
составляют:
. ,2 ,2 _____
aU>„ = ^Z^(v + /v±l), (7.4)
где АРм1 пом — потери в обмотках при номинальном токе;
t/,v —кратность амплитуды v-й гармоники напряжения от-
носительно t/Ht,M двигателя; /п — кратность пускового тока
двигателя.
Потери от токов обратной последовательности, вызывае-
мых несимметрией нагрузок фаз, составляют:
= ^4-2.41,
где а = t/O6p/t/ном — коэффициент несимметрии.
Потери в стали
/ 1 \2 IJ2
р = Р [JI / 1 Vи.з_п /7 51
CTV СТ, ном и f I /у — гст,ном“^7~ »
где Рст,пом — потери в стали при t/KOM; fv — частота v-й гар-
моники.
Коэффициент полезного действия двигателя снижается
до значения
T] = ^н°м Г)иом (7 6)
^НОМ 4* 2Ру
где LPv сумма дополнительных потерь в асинхронном
ностью нТпряТенияЛеННЬ1Х песимметРией и несинусоидаль-
ностиКнагп\бЛаЗОМ’ влияние несимметрии и несинусоидаль-
РУ ки и вызванное этим искажение напряжений
170
и токов по значению и форме кривой и(1\ и ш\
ся в повышении потерь мощности и снижении )Кг1РпЯВЛЯет’
допустимой
тельным нагревом двигателей, снижением' их
нагрузки.
Аналогичное влияние оказывается на всю
одна фаза загружается до номинального'значения'
тальные недогружаются. Увеличивается г------------
прямленного напряжения вследствие неравенства"напояже-
• ГТ ГА гН ГТ ТЛ ОГЛ ^Л ТА о гл rx гг п гт » »» > * л
„ ---- на всю электросеть
СнИЖ1е1СЯ Г^О"У,СКЛ!Я/ПОСОбность се™. так как только
тальные недогружаются. Увеличивается пул'ьсация2 вы
прямленного напряжения вследствие неравенства напряже-
ний по фазам преобразовательных агрегатов. Электриче-
ское освещение работает в ненормальных условиях, так
как часть ламп, подключенных к фазе с пониженным на-
пряжением, работает с пониженным световым потоком, а
другая часть, подключенная к фазе с повышенным напряже-
нием, быстро перегорает. При несимметрии напряжений не-
равномерно загружаются реактивной мощностью фазы ба-
тарей конденсаторов: в фазе с пониженным напряжением
реактивная мощность, выдаваемая в сеть, понижается, а в
других фазах повышается пропорционально квадрату на-
пряжения. Это увеличивает несимметрию напряжений.
7.4. СИММЕТРИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИИ В
СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
<Для уменьшения влияния несимметрии напряже-
ний производится симметрирование напряжения. Под сим-
метрированием понимается применение мерощ ии для
уменьшения напряжений и токов обратнойi иi нулi
следовательностей. Симметрирование тем эффее’ ли_
больше мощность однофазных нагрузок, Р электро-
нн., электрической сети (т. е. больше хД .®ро*е электрт
энергия и дешевл' более важно сниже-
ских распределительных сетях 0О“ ельности, чем
ние токов и напряжении 0^РатН°пгате7И переменного тока
нулевой, так как ,,„„ейнш напряжений^
более чувствительны к месим! е р диаграмма то-
На рис. 7.6 показаны схема «?рех фаз
ков симметричных составляюти ь , д и резуЛьтн.
при наличии нагрузки то^ De^liM нагрузки создается,
рующие векторы токов la Р сопротивления к
например, при подключении одной печ ТВ1Ш на-
шипам 0,4 кВ четырехпроводноп сети пр
R и С Требуется найти способ снижения
грузки в Фаза?'Дг„рв0Й последовательностей для сниже-
токов обратном и ну. д0 2 %. Из рис. 7.6,0 вид-
имя коэффициента ве нагрузки по фазам нельзя вое-
“• ,ТО однофазной нагруз-
пользойТЬСЯИПРН ,наковых нагрузок в трех фазах.
Тп'ебуется применение симметрирующих устройств.
Симметрирование нагрузок обычно осуществляется ин-
пуктивностью и емкостью, так как включение активных
сопротивлений для симметрирования приводит к потребле-
нию дополнительной активной мощности. На рис. 7.7 по-
казана схема симметрирования однофазной нагрузки. На
напряжение /7вс включена нагрузка ZH, а в других двух фа-
зах треугольника включаются симметрирующие емкость
БК и индуктивность L. Параллельно нагрузке Zn включена
емкость Ску, полностью компенсирующая реактивную сос-
тавляющую нагрузки. Это позволяет рассматривать на-
грузку как чисто активную.
На рис. 7.7, б построена векторная диаграмма напря-
жений и токов в фазах нагрузки и симметрирующего уст-
ройства, построенная из центра 0. Ток нагрузки /н является
чисто активным, совпадает по направлению с напряже-
нием Г7вс. Ток в фазе АВ IL индуктивный, отстает от напря-
жения UAB на 90°. Ток в фазе СА /бк емкостный, опережа-
ет на 90° напряжение UCa. Сложением векторов токов фаз
треугольника (/н, /с и /бк) по первому закону Кирхгофа
для узлов А, В, С находим линейные токи /д, 1В, 1с, обра-
зующие звезду токов трехфазпой цепи. При соответствую-
щем подборе индуктивности L и емкости БК можно до-
биться симметрии линейных токов е„^2 %.
Если активная нагрузка /?н изменяется в технологиче-
ском процессе, то надо регулировать параметры симметри-
рующего устройства L, С так, чтобы избежать недопусти-
мой несимметрии при неполной! нагрузке. Для этого приме-
няют регулируемые конденсаторные батареи и дроссели с
подмагничиванием сердечника.
<Ь™?йТи?СТречаеТСЯ друг0Й вид несимметрии —от двух-
иофазны ГприК”Н,/НаПрИМе₽ При Ремонте одной из трех од-
iidS S (С“- рис- Возникают равные токи
Лгопмр обРатнои последовательностей (рис 77 б в)
Д»у“фа3,,ый\окТт^'"ь(Р"С.77’е) дают токи /в я’/е-
такой нагпузкя ппкмдХ(раЗН011 цеП|,‘ Лля симметрирования
“ая на рис. 7.7 а няется схема Штейнметца, приведен-
172
Сложно симметрировать резкопеременную нагрузку с
изменяющейся несимметрией и при этом генерирующую
высшие гармоники: нагрузку дуговых и руднотермических
печей, сварки. Такие потребители являются, как правило,
очень мощными, и поэтому задача нормализации качества
электроэнергии в питающих их сетях стала одной из ак-
туальных в системах электроснабжения. Для повышения
качества электроэнергии и одновременно для компенсации
реактивной мощности разрабатываются многофункциональ-
ные фпльтросимметрирующие устройства (ФСУ).
ТА
Рис. 7.8. Схема многофункционального быстр У
ского компенсирующего и симметрирующего устро
173
обеспечивается быстродействие ФСУ, их
В Гэтом отношении ФСУ более
гт Л 7Я понведена схема многофункционального
Троенного на основе статических тиристорных
Ct₽He«ToDPOB тиристорных ключей, линейных реакторов
компенсаторе , Р Предполагается их широкое при-
и регулируемых БК 6ыстсодействие ФСУ. их
U0NPMHP Т2К КаК ----
защищенность от высших гармоник, и при этом отсутству-
ют вращающиеся части, е -----
совершенны, чем быстродействующие синхронные компен-
саторы и нерегулируемые БК.
Принцип действия ФСУ показан на рис. 7.8. Измери-
тельные трансформаторы тока и напряжения передают по-
казания мгновенных значений токов м, iB, ic и напряжений
ид, ив, Ис, а также реактивной Qa, Qb, Qc и активной Рд,
р 'в, Рс мощности в систему регулирования ФСУ. Тиристор-
но-реакторная группа, содержащая тиристорные ключи
VD1, VD2, VD3 и реакторы LR, управляется системами ав-
томатического регулирования САР-1, 2, 3. Фильтрокомпен-
сирующие устройства ФКУ1 и ФКУ2 представляют собой
комбинированные многополюсные трехфазные фильтры 3,
5 и 7-й гармоник, включающие реакторы 3, 5, 7 и БК1, БК2
с вакуумными выключателями QW1 и QW2. Система уп-
равления регулирует величину реактивной мощности от-
дельно в каждой фазе компенсатора путем изменения уг-
лов открытия вентилей VD1—VD3, причем регулируется
не емкость, а индуктивность. Фильтрокомпенсирующие
устройства настроены на определенную постоянную мощ-
ность, а регулируемые реакторы снижают эту постоянную
е .костную мощность до того уровня, который необходим
Для регулирования заданного напряжения.
7.5. РАСЧЕТЫ КОЭФФИЦИЕНТА НЕСИММЕТРИИ
ПРИ СИММЕТРИРОВАНИИ НАГРУЗКИ
Лап?яжение обРа™ой последовательности в пре.
делах до 2 /0 с/1ЮМ допустимо на зажимах любого трехфаз-
ного электроприемника (см. § 2.7):
= ЮО <2%.
{'НОМ
поелппиЛЛТВЛеННОИ электРическ°й сети промышленного
в- определенис напряжения обратной последо-
ляющих с ппЛ'П0ЛНЯеТСЯ П0 методу симметричных состав-
грузок Фаз В Лением- сражений несимметричных на-
грузок фаз в комплексной форме. Для практического рас-
174
(7.7)
чета можно применять 6опрр
коэффициента несимметрии [23], % ростое выражение
е«< = :S~-100,
где SH,o расчетная мощность однофазной нагрузки- 5К—.
мощность КЗ в точке подключения однофазной нагрузки.
Если значение коэффициента несимметрии оказывается
больше 2 % с^ном, то выбирается симметрирующее устрой-
ство, которое решает задачи симметрирования нагрузки и
компенсации ее реактивной мощности. Поэтому мощность
емкостного элемента суммирующего устройства Qr у выби-
рается из условия компенсации реактивной нагрузки в ре-
жиме прямой последовательности:
конденсаторной батареи, кото-
источников
Qc,y — QK,y. (7-8)
Положительные значения Qc,y соответствуют индуктив-
ной мощности в элементе симметрирующего устройства, а
отрицательные — мощности
рую надо ввести.
При наличии в данном нагрузочном узле
высших гармоник следует проверять, не возникают ли в
симметрирующем устройстве резонансы токов на частотах
генерируемых гармоник. Если по этой причине появляется
перегрузка БК токами высших гармоник, то предусматри-
вается последовательное с конденсаторами включение ре-
акторов для защиты конденсаторной батареи от проникно-
вения высших гармоник^
Пример 7.1. Определить коэффициенты несимметрии напряжения
и выбрать мощность симметрирующего устройства, еслиi включае ся
однофазная электропечь мощностью 5000 кВ A, cos <р , в Р
делительную сеть 6 кВ завода. Мощность КЗ в сети состаВЛ’’В’ "
= 136 МВ-А. Мощность компенсирующего устройствапо j .
тимальной компенсации (см. гл. 9) составляет QK.f= КВНЯпПЯЖения
Решение. Определяем коэффициент несимметрии напряжения
по упрощенной формуле (7.7), отн. ед (%)
ен = Sh.o/Sk = 5/136 = 0,0365 (3,65%).
Полученное '"’Z" y”Z”
t/яох. Поэтому требуется уставов и ВКЛючаем Qc., в качест-
условия (7.8) находим Qc.y-Qx.y-^ р 77 ,
ве БК симметрирующего устройства (см. рис. 7.7, а).
175
7R ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК
ПГКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ
НЕСИММЕТРИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
НАПРЯЖЕНИЕМ НИЖЕ I кВ
Распределительные сети 380 В промышленных
поедприятий включаются по четырехпроводной трехфазной
схеме с глухим заземлением нейтрали. На предприятиях
горной промышленности и других предприятиях с особыми
требованиями по технике безопасности применяются трех-
проводные сети 380 В с изолированной нейтралью. Сети
660 В также могут включаться по трех- и четырехпроводной
схеме, как и сети 380 В. В § 7.1 показано, что в трехпровод-
ной сети при несимметричной нагрузке резко изменяются
фазные напряжения. Поэтому трехпроводная сеть применя-
ется для электроснабжения трехфазных двигателей и дру-
гих трехфазных электроприемников с симметричной на-
грузкой. На промышленных предприятиях в основном при-
меняется четырехпроводная сеть напряжением до 1 кВ,
обеспечивающая более симметричные фазные напряжения
при питании совместно и трехфазиых, и однофазных нагру-
зок, в том числе электроосвещения.
В электросетях напряжением до 1 кВ предприятий од-
нофазные электроприемнпкн (электропечи, сварка, светиль-
ники и т. д.) чаще включаются на фазное напряжение и
поэтому чувствительны к несимметрии фазных напряжений.
Несимметрия фазных напряжений характеризуется коэф-
фициентом неуравновешенности или коэффициентом сме-
щения нейтрали:
^нУ — ~ . (7.9)
Часть однофазных электропрнемников включается на
линейное напряжение и чувствительна только к неспммет-
состяп'1ХН1^НН1“Х ГПрЯЖеН,1Й> проявляющейся при наличии
ьХемпТ,^ежжбраТН0Й послед0вательности П2 и характе-
сании носиммФА?пЦНеИТ°М несимметРии ен. Вопросы компен-
выше ‘ рин ПРН повышенном еп рассматривались
нег”ко2ш,ИЛ„С?!ЩеНИЯ ,,ейтРали Со (н зависящий от
«о формуле ' "тРавновешеиности /<„у) определяется
(7.10)
17Ь
Возможности снижения тока /0 ограничиваются вреде
ламп возможностей выравнивания нагрузок фаз. Сопрогнв
леиие нулевой последовательности Zn зависит от сечения
нулевого провода, его длины и включаемых в нейтраль ап-
паратов. Но определяющее значение па величину Zo ока-
зывает сопротивление нулевой последовательности гран
сформаторов, питающих сеть напряжением 380 -660 В, ко-
торое зависит от группы соединения их обмоток.
На рис. 7.9 приведены схемы первичных и вторичных
обмоток трансформаторов (6—10)/(0,4—0,69) кВ, пути про-
хождения токов нулевой последовательности и схемы за-
мещения [11]. Наибольшее распространение ранее получил
трансформатор с соединением обмоток У/Уо, как наибо-
лее простой по конструкции и экономичный по расходу ак-
тивных материалов. На рис. 7.9, в приведена его схема, из
которой видно, что токи нулевой последовательности имеют
путь для замыкания только через вторичную обмотку х2 и
цепь намагничивания хц, т. е. через цепь с большим сопро-
тивлением нулевой последовательности; магнитный поток,
наведенный токами нулевой последовательности, замыка-
ется через бак трансформатора. Однофазный ток КЗ на
выводах вторичной обмотки такого трансформатора ра-
вен [И]:
7'1’ =----= (3,6 ч-5,3)/ном.т, (7.11)
Х1 + х2 4*
где Л'ь х2, х0— сопротивления прямой, обратной и нулевой
последовательностей; /иом, т — номинальный ток вторичной
обмотки трансформатора.
Таким образом, соединение обмоток трансформатора по
схеме У/Уо создает большое сопротивление нулевой после-
довательности, повышенное значение Кпу; токи однофазно-
го КЗ в сети напряжением ниже 1 кВ недостаточны тля
срабатывания расцепителей автоматических выключателей
и для перегорания предохранителей. Из-за этого приходит-
ся повышать мощность трансформаторов, чтобы добиться
чувствительности защит.
Соединение обмоток тех же трансформаторов по схеме
У/у И У/Д не создает путей для замыкания токов нулевой
последовательности (рис. 7.9, с, б) и применяется только в
трехпроводных сетях.
Более благоприятна схема соединения обмоток тран-
сформаторов (6—10)/0,4 кВ Д/Уо> в которой обеспечен путь
для замыкания токов нулевой последовательности в греу-
12—721 177
Рис. 7.9. Схемы соединения обмоток трансформаторов цеховых транс-
форматорных подстанций ц токи нулевой последовательности
гольнике (рис. 7.9,г). Благодаря этому сопротивление ну-
левой последовательности трансформатора становится на
коэФФициент Кну — также ниже, а ток одно-
фазного КЗ -- выше:
/<>>
17/ном.т.
(7.12)
I7fc
Благодаря этому минимальная мощность трансформа-
торов, при которой ток /О) достаточен для с^ективного
действия защиты сети 380 В предохранителями, составля-
ет 400 кВ-А. Поэтому «Инструкция по проектированию си-
лового и осветительного оборудования промышленных
предприятии» СН 357-77 Госстроя СССР предусматривает
включение обмоток трансформаторов мощностью 400кВ-А
и выше по схеме Д/Уо, а трансформаторов от 250 кВ-А и
ниже — по схеме У
Трансформатор с соединением обмоток по схеме У/Z
стоит дороже, так как его вторичная обмотка каждой фа-
зы состоит из двух полуобмоток, одна из которых распола-
гается на своем стержне магнитопровода, а вторая — на
стержне соседней фазы. При соответствующем конструктив-
ном исполнении обмоток сопротивление нулевой последо-
вательности вторичной обмотки, включенной в зигзаг,
можно значительно снизить (вплоть до нулевого значения—
при схеме встречного зигзага) путем использования взаи-
моиндукции (—хц). Максимальный ток при однофазном
КЗ за трансформатором при схеме У/Zo увеличивается до
величины
/(’> ___ 07/
в к — ‘ ном,т.
(7.13)
Этого достаточно для обеспечения селективности дей-
ствия защиты в сетях напряжением до 1 кВ с трансформа-
торами малой мощности.
Таким образом, выбором схемы включения обмоток
трансформаторов можно в широких пределах изменять со-
противление нулевой последовательности х0 и напряжение
смещения нейтрали Uo, уменьшая несимметрпю фазных на-
пряжений. , „
Другим мероприятием по уменьшению сопротивления
всех последовательностей трансформатора почти вдвое (при
относительно малом внешнем сопротивлении цеховых тран-
сформаторных подстанций) является включение трансфор-
маторов на параллельную работу. Но при этом тонн КЗ
могут почти удвоиться, кроме того, защита замкнутых се
теГннже I кВ усложняется. Поэтому практическое приме-
нение замкнутых распределительных сетей в с^теме
роснабженпя промышленных предприя i глубоким
но, и обычно применяются разомкнутые сети с глубоким
секционированием,
1'9
12
Глава восьмая
РЕЖИМЫ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
С РЕЗКОЛЕРЕМЕННЫМИ нагрузками
8 1 ОТКЛОНЕНИЯ и КОЛЕБАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
ПРИ РАБОТЕ РЕЗКОПЕРЕА1ЕННЫХ НАГРУЗОК
Наличие резкопеременных нагрузок требует
тщательного подхода к выборупараметров системы элект-
роснабжения и ее элементов. {'Основными вопросами, воз-
никающими при работе систем электроснабжения с резко-
переменными нагрузками, являются определение расчетных
активных и реактивных нагрузок, определение размахов
колебаний активной и реактивной мощности и связанных
с ними колебаний напряжения и частоты, расчет и выбор
параметров устройств, улучшающих качество электроэнер-
гии.
При работе резкопеременных нагрузок наиболее замет-
ное снижение качества электроэнергии проявляется в виде
колебаний напряжения и отклонений его от номинального
значения.
Определяющими нормами качества электроэнергии по
колебаниям напряжения для электроприемнпков общего
назначения являются нормы на выводах осветительных
ламп, в основном ламп накаливаний
Большие отклонения V и колебания напряжения 6V в
питающей сети возникают при работе мощных (по отно-
шению к мощности КЗ) потребителей электроэнергии, на-
грузка которых имеет резкопеременный характер. К таким
потребителям могут быть отнесены дуговые печи, свароч-
ные аппараты и управляемые вентильные преобразователи.
Возникновение отклонений и колебаний напряжения
можно рассмотреть на примере работы нагрузки с мощным
вентильным преобразователем. Схема его питания и схема
замещения питающей сети приведены на рис. 8.1. Эквива-
лентное суммарное сопротивление питающей сети пред-
ставлено индуктивным х£ и активным rs сопротивлениями.
Соотношение индуктивного и активного сопротивлений пи-
тающей сети для промышленных сетей можно оценить
х,/гх=в 10+30.
Векторная диаграмма напряжений приведена па рис.
Z Юк нагрузки вентильного преобразователя /нг пред-
Рис. 8.1. Схема питания мощного вентильного преобразователя (а) и
схема замещения питающей сети (б)
Рис. 8.2. Векторная диаграмма напряжений
ставлен векторной суммой активной и реактивной составля-
ющих тока. При отключенном вентильном преобразователе
напряжение на шинах равно напряжению холостого хода
UK=zUnr, а при допущении отсутствия прочей нагрузки оно
совпадает с вектором напряжения питающей системы. При
включении нагрузки через сопротивление питающей систе-
мы течет ток нагрузки, который создает изменение напря-
жения на шинах как по фазе, так и по амплитуде.
Изменение напряжения представлено векторами hr г;
/ал'д; /рТд. Из векторной диаграммы видно, что изме-
нение (уменьшение) напряжения определяется в основном
Ш
, r „ (это тем более справедливо,
двумя вектора'’И'-а-\ Йе превышает 10е). Следовательно,
точностью для практических расчетов откло-
Senm иТмебавпя напряжения могут быть определены по
формуле
и = (8.1)
о ном
Разница между отклонениями и колебаниями напряже-
ние в данном случае состоит только в скорости изменения
напряжения. Формула (8.1) может быть преобразована к
виду
р = W-« Дг.'уДУ, (8,2)
где Р н Q— активная и реактивная мощность преобразова-
теля; 5К — мощность КЗ на шинах питания.
Любое изменение нагрузки также приводит к измене-
нию напряжения, следовательно,
АРгу Ду + Д(? ДР (0,03—0,10) +AQ
rs/x2.
(8Л)
V = W « , (g 3)
Как следует из формулы (8.3) .(отклонения напряжения
в основном определяются изменением реактивной мощно-
сти. Изменение активной мощности в промышленных сетях
мало влияет на напряжение из-за соотношения активного
и реактивного сопротивлений питающей системы
Для ориентировочных расчетов можно принять:
SK
Колебания напряжения вызывают мерцание ламп осве-
щения, нарушение нормальной работы телевидения,
средстг связи, а также силовых статических преобразова-
г . Воздействие мерцаний света на зрение зависит от
величины колебаний напряжения и их частоты. Исследова-
ния показали, что глаз человека наиболее чувствителен к
мерцаниям света ламп накаливания с частотой, находящей-
ся в пределах 4 10 1ц. При этом глаз начинает ощущать
эти мерцания начиная с 0,25 % номинального напряжения,
1 - ные ощущения возникают при напряжении, равном
из /0 люминесцентные светильники менее чувствительны
Гг ^е2аНИЯМ напРяжения при указанных выше частотах,
' оолее чувствительны при частотах свыше 20 Гц; [9].
1L2
Существуют различные способы оценки допустимых зна-
чений колебаний напряжения, обусловленных работой
электроприемников, в зависимости от воздействия на чело-
века мерцаний, вызванных этими колебаниями. В Японии
для этой цели в качестве эталона приняты колебания на-
пряжения с частотой 10 Гц [9]. Исследованиями установле-
но, что при эффективном значении напряжения 100 В ко-
лебания напряжения с частотой 10 Гц не должны превы-
шать 0,32—0,45 В (0,32 В — среднее значение Д{710ср и
0,45 В — максимальное значение ДСЛотах, что соответству-
ет 0,32 и 0,45%)- При этом под Д[/10 понимается ампли-
туда переменной составляющей напряжения (эффектив-
ное значение). Колебания напряжения других частот
приводятся к частоте 10 Гц с помощью эксперименталь-
ной кривой (рис. 8.3), показывающей зависимость от-
носительной чувствительности глаза к колебаниям напря-
жения от частоты колебаний. При этом чувствительность к
колебаниям с частотой 10 Гц принята за единицу. Из кри-
вой следует, что по степени воздействия на зрение челове-
ка колебания 1 % при частоте 1 Гц эквивалентны колеба-
ниям 0,26 % при частоте 10 Гц.
Если имеются колебания разных частот, то уровень ко-
лебаний напряжения, приведенный к частоте 10 Гц, опре-
деляется по формуле
= 1% 4F+-.+
где Pf — относительная чувствительность (рис. 8.3); Atzf—
Рис. 8.3. Зависимость относитель-
ной чувствительности зрения от
частоты колебаний напряжения
Рис. 8.4. Интегральная кривая
распределения вероятности ю ie-
баний напряжения
183
жевания чзсгогы; - эквивалентное колебание „а-
пряжения, приведенное к частоте 10 1ц.
Учитывая что описанная оценка колебании напряжения
может быть выполнена только на действующей установке,
опенка колебаний напряжения для вновь строящихся ус-
тановок производится по максимальным колебаниям реак-
тивной мощности. При этом в японской практике принима-
ется что если определенное таким образом максимальное
колебание напряжения менее 2 %, то никаких мер по сни-
жению колебаний не предусматривается; если колебания
2,5 %, то эти меры должны предусматриваться, а в диапа-
зоне 2—2,5 % они должны предусматриваться при наличии
жалоб.
В Англин [10] оценка действующих установок произво-
дится по интегральным кривым распределения вероятности
колебаний напряжения. Эти кривые представляют собой
зависимость относительной продолжительности времени, в
течение которого колебания напряжения будут превышать
данные, от значений колебаний напряжения (рис. 8.4).
В качестве контрольной величины Д[7Гк принимается
величина колебаний напряжения с вероятностью ее превы-
шения, равной 1 %, или, что то же самое, с вероятностью
того, что она не будет превышать 99 %. Физически это оз-
начает, Что из общего числа п колебаний разных величин
0,99 п колебаний будут иметь величину менее контрольной,
которая нормируется. А в качестве контрольного принима-
ется такое значение колебаний, которое превышается с ве-
роятностью 1 %. Экспериментами было установлено, что
если значение колебаний напряжения, удовлетворяющее
этим условиям, не превышает 0,25 % для систем с напря-
жением до 132 кВ и 0,2 % для систем от 275 кВ и выше, то
вероятнее всего, что установка не будет вызывать ощути-
мых помех.
Колебания напряжения в Англии и в Японии представ-
ляют собой отношение эффективного значения переменной
составляющей (модулирующего сигнала) к номинальному
напряжению. Это необходимо иметь в виду при сравнении
с параметрами по ГОСТ 13109—67*, в котором под колеба-
нием напряжения принимается разность между наиболь-
шим Umax и наименьшим Umin действующими значениями
напряжения.
Действующий в СССР ГОСТ 13109—67* нормирует до-
пустимые значения колебаний напряжения от частоты их
появления (рис. 8 5). Для определения допустимости коле-
ни
Рис. 8.5. Зависимость допустимых изменений напряжения от частоты
их повторения для различных приемников электроэнергии
баний напряжения в расчетной точке сети исходными дан-
ными являются графики работы резкопеременной нагруз-
ки. Если колебания нагрузки различны по значению, то
необходимо определить эквивалентное колебание напряже-
ния. Размах эквивалентного колебания напряжения опре-
деляется по формуле, %,
Пэк =100 V, 6Q?/nK/SK, (8 5)
где 6Q» — значение i-го размаха реактивной мощности, оп-
ределенное по графику; пк— суммарное число размахов за
время расчетного цикла.
Для проверки допустимости V/9K вычисляется средняя
частота колебаний по формуле
где т — время цикла работы нагрузки по графику измене-
ния потребляемой реактивной мощности.
На основании анализа частоты изменения иаиоолее ха-
рактерных резкопеременных нагрузок можно сделать вы-
вод, что частота повторения колебаний напряжения при их
работе находится в определенных пределах.
Для упрощения определения допустимых колебаний
напряжения наиболее характерных электроприемников на
135
8 5 показан диапазон изменения частоты возннкиове-
ння’ размахов колебаний их наибольших реактивных на-
гтзок а следовательно, и колебаний напряжения при их
Г боте’ Например, при работе станов холодного проката
। п== 4 9 %, непрерывных станов горячего проката —
2 %,"блюмингов, слябингов — 1,6 %, дуговых сталеплавиль-
ных печей — 1 % (рис. 8,5).
8.2. КОЛЕБАНИЯ ЧАСТОТЫ ПРИ РАБОТЕ
РЕЗКОПЕРЕЛ1ЕННЫХ НАГРУЗОК
Отклонения частоты в нормальном режиме ра-
боты электрической сети допускаются в пределах не более
±0,1 Гц. Допускается временная работа энергосистемы, а
также работа отделившейся части системы, не имеющей
автоматического регулирования частоты, с отклонениями
частоты до ±0,2 Гц. Регулирование частоты осуществляет-
ся мощными генераторами энергосистемы. Приемники элек-
троэнергии на промышленных предприятиях ввиду их ма-
лой мощности по сравнению с суммарной мощностью всех
генераторов системы практически не могут оказывать ка-
кого-либо существенного влияния на отклонения частоты в
энергосистеме.
Колебания частоты — разность между наибольшим и
наименьшим значениями основной частоты при скорости
изменения частоты более 0,2 Гц в секунду. Колебания ча-
стоты в системе электроснабжения не должны превышать
0,2 Гц сверх отклонений частоты. Приведенные нормы не
распространяются на период послеаварийного восстановле-
ния частоты в энергосистеме.
Мощные по отношению к мощности КЗ в точке их под-
ключения электроприемники с резкопеременным характе-
ром нагрузки могут вызывать существенные колебания
вектора напряжения в электрической сети, а следователь-
но, и колебания частоты питающего напряжения. Колеба-
ния вектора напряжения особенно существенно проявляют-
ся в точке подключения мощного электроприемникд^Этот
процесс иллюстрируется векторной диаграммой напряже-
ний (см. рис. 8.2).
Как видно из диаграммы, при протекании тока нагрузки
через сопротивление питающей сети вектор напряжения
Гиг сдвигается по отношению к вектору напряжения при
отсутствии этой нагрузки на угол 6. Этот сдвиг осуществля-
ется в основном за счет двух составляющих векторов
jlzX^ 1А]уГъ. в общем виде, исходя из
мы, получаем
векторной диаграм-
• с п Ху — / г
sin 6 ~ —д . £ р
Сном ’ (^Л)
где /а —активная составляющая тока нагрузки- / — п₽
активная составляющая тока нагрузки; xs - суммащюе
индуктивное сопротивление питающей системы- J - с ум
марное активное сопротивление системы; номиналь-
ное напряжение на данной ступени напряжения
После преобразований получаем:
sin б ~ ЛР — Z*2 л • /Ар — /%v \
sm о ~ ; б = arcsin (----I. (8.8)
где ДР — изменение активной нагрузки; AQ —изменение
потребляемой реактивной нагрузки; SK —мощность КЗ в
точке подключения нагрузки. Принимая rv/xv ^ООЗ-нО 1
(см. § 8.2), получаем для ориентировочных инженерных
расчетов
£ • &Р
о & arcsin--.
SK
Изменения активной мощности не оказывали бы суще-
ственного влияния на колебания частоты в питающей сети,
если бы они не происходили достаточно быстро. На вен-
тильных нагрузках прокатных станов изменение угла б про-
исходит с большой скоростью. Например, активная мощ-
ность, потребляемая тиристорными преобразовател . . i
главных приводов, изменяется от 0 до максимального зна-
чения за время менее 0,1 с. Поэтому колебания частоты
могут достигать значительной величины
Для сравнения с нормативами I OCT 131UJ—о/ в ин
женерных расчетах колебания вектора напряжения могут
быть^прпведены к колебаниям частоты. М=ое зре-
ние вектора фазного напряжения до приложения нагрузки
выражается в виде
^ = ^maxSin(W0/ + tr°)’
где в»-основная круговая
вектора напряжения; U$max ампли уд
кого напряжения; t—время.
Угол вращения вектора напряжения
ц = <оо t + Ч'о-
му
1»7
Ппи набоосе нагрузки в соответствии с векторной дна-
При на омн и Вектора напряжения может
граммов (см. рис. j
быть выражен так:
<Гп = юо + Ч’о ®
круговая частота в процессе наброса нагрузки
dt ° dt ’
изменение круговой частоты в период изменения нагрузки
/ d8 (/) \ _ d8(t)
Ди) = соо — («о dt ) м ’
при линейном изменении нагрузки
6 At
До = —- или Д/ = —— .
Л/ 2л -А/
Подставляя угол 6, получаем
/АР — AQrv х/2 \
arcs in I---— -----I . ,. .
Д/ ~ arcsm(AP/SK) ,g
' ~ 2л-Д/ ~ 2л-Д/ ’ ’ '
Для удобства расчетов, учитывая, что AP/SK в реальных
системах внутризаводского электроснабжения не может
быть более 0,2, с погрешностью менее 1 % получаем
. (8.11)
2л5н А/
Определение допустимых колебаний частоты, а следо-
вательно, и допустимых набросов активной мощности при-
обретает актуальное значение в связи с увеличением как
абсолютного значения активной мощности резкопеременной
нагрузки (например, нагрузки прокатных станов), так и
скорости ее нарастания, особенно в маломощных питающих
сетях.
Исходя из допустимого значения колебаний напряжения
(0,2 Гц), получаем допустимое значение набросов активной
мощности:
ДР < АД 2л$„ М = 1,256SK Д/. (8.12)
Допустимая скорость изменения активной мощности
-^-< 1,2565,. (8.13)
188
При проектировании систем эпектпосичЛтпп
„еремечным,, нагрузкам,, производят '„ровер», ые XX
колеба,,,,,, частоты „ в случае необходимое™ преХа.з,
вают мероприятия по увеличен,,,» мощности КЗ в т ,Ге
I,„тающей сети, общей для электронриемииков с резкие-
ременной нагрузкой и прочих потребителей. Если Гтих Ме-
роприятии недостаточно, необходимо выделят, резконеое-
менную нагрузку на отдельные трансформаторы или на
отдельную обмотку трансформаторов с расщепленными
вторичными обмотками.
8.3. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ В
СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Колебания напряжения при работе печей, обус-
ловленные колебаниями тока нагрузки, подразделяются на
нерегулярные с частотой 1 Гц и регулярные — 2—10 Гц.
Причинами нерегулярных колебаний являются КЗ электро-
дов шихтой, отрывы дуг при обвалах шихты, а также неус-
тойчивое их горение в период расплавления. Регулярные
(циклические) колебаний обусловлены действием электро-
магнитных сил, стремящихся вытолкнуть дуги из-под элек-
тродов в сторону стенок печщ вибраций электродов и из-
менением проводимости в зоне горения дуг из-за испарения
различных материалов.
Значения колебаний напряжения зависят от техноло-
гического режима работы печи. Наибольшие колебания
происходят при проплавлении колодцев в скрапе. Затем они
снижаются при образовании жидкой ванны и наименьшее
значение имеют при непрерывном плавлении окатышей.
Эта закономерность справедлива независимо от размеров
печи. При работе с короткими дугами при низком cos<p ве-
личина колебаний меньше, чем при работе с длинными ду-
гами при более высоком cos <р (при одной и той же потреб-
ляемой мощности). .
Одним из основных параметров нагрузки дуговой пе
определяющих значения колебаний напряжения, являс
сяРцаброс реактивной мощности. Значение размахов -
ряжешиГ в зависимости от частоты «х следовая » а -
сматрпваемой точке сет,, при Pa<to« !₽>""“ Хекя по
леплавилоиых печей в общем случае определяется
Ф°РмУле „ A„A„sn.,
h = -
(8.14)
S„
lb
Рис. 8"'. Регистрограмма реактивной мощности одной фазы ДСП-100
с печным трансформатором 60 МВ-А в период расплавления металла
где Л'н — коэффициент, учитывающий отношение величины
наброса реактивной мощности к номинальной мощности
печного трансформатора; Кт — коэффициент, учитывающий
• величение наброса реактивной мощности группы печей по
отношению к набросу реактивной мощности одной печи;
-Sh.t—номинальная мощность печного трансформатора;
SK—мощность КЗ в той точке сети, для которой определя-
ется значение колебаний напряжения.
В этой формуле предполагается, что значение размаха
реактивной мощности одиночной печи равно AQn = KHSn>T.
Коэффициент Кн рекомендуется принимать меньше 1, на-
пример для печей ДСП-100 с печными трансформаторами
60 AW-A Кн=0,65. Значение наброса реактивной мощно-
сти при работе печи может достигать с вероятностью око-
ло 1 % мощности печного трансформатора и со значитель-
но большей вероятностью значения, приближающегося к
Sn,T (рис. 8.6). Необходимо учитывать и некоторое увели-
чение колебаний напряжения при набросах активной мощ-
ности, сопутствующих набросам реактивной мощности.
На основании [4] принято определять размах эквива-
лентного колебания по формулам:
для одной печи
V/.3K = Sn>T/SK<0,01; (8.15)
для группы одинаковых печей
VZ.8K = S„.T/S„ < 0,01; (8.16)
ДЛЯ группы печей разной мощности
4 Г п
Vt * = У У Sn,T£/S„.Tmu.. S„.WI„ /SK < 0,01. (8.17)
190
Эквивалентные колебания напряжения для практнчес-
™^расчетов считаются допустимыми, если о,„, ,?е п е»ы.
Для определения необходимого быстродействия компен-
сирующего устройства при работе печей важное значение
имеет скорость наброса реактивной мощности. Проведен-
ные исследования на действующих печах показали что в
ряде случаев наброс реактивной мощности при работе пе-
чей от нуля до максимального значения происходит за
время 0,03 с, чго соответствует полутора периодам питаю-
щего напряжения. В общем случае скорость наброса реак-
тивной мощности можно оценить величиной 500 Мвар в
секунду. При работе группы печей скорость наброса реак-
тивной мощности по сравнению с работой одной печи может
возрастать.
8.4. ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ПРОКАТНЫХ СТАНОВ В СИСТЕМАХ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Прокатные станы создают резкопеременную цик-
лическую нагрузку, изменение которой происходит с часто-
той вхождения металла в валки и выхода из них. Следо-
вательно, изменения активной и реактивной мощности при
работе прокатных станов имеют определенную закономер-
ность, что позволяет довольно просто определять колеба-
ния напряжения при их работе в соответствии с графика-
ми нагрузки (см. рис. 1.8, 1.9, 1.11):
= Д(? + ЛРг^х_ 1000,
(8.18)
где ДО—наброс реактивной мощности; ДР—наброс актив-
ной мощности, соответствующей наибольшему набросу ре-
активной мощности.
Допустимые колебания напряжения в зависимости от
частоты их повторения определяются по Ри^р
Дахи£=т
вых Хов горячего пр,.ката-до 400 Мвар/с, ддп станов
холодного проката—до 2000 Мвар/с.
191
ВЫБОР КОМПЕНСИРУЮЩИХ УС1 РОЙСТВ для
УМЕНЬШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
колебания напряжения, возникающие при резко-
пепемешадх нагрузках, практически пропорциональны ко-
леба ням реактивной мощности. Поэтому для устранения
^г(^=о,5;кк
^(к^г,кн,ср=1)
ЛПеНСаЦИЯ Реак'1НВН0Й МОЩНОСТИ при применении быстро-
" чующего синхронного компенса.ора
ли»!раммаЫЙб — pa”^oxr'eiwi.,5J1nl1AuuPe?KTMBHOfi МОИ1ИОСТП 11 VO упорядоченна»
ciatMHoim в —и)аЛик иом!,1 ?ИКа иагРУзки на постоянную и переменную со
К wf, ‘рафик компенсации переменной составляй щей О (/< -И п
постоянной составляющей О (J । “
У геройством (К ГР®ФИК реактивной мощности, выдаваемой компенсирующим
ними и *'коыц J0,5)
192
колебаний напряжения необходимо применение компенси-
рующих устройств, параметры которых при резкопереме -
ных графиках должны удовлетворять следующим требова-
ниям. обладать быстродействием, соответствующим изме-
нению реактивной мощности исходного графика нагрузки
иметь достаточную располагаемую реактивную мощность
для компенсации переменной составляющей (компенсация
колебания напряжения) и постоянной составляющей (улуч-
шение коэффициента мощности) потребляемой реактив-
ной мощности. При резкой несимметрии напряжения, на-
пример при работе дуговых печей, необходимо пофазное
управление компенсирующими устройствами.
Для выбора компенсирующих устройств на стадии про-
ектирования необходимы соответствующие расчеты исход-
ных графиков активной и реактивной мощности. Выбор
компенсирующих устройств удобно рассмотреть на примере
упрощенного графика реактивной мощности, представ-
ленного на рис 8.7. В исходном графике определяются раз-
мах колебаний реактивной мощности AQ, скорость нарас-
тания и спада реактивной мощности AQ/At, среднее значе-
ние потребляемой реактивной мощности за цикл работы
QcP, эффективное значение реактивной мощности фЭф, дей-
ствующее значение переменной состав тяющей реактивной
мощности (см. § 8.9).
8.6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ
СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ
При компенсации колебаний напряжения с ..по-
мощью синхронных компенсаторов требуемое быстродейст-
вие достигается в основном за счет оснащения их i и О/-
ной системой возбуждения с высокими кратностями фор-
сировки возбуждения (более 10) и быстродействующими
регуляторами. Наиболее рациональный закон регулирова-
ния реактивной мощности синхронного компенсатора
Qx.y (0 = Л’кОМП~ Q~ (0 + ^СР (0- 1
г„р о —мощность компенсирующего устройства; Кюмп —
доля^мпеТац.» иеремеяной составляющей
реактивной мощности. Лкоып-СЬ . пптпебтяе
ненсации постоянной составляющей (средн
мой реактивной мощности Значения э - Р
определяются из выражении ।
Лк1>м||~ 100Д<2
ф 20)
193
13—721
(*<-р — Фср.лоп
Лкомп.ср Qcp
(8.21)
, tg Чдоп
- = 1 — —' ’ »
tg Фер
гл ___ максимальный размах колебаний
где по графику нагрузки; Л<2Доп—допу-
реактввиои мощно 1еакт11ВН0Й мощности, при кото-
СТИМЬ1НЛ!т -отебаний напряжения находятся в допустимых
ром нормы ко. _ е КОЛебанпя напряжения; SK—
SS Юна шинах питающей сети, тде необходимо
снятие колебаний напряжения до уровня нормативных;
“'„-величина, соответствующая допустимому коэффи-
циенту мощности.
Пример компенсации реактивной мощности с примене-
нием синхронного компенсатора представлен на рис. 8.7.
Требуемая мощность компенсирующего устройства,
обеспечивающая нормативные колебания напряжения и
нормативный коэффициент мощности, определяется из вы-
ражения
(8.22)
из исход-
(8.23)
колебаний
О = 1 К2 О2 -4- К2 О2
'*к,у ' /'комп~^~^ 'комп.ср^ср'
Требуемое быстродействие изменения реактивной мощ-
ности синхронного компенсатора определяется
кого графика нагрузки и должно быть
В отечественной практике для уменьшения
напряжения применяются быстродействующие синхронные
компенсаторы типа СК-10000-8 мощностью 7,7 Мвар на
напряжение 10 кВ и мощностью 10 Мвар на напряжение
к . Максимальная скорость изменения реактивной мощ-
11. (быстродействие), выдаваемой в сеть, по данным за-
пабптя°СТ9ВЛЯеТ 1-0 Мвар/с, возможна кратковременная
абХяигг^КраТН0И пеРегРУЗК0Й- Компенсаторы успешно
нос- и п “Л.НеКОТОрЫХ ^^аллургических заводах, в част-
, ата ° “ ме электроснабжения станов горячего про-
ври одХие‘Х\ТТжСТЬ СИПХРОНПОГО компенсатора
меньше чем установлен ^ИКе реактивной нагрузки будет
компен-
ный компен?атоп обпя;?%0бЪЯС,1яется тем> 1‘то синхрон-
ностью, И его уставов^ннТЯя°ЛЬШ0Я пеРегРузочпой способ-
m Установленная мощность определяется сред-
ним квадратичным значением компенсирующей мощности
за цикл работы Синхронные компенсаторы обладают всеми
недостатками вращающихся машин и имеют меньшее быст-
родействие по сравнению со статическими компенсатора-
ми. Кроме того, в статических компенсирующих устройст-
вах возможно пофазное управление.
На зарубежных металлургических заводах для снижения влияния
на питающую сеть резкопеременных нагрузок применяются синхрон-
ные компенсаторы с высокой кратностью форсировки напряжения воз-
буждения и быстродействующей системой регулирования. Зарубежные
фирмы в настоящее время выпускают компенсаторы со значительными
пиковыми мощностями.
Фирма Simens (ФРГ) выпускает синхронные компенсаторы мощ-
ностью 10 МВ-А с ударной мощностью 30 МВ А. Обмотка возбуж-
дения компенсатора питается от нереверсивного тиристорного преоб-
разователя с кратностью форсировки возбуждения по напряжению 13,2.
Фирма Fuji Electric Со совместно с Nisshin Electric Со (Япония)
выпускает синхронные компенсаторы мощностью 8 МВ А с ударной
мощностью 16 МВ-А. Компенсатор имеет бесщеточную систему воз-
буждения с кратностью форсировки по напряжению, равной 2.
Фирма ASEA (Швеция) выпускает синхронные компенсаторы но-
минальной мощностью 7,5 Мвар с ударной мощностью 30 Мвар. Об-
мотка возбуждения питается от тиристорного нереверсивного преобра-
зователя.
На блюминге номинальной мощностью двигателей главных приво-
дов 2X6780 кВт при питании их от тиристорных преобразователей,
включенных в сеть 6 кВ с мощностью КЗ около 300 МВ-А, макси-
мальные толчки реактивной мощности достигали приблизительно
50 Мвар. Это могло привести к снижению напряжения сети на 16 %.
Применение двух синхронных компенсаторов номинальной мощностью
10 MB-А, снабженных возбудителями с 13,7-кратнон форсировкой воз-
буждения, позволило генерировать опережающую реактивную мощ-
ность с темпом нарастания около 100 Мвар/с и уменьшить изменение
напряжения сети, вызванное работой тиристорных преобразователей,
примерно до 1 %.
8.7. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СТАТИЧЕСКИЕ
КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Статические компенсирующие устройства обла-
дают рядом преимуществ по сравнению с быстродействую*
щпмп синхронными компенсаторами. Основным преиму-
ществом является их большее быстродействие. Существе.i-
19 j
13*
.v.neciBпения пофазиого управления, что
нз н возможность ос>^ 1ОПЗМеняюшейся несимметричной
необходимо в сетях с с печам„ в настоящее время
нагрузкой, например в статпческнх компенсирующих
разработано много емых реакторов и конденсаторов
устройств на базе >' н управляемых вентилей (в пос-
в основном С приме• исРоров), Наибольшее распро-
леднее время в осн отечественной практике получи-
странение в зар)б косвенной компенсации. В табл. 8.1
ли устройства пр _ 1 сравнение быстродействующих
представлено качественное р ми компенсирую-
"Р»" косвенной компенсации^
Тагл.пз 8.1. Сравнение параметров компенсирующих устройств
Параметры сравнения Специальный синхронный компенсатор Статические компенсирующие устройства
прямой компенсации косвенной компенсации
Возможная ско- Более 0,06 Менее 0,02 Менее 0,01
роста регулирова- ния, с Регулирование Плавное Ступенчатое
Плавное
Строительная Массивные фун- Фундаменты не требуются
часть даменты большая гибкость монтажа
Обслуживание Смазка, охлаж- Обслуживания практически не
дение и т. д. требуется
Отношение уста- новленной реактив- ной мощности к максимальной ре- активной мощно- 0,5—0,7, имеет- ся возможность перегрузки до 2-кратной 1,0, перегрузка не допускается 2,0, регулируе- мая индуктив- ная часть 1,0, емкостная нере-
сти, отн. ед. гулируемая
Работа на несим- метричную нагруз- Пофазное уп- равление прак- тически невоз- можно Осуществляется равление практ волнительных за часть 1,0 пофазное уп- пчески без до- трат
П°тери от коми- пальмой мощности, 2,5-4,0 0,5-1,0 1,0—2,0
Искажение нита. Клцег° напряхссння Нет Нет Управляемый
тиристорами
реактор являет- ся ИСТОЧНИКОМ
высших гармо-
ник
1%
Статические компенсирующие устроЛсги-
пенса кин осуществляют ступенчат» „« "I
тивной мощности с помощью ииючеи^'Т.'™
тареи конденсаторов пли фильтпо» c"'J"u’ienn
изменении реактивной мощности эчек™п"Х Гармоник
8.8 и 8.9). юности электроприемипков
ia прямой ком-
1ние реак-
отключения ба-
при
(рис.
Рис. 8.8. Принципиальная схема компенсирующего устроиства с дис-
кретным регулированием мощности БК с помощью тиристорных выклю-
чателей (прямая компенсация):
1 — тиристорные ключи; 2 — реактор; 3—конденсаторная батарея; 4 — устройст-
во для управления тиристорными ключами; 5 — тиристорный преобразователь
(нагрузка)
Для обеспечения быстродействия в качестве контакто-
ров или выключателей на каждой ступени применяются
тиристорные ключи. Для исключения переходных процес-
сов при включении, которые будут приводить только к уве-
личению колебаний напряжения, включение конденсаторов
тиристорными ключами осуществляется в тот момент, ког-
да напряжение сети и конденсаторов равны как по вели-
чине, так и по полярности. Включение конденсаторов осу-
ществляется путем снятия отпирающих импульсов с тири-
сторов в момент времени, когда ток в их цепи становится
равным нулю.
Быстродействие устройства прямой компенсации в ос-
новном определяется запаздыванием включения или от-
197
ис=ззо;22о; no;35;io;6&
а—схема устройства прямой компенсации; б — принцип работы статического
компенсирующего устройства прямой компенсации; 1—5 — ступени компенсации
ключения секций батарей конденсаторов на период пита-
ющего напряжения (0,02 с) при условии непрерывного из-
менения реактивной мощности. Это запаздывание можно
уменьшить за счет осуществления определенных схемных
решении. Одним из преимуществ устройств прямой компен-
сации является то, что они не генерируют в сеть высшие
гармоники.
Для приведения в норму колебаний напряжения при
работе резкопеременных нагрузок реактивная мощность
каждой ступени должна быть равна:
S,,; (8.24)
где У/^®~'допУстимые колебания напряжения; SK — мощ-
ность КЗ в точке совместного питания резкопеременной на-
19fe
грузки и других электроприемников дпя KnTnniJV
ляется 16доп. ’ для кот°рых опреде-
VtK = ^_Jpo 0/01 (8 25>
а их частота после компенсации возрастает (рис 8 9) по
значения 4 до
?к /эк‘2нст, (8.26)
где /к—частота колебаний реактивной мощности (напря-
жения) после компенсации; f,K—частота колебания эквива-
лентного размаха реактивной мощности нагрузки; лст ______
число ступеней реактивной мощности прямой компенсации.
Допустимые колебания Юдоп для различных резкопе-
ременных нагрузок при работе статистических компенси-
рующих устройств уменьшаются: для дуговых сталепла-
вильных печей они составляют ориентировочно 0,5 %, для
блюмингов и слябингов—1,3 %, для непрерывных станов
горячего проката— 1,5 %.
Общая установленная мощность компенсирующего уст-
ройства определяется из выражения
(8.27)
^к.у X ^Qtnax ^комп-
Схемы прямой компенсации разработаны в СССР в 50-х
годах. За рубежом такие устройства изготовляются в Шве-
ции и в Японии.
Фирма ASEA (Швеция) выпускает на основе предложений [16]
конденсаторные установки с тиристорным управлением для компенсации
реактивной мощности в системах электроснабжения с дуговыми печа-
ми и вентильными преобразователями. Система регулирования обеспе-
чивает выбор момента подачи управляющего импульса на каждый ти-
ристор, причем импульс управления подается с упреждением перед
моментом прохождения емкостного тока через нуль. Когда конденсато-
ры не присоединены к сети, они остаются заряженными до амплитуды
положительного или отрицательного напряжения сети; на рис. 8.Ш
показано, что коммутация осуществляется в момент, когда напряженн
сети соответствует по значению и полярности напряжению на конден-
саторе. Тиристор прекращает пропускать ток при переходе его через
пуль после снятия импульса с управляющего электрода. Конденсатор
остается заряженным до амплитудного значения напряжения и о
к следующей коммутации.
149
Рис. 8.10. Диаграмма работы статического компенсирующего устрой-
ства прямой компенсации.
с — напряжение сети U и на конденсаторе 1>с ; б — ток конденсатора в—ин-
тервалы отпирающих импульсов и пропускания тиристоров; — импульсы для
подзарядки конденсаторов; 6 — подключение к сети; Ъ — отключение от сети;
1,—t, — интервал перезарядки
рис бОМбар
»лнспругл1щ1Н?стппй,тгЯ cxeva электроснабжения дуговых печей с ком-
, _ J Устропством прямой компенсации;
t к. Убавления; J — тиристорные ключи: S - реакторы; 4 —
« <РаНсфирма гор напряжения; /— дуювые нечн
^00
Например, еще в 1972 г. в Швеции для снижения колебаний ре щ.
тивиой мощности при работе дуговой печи введено в работу устройст-
во компенсации реактивной мощностью 100 Мвар. На рис, 8.11 приве-
деиа его принципиальная схема. Нерегулируемое звено, представляю-
щее собой силовые фильтры высших гармоник, включает батареи
конденсаторов мощностью 40 Мвар. Регулируемое звено, состоящее
из восьми ступеней с единичной мощностью 6,75 Мвар и одной ступени
в 3,39 Мвар, имеет суммарную мощность 60 Мвар На напряжении
130 кВ обеспечивается поддержание напряжения с точностью 1,5%, а
на напряжении 20 кВ—с точностью 5 %.
Статические компенсирующие устройства косвенной
компенсации (рис. 8.12) состоят из двух частей: плавно ре-
гулирующего индуктивного элемента (реактора) для ком-
пенсации колебаний напряжения и нерегулируемой части—
батарей конденсаторов пли фильтров высших гармоник
[15].
Принцип косвенной компенсации для уменьшения ко-
лебаний напряжения заключается в том, что управляемый
реактор потребляет реактивную мощность тогда, когда ее
не потребляет резкопеременная нагрузка, и наоборот (рис.
8.13). Регуляторы реактивной мощности (тока) должны
обеспечивать такое регулирование, чтобы осуществлялось
а статического компенсирующего уст-
Рнс. 8.12. Принципиальная схема с
ройства косвенной компенсации. nvroBbIX сталеплавильных печей;
U «ГС* «SHbSTSS&S®
форматор напряжения; S-система v
0.Ф
О.Ф+БК
V
6)
Рис. 8.13. Компенсация реакторной мощности устройством косвенной
компенсации:
с схема статического компенсирующего устройства косвенной компенсации б —
принцип работы статического компенсирующего устройства косвенной компенса-
слежение за фронтом наброса и сброса реактивной мощно-
сти (иначе такое регулирование будет неэффективно). Сле-
д вагелъно, от устройства компенсации требуется большое
>ыстродейс(вие, соответ с 1вующее фронту наброса и сброса
202
реактивной мощности наиболее ХяПа
менных нагрузок. характерных резкопсре-
Регулирование тока в реакторе может nev
различными способами. Напримеп „РКп существлятыя
фирмы применяют управляемый нас,.Зарубеж11ь‘е
Однако быстродействие реакт°Р-
временем задержки более 0,06 с (тпи 0 кио оценить
напряжения), что недостаточно для такиу пп°^ ПИгающе™
троэнергии, как дуговые печи Поэтому п ”риемников элвк-
применяется регулирование ’ тока в реактопеТ^ ВР™Я
встречно-параллельно включенных тиристоров (рСсТгГ
Такая схема обеспечивает плавное регулирование реактив-
ной мощности с временем задержки 0,01 с. Схемными ре-
шениями это быстродействие можно увеличить
Установленная мощность реактивной части компенсиру-
ющего устройства определяется на основании графика на-
грузки из выражения
(«.28)
Установленная мощность батарей конденсаторов или
фильтров высших гармоник может быть ориентировочно
определена по формуле
Q ^(О +Q }К
^К,у,Ср V^CP 1 ^СР»Р/ К»СР
Qcp+ (^max «ср) ^комп~
к.ср’
(8.29)
где Qcp.p — средняя реактивная мощность, потребляемая
регулируемым элементом (индуктивностью).
Параметры устройства косвенной компенсации для ду-
говых печей при отсутствии графиков потребляемой мощ-
ности рекомендуется определять по формулам;
для группы одинаковых печей
Qp>Sn.rV N-VtmaSK/lW;
<2б.к > (sn,Ty N - Vwon sK/200) /(cpl
для группы печей разной мощности
4 I - с I00’
П .Q_______„ 1 / У Sn.Ti/bii. nnax * «оП ’
(8.30)
(8.31)
(8.32)
7. 1/ $K/200)Xcp. (8-33)
п.ттах
203
Устройства косвенной компенсации предполагается из-
готавливать на напряжение 0,4; 6; 10; 35кВ.
На рис. 8.14 приведена схема компенсирующего устройства с управ-
ляемыми реакторами с помощью встречно-параллельных тиристоров и
нерегулируемой емкости фильтров высших- гармоник, используемого
для компенсации реактивной мощности при работе дуговых печей
(Япония).
Рис. 8 14. Принципиальная схема статического компенсирующего уст-
ройства косвенной компенсации в сети с дуговыми сталеплавильными
печами:
I — трансформатор ГПП; 2 — трансформатор, питающий компенсирующее устрой-
ство; 3 — тиристорные ключи; 4— управляемые реакторы; 5, 6— фильтры высших
гармоник; 7 — трансформатор напряжения; 8 — трансформатор тока; 9— устрой-
ство управления тиристорными ключами; 10 — дуговые сталеплавильные печи
В Англии почти не применяются синхронные компенсаторы, и в
качестве компенсирующего устройства везде применяют реакторный
компенсатор. Реакторный компенсатор дороже, чем синхронный, но его
почти не нужно обслуживать. В 1974 г. эксплуатировалось девять на-
сыщающихся реакторов мощностью 290 МВ-А. Первый насыщающийся
реактор был применен в 1964 г. для устранения колебании напряже-
нии, вызванных работой дуговых печей.
В 1967 г. фирмой GEC изготовлен управляемый реактор мощ-
ностыо 34,5 MB-А, имеющий систему подмагничивания постоянным
током. Реактор состоит из двух шестистержневых блоков, соединенных
параллельно и размещенных в общем баке с масляным охлаждением
с вылесными охладителями. Цепь постоянного тока состоит из четырех
последовательно включенных обмоток управления. Такая схема обеспе-
204
ч11вает практически синусоидальное потпеПп
высших гармонических не превосходит 1 5 Jм Т°Ка’ “ со^Р™нио
меняется от номинальной до мощности и. J' ОШИОсть реактора щ.
Фирма АСЕС (Бельгия) для систем » Т°Г° Менсе чем за 2е-
станов использует компенсирующие устройеКТр°с”абжеиия прокатных
чением управляемого реактора со степ С парал,,ельиь<м вклю-
магничпвапием постоянным током и непегг/п маг„НИТопровоюм с под-
Насыщаемый реактор имеет упрощенную кон'еМ°" СМК0СТ" (₽|,с-8.15).
— высших ’"’'’Г™
,„,аЯС. фильтрами). ОС,,™, ; ™ *™-
лагаюгся ка двух всртпкаяиых стер„„ Ф “ ’ ™
Управляющая обмотка постояииого тока охватывает все шт,"
Рис. 8.15. Однолинейная схема компенсатора реактивной
параллельным включением управляемого реактора с: ‘eMOjj
нитопроводом с подмагничиванием постоянным током и нерегулируемой
/—^блок'измерения » управлению*'
ничивания постоянным током, 3 н >Щ ф„_СНЛ£>вые фильтры вы
X? гТрмош.щ Л ^тиристорный преобразователь ’
ток переменного тока, ,,о позволяет т"«
ременного тока до пятой гармоники вкл g быстродействую-
постоянного тока в момент вкЛ^“1‘‘” появлення на ней высоких
щнм короткозамыкателем во на 3 СОСтавтяет 0,06 с. Мощ-
иапряженпй. Скорость реакции ко» ‘ выбирается, исходя
«Л конденсаторов в «“““““X. Х-1-»
из полного размаха реактивно! етеЯ1 что диапазон регулиро
номинальной мощности реактора номинальной мощности, ля
вання реактора составляет от 1 реактор во всех режимах не дол
получения высокого быстродчк ен!)ая эксплуатация компеп
»е„ выходить ВЗ иикиш»''» • ПИ*Гц „0„м.и хорошую ра~ту
тора мощностью 16 Мвар в
оборудования.
20»
8.8. ВЫЧИСЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
РЕЗКОПЕРЕМЕННЫХ ГРАФИКОВ
При проектировании используются строго периодические
расчетные графики тока /(/) (активной пли реактивной мощности) или
экспериментальные записи, полученные в действующих сетях.
" Точное определение среднего icp и действующего (я токов графика
тока длительностью 1ц связано с вычислением площади графика и
квадратов его ординат:
(8.34)
(8.35)
При этом используются два приближенных метода вычисления
интервалов: прямоугольников и трапеций. По первому методу исход-
ный график тока (рис. 8.16, а) заменяется ступенчатым (рис. 8.16,6)
с числом ступеней NB, а характеристики вычисляются по формулам
(8.36)
(8.37)
где ir и — ток и длительность r-й ступени графика.
Более точным является метод трапеций, согласно которому исход-
ный график представляется в виде отрезков ломаной (рис. 8.16, в),
начальные и конечные ординаты которых обозначим соответствеиио че-
рез ilr и i2,. При количестве отрезков /VT формулы для вычисления
характеристик имеют вид
(8.38)
Эти фор |улы используются в дальнейшем [21].
(8.39)
206
Прн графиках сложной конфигу-
рации количество Nn и NT слагаемых
в формулах (8.36) — (8.39) оказыва-
ется большим, а расчеты занимают
относительно много времени.
Проще определять характеристи-
ки не по графику, а по его упорядо-
ченной диаграмме iy(t), поскольку ее
среднее и действующее значения
равны icp и 1д исходного графика.
Упрощение и ускорение расчетов до-
стигаются за счет того, что диаграмма
имеет более плавный характер и мо-
жет быть заменена небольшим коли-
чеством ступенек, что сокращает объ-
ем вычислений по формулам (8.38),
(8.39). Построение ее при сложной
конфигурации графика требует мень-
ше времени, чем расчет по точной
формуле (8.34).
Для построения диаграммы необ-
ходимо разбить ось ординат графика
ГЛА\
S> Л ‘
в) t
Рис. 8.16. Замена графика то-
ка прямоугольниками и тра-
пециями
<(/) на большое количество от-
резков (рис. 8.17), через которые
проводятся линии, параллельные оси времени (при применении мил-
лиметровой бумаги надобность в проведении таких линий отпадает),
Затем на каждом уровне измеряется суммарная длительность Ту на-
Рис. 8.17. К построению
ка блюминга
упорядоченной диаграммы осциллограммы то-
207
.„«епеине производится циркулем-измерителем (или
грузок, причем измер постепенного накОпления измеренных значе-
голоской бумаги) у результатов. Например, для уровня (у
„„й без записи пр0М^уТп°0Нведен„ой иа рис. 9.17, вначале измеряется
участка осцил"‘,ОГ^рВ£>Го Сброса иа этот уровень. Затем циркуль без
длительность Д, Р ладЬ!вается к точке начала второго выбро-
нзменения его р правая ножка надвигается на величину
са (пунктир, Р,,с вто ’о выброса, так что раствор циркуля будет ра-
ве«Т/?Д2; не меняя раствора, циркуль-измеритель прикладывают к
точке начала третьего выброса я т. д. „
Полученные значения суммарных длительностей Гу-/у|+/у2+...+/уп
откладываются на соответствующих уровнях упорядоченной диаграммы
(рис. 8.18).
Рис. 8.18. Упорядоченные диаграммы тока блюминга:
1 — алгебраические значения; ! — абсолютные значения
ОТ количестпа ВЫЧВсления среднего и эффективного значений зависит
тока содержит Участи УР°ВНеЙ (достаточно 20—30). Если график
в работе, участки постк "ара„ллельнЫс оси времени, — ступеньки (пауза
через эти ступеньки Вагрузк,,)> то Уровни следует проводить
были отложены участки ^an™ Ш упорядоче,,иоП Диаграмме также
При наличиГв гоайГ Р ЛеЛЬНЬ,С °СИ времен" <р,1с- 819>-
среднего тока пиончи, „ Ф"Ке Т°Ка отр,|цатсльных ординат вычисление
тельной частей (кпип- тлслъно для положительной и отрица-
кривая 1 на пнг я
ются. При вычислении • У • ° *8), а затем результаты вычита-
велении же действующего значения тока диаграмма
208
Рис. 8.19. Расчетный график активной мощности Р(1) (а) и его упоря'
доченная диаграмма Ру(1) (6)
строится для абсолютных значений ординат, чем достигаются еще
большая плавность кривой и меньший объем вычислении. Для этой
цели суммарные длительности ГУ+ выбросов за положительные уровни
iy+ суммируются с суммарными длительностями Ту- провалов за от-
рицательные уровни /у- при условии iy+=j«jr-l (кривая 2, на рис.
8.18).
При определении действующего значения для двигателей повторно-
кратковременного режима работы следует учитывать ухудшенные усло-
вия охлаждения во время паузы, вводя специальный коэффициент _а<
перед длительностями пауз to, записывая в формулу ( • ) или ( . )
длительность цикла в виде
tu = Stri*o +
Во всех случаях дисперсия графика тока вычисляется по формуле
л-/2 —Г. (8-40)
'д ср
14—721
20Э
n„ -гцпвы п независимо работающих элекгроприемииков харак-
теристики г уппового графика х(/) получаются суммированием соот-
ветствующих индивидуальных характеристик графиков нагрузки:
/ср = 2^ Df = ^Dirt
r=l i=l
что дает следующее действующее значение нагрузки:
/д=1 •Сп+£1/==1 (Хр)2+ 2 ( «д-;ср)*
Среднее значение тока используется для определения расхода
электроэнергии, действующее значение — как расчетная нагрузка по
нагреву для графиков с длительностью циклов менее 10 мин и ПВ-40 %
для определения потерь электроэнергии, дисперсия — для расчета коле-
баний и выбора аппаратуры. Аналогично вышеприведенному вычисле-
нию характеристик резкоперемениых графиков тока вычисляются любые
параметры: активная и реактивная мощность, напряжение.
Пример 8.1. Вычислить среднее РСр и действующее Рд значения,
а также дисперсию Dv расчетного графика активной мощности pt
(рис. 819) агрегата ДУО-950 заготовительного прокатного стана ме-
та л лур гического комбината.
Построим упорядоченную диаграмму py(t) исходного графика.
Для этого разобьем ось ординат горизонтальными линиями, обяза-
тельно проводя их через ступеньки исходного графика (на рис. 8.19
эти линии не показаны). Просуммировав длительности выбросов на каж-
дом уровне, получим упорядоченную диаграмму (рис. 8.19,6).
Заменим действительную упорядоченную диаграмму пятью (Мт=5)
отрезками ломаной (пунктир на рис. 8.19), границы которых отмечены
кружками, а их координаты указаны в скобках.
Среднее и действующее значения вычисляем по формулам (8.38)
и (8.39):
?ср
1 Г 144-10
59 2
104-4,4 4,4 + 3
2+~ ---(13-2) +----------(25-13) +
3
+ — (27 — 25) + 0
= 2,55 МВт;
/1 / 142-4- 14 1 0 4- 102 Ю2+ ю.4,4 + 4 ,42
-----------з---------2 +---------------i----------н +
, 4,42 + 4,4-3+ 32 З2 \
-----------------12+ — 2 + 0 = 4,2b МВт.
V О ]
Дисперсия графика составит:
£>р = 4,262 — 2,552 =ц,б МВт?.
210
токЛТв'ного2„„»„Т7Ь »«₽»«»-«
»“к ц«™ГИ с
ц,,„„ ' Р ' 7 приведена часть осциллограммы)
.,,,, 5», ™"„'Г‘”,Д0Ч“',УЮ ДВаг’а”"’ ГР*'» ’««'. ме-
рез 5 мм прямые, параллельные оси времени (см. рис. 8.17) и для
каждого уровня измерим суммарную длительность значений нагрузок
По этим значениям строим диаграмму (кривая 2, рис. 8.18), отклады-
вая 7у+ от начала (площадь А), а 7у_-от конца оси абсцисс упоря-
доченнон диаграммы (площадь В).
Для вычисления среднего значения тока разобьем диаграмму на
восемь участков, координаты которых указаны в скобках, а границы
отмечены кружками (рис. 8.18). Согласно (8.38) средний ток
0,384
<ср~ 74
57 + 50 пл . 50 + 40
----—----0,4 +----------
2 ~ 2
40+ 30 30+10 10 1
------(18-6) +-----------(23- 18) + —(32 - 23) +
X £ 2*
23 23 + 46 1)
+ 0 - — (60 - 42) + ----------------(74 - 60) IJ = 0,9 кА,
где 0,384 кА/мм—масштаб тока упорядоченной диаграммы
Для вычисления действующего значения тока (для одинаковых по
абсолютному значению уровней) к длительностям 7У+ прибавим дли-
тельности 7У-, в результате получим диаграмму абсолютных значении
токов (кривая 2 на рис. 8.18, площади А и В одинаковы). Например,
для |«у| = 10 мм имеем Ту+=22,6 и Гу_ = 23 с. Тогда суммарная дли-
тельность будет равна примерно 46 с. Такое суммирование удобнее
всего проводить переносом значений Ту_ к Гу+ циркулем-измерителем.
Полученная диаграмма имеет более плавный характер. Заменим ее
ломаной с шестью участками и вычислим по формуле (8.39) действую-
щее значение тока:
50? + 50-40 + 40а _4Q2+ 40-35-,' 5) +
+-------— ----------(9,6)+ 3
35-+ 35-10+ 10- 23i5+ -221 18+ о) = 8,4 кА.
" 3 ~ * ’ 3
Дисперсия (8.40) составит 8,Д-0,'.О 69,2 кА
14*
Глава девятая
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
91 ОБЩИЕ ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО
КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЯХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Задача оптимизации баланса реактивной мощ-
ности в системе электроснабжения промышленного пред-
приятия, выбора типа и мощности, а также места установ-
ки компенсирующих устройств должна решаться как зада-
ча поиска удовлетворительного технического решения при
соблюдении требования минимума затрат в системе элект-
роснабжения. Исходя из расчетной нагрузки предприятия,
имеющихся источников реактивной мощности и задания
энергосистемы на переток реактивной мощности из систе-
мы на данное предприятие в час максимума нагрузки [4],
необходимо найти ту мощность дополнительных источни-
ков— конденсаторов, синхронных компенсаторов, статичес-
ки?. управляемых компенсирующих устройств, при которой
народнохозяйственные затраты на компенсацию реактивной
нагрузки предприятия получаются наименьшими. Компен-
сация реактивной мощности с одновременным улучшением
качества электроэнергии непосредственно в сетях промыш-
ленных предприятий является одним из основных направ-
лений сокращения потерь электроэнергии и повышения эф-
фективности электроустановок предприятий.
Ввод источников реактивной мощности приводит к сни-
жению потерь в период максимума нагрузки в среднем на
0,081 кВт/квар [17]. В настоящее время степень компенса-
ции составляет около 0,25 квар/кВт в максимум нагрузки,
экономически целесообразно установить степень компен-
сации 0,6 квар/кВт. С точки зрения экономии электроэнер-
гии и регулирования напряжения компенсацию реактивной
мощности наиболее целесообразно осуществлять в точке ее
возникновения.
время Действуют новые нормативные до-
мошнссти- ин*11еРго СССР по компенсации реактивной
ную и тепл?uvHCK?pa,IT № «Тарифы па электрпчес-
ую энергию, отпускаемую электростанциями
212
«энергосистемами Министерства энергетики и электрифи-
кации СССР», «Правила пользования электрической и теп-
ловой энергией», «Инструкция по системному расчету ком-
пенсации реактивной мощности в электрических сетях»
«Указания по проектированию компенсации реактивной
мощности в электрических сетях промышленности пред-
приятий М788—930 1984 г.»
Перечисленные документы устанавливают порядок оп-
ределения реактивной мощности, которая может быть пе-
редана из энергосистемы в электрическую сеть промышлен-
ного предприятия.
Согласно [4] при выборе средств компенсации реактив-
ной мощности в системах электроснабжения промышпен-
ных предприятий необходимо различать по функциональным
признакам две группы промышленных сетей в зависи-
мости от состава их нагрузок: 1-я группа — сети общего на-
значения, сети с режимом прямой последовательности ос-
новной частоты 50 Гц; 2-я группа — сети со специфическими
нелинейными, несимметричными и резкопеременными на-
грузками. Решение задачи компенсации для обеих групп
различно.
На начальной стадии проектирования определяются на-
ибольшие суммарные расчетные активные и реактивные
электрические нагрузки предприятия Ртсх и Qmax при есте-
ственном коэффициенте мощности. Наибольшая суммарная
реактивная нагрузка предприятия, принимаемая для опре-
деления мощности компенсирующих устройств,
(91)
где К — коэффициент, учитывающий несовпадение по вре-
мени наибольших активной нагрузки энергосистемы и ре-
активной мощности промышленного предприятия.
Значения коэффициента несовпадения К для всех ооъе-
дпненных энергосистем принимаются по отраслям промыш-
ленности:
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
'maxi Ч
Нефтеперерабатывающая, текстильная .... • -v * ‘ '
Черная и цветная металлургия, химическая, нефтедобывающая,
пищевая, строительных материалов, бумажная. . . . '
Угольная, газовая, машиностроительная и мета.тлообрабатыва
..................................................
Торфоперерабатывающая, деревообрабатывающая...........
Прочие........................................... - л
Значения наибольших суммарных РеаЕ^
активной Ртах нагрузок сообщаются в Н^PI0C^f е“Укт^в.
определения значения экономически оптимальной реак
213
,,пй (входной) мощности, которая может быть передана
ппёдпр Хю в режимах наибольшей и наименьшем актив-
ней нагрузки энергосистемы, соответственно (?э, и <?э2. По
входной реактивной мощности определяется суммарная
мощность компенсирующих устройств предприятия, а в со-
ответствии с заданным значением ^-регулируемая часть
компенсирующих устройств. „
Суммарная мощность компенсирующих устройств ц)к1
определяется необходимым балансом реактивной мощно-
сти на границе электрического раздела предприятия и
энергосистемы в период ее наноольшей активной нагрузки.
Qld — Qmaxl Фэ1- (9.2)
Для промышленных предприятий с присоединенной сум-
марной мощностью трансформаторов менее 750 кВ-А зна-
чение мощности компенсирующих устройств QKI задается
непосредственно энергосистемой и является обязательным
при выполнении проекта электроснабжения промышленно-
го предприятия. По согласованию с энергосистемой, выдав-
шей технические условия на присоединение потреби гелей,
допускается принимать большую по сравнению с QKi сум-
марную мощность компенсирующих устройств (соответст-
венно меньшее значение Q3i), если это снижает приведен-
ные затраты на систему электроснабжения в целом по пред-
приятию.
На предприятии со специфическими нагрузками средст-
ва компенсации должны обеспечивать надлежащие пока-
затели качества электроэнергии у электроприемников и на
границе электрического раздела предприятия и энергосис-
темы в соответствии с ГОСТ 13109—67*. При питании от
отдельного узла сети предприятия только специфических
электроприемииков допускается превышение нормирован-
ных показателей качества электроэнергии в этом узле при
условии обеспечения нормальной работы других электро-
установок в системе электроснабжения предприятия.
r₽Tav Е'а'1естве средств компенсации следует принимать: в
назначения— батареи конденсаторов, низко-
ли- н сртЛ ®ысоков°льтные батареи, синхронные двпгате-
ны’х nnHMPn«^neiW^H4eCKHMH нагРУ3ками кроме указан-
симметрирующие^ УстпХ™К0МПж'СИРУЮЩИе УстРойства’
х-стпойства ггтлг УстР011ства и фильтросимметрирующие
i.c.cX" статической ком-
мощности (прямого или косвенного
2i4
деистаия) с быстродействующими системами управчеиия и
саторы 6 бь1стРоде^ствУкэщие синхронные компен-
9.2. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ
К сетям низкого напряжения (НН) (до 1 кВ)
на промышленных предприятиях подключается большая
часть электроприемников, потребляющих реактивную мощ-
ность. Коэффициент мощности нагрузки до 1 кВ обычно не
превышает 0,7 0,8. При этом сети 380—660 В электричес-
ки более удалены от источников питания — от энергосисте-
мы и местных ТЭЦ. Поэтому передача реактивной мощно-
сти в сеть до 1 кВ приводит к повышенным затратам на
увеличение сечений проводов и кабелей и повышение мощ-
ности трансформаторов, потерям активной и реактивной
мощности. Эти затраты можно уменьшить и даже устра-
нить, если обеспечить компенсацию реактивной мощности
непосредственно в сети до 1 кВ.
Источниками реактивной мощности в сети до 1 кВ
могут быть синхронные двигатели 380—660 В п конденса-
торные батареи до 1 кВ. Недостающая часть — неском-
пенсированная реактивная нагрузка до 1 кВ — покрывается
перетоком реактивной мощности с шин 6—10 кВ, т. е. из
сети выше 1 кВ предприятия QT. Необходимо определить
оптимальное соотношение мощности источников, устанав-
ливаемых на стороне ниже 1 кВ, и передачи реактивной
мощности со стороны высокого напряжения (ВН). При этом
следует учесть потери на генерацию реактивном мощности
источниками до и выше 1 кВ, потери на передачу QT от
сети выше 1 кВ в сеть до 1 кВ и, главное, удорожание
трансформаторов 6—10/0,4—0,66 кВ в цехах, ооусловлен-
ное их загрузкой реактивной мощностью.
Определение мощности батарей конденсаторов в сетях
напряжением до 1 кВ. Суммарная расчетная мощность низ-
ковольтных БК определяется по минимуму пРивед^ных
затрат двумя последовательными расчетными эт п
1. Выбор экономически оптимального числа трансф р-
маторов цеховых трансформаторных подстанции. _
2. Определение дополнительной мощности батареи ниж
1 кВ в целях оптимального снижения потерь в трансф
215
маторах и в сети напряжением 6—10 кВ предприятия, пи-
тающей эти трансформаторы. о
Суммарная расчетная мощность батареи ниже 1 кВ рав-
на;
Фн.К ~ ^Н,к1 ^Н,к2’
где <?, ,<! И (?Н,К2—суммарные мощности батарей, опреде-
ленные' на указанных этапах расчета.
Суммарная мощность батарей ниже 1 кВ распределяет-
ся между всеми отдельными трансформаторами цеха про-
порционально их реактивным нагрузкам. Для каждой
технологически концентрированной группы цеховых транс-
форматоров одинаковой мощности минимальное их число,
необходимое для питания наибольшей расчетной активной
нагрузки, определяется по формуле
= Л.Ж St) + ш (9.3)
где Рс.т — средняя суммарная расчетная активная нагруз-
ка данной группы трансформаторов за наиболее загружен-
ную смену; рт— коэффициент загрузки трансформаторов;
5Т — принятая номинальная мощность одного трансфор-
матора; АЛ'—добавка до ближайшего большего целого
числа.
При выборе числа и мощности КТП для питания сети
ниже 1 кВ цехов следует учитывать, что при повышении
мощности комплектных трансформаторных подстанций
6—10/0,4 кВ выше 1000 кВ-A резко растет их стоимость
127]:
1) при имеющихся соотношениях между капиталовло-
жениями в трансформаторы цеховых подстанций и аппа-
ратуру для их подключения, потерями холостого хода, на-
грузочными потерями и стоимостями электроэнергии по
действующим тарифам номинальная мощность трансфор-
матора цеховой подстанции (даже без учета приведенных
затрат на сеть НН) не должна превышать 1000 кВ-А по
технико-экономическим соображениям. Применение транс-
форматоров 1600 и 2500 кВ-А возможно только по техни-
ческим требованиям и условиям, если это не приводит к
значительному увеличению капиталовложений в сетевые
узлы;
2) из оценки оптимального коэффициента загрузки
трансформаторов подстанции следует, что в большинстве
случаев л ».<>„, значительно превышает допустимый по на-
греву предел, равный 1. J
^====:?==
На промышленных предприятиях обычно имеется ряд
вспомогательных цехов и объектов электроснабжения с
нагрузкой в сотни киловатт. Для этих цехов следует вы-
полнить расчет числа и выбор типа и мощности КТП от-
дельно от основных цехов по суммарной нагрузке вспомо-
гательных цехов. Принимаемое в ряде проектов питание
вспомогательных цехов от отдельных крупных КТП при-
водит к удорожанию сети НН и к росту потерь мощности
и напряжения; для вспомогательных цехов целесообразно
применять КТП небольшой мощности (до 400 кВ-А) с
учетом плотности нагрузки в этих цехах.
Экономически оптимальное число трансформаторов
определяется по формуле
2VT„ = jVTmin + m, (9.4)
где т — дополнительное число трансформаторов.
Экономически оптимальное количество трансформато-
ров определяется удельными затратами на передачу реак-
тивной мощности с учетом постоянных составляющих ка-
питальных затрат:
3 — Рт (Зн,к — Зв,к)/Зпс — ₽т3пс, (9.5)
—Зв,к) /3|
где Зн,к, Зв,К, з11С-соответственно усредненные, приведен-
ные затраты на конденсаторы и подстанцию, Зт (зн,к
3Пок3нзвестных удельных затратах, формирующих зна-
чениеоптимальное количество трансформаторов реко-
меидуется определять по кривым рис. 9.1.
Если расчетная точка А (Л™.,,, 3„). лежащая в »»е
га графика, оказалась правее границы точи «
этой же зоны, отвечающей ранее "Риняток везию
то к прибавляется число т, в противном у
число т—1. т-тпимостных показателей
При отсутствии достоверных ™егея Химать =
для практических расчетов допускается пр и «
=0.5 и Л'„ определять в зависимости от ,п (Л™... Л )
рис. 9.2.
217
Рис. 9.1. Кривые определения дополнительного числа трансформаторов
по фактическим Зпс при рт=0,7^-0,8 (значения NTmin в скобках для |3Т =
=0,9ч-1,0)
дополнительного числа трансформатО1
Рис. 9 2 Зоны для определения
ров-
и - Ит =0.7-0,8; б — (1,,-0.9-И.О
2i8
паютРисходя из н±Р"ат'<рах и меиее их м°'Ш'о<-ть вы<ш-
рают исходя из наибольшей активной нагрузки по у< ловию
> РтахчЛ?>т N). (Q 5)
По выбранному количеству трансформаторов определя-
^Т„!1_аИ_б0ЛЬШую Реактивную мощность, которую целевое б
напряжения
ют наибольшую реактивную мощность i—-•
разно передать через трансформаторы в’с'еть
до 1 кВ:
«.= K(W4; (9Л
Суммарная мощность батарей ниже 1 кВ для данной
группы трансформаторов
Qh.kI QjnaxT Qt»
где Qmaxi суммарная расчетная реактивная нагрузка ни-
же 1 кВ за наиболее нагруженную смену.
Если окажется, что Qfi,ki<;0, то по первому этапу рас-
чета установка низковольтных БК не требуется и QH,tiI при-
нимается равным нулю.
Определение мощности батарей конденсаторов в цел лх
оптимального снижения потерь. Дополнительная суммар-
ная мощность БК до 1 кВ для данной группы трансфор-
маторов Qm,k2 определяется по формуле
Qh,k2 -- QmaxT Qh.kI Т-А/т.э St, (9,8)
где у — расчетный коэффициент, определяемый в зависи-
мости от показателей Ki, К2 и схемы питания цеховой под-
станции: для радиальной схемы по рис. 9.3; для магист-
ральной схемы с двумя трансформаторами по рис. 9.4; для
магистральной схемы с тремя и более трансформаторами
-у=К/30; для двухступенчатой схемы питания трансформа-
торов от распределительного пункта 6—10 кВ, на которых
отсутствуют источники реактивной мощности, y=Ki/60.
Значение Ki зависит от удельных приведенных затрат
на батареи напряжением до и выше 1 кВ и стоимости по-
терь:
K1 = (3.J<-3.J/C’»-10s. (9.9)
где Со —расчетная стоимость потерь по табл. 9.1 (только
для расчета компенсации реактивной мощности).
При отсутствии достоверных стоимостных показателей
для практических расчетов К, рекомендуется принимать по
табл. 9.1.
219
Рис. 9.3. Кривые определения коэффициента у для радиальной схемы
питания трансформаторов:
с~1'ном=6 “В: кВ
° Ъиом =6 кВ; б - Оиом » Ю кВ
Значение К2 определяется по формуле
K2 = lS.t/F, (9.Ю)
где Г общее сечение линии; / — длина линии (при маги-
стральной схеме с двумя трансформаторами — длина уча-
стка до первого трансформатора).
Таблица 9.1. Показатели стоимости потерь и значения К. для
различных районов
Объединенная энергосистема Количество рабочих смен Расчетная СТОИМОСТЬ потерь С„, руб./кВт Удельный коэффициент потерь Ki
Центра, Северо-Запада, Юга 1 52 24
2 106 12
3 112 11
Средней Волги 1 64 19
2 93 13
3 106 12
Урала 1 56 22
2 91 14
3 117 11
Северного Кавказа, Закав- 1 89 14
казья 95 13
3 ЮЗ 12
Казахстана 1 76 17
2 80 16
3 87 14
Сибири 1 85 15
2 85 15
3 85 15
Средней Азии 1 2 64 64 19 19
3 80 16
Востока 1 136 9
2 136 9
3 136 9
При отсутствии соответствующих данных допускается
значение /С2 принимать по табл. 9.2.
Таблица 9.2. Значение в зависимости от I и ST
Мощность трансформатора ST, кВ-A Коэффициент Кг. при длине питающей линии, 1, км
до 0,5 от 0,5 до 1,0 от 1,0 до 1.5 от 1,5 до 2.0 свыше 2.0
400 630 1000 1600 2500 2 2 2 3 5 4 7 7 10 16 7 10 10 17 26 10 15 15 23 36 17 27 27 40 50
221
конденсаторных устано-
выполнена только ка-
мощности рекомендуется
шинам цеховой подстан-
„ п то для данной группы трал-
<3“и Р»«имается ₽ав-
'"’"рас'^едемние мощности батарей конденсаторов в це-
напряжением до 1 кВ. Для каждой цеховой
дадаХ .аторкой подстанции рассматривается возмож-
^тьраепмделения ранее найденной мощности конданса-
,1В да I кВ в ее сети. Критерий целесообразности такого
пдадаедалення - дополнительное снижение приведенных
чатоат с учетом технических возможностей подключения
отдельных батарей. Тип, мощность и другие технические
данные БК принимаются в соответствии с данными заво-
да-изготовителя. Рекомендуется полученную^ величину
мощности батарей до 1 кВ округлять до ближайшей стан-
дартной мощности комплектных
вок.
Если распределительная сеть
бельными линиями, ККУ любой
присоединять непосредственно к
пни. При питании от одного трансформатора двух или бо-
лее магистральных шинопроводов к каждому из них при-
соединяется только по одной батарее до 1 кВ. Общая рас-
четная мощность батарей распределяется между шинопро-
водами пропорционально их суммарной реактивной на-
грузке.
Для схем с магистральными шинопроводами ККУ еди-
ничной мощностью до 400 квар подключается к сети без
дополнительной установки отключающего аппарата (ввиду
установки последнего в комплекте ККУ), а при мощности
более 400 квар— через отключающий аппарат с выполне-
нием требований ПУЭ. При мощности ККУ более 400 квар
рекомендуется подключать их к шинам цеховой подстан-
ции с использованием соответствующего автоматического
тпипгпЧаТеЛЯ п°Дстанции. На одиночном магистральном
™ “ Z де СЛедует предусматривать установку не более
л1 Jo ™п"° мощности ККУ суммарной мощностью
х«х°сЯо^;гею д°1 кв- Т°Чка “ —
rj QMb (9.11)
вода перед узлом ТГип^г’п реакт1,Вные "агрузки шинопро-
1 д узлом п и после него (рис. 9 5)
22/
Рнс 9.5 Схема подктючения низковольтных БК к магистральным ши-
нопроводам;
а — одна БК; б — две БК; в—два магистральных шинопровода с установкой по
одной БК
При присоединении к шинопроводу двух низковольт-
ных БК точки их подключения находят из следующих ус-
ловий.
Точка подключения дальней батареи до 1 кВ
<?/+!. (9.12)
Точка подключения ближней к трансформатору бата-
реи до 1 кВ
Qh — Qh.k2 <2и.к1/2 Qh |-1 — Qh.k2' (9.13)
Пример 9.1. Определить суммарную мощность батарей до 1 кВ
дтя формовочного цеха.
Исходные данные: наибольшая расчетная суммарная активн и
мощность А™„=26,5 МВт; то же, реактивная мощность группы оди-
наковых трансформаторов Qme*r=21,3l Мвар; напри кение п> > й
сети Z7Hom=10 кВ; цех работает в две смены и расположен в централь-
ной части СССР.
Предварительные условия: с учетом удельной плотности нагрузки
t цеха единичная мощность трансформаторов 5, = 2500 кВА; коэффи-
223
шгент загрузки трансформаторов (электроприемвики II категории)
a To o цеховые трансформаторы питаются по радиально., схеме.
Решение Определяем минимальное количество цеховых транс-
форматоров (первый этап расчетов):
Л™/п = Ртпахт/Фт ST) + = 26,5/(0,9-2,5) + 0,2 = 12.
Оптимальное количество трансформаторов по рнс. 9.2 равно:
Мт, я = ^ттгп ”Ь т = 12 4-1 13.
Определяем наибольшую реактивную мощность, которую целесооб-
разно передать через все 13 трансформаторов при расчетной суммар-
иой активной мощности Pmaxi~2G,5 мВт:
«,- 14(«T.S Р. V-- ]Л13-0,9-2,Б)а- 26,5* -
= 12,^ Мвар.
Мощность батарей до 1 кВ по первому этапу расчета равна:
0н,ш = Qmax,T— Qt ~ 21 »31 12,31 — 9 Л1вар.
Определяем дополнительную мощность батарей до 1 кВ по усло-
вию потерь (по второму этапу расчета). Согласно рис. 9.3 у = 0,32 (при
Л. = 12, /С=22), тогда
Qbкг = QmaxT Он,кт — ТЛ'т,эS3 = 21,31 — 9 — (,32» 13*2,5 = 2 Мвар.
Суммарная мощость батарей до 1 кВ цеха равна:
Сп.к — Он,кт “Ь Qh,k2 — 9-J- 2 — 11 Мвар,
Суммарная мощность батарей до 1 кВ распределяется пропор-
ционально их реактивным нагрузкам.
Расчетные данные приведены в табл. 9 3.
i читывая, что на каждой секции комплектных цеховых подстан-
ций предусмотрено по три магистральных шинопровода, принимаем по
три комплекта конденсаторных батарей.
Пример 9.2. Определить место присоединения конденсаторных уста-
новок к магистральному шинопроводу.
Исходные данные: к шинопроводам ШМА-1600 реактивная нагрузка
присоединена, как показано на рис. 9.6.
Реактивные нагрузки пролетов шинопроводов даны в киловольт-
амперах реактивных. Расчетная суммарная реактивная нагрузка транс-
форматора Q„la„= 1550 квар.
+2Оо/М "аРНаЯ М°ЩН0СТЬ конденсатоРов Qu,K=800 квар (300 + 300 +
р каждом шинопроводе предусмотрена установка одной ККУ
шииоп™ еНИе‘ 01Реде,1яем мес™ присоединения ККУ к первому
шии ..проводу ио условию <?*><),. K/2>Qh+₽ У
>зе1 /-520>30и/2<395-условие не выполняется;
Таблица 9,3. Результаты расчета примера 9.1
Трансформа- тор Расчетная нагрузка, квар Расчетная мощность, квар Принятая мощность, квар Разбивка мощности БК по трем магистра- лям, квар
1Т 2Т ЗТ 4Т 5T 6Т 7Г 8Т 9T ЮТ ИТ 12Т 13Т Всего 1750 1750 1750 1530 1600 1550 1930 1700 1780 1550 1320 1750 1750 21 310 905 905 905 789 825 800 995 877 918 800 681 905 905 11000 900 900 900 800 800 800 1000 900 900 800 700 900 700 11 000 300 + 300 4-зоо 300 + 300 + 300 <00 + 300 + зоо 300 + 300 + 200 300 + 300 + 200 300 + 300 + 200 400 + 300 + 300 300 + 300 + зоо 300 + 300 + зоо 300 + 300 + 200 300 + 200 + 200 300 + 300 + 300 300 + 200 + 200 400 квар — 1 шт 300 квар — 30 шт. 200 квар — 8 иг.
узел 2 — 395> 150< 195—условие не выполняется;
узел 3—195>150>100 — условие выполняется;
узел 4—100<150>60 —условие ие выполняется;
узел 5— 60< 150> 0 — условие не выполняется.
Следовательно, ККУ подключается к узлу 3. Аналогично опрете-
ляется точка присоединения ККУ мощностью <?.,«, и
п, „ео 9 3. Определить место присоединения «иуд батарей
1 кВ ГХетралыХу шинопровод,. Исходим. «аниме: на шииоиро.
225
15—721
воде lbМА-1600 реактивная нагрузка по компенсации распределена *
соответствии с рис. 9.7. Реактивные нагрузки пролетов шинопровода
лапы в киловольт-амперах реактивных. Суммарная реактивная нагруз-
к,- трансформатора Qma,T=920 квар. Расчетная суммарная мощность
комплектных конденсаторных установок QH.K=700 квар (300 + 400).
Решение. Определяем место присоединения дальней ККУ Qu.кг
ПО УСЛОВИЮ 0лЭ>0н,к2/2>-( 'h+l;
у,е1 4 —300>200>200 —условие выполняется;
у3ел 5 _ 200>200> 0 — условие выполняется.
Следовательно, ККУ мощностью 400 квар можно присоединять
как к 4, так и к 5 узлам (техническое решение принимается, исходя из
конструктивных соображений).
920 1 520 2
зоо[> йхИ
955 3 300 ? 200 5
/55} '200$''
0-н,к£~~’'
Рис. 9.7. К примеру 9.3
Определяем место присоединения ближней ККУ Qh.ki к трансфор-
матору по условию Qa—QB.„2»QH,K/2>Qh+1—Qh,k2:
узел 1 — 520>150<220— условие не выполняется;
узел 2— 220>150> 55 — условие выполняется;
узел ? — 155>150>100 — условие выполняется;
узел 4—100<150<200— условие ие выполняется.
Следовательно, вторая ККУ может быть присоединена к узлу 2
Пример 9.4. Определить мощность ККУ и оптимальную мощность
трансформатора для однотрангформаторной цеховой подстанции.
Исходные данные: работа цеха А односменная, предприятие распо-
ложено в центральной части СССР. Схема электроснабжения и расчет-
ные данные приведены на рис. 9.8. н
Решение. Определяем мощность трансформатора:
> Ртахт/(₽т А^т) = 800/(1.1) = 800 кВ*А.
Принимаем трансформатор мощностью ST=1000 кВ-А
“торую м“"° —
• I)2 — 0,82 =0,6 квар.
Мошность низковольтной БК по первому зтапу расчета равна:
ни = Qma„- QT . 500 - 600 =_ 100 Knap.
226
Отрицательное значение мощно-
сти означает, что установка конден-
саторов не требуется и следует QBK1
принять равной нулю.
Определяем дополнительную
мощность батареи до 1 кВ по усло-
вию снижения потерь. Значение 7(1
принимаем по табл. 9.1: К,=24.
Значение /<2 находим по формуле
К2 = ZST F = 2-1000/70 = 28,6.
Согласно рис. 9 3 у=0,61. Тогда
Сн,к2=Стахт—Qh.k!—уЛ\0<$г = 500—
—0—0,61 • 1 • 1000=—ПО квар, т. е.
для данного цеха установка низко-
вольтной КБ вообще не требуется.
Рис. 9.8. К примеру 9.4
9.3. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЕМ 6—10 кВ
Расчетная реактивная нагрузка в сетях 6—
10 кВ промышленных предприятий QB слагается из рас-
четной нагрузки приемников 6—10 QP.B, нескомпенсирован-
ной нагрузки сети до 1 кВ, питаемой через трансформато-
ры цехов, потерь реактивной мощности AQ в сети 6
10 кВ, особенно в трансформаторах и реакторах:
<?в = <2Р,в + <?т + ДС.
Зарядная мощность Дф3ар линий распределительной се-
ти в часы максимума нагрузки приближенно равна поте-
рям Д<2л В ИНДУКТИВНОСТИ линий, и поэтому Д<2зар И AQ-1
взаимно исключаются. Расчет оптимальной мощности кон-
денсаторов производится для режима наибольших нагру-
зок.
При выборе конденсаторов, сделав допущение о незна-
чительной длине линий на предприятии, можш ‘
в.ть все предприятие как узел сети 6—10 кВ в ™™ром
подключены реактивная нагруз ка„ Q и (’ис Ж
пять типов источников реактивно i мощност
пять ть юв nd Е . синхронные ком-
сп пхронные двигатели 6 —11 ко г
227
15*
т т синхоонпые генераторы ТЭЦ (<2тэц),
пенсаторы (<2ск), бРтареи высокого напряжения (QB,K).
’“ТХХ«явной№щнос™ в узле 6-10 кВ промыв
,ени^ предаиятия я общем случае будет выражаться
следующим соотношением:
(2в — (?сд — (?ск — Стэн — <2бК — Сэ1 — °. 1 °)
Входная реактивная мощность Qai задается энергоси-
стемой как экономически оптимальная реактивная мощ-
ность которая может быть передана предприятию в пери-
од наибольшей нагрузки энергосистемы.
Рис. 9.9. Схема подключения источников реактивной мощности
Синхронные компенсаторы на промышленных предпри-
ятиях применяются очень редко. Они имеют высокую сто-
имость, значительные удельные потери активной мощно-
сти, сложные условия пуска. Они иногда применяются на
крупных электропечных установках (дуговых и рудно-тер-
мических). В отдельных случаях их применение может ока-
'ссообразным на крупных подстанциях районно-
г и, ''ачения ПРИ ?ольших требующихся мощностях компен-
кпмпр^ИХ УСТр0ИС1В- Основиое достоинство синхронных
РОВ“ВОЗМОЖНОСТЬ быстродействующего авто-
ния уоов^ЛПаВНОГ° С широкими пределами регулирова-
нием компр|1гяП!)ЯЖе1,ИЯ’ Вариант компенсации с примене-
меления knv а следУет соп°ставлять с вариантом при-
так как Z автоматических регулируемых батарей,
р этом возможно уменьшение регулировочного
228
диапазона трансформаторов, а в отдельных случаях-н
отказ от трансформаторов, регулируемых сод нагрузкой
В проектах реконструкции предприятии следует ис^
сматривать технико-экономическую целесообразность иои-
менения в качестве синхронных компенсаторов, имеющихся
на предприятиях, синхронных генераторов и синхрон-
ных двигателей, не используемых по своему прямому на-
значению. Такое вынужденное решение может принимать-
ся при невозможности получения в данное время других
компенсирующих устройств [10].
Использование реактивной мощности генераторов за-
водских станций экономически целесообразно, если при
этом затраты на увеличение числа или сечения питающих
линий, числа устанавливаемых трансформаторов и другие
сетевые затраты, связанные с передачей реактивной мощ-
ности от генераторов, не превышают расходов на установ-
ку конденсаторных батарей на местах потребления реак-
тивной мощности. Решение принимается по результатам
сравнения приведенных затрат по обоим вариантам.
На большинстве предприятий заводские ТЭЦ отсутст-
вуют, а на крупных предприятиях, где они существуют, их
основной задачей является выработка тепла, а не электро-
энергии. Поэтому для подавляющего большинства предпри-
ятий Отэц =0 и задача компенсации реактивной мощно-
сти сводится к определению оптимальных значений Сс.д и
Qbk в сетях 6—10 кВ.
Определение реактивной мощности, генерируемой син-
хронными двигателями. Каждый установленный синхрон-
ный двигатель является источником реактивной мощности,
минимальное значение которой по условию устойчивой ра
боты двигателя определяется формулой
фс.д = Рс.д.ном К'.Д tg фном.
где Репном — номинальная активная мощность, рс,д ко
эффицйёнт загрузки по активной мощности; tg(pHo4
минальный коэффициент реактивной от.
Синхронные двигатели имеют значить о оольшие о
носительные потерн на 1 квар вырабатываемой реактив
ной мощности по сравнению с конденсаторахш
В то же время, если двигатели уже >е\ан7ьЛ,вать дчя
мышлением предприятии, их следует использовать для
компенсации реактивной ^^выпочнения компенсации
Поэтому при необходимости ВЫПОЛнепмл
на напряжении 6-10 кВ следует рассматривать возмо
2?Э
,^ппитрпкной реактивной мощности от
ноеть получения до« . • • . д<1. В случае, если не-
синхронных двигател сть дви/ателей равна или боль-
мииальпая активнон ки целесообразно ис-
полностью располагаемую реактивную мощ-
ность синхронного цвигателя, определенную по формуле
i "i1 'i' । 11 । । । 11 118§, t,.
(2е,д,Р = <2с.д.э = «м 5с.д,ном = ам 1 Полном + Сдам’ (9.17)
г„е «„ — коэффициент допустимой перегрузки синхропно-
г двигателя, зависящий от его загрузки по номинальной
активной мощности (определяется по номограмме рис.
о
о
о
сч
9.10).
Рис. 9.10. Номограмма определения располагаемой реактивной мощно-
стг ннхроиных двигателей при UHOM=1 и номинальном токе возбуж-
г ровных двигателей номинальной активной
меиее Указаппой в табл. 9.4 их экономически
яется по гКНЯЯ ^ГруЗКа П0 Реактивной мощности опреде-
ляется по формуле
С^.Д.э Сс.д.ном
где Д1 и Д2— потерн в
мина.тьной реактивной
<3в.к Ссд.ном - Д1 С0)/(2Д2С0), (9.18)
синхронных двигателях при их но-
мощпости (принимаются по кага-
2i0
логам и справочникам); Со —стоимость потерь, принимае-
мая по табл. 9.1. _
Если окажется, что <?с.д,э<Фс.д» принимаем Qc,n,a—
^'чет ограничений генерации и передачи реактивной
мощности. При решении задачи критерием экономичности
является минимум приведенных затрат, которые учитыва-
ют. с одной стороны, все составляющие затрат на компен-
сацию, установку, подключение и регулирование компен-
сирующих устройств и, с другой стороны, снижение
стоимости сети, мощности электростанций вследствие умень-
шения тока и снижения потерь мощности во всей сети,
обусловленные вводом компенсирующих устройств. Для
получения технически удовлетворительного решения вы-
бор типа, мощности, места установки н режима работы
компенсирующих устройств должен выполняться при со-
блюдении установленных нормами технических требова-
ний, которые сводятся к следующему:
напряжение UB в электрических сетях должно быть в
допустимых пределах:
(9.19)
нагрузка 1 всех элементов сети не должна выходить за
допускаемые максимальные значения:
(9.20)
нагрузка источников реактивной мощности должна ре-
гулироваться в пределах
Qlnin<Q<Qmax, (9.21)
в узлах сети предусматривается резерв реактивной
мощности:
Фрез Ю-ь 15 %Qmax; (9.22)
выбранные типы и мощности компенсирующих устройств
проверяются по условию устойчивости параллельной рабо-
ты сетей и электроприемников.
Исходные положения для выбора оптимальной реак-
тивной мощности источников:
L
3 = + Q/2) min, (9.23)
i=<j
где I 1, 2,...,£ порядковый номер источника реактив-
ной мощности. 1
Затраты па реактивную мощност т п
представлены тремя составикип., Калдом источнике
постоянной составляющей 3 ,- enJ независимой от Q
ющей затраты „а возбуждение, зависимые о” О' Л™'"'”'
ющеи 32i потерь в синхронных лпыДД составдя-
Q2. Для удаленных от узла нагонкиЛях зависимой от
из этих составляющих слагается^ затоа^на^ Каждая
затрат на передачу; на генеРаНию и
Зы == 30г + 30п; (9.24)
Зи = 3ir + 31п; (9.24а)
32i = *?2г + 32п. (9.246)
Задача оптимизации реактивной мощности при указан-
ных допущениях сводится к определению таких значений
реактивной мощности каждого I источника, при которых
функция суммарных затрат достигает минимума при со-
блюдении баланса реактивной мощности в узле;
2 <?, = <?,- (9.25)
/=о
Математический минимум функции (9.23) можно по-
лучить, взяв производную функцию 3 по реактивной мощ-
ности Qi каждого источника и приравняв ее нулю. Полу-
чится система I—1 уравнений вида
d3/dQl = 0, (9.26)
решение которой совместно с (9.25) дает оптимальное зна-
чение реактивной нагрузки Qi каждого источника.
Если окажется, что оптимальная реактивная мощность
какого-либо / источника в формуле баланса превышает- его
располагаемую мощность, то значение Qt принимается не
более максимальной Qlmax. Оставшаяся
SSS Функцввзз-
трат с учетом я£ТГ«ет”о^ Лаг-
жению, току или мощности ощ а
₽аВМеат1д]нчес1<»е указания no Р®»""’
конкретном примере. Рассм ц р - гку реактивной мощно-
ся составляющая затрат н Р как решается система
сти различными источниками, ' 94 учтено, что
уравнений (9.9) “““"“'„’’„“{„ры при загрузке их не
синхронные двигатели Р
только активной, но и реактивной мощностью расходуют
дополнительную активную мощность на потери в обмот-
ка' статора и ротора, определяемую по формуле
= 4(9.27)
<2иом
где Сном и Q — номинальное и текущее значения реактив-
ной мощности данной синхронной машины, квар; ц
Д2 — постоянные величины, зависящие от технических па-
раметров синхронной машины; их значения приведены в
[8] и учтены в табл. 9.4.
Для группы параллельно работающих однотипных ма-
шин выражение потерь представляется в виде
ДР = {4- _W?nP_ \ Q _1--------Q2 (9.28)
J QIomN
где Д' — число машин; Qnp — реактивная мощность, гене-
рируемая группой синхронных машин в предшествующем
режиме, т. е. до подключения проектируемой нагрузки;
Q — дополнительная генерация реактивной мощности для
проектируемого объекта, осуществляемая той же группой
синхронных машин.
Для определения оптимальной реактивной мощности
синхронных машин — двигателей, генераторов, компенса-
торов — производится сравнение затрат на выработку ре-
активной мощности Зц синхронными источниками с затра-
тами Зю на выдачу той же мощности конденсаторов по
формуле
. .3~3.п_ , (9.29)
2З21
Таким образом, становятся известными оптимальные
реактивные нагрузки всех синхронных машин. Остается
найти оптимальную мощность конденсаторов, которые сле-
дует установить дополнительно. Эта величина определя-
ется из баланса реактивной мощности в узле;
QbK = 0B-J<2, (9.30)
<=1
Если значение Qbk получится отрицательным, следует
принять Qek=0 и уменьшить на полученную отрицатель-
ную величину мощность синхронных машин — генераторов
и двюателей QCil, фс.д.
234
Qt
системы. Мощность всех компенсивуюшиК‘ имума, нагРУ™“
рук, требуется ввести ка предпркйи
максимальной реактивной нагрузки О -о„
ной реактивной мощности из э^осис^
заданием энергоснабжающей организации Q, Поэтому
значение реактивной мощности, которое получается от всех
источников реактивной мощности предприятия (синхрон
ных генераторов, компенсаторов, двигателей, конденсато-
Р1 в 1 я из оаланса как разность этих величин:
Q*z = Qp — Qa. (9.31)
Прч наличии в системе электроснабжения предприятия
компенсирующих установок мощностью QKS обеспечивается
баланс реактивной мощности предприятия в наиболее на-
пряженный период работы предприятия — в часы максиму-
ма нагрузки [4]. Но расчеты с энергосистемой, включая
скидку и надбавку за реактивную мощность, и контроль за
нагрузкой предприятия осуществляются по значению пере-
тока мощности из энергосистемы в час максимума на-
грузки.
При отсутствии достоверных данных по стоимости кон-
денсаторов и значения потерь Д2 следует принимать
(2с д э = $е д. При проектировании электроприводов должна
быть указана используемая расчетная мощность каждого
синхронного двигателя и, в случае необходимости, мини-
мальная мощность, обеспечивающая устойчивую работу
электропривода. Рекомендуется в схеме двигателя преду-
сматривать АРВ в функции реактивно' мощности.
Определение мощностей батарей конденсаторов в сетях
определяется нескомпенсированиая pear... ая
на стороне 6—10 кВ каждого трансформатора:
Ст.нг = Qmax-r ~ Фн.к.ф +
где Q,naxT — наибольшая расчетная Ре^тг’вн™
трансформатора; Ол.к.ф ически при^
ТКеТвНС?ра™Фор°-1торВе; л'Д'« »«««- ‘
учетом компенсации (табл. 9.5). „ппетяи-
Для каждого Р-ПР—е
цпп определяется его нескомнеисир
23о
напряжением выше 1 кВ. Для каждой цеховой подстанции
иргкпмпенсиоованиая реактивная нагрузка
(9.32)
нагрузка
мощность
— суммарные реактивные по-
Таблица 95
Номинальная мощность трансфоргч- тор®, нВ А Суммарные реаьп.вные потер., в трансформаторе, квар. пр.. Рт
0,5 <>,б 0.7 0,8 0,9 1,0
400 630 1000 1600 2500 13 20 28 41 62 15 23 34 51 79 18 28 41 62 99 20 33 49 75 121 23 39 58 90 146 26 45 69 107 175
грузка Qpn как сумма реактивных мощностей питающихся
от него цеховых подстанций и других потребителей.
Суммарная расчетная реактивная мощность батареи
6—10 кВ для всего предприятия определяется из условия
баланса реактивной мощности:
п
Qb,k = Qp.ni — Qc.fl.p — Qal» (9.33)
i=l
где QP,ni — расчетная реактивная нагрузка на шинах 6 или
10 кВ i-ro распределительного пункта; фс,д,р—располагае-
мая мощность синхронных двигателей; п — количество рас-
пределительных пунктов или подстанций на предприятии;
Q3i — входная реактивная мощность, заданная энергосис-
темой на шинах 6—10 кВ.
Если энергосистема задает входную реактивную мощ-
ность на стороне напряжения 35 кВ и выше подстанции
предприятия, то учитываются потери реактивной мощности
в трансформаторах связи с энергосистемой.
Если окажется, что мощность QB>K<0, следует принять
ее равной нулю и по согласованию с энергосистемой, вы-
давшей технические условия на присоединение потребите-
лей, установить значение входной мощности.
Установку отдельных батарей 6—10 кВ рекомендуется
предусматривать иа тех распределительных пунктах, где
реактивная нагрузка имеет индуктивный характер и имеет-
ся техническая возможность такого присоединения. Сум-
марная реактивная мощность батарей распределяется меж-
. 4 Ь|МИ секциями подстанции пропорционально их
10 крМ1П£'1Гкрованной реактивной нагрузке на шинах 6—
-11)г 1Я€тся до ближайшей стандартной мощности
2зб
комплектных конденсаторных установок К vo
распределительной подстанции пеко 1(.и„ КЛОИ сек»чи
конденсаторы одинаковой мощности иГ ГСЯ ,1о.ДКлючать
При меньшей мощности батареи ее10l’°KBaP-
лпвать на питающей цеховой подстанции разн° уста,,ав-
лежит промышленному предприятию. ’ ‘ °НЭ принад'
Пример 9.5. Определение экономически целесообразной реактивной
мощности синхронных двигателей. Определить дополнительную
ность синхронного двигателя, который можно использовать как источ-
ник реактивной мощности на шинах 10 кВ подстанции.
Рис. 9.11. К примеру 9.5
Исходные данные: к шинам 10 кВ компрессорной станции присое-
динены две группы синхронных двигателей разной мощности (рис. 9.11)
со следующими техническими данными:
I группа II группа
Активная мощность Рс,д, кВт 3200 1600 ям
Реактивная мощность Сс.д.вом, квар 1оии
Частота вращения п, об/мин 3C0D 0 85 0,7
(> а 0,9
Коэффициент мощности cos <рЯом • • • „• Количество рабочих синхронных двпгателен 5+1 ре- зервный 1+1 ре- зервный
380 В составляет: Ртах=
Нагрузка компрессорной на напряжении
= 3360 кВт, Qma„=2430 квар. Предполагается принять два> JPa^
матора при 0,=О,75. Станция работает в две смены и расположе
гателей была учтена при определении Qmax предпр
данных энергосистеме и равна:
₽,C...,-S(O.SS. 1600)+ 1 (0,7.800)-7Ж
Цейоо6ра3н« оспорь К»™»
и мощиогп. синхронны’- двигателей, у которых ₽«-.«< I- По табл.
чт<> синхронный двигатель активной мощностью
. кВтэкономически целесообразно использовать как источник ре-
лктмвиой мощности:
, 1 Г' О'' = 0,491 Г 3,22+ 1,6s = 1.75 Мвар,
4. 'м I Р .Д.ИОМ ’«С.д.ном '
Г1> iiN _ 0.49 (рис 9.10).
инческп целесообразную реактивную мощность синхронных
активной мощностью 1600 кВт принимаем равной:
Qc д 3 = <?сД = 0,7-800 = 560 квар.
Суммарная располагаемая мощность всех двигателей равна:
Qc I Г = С ,д.» <?с.дг = 5-1750 + 560 = 8750 + 560 = 9310 квар.
1=1
Определяем мощность трансформаторов и конденсаторов до 1 кВ:
St ' Лгипт/(Вт ЛМ = 3360/(0,75-2) = 2200 кВ.А;
п ii.ir.iaiM ST = 2500 кВ А;
0т=1 (0,75-2-^5)г — 3,362 = 1670 квар;
<?н.1а=^80— 1670 = 810 квар;
0,. г;- = 2480 — 810 — 0,48 • 2- 2500 =— 730 квар
(”?’< А =12, Л.=5, у=0,48), т. е. принимаем Qh,k2=0;
Qh,m = 8104-0 = 810 квар.
Принимаем две батареи мощностью по 400 квар (QHK=800 квар).
риал реактивная нагрузка на шинах 10 кВ равна:
Qr. цг = QmaxT Он.к.ф + AQt — Фс.д.э — 2480 — 800 -f-
-f- 220 — 9310 =— 7410 квар.
от главной подстанции
Пример 9.6. Л >мп.и>:-ный расчет средств компенсации реактивной
1Г| '-' х' асег< п/> ‘' /иятия. Исходные данные, предприятие рас-
иснтР 1 1,11 '' чзстц СССР и относится к машиностроительной
промышленности. Цехи работают в две смены. Электросиабже-
;-‘ -1ГНЛ (рис. 9.12) осуществляйся
в « ,Яы„х рмпрел^ельных рун».
,ш,“ р“жтщ“ “ р—-
,«’ивал “ ’Р**'
Т_а б_л .. ц а 9.6. Расчетные нагрузки к примепу 9.6
Наименование объекта Е< reci- Paet __г"“ ингуш
венный О ’ ОП1 « 1 • .1»:ф
соа ф ТПи V • кВг fJW t*
1РП. Главный корпус. Формо- вочный цех (без учета потерь чВ • Д
0,77 0,88 26 500 17 500 21 319 10 300 33401)
в цеховых трансформаторах) 2РП. Главный корпус. Стер».
невой цех (без учета потерь в цеховых трансформаторах) 20 000
ЗРИ. Компрессорная станция —0,92 16 9Ьи —7410
в том числе: 18500
синхронные двигатели 10 кВ —0 88 13 600 —9310
силовое электрооборудо- О', 79 33G0 16 (XX)
ваиие с учетом потерь в 2700 4256
трансформаторах (2X2500 кВ-Л)
4Р11. Насосная станция обо- ротного водоснабжения (с уче- том потерь во всех группах трансформаторов) 0,77 9750 8050 12 790
ПС. Потребители, присоединен- ные к шинам 10 кВ подстан- 0,88 4600 2630 5240
цип 10 кВ В том числе:
25111. Административно- бытовой корпус (2X1000 кВ-А) 0,94 1660 590 1760
26Г11. Насосная станция проти- 0,8 1229 880 1530
випожарного водоснабжения (2ХЮ00 кВ-А) 27ТП. Котельная (2x1000 кВ-А) 0,76 920
760 12би
28111. Склад химикатов, масел и красок (1X1000 кВ-А) 0,98 79Э 370 800
Всего на шинах 10 кВ под- станции 110/10 кВ — 75 300 37 600
Итого с учетом коэффициен- та разновременности максиму- мов нагрузок (Л'м=0,9) 0,88 67 770 33 800 77 000
Предварительные результаты расчета. Наибольшая ’•_я
активная мощность предприятия, принимаемая для задания <п .•
системе, равна:
Qm4xi==K(?max=0.85.33800 = 28730 кваР(Х-см. § 9.1).
Полученные расчетные данные (Р 1 '7 <70 ° Д •'
= 28 730 квар) сообщаются энергосистеме.
Рис. 9.12. Принципиальная схема электроснабжения
Согласно выданным энергосистемой техническим условиям граница
балансовой принадлежности устанавливается на стороне 110 кВ под-
станции 110/10 кВ. Экономическая входная реактивная мощность, за-
данная энергосистемой, равна Qai —16 300 квар.
Решение. Определяем мощность конденсаторов до 1 кВ на всех
объектах, а также нескомпенсированную реактивную нагрузку на ши-
нах 10 кВ всех РП и на ПС 110/10 кВ:
Формовочный цех. Мощность батарей до 1 кВ принимаем по при-
меру 1 приложения 1; <?н,к=11000 квар.
Реактивная нагрузка на шинах 10 кВ 1РП с учетом потерь в
трансформаторах при 0Т=О,9 (см. табл. 2.4)
Qmaxip.n = Qmaxi — Фн.к.ф 4” = 21 310 — 11 000 13* 146 =
= 12 200 кВ-А.
Стержневой цех. Суммарная реактивная нагрузка на шинах 10 кВ
2РП определена аналогично реактивной нагрузке формовочного цеха
и равна:
QmaxiP'ii — Ю 300 — 3000 9-146 = 8600 квар.
Компрессорная станция. Суммарная реактивная нагрузка на шинах
10 кВ ЗРП равна (пример 1):
Qmax-----7410 Квар.
Насоская станция (4РП) с внешними потребителями. Аналогнчны-
расчетами определена суммарная мощность батарей до 1 кВ для
всех групп трансформаторов: 0Н,1(,Ф=4200 квар.
Реактивная нагрузка на шинах 10 кВ 4РП равна:
Qmax = 8050 — 4200 = 3850 квар.
РасчетТп™^' ПрисОедиНенные к шинам кВ подстанции 110/10 кВ.
’ что на подстанциях 25ТП-28ТП установка кондеи-
140
саторов до 1 кВ нс потребуется fvUU!1„ -
шинах 10 кВ подстанции равна; ‘ СуММгФ,,ая натру,Кз „а
Qmux = 2600 квар (по табл. 9.6).
Определяем потери в трансформаторах мощностью 63000 кВ Л
(расчеты проведены в проекте электроснабжения); ° В'Л
AQT = Л/т AQT = 2-3100 = 6200 квар.
Определяем суммарную реактивную нагрузку предприятия иа
границе балансовой принадлежности (вводы Но кВ подстанции):
п
^тахт ~ ®тах ~ ^щах1РП + Фтах2РП + ^тахЗРп + Фп-.ах4РП +
+ ®тахПС + Д(2тПС = 12 200 -f- 8600 — 7410 -}- 3850 -ф 2600 ф- 6200 =
«= 25 560 квар, округляем до 25 600 квар.
Определяем суммарную мощность конденсаторов выше 1 кВ из ус-
ловия баланса реактивной мощности:
Qb.k = Qmaxm — Qsi — 25 600 — 16 300 = 9300 квар.
Суммарная расчетная мощность QB,K=9300 квар распределяется
между РП и ПС пропорционально нх нескомпенснрованным реактив-
ным нагрузкам, квар:
1РП (37,23 %)
2РП (26,27 %)
4РП (11,11 %)
ПС (25,39 %)
Итого (100%)
3500
2480
1040
2280
9300
— —: как отсутствуют
выдается в сеть 10 кВ,
На ЗРП батарея 10 кВ не устанавливается, так
потребители реактивной мощности (Qmaxc.n L~—--------
т. е. имеет место опережающий cos<p). „П11Т.
На 4РП БК также не устанавливается, так как рас
ность батареи равна менее 1000 квар на секцию шин конденса-
руется эта мощность с мощностью высоковольтных батарей конденса
торов на подстанции (2280+1040-3320 квар). лятаоеи для каж-
Определим необходимую’ конденсаторов,
дон секции шин 10 кь ни и nv. г
одинаковую для каждой секции шин. 2 й сеКцни.
1РП. Ля секция-1800 квар (99+900)’° же Д
2РП. Ля секция -1125 квар, то же для 2-й секнь -
ПС. На всех четырех секциях
Всего; (?и,..ф=3600+ 2250 +3600-94О0 квар.
211
16—721
9 4. РЕГУЛИРОВАНИЕ БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ
Задание энергосистемой двух значений входной
реактивной мощности [4, 18], которые могут быть переда-
предприятию в режимах наибольшем „наименьшем ак-
тивных нагрузок системы соответственно Q3i и Q32 (причем
О Г-0 практически во всех случаях), предопределяет не-
обходимость регулирования реактивной мощности в тече-
ние суток, а также в течение отдельных смен работы про-
мышленного предприятия.
Для регулирования реактивной мощности^. используется
автоматическое регулирование возбуждения* синхронных
машин и регулирование бата-
рей конденсаторов. На рис.
9.13 приведены схемы присое-
динения батарей высокого и
низкого напряжения. На круп-
ных конденсаторных установ-
ках „ли при необходимости
регулирования реактивной
мощности применяются секцио-
нированные схемы. Число сек-
ций зависит от требуемого ко-
личества ступеней регулирова-
ния.
На рнс. 9.14 приведена сек-
ционированная схема с тремя
конденсаторными батареями на
каждой секции. Каждая секция
подключена к шинам через вы-
ключатель Qb рассчитанный на
отключение полной мощности
КЗ. Выключатели в цепях кон-
Рис. 9.13. Схемы присоедине-
ния конденсаторных батарей:
о —через выключатель 6—10 кВ;
б — через рубильник с предохрани-
телем 380 В
це рассчитаны на это и служат
ден< аторных батарей Q2 не рассчитаны на это и служат
шь для переключений при автоматическом регулирова-
Са?ао«ДР„^ОрНОЙ При аварии „а какой либо
батарее сначала отключается выключатель Q,, затем по-
Даегся импульс на отключение выключателя Q2 поврежден-
восетаТав,и"„ХЧет° ВВОВЬ выключатель Q, >
В качеств 1СЯ питаниД оставшихся батарей секции,
элегазовый ^ЛЮчателеи Qz рекомендуется вакуумный или
операций ключатель, рассчитанный на большое число
242
Рис. 9.14. Секционированная схема конденсаторной установки
При коммутировании БК возникают перенапряжения и
броски тока, в особенности при включении на параллель-
ную работу с другими батареями или секциями. Необходи-
мы специальные быстродействующие выключатели, имею-
шис, повышенную износостойкость контактной и механиче-
ской частей, рассчитанные на такие броски и допускающие
частые переключения. Обычные выключатели на напряже-
ние 6—10 кВ, а также автоматы и контакторы 380 В, не
рассчитаны па чисто емкостную нагрузку, следует вы-
бирать с запасом по номинальному току не менее чем на
50%.
Защита батарей выбирается с учетом отстройки от то-
ков включения и разряда конденсаторов. При защите ба-
тарей предохранителями ток плавкой вставки iB определя-
ется по формуле
; <1,6п —, (9.34)
Кз1/Л
Где п— общее количество конденсаторов БК. (во всех фа-
зах). QK —номинальная мощность однофазного конденса-
тора; Uл — линейное напряжение.
Пои защите автоматическим выключателем последний
должен иметь комбинированный расцепитель, обеспечива-
ющий защиту с плавной регулировкой уставки TOh^ ‘
ка тока 1у, выбираемая исходя из перегрузочной способно-
сти конденсаторов, не должна превышать то-
определяется так:
1 31/„
(9.35)
213
16*
пр„ „ал„ч„„ в
« режимах н предусматриваются ме-
ро^пятия по предотвращению резонансах явлении ,(см.
1Л 1Я быстрого разряда конденсаторов после их отклю-
чения применяются индуктивные или активные разрядные
сопротивления /?, Ом, подключаемые параллельно конден-
саторной батарее:
Г72
R = 15 10е,
чк
где (Уф —фазное напряжение сети, кВ; Qbk “ мощность
конденсаторной батареи, квар.
При включении конденсаторов мощностью Qk напря-
жение в этой точке сети будет повышаться на Дб/, при от-
ключении — понижаться на
+ Д[/ = io-3,
~ и
(9.36)
или, %,
(9.37)
+ Д[7% =
~ iou* ’
где U — междуфазное напряжение, кВ; X — реактивное со-
противление сети от данной точки до источника, Ом.
Конденсаторная батарея автоматически включается,
когда напряжение становится ниже номинального, и отклю-
чается, когда оно вновь станет выше номинального. В ре-
1 зультате такого регулирования напряжение не выходит за
нормированные пределы ±5%.
При трехсменной работе с ровным графиком нагрузки, а
Tat же на мелких предприятиях с работой в одну смену ре-
гулирование, как правило, не применяется. Суммарная
юсть нерегулируемых частей БК не должна превышать
наименьшую реактивную нагрузку предприятия. Регулиро-
вание мощности конденсаторных установок можег быть ав-
томатическое, ручное или диспетчерское. Автоматическое
рсг шрование батареи может быть выполнено по напряже-
•Шй р ;акт1 вной мощности, времени суток и по комбишюо-
®гсхемамвзависимости от нескольких факторов. В
С [4 наиболее Целесообразным является ав-
позволяет ^^лп₽ование по реактивной мощности, что
ерживакь необходимый уровень потребляв-
ши
мГс^тёмы^'^ М°ЩН0СТП В ПеРподы ^ксимума и миниму-
Процессы, происходящие при коммутации секций бата-
реи, существенно отличаются от процессов при коммутации
другою электрооборудования. При отключении конденса-
тора напряжение на его зажимах в течение всего процесса
отключения остается практически постоянным из-за элект-
рического заряда в конденсаторах, а напря/кение на зажи-
мах выключателя, присоединенного к сети, меняется синусо-
идально. Поэтому при медленно действующем контактном
выключателе к его зажимам может прикладываться вовремя
отключения удвоенная амплитуда напряжения, что может
вызвать пробой воздушного промежутка и возобновление
тока. Из-за удвоенного напряжения ток в 2 раза может пре-
высить ток включения разряженного конденсатора.
Переходные процессы включения секций батарей кон-
денсаторов могут быть тяжелыми, поскольку возникают
кратковременные токи переходного режима, достигающие
большего значения по сравнению с номинальным током сек-
ций. Конкретные значения токов включения зависят от на-
личия включенных в сеть батарей или других конденсатор-
ных установок, от сопротивлений их электрических соеди-
нений, от параметров сети питания. Кратность тока
включения незаряженного конденсатора с параллельно ра-
ботающими секциями (установками) достигает более 20 по
отношению к номинальному току секции. Поскольку дли-
тельность бросков тока около 0,005 с, то термический и ди-
намический эффекты не так опасны, однако они несколько
снижают срок службы и надежность секций батареи, при
этом существенно ухудшаются условия работы коммутаци-
онных устройств.
На низком напряжении применяют обычно контакторы,
на высоком — воздушные, элегазовые или вакуумные вы-
ключатели.
Для устранения переходных процессов при коммутации
БК можно использовать вместо выключателей или авто-
матнческих выключателей тиристорные ключи, которые
позволяют включать батареи контенсаторов в ™
когда напряжение на конденсаторах равно^"Р^нию «
тн и отключать их, когда ток в конденсаторах равен нулю
(ц’ис 9 15) Из-за высокого класса по напряжению тири-
JtPodob большой стоимости, сложности и наличия заметных
потесь’ энергии массовое применение бесконтактных ком
мутационных устройств в конденсаторных установках про-
245
^S5S====ST’'
Р Конденсагерная установка с обслуживающим тиристор-
ным выХча те пем. Для совместного использования досто-
ннств контактных и бесконтактных коммутационных аппа-
ратов предложена батарея с обслуживающим тиристорным
выктючателем (18). В ней один тиристорны» выключатель
СЧ;б;10кВ
Регулирование мощно-
Рнс. 9.15.
сти конденсаторных батарей с по-
мощью таристорных ключей
предназначен для коммута-
ции по очереди всех секций
батареи. Поскольку один вы-
ключатель коммутирует,
«обслуживает» все секции
батарей конденсаторов, то
он назван обслуживающим
тиристорным выключателем
(рис. 9.16). Для реализации
такого принципа необходи-
мы коммутационные элемен-
ты, работающие в режиме
избирателя, которые подго-
тавливают к коммутации
нужную секцию батареи и
выключателя, коммутирую-
щего присоединенную к нему секцию БК. Автоматическая
конденсаторная установка содержит секции —Сп кон-
денсаторной батареи и систему автоматического управле-
ния. Каждая секция конденсаторной батареи через основ-
ные элементы коммутации KMUj KM2it КЛ1П1, например,
контактором или вакуумным выключателем подключена к
основной шине 1 и через дополнительные элементы комму-
гл12, д^22’ ^^"2 подключена к дополнительной
ине 2 Основная и дополнительная шины включены между
£™иЙЛД&К0М бесконтак™ой коммутации тиристорного вы-
типистлпям напрпмсР встречно параллельно соединенными
wZ «ппИ^СИМИСТ°раМИ> Один вход с»стемы автома-
денсатопияяИЯ подключен к Цепям, в которых кон-
через УраноЬсюмятлКа компенсирует реактивную мощность,
Ф Р Ор тока а ДРУГОЙ вход — через транс-
уиравления ^подктючен Вь1ХСДЫ системы автоматического
контактной коммутации КМ КаЖдому основному элементу
Т=,"=2
24Ъ
Рис. 9.16. Автоматическая конденсаторная установка с обслуживающим
тиристорным выключателем
тактной коммутации обслуживающего выключателя и бата-
реи. К шинам подстанции 6, на которой осуществляется
компенсация реактивной мощности нагрузок и силового
трансформатора 7, батареи конденсаторов присоединяются
при помощи общего выключателя 8.
Автоматическая конденсаторная установка работает
следующим образом. При увеличении на шине подстанции
6 потребления реактивной мощности включается секция
С] конденсаторной батареи. Включение Ci осуществляется
последовательным выполнением следующих операций: за-
мыкают дополнительный элемент контактной коммутации
КМ\2, подключая секцию 1 к дополнительной шине 2; за-
мыкают фазы обслуживающего тиристорного выключателя
в определенные моменты времени, подключая эт»м секцию
1 к основной шине автоматической конденсаторной Усуа*
новки, замыкают элемент контактной коммутации ЛЛ1ц,
шунтируя тиристорный выключатель, отключаю. служ
вающий тиристорный выключатель. Это отключает вспомо-
гательную шину 2 от основной шины 1 конденсаторной ус-
241
отключают КМ,, чго отключает секцию , от
вспомогательно» шины цикла коммутаций
будет подключена к ос-
"0П™Шд"л1нХем°уваелпче(п:к потребления реактивной
'„РпГП. следующие секции конденсаторной батареи
включают аналогичным образом. После совершения про-
цесса переключения секций они будут подключены через
основную шину к шине 6 данной подстанции.
При уменьшении потребления реактивной мощности на
шине 6 система автоматического управления производит
отключение очередной секции БК. Для этого сначала за-
мыкают один из дополнительных контактов, например
/СЛ112, и далее тиристорный выключатель. После этого от-
ключают контакт 04,., затем в момент прохождения токов
через нулевое значение отключают фазы обслуживающего
тиристорного выключателя. Этим отключают секцию кон-
денсаторной батареи от основной шины 1. Наконец, отклю-
чают дополнительный контакт КМ12. При дальнейшем
уменьшении потребления реактивной мощности следующие
секции конденсаторной батареи отключают аналогичным
образом.
В автоматическом режиме конденсаторная установка
работает так, что сигналы от трансформаторов тока 3 и
напряжения 4 поступают на вход однофазного измеритель-
ного преобразователя реактивной мощности, который
включен в состав системы автоматического управления. В
соответствии с выходным сигналом измерительного преоб-
разователя автоматика обеспечивает включение конденса-
торов в сеть, так чтобы реактивная мощность, потребляе-
мая из сети, была бы близка к заданной.
Анализ состояния контактов показывает, что предель-
ный срок службы при коммутации нагрузки с емкостным
характером без применения токоограничивающих индук-
тивностей не превышает 150000 коммутационных циклов,
Лее Чем В Ю Раз Ниже> чем предусмотрено при ком-
мутации активно-индуктивной нагрузки.
ваю1пмм°тыпНЬ1е °ПЫТЫ’ проведенные на батарее с обслужи-
KOMMvrнии встор!1ым вь,ключателем, показали, что при
Сь с G С Т СеК1^ИН укоР°чениомУ циклу С1, С2;
мутируется г .2.’ Т' е‘ И постоянно включены и ком-
ьие контактов иL°₽uie пР0Х0Ждения 100 000 циклов состоя-
‘актов изменилось незначительно.
Сравнение величин бросков тока и напряжений пои
коммутации секции батареи с пускателями ПАЕ-311 и с ти-
ристорным выключателем показывает, что броски тока в
случае тиристорной коммутации в 6—80 раз, а перенапря-
жения в 2—4 раза меньше, чем при применении контакто-
ров. Это показывает, что при применении тиристорного вы-
ключателя секций конденсаторов коммутационные аппара-
ты работают в значительно более легких условиях, что
повышает их надежность и срок службы.
Опыт изготовления, испытания и внедрения установок
с тиристорной коммутацией показал, что применение их по
сравнению с контакторами лишь несколько усложняет и
удорожает конденсаторную установку. Однако батареи с
обслуживающим тиристорным выключателем являются
значительно более простыми и дешевыми, чем батареи с
тиристорными выключателями во всех секциях. Поскольку
в них сочетаются положительные свойства установок с
контактными и бесконтактными коммутационными устрой-
ствами, то их применение перспективно.
9.5. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СО СПЕЦИФИЧЕСКИМИ
НАГРУЗКАМИ
К специфическим нагрузкам относятся нелиней-
ные, несимметричные и резкопеременные нагрузки. На со-
временных промышленных предприятиях такими нагрузка-
ми являются мощные станы горячего и холодного проката
с вентильными преобразователями, дуговые сталеплавиль-
ные печи, мощные сварочные нагрузки, нагрузки некоторых
специальных установок. Нагрузки с регулируемыми вен-
тильными преобразователями характеризуются большим
потреблением реактивной мощности, а следовательно, низ-
ким cos<p. Например, для вентильных преобразователей
прокатных станов cos 0,34-0,8.
Резкопеременный характер потребления реактивном
мощности вызывает колебания напряжения в питающей
сети как на шинах 6 и 10 кВ, так и на шинах НО и!220 кВ.
Набросы реактивной мощности могут превышать я. Р>
причем скорость наброса и сброса потребляемой реактив-
ной мощности ilQ/dt достигает для станов г°Рячег(;* nP°^d*
та 400 Мвар/с, для станов холодного проката эта ве i
достигает 2000 Мвар/с. При питании таких Э^екТр°"Р“™
дов колебания напряжения в сети 6—10 кВ могут дости
249
к 9Л % а в сети 110—220 кВ даже при мощности
ГТ парной 3500-5000 МВ-А, могут превышать 1-3%.
Частота колебаний реактивной мощности, а следователь-
но и колебаний напряжения для различных прокатных ста-
нов характеризуется 100-1000 колебании в час. Управля-
емые вентильные преобразователи значительно искажают
форму кривой питающего напряжения. Коэффициент неси-
нусоидальности напряжения на шинах 6—10 кВ может до-
стигать более 20 %.
Аналогичные параметры имеют нагрузки дуговых ста-
леплавильных печей, причем частота колебания нагрузки,
например в период расплавления металла (шихты) ив нача-
ле окисления, находится в диапазоне 0,1—25 Гц. Нагрузки
дуговых печей ввиду неравномерности потребления тока по
фазам могут вызывать значительную несимметрию напря-
жения.
Изложенное обусловливает принципы компенсации ре-
активной мощности, существенно отличающиеся от обще-
принятых в сетях с так называемой «спокойной» нагрузкой
и заключающиеся в следующем.
1. Ввиду низкого коэффициента мощности потребителей
и резкопеременного характера нагрузки необходимо осу-
ществлять компенсацию как постоянной, так и переменной
составляющей реактивной мощности. Компенсация посто-
янной составляющей реактивной мощности необходима для
улучшения costp и для уменьшения отклонений и колеба-
ний напряжения в питающей сети. Компенсация перемен-
ной составляющей реактивной мощности преследует цель
уменьшения колебаний напряжения и в питающей сети (см.
гл. 8).
2. Ввиду быстрых изменений потребляемой мощности
(реактивной) необходимо применение быстродействующих
компенсирующих устройств, способных изменять регулиру-
ющую реактивную мощность со скоростью, соответствую-
щей скорости наброса и сброса потребляемой реактивной
мощности. Необходимое быстродействие таких компенсиру-
УстР°йств можно ориентировочно определить
dQldt= 1004-2000 Мвар/с.
3. Из-за неравномерного потребления реактивной мощ-
ности по фазам необходимо и пофазное управление ком-
пенсирующими устройствами.
аничивается применение БК для компенсаций
иезкоп.п2?0СОС?ВЛЯ10Щей Р^ктивной мощности в сети с
резконеременной вентильной нагрузкой. Это обусловлено
наличием в сети высших гармоник тока и напряжения или
работе нелинейных нагрузок (см. гл. 6). Высшие гапмони"
саторов°п(Гтоку НаЧИТеЛЬНЬ1М П6реГруЗКам Старей конден-
На стадии проектирования электроснабжения резкопе-
ременных и вентильных нагрузок расчет средств компен-
сации реактивной мощности должен осуществляться на
основании графиков потребляемой активной и реактивной
мощности. Графики активной и реактивной мощности раз-
личных электроприводов могут быть построены расчетным
путем или по результатам измерений на действующих объ-
ектах.
Компенсация реактивной мощности в сетях с нелиней-
ной нагрузкой. В узлах сети предприятия с нелинейными
нагрузками допускается применение в качестве источника
реактивной мощности конденсаторов, если выполняются
следующие условия:
для вентильных преобразователей
5^ >200;
для других нелинейных нагрузок
5К/5ИЛ > 100,
где SK — мощность КЗ; 5НЛ — суммарная мощность нели-
нейной нагрузки.
При выполнении этих условий вопрос о компенсации
реактивной мощности в узле сети с нелинейной нагрузкой
должен решаться так же, как и в сетях со спокойной на-
грузкой.
Для оценки влияния нелинейных нагрузок на сеть
предприятия необходимо определить коэффициент несину-
соидальности по формуле, %,
V £/у/£/Яом»
v=2
(9.38)
(9.39)
Кпо = юо
где £7V — действующее значение напряжения гармони-
ки- t/ном — номинальное напряжение сей, р
вы’н номер последней из учитываемых гармони .
Для вычисления Кнс нелиней-
напряжения отдельных гармоник, генер> ру
ной нагрузкой. пмляига в расчетной точке пита-
Фазное напряжение гармоники в pacie
ющей сети находится из выражения
Uv=lvrU,,U^IS„ (9.40)
, _ „йствгюшее значение фазного тока v-й гармони-
,, _ номинальное напряжение сети; v — порядковый
хи; t/ном — номпп _ напрЯ?кенне нелинейной нагру3.
“^"рясяетя точка совпадает с точкой присоедини-
нм нелинейной нагрузки, то
Для расчета t/v необходимо предварительно определить
ток соответствующей гармоники, который зависит не толь-
ко^“электрических параметров, но и от вида нелинейной
нагрузки. Значения токов гармоник I определяются для
отдельных видов нелинейных нагрузок.
Выбор мощности и типа компенсирующих устройств.
При коэффициенте несинусоидальности менее 5 % реко-
мендуется применять в качестве устройств компенсации
батарей конденсаторов в комплекте с защитным реакто-
ром или фильтры. Мощность батареи находится из усло-
вий баланса реактивной мощности.
Напряжение батареи следует определять по формуле
i/BK>v^£/HoM/(vU- <9-41)
где vmin — наименьший порядковый номер гармоники;
t/ном — номинальное напряжение сети, в которой устанав-
ливается конденсатор, защищенный реактором.
При применении батарей с последовательно включен-
ным защитным реактором необходимо обеспечить индук-
тивный характер цепи на частоте наименьшей из генериру-
емых суммарной нелинейной нагрузкой гармоник. Индук-
тивное сопротивление защитного реактора на частоте
50 Гц определяется из условия
(9.42)
где Рвк.иом реактивная суммарная мощность БК по дан-
ным завода-изготовителя.
При коэффициенте несинусоидальности 5 % и более
pfckOMeiu^eicH применять силовые фильтры высших гар-
оньк. ильтры рассчитываются по найденному значению
г И3 состава и Уровня гармоник. Расчет фильт-
Необхоп™! начинать с фильтра наименьшей гармоники.
Фильтпов тп пРовести проверку на допустимость загрузки
реактивная С00ТветствУюЩих гармоник. Суммарная
Щносгь, генерируемая фильтрами, должна
252
§Ь9.2Ри 9.3).ИЗ УСЛ0ВИЙ баЛа"Са Реакт«вной мощности (см.
Компенсация реактивной мощности в электрической се-
ти с несимметричными нагрузками. Несимметрия Гапояже-
/ИЯ LCeTHX хаРактеризуется коэффициентом песнммегоии
(коэффициентом обратной последовательности) и не доли-
на превышать 2 %: 2 додж
еоДОп = Ц/Ч,о„<0,02,
(9.43)
где (/2 —напряжение обратной последовательности.
О о/Я компенсаи'ии при несимметрии напряжений более
2 /о рекомендуется применять симметрирующие или
фильтросимметрирующие устройства.
Коэффициент несимметрии в рассматриваемой точке
электрической сети предприятия определяется по формуле
~ (1 "|L (а2$АВ + $ВС + а^сл)/(\ +
"Ь $ав “Ь $вс + (9.44)
где 6t/^=(t7i—ииом)/иНоМ — отклонение напряжения пря-
мой последовательности от номинального фазного значе-
ния; a=ej120, а2=е-'120 — фазовый оператор; SAB, SBc,
Sca — сопряженные комплексы суммарных мощностей од-
нофазных нагрузок; S2c=3 Y-ic—Ytce"^, SK — со-
пряженные комплексы мощности обратной последователь-
ности симметричной нагрузки, эквивалентной проводимос-
ти обратной последовательности симметричной нагрузки,
мощности КЗ.
При определении коэффициента несимметрии напряже-
ния рекомендуется пользоваться упрощенной формулою
Е{/ = (1 + Ш) (9.45)
где
а = Н (Рлв - Рсл) - ф (<?лв + <?«) +
₽=-ф (^-рсл)- -V (Qab~ Qc^ + Рвс
- математические ?^еФст.у-
суммарные активные р гу __ аргументы тока и
ющих однофазных нагрузок, г/, и н }
253
Таблица
9.7. Зависимость аргументов тока и напряжения ото и р
Знак Аргумент
а Р напряжения Чг^ тока
Плюс Плюс Минус Минус Примечена Плюс Минус Плюс Минус е. v = arctg v — У 180—у у—180 и ц = arctg 1 1 . V Р ) I1 — |1 180- ц Ц —1?0
напряжения коэффициента несимметрии, зависящие от
абсолютных значений и знаков аир (принимаются по
табл. 9.7).
Токи прямой и обратной последовательности определя-
ются из выражений
4 = + /агс18 ; (9.46)
4 = K^+^Z(3aBM,) «*», (9.47)
где Pz=Pab-]-Pbc+Pca, Qx=Qab+Qbc+Qca—соответ-
ственно активные и реактивные мощности несимметричной
нагрузки.
В узле сети при наличии несимметричной нагрузки зна-
чение реактивной мощности должно приниматься равным
значению реактивной мощности, генерируемой симметри-
рующим устройством, т. е. QKy = Qcy.
При подключении реактивных элементов симметриру-
ющих устройств должно обеспечиваться допустимое зна-
чение коэффициента несимметрии напряжений:
= ( + «Ц)У а2 + |‘/ 7SK. (9.48)
Входной коэффициент реактивной мощности узла не-
симметричной нагрузки при этом составляет
+ (9.49)
В зависимости от заданного значения реактивной мощ-
ности в узле сети Qc.y, допустимых отклонений напряже-
ния прямой последовательности и коэффициента несим-
метрии напряжений определяются реактивные мощности
элементов симметрирующего устройства:
254
С-=-Т^-о_й.у(1_л_т)];
«вс=—|[2D_Qcy(
= -у [^C+D + Qcy(1
(9,50)
--4 +/ЗВ)],
QCA
где
81/доп cos (1 4-617),
в = есж> Фц/О+б^
^лв) ~~ ?ВС "Ь *$сл cos (60° <рС4),
С — + 5Лйсоз ( 60'
D =- Л5„ + S,Bsin (60» _ Тлв) + Qbc_ Su sjn (да +
математические величины; SAB, SBr 8ГД Р„г о _
модули мощностей нагрузок. ’ ’ ^вс
Положительное значение Qc,y соответствует индуктив-
ной мощности элемента устройства, а отрицательное —ем-
костной.
При наличии в узле сети генерирующих источников
гармоник для полученной схемы симметрирующих уст-
ройств с помощью выражений, приведенных в табл. 9.8,
следует проверить, не возникают ли при выбранных пара-
метрах резонансы токов на каких-либо частотах.
При возникновении резонанса следует проверить БК на
перегрузку их токами гармоник. При недопустимой пере-
грузке следует использовать последовательное подключе-
ние реактора или создать фильтровые цепи, т. е. устано-
вить фильтросимметрирующее устройство.
Определение параметров фильтросимметрирующего
устройства. При расчете реактивной мощности трехплече-
вого ФСУ следует использовать значения реактивных
мощностей, полученные при условии симметрирования, с
последующей проверкой конденсаторов фильтровых цепей
на перегрузку токами гармоник
(95,)
где /V(—действующее значение гармоник тока, протека-
ющего по i-му плечу ФСу. ан11ЫХ значениях мощ-
Если данное условие пр Р данное фильтровое
ногтей БК не выполняется, то следует давни ч
мечо (или все плечи) ФСУ настроит., на частоту
25о
о я Резонансные гармоники при различных схемах симметрирующих устройств
Таблица и.> гс ________________________— __________________
Схем* гетройстн»
Порядковый номер резонансной гармоники
+ Qbc "Ь Qca — У^лаЧ- Qbc + Qca ~~ (Qab Qbc + Qbc Qca + Qca Qab
3 (Ода Qbc "b Qbc Qca + Qca Qab)
I /"(2^к + ЗФлв) (Qbc ~Ь Фсд) (2\ + 3Qzb)2 (Qbc 4~ Фсд)
6Qbc Qca
~-12QacQc4SK(^B+SK)
SQbc Qca
17—721
1/ 5k (Qbc + Qcti) V^bc + Qca ~ Qbc Qca
3Qab Qca
Sk(Sk+ 2Qab)
Qca (2Sk + 3Qab)
1 / (^k + 2Qab) 4- Qbc (2~^k ~i~ 3(^лв)
Qca l2sK + 3 (Qab + Qbc))
r_₽ .. _ минимальный порядковый номер гармоники то-
^7”. _ реактивная мощность элементов симметрирую-
СОтаоХелТьная мощность батареи в Лм плече ФСУ
равна:
Д' = <?г.-7$ . (9.53)
ABKi ’«БК»' к* '
При Лбк<1,5-10-2 отклонение частоты настройки ог
резонансной допускается в пределах ±5 %.
В узле электрической сети с вентильными преобразова-
телями рекомендуется плечи фильтра настраивать на час-
тоту в зависимости от схемы выпрямления преобразовате-
ля: при 6-фазной схеме—на частоту 250, 12-фазной —
550, 24-фазной—1150 Гц. При использовании двухплече-
вых фильтров действующее значение тока, протекающего
по фильтровому звену, определяется из выражения
/v = }/ 2(АД Щ>д)2, (9.54)
где /уд — ток Гд-й гармоники; ОуД — доля тока, протекаю-
щего через плечи фильтра.
Компенсация реактивной мощности в электрической се-
ти с резкопеременными нагрузками. Для определения до-
пустимости колебаний напряжения в расчетной точке сети
исходными данными являются графики работы резкопере-
менной нагрузки. Размах эквивалентного колебания на-
пряжения определяется по формуле
У/эк=100 1/ 2^7пк/5к, (9.55)
' t=i '
где 6фх —значение Г го размаха реактивной мощности, оп-
ределенное по графику; «к — суммарное число размаха за
время расчетного цикла.
При суммарных значениях активного и реактивного
сопротивлений ^сети в расчетной точке одного порядка
влияние колебаний напряжения определяется по формуле
W = (6/f rs + б/р хг)/Пном, „ли W = ( 6Рг2/х£ + CQ )/SK,
(9.56)
И с/₽~Размахи соответственно активного и реак-
тивного тока
ч' стлтя 2Р°БлРКИ Д0ПУстим°сти Рок вычисляется средняя
- >о а колебания по формуле fcp=nI{/7’ (Т —время цик-
258
реактивной мощности"0 Гра(^ИкУ изменения потребляемой
нойД1 мощДнос°тТре^ графиков реактив-
лентного колебания напп™«,? Р ДеЛЯТЬ Размах
лам, %: напряжения по следующим
для Группы одинаковых печей
эквива-
форму.
100 Vns„isk; (9 57|
для группы печей разной мощности
4 Г—--------------
Г1ЭК=1ОО1/ V S 7S s г/е юго.
г л,т1< п.ттах ^п,тгпах1*к’ (У.Оо)
Эквивалентные колебания напряжения для практичес-
ких расчетов считаются допустимыми, если они не превы-
шают 1 %
Для резкопеременных нагрузок, когда технико-эконо-
мическим анализом доказана нецелесообразность схемных
решений, способных снизить до необходимого уровня вли-
яние толчковой нагрузки, рекомендуется предусматривать
устройства динамической и статической компенсации ре-
активной мощности. В отдельных случаях, когда от источ-
ника реактивной мощности не требуется большого быстро-
действия, можно использовать специальные синхронные
компенсаторы.
Для специального быстродействующего синхронного
компенсатора условие оптимального регулирования актив-
ной мощности имеет вид
где Q~ — Q?p —переменная составляющая реак-
г
дивной мощности нагрузки; <23$=] lT\Q2(t)dt —
9 о
эффективное значение потребляемой реактивной, мощности;
QcP=l/I j Q(Qd/ —среднее значение реактивной мощно-
я. "У»"-
— Qmax Vmtn допустимое значение колебаний на-
вой МОЩНОСТИ; Г(доп —ДОЩШНМСС о
25°
17*
v fiQt/n—значение эквивалентного
пряжения; 6<?энв— r —1
vq гп1ебаний потребляемой реактивной мощности;
раэмаха к-ебад доля компенсации постоянной со-
Л'г=1™,рй бледней) реактивной мощности; tg<p«nn,
ставляюшеи ^^ветст-енно допустимое в среднее
значения коэффициента реактивной мощности резкопере-
М<? Дтя определения среднего и эффективного значений ре-
активной мощности рекомендуется исходный график на-
rnX дуговой ечи представить в виде отрезков по мето-
д? транец, т (см. гл. 8), где начальные и конечные кооР
линаты соответственно обозначаются Qu и Qu- При общем
количестве отрезков п формулы для вычисления будут
иметь вид
(9.59)
(9.60)
где — длительность i-ro участка графика.
Искомое значение реактивной мощности СК равно:
et.«.K = K(^QJ2 + («ер Сер)2. (9.61)
При выборе средств компенсации в узле сети с резкопе-
ременными нагрузками рекомендуется предусматривать
быстродействующие источники реактивной мощности, ко-
торые могут быть основаны на принципе прямой или кос-
венной компенсации.
При использовании принципа прямой компенсации сту-
пенчатым подключением к сети конденсаторов или фильт-
ров с тиристорными ключами мощность конденсаторов для
компенсации переменной составляющей реактивной мощ-
ности нагрузки определяется по формуле
(9.62)
мощности ка!вдо»
^/доп 100. (9.Ь 9
200
пенсвруемаТс по«щью'тр”гу^р™в“ой ком.
саХ Х& товде”
ЖЕГ™ (™р~Гр”Хтх“
^™р^'6^эк^- (9.64)
^,Л?0ЩН?СТЬ’ генеРиРУемая нерегулируемой частью ек
(фильтра), равна: частью Ы\
ср' (9.65)
косвенной компенсации для дуговыГпечей присутствии
ГПЯ/биКЛП ПОТПоЙпоаил.", _________м “Е “ 1 С I НИИ
рекоменду-
^бк > (Фер + <2тир ) Л
Параметры статического
г
графиков потребляемой реактивной" мощности
ется определять:
для группы одинаковых дуговых печей
^тир *^п,т ^доп (9.66)
еЕК > к, */« - S./200) кср; (9.67)
для группы печей разной мощности
2 (9.68)
Qr > IS )/ у S /S — V, S /200 ) л;п. (9.69)
ЧВК I п.ттах у п.тЕ. п.ттах /доп к/ J 'ср' ' '
Пример 9.7. Определить мощность фильтрующего устройства в
узле сети с вентильными преобразователями.
Исходные данные: секция шин 10 кВ является общей для преоб-
разовательных агрегатов и общепромышленной нагрузки 10 и 0.4 кВ.
Допустимый коэффициент реактивной мощности на шинах 10 кВ
tg<pAOn = 0,2. Нагрузка вентильных преобразователей симметричная и
спокойная (рис. 9.17). Суммарная номинальная мощность группь одно
тппных вентильных преобразователей Snp,rp=7,5 MB-А Среднее зна-
чение напряжения КЗ трансформаторов группы преобразователей Ьк-
= 10%. Среднее значение коэффициента реактивной мощности преоО-
разователытых агрегатов tg<₽e₽=l. Схема выпрямления шестифазная
/(р=0.
26!
Рк. 9.17. Структур»» схема ааекгросиабжени» района ГПП-2 (исход,
иын вариант)
Решение. Определяем значение Кнс-
7>5 ____° 955-(21Z----0,91 =9,5%.
Лнс~ 150 V 7,5/150 4-0,1
На основе расчетов, приведенных в § 9.2, определяем долю реак-
тивной мощности, приходящейся на фильтры напряжением 10 кВ. Не-
обходимая мощность фильтров 10 кВ составляет Офду = <2в,к=2200 квар.
Реактивная нагрузка группы преобразователей равна:
Спр.гр — ^пр.гр cos Фер tgФер = 7,5-0,7-1 = 5,25 Мвар.
Допустимое значение реактивной мощности преобразователей
Сер,доп = “$пр,грс®5 Фдоп Фдоп = 7,5*0,7"0,2 — 1,05 Мвар.
Значение реактивной мощности преобразователей, подлежащих ком-
пенсации,
Ск,у — Спр,гр — Спр.доп = 5,25 — 1,05 = 4,2 Мвар.
Генерируемая мощность фильтров, необходимая для компенсации
реактивной мощности всей нагрузки на шинах 10 кВ, равна:
Сер — Си,у + См — 4,2 4- 2,2 == 6,4 Мвар,
где Q„ реактивная мощность, генерируемая синхронными машинами.
Определяем значение тока гармоник, генерируемых вентильными
преобразователями:
Л>-$прлД)^3 UHOMv) = 7,5.10е Z(/3.10,5.5-103) = 86,5 А;
h = 61,8 А; 711 = 391ЗА; /13 = 33,ЗА.
расчетный?"0* ГенериРУемой мощности фильтров (6,4 Мвар) и
9.9). ЧСНИЯМ Т°К0В гаРмоник выбираем типы фильтров (табл.
262
Таблица 9.9. Выбор фильтров высших гармоник
Тип фильтра Генерируемая мощность Допустимый ток, А
квар
Ф-5-4000/10 4000 170
Ф-7-2400/10 1930
Ф-11-800/10 615 70 35
Суммарная реактивная мощность фильтров равна:
С^Ф = 4000 4- 1930 615 = 6545 квар.
Фильтр 13-й гармоники не устанавливаем, так как он имеет пере-
компенсацию на 145 квар.
Пример 9.8. Выбрать компенсирующие устройства для схемы с
двумя дуговыми сталеплавильными печами. Исходные'данные указа-
ны на рис. 9.18. Шинами общего назначения являются шины 220 кВ.
Решение. Колебания напряжения на шинах 220 кВ равны;
К/Эк = Snp//V/SK = 60/2 /4000-100 = 1,8 %,
т. е. превышают 1ЛдОп=1 %. На этом основании предполагается уста-
новить на шинах 35 кВ статический компенсатор реактивной мощности
(СТК) с тиристорно-реакторной группой.
Параметры СТК определяем по формулам
4___ 4 —
Стир > Qn.T Vn - SK VtHon/100 - 60 } 2 - 4000-1/100 = 32 Мвар;
263
4000-1/200) X
cP
<?вк>
сети
под-
5К=
Ок у =
с 1- /200
‘’к 1 /доп-
X (1 -0,2/1) = 41,6 Мвар,
«хэфФ»-*™ „есмметрш. напряжения
Р г аямпстн выбрать симметрирующее устройство.
' “ис^Ланк- »»»<!«’"’» >"акМ“ -'"Г™"ЮВ0Г0
исходные да (COS (Гпп=0,866 подключена к ----
01 райониоЛ
X.» пие/госпстсмы. Мощность КЗ в узле помжочення
= 136 МВ А. Мощность, требуемая по условию компенсации,
=5 Мвар. ,
Предварительные данные: однофазная нагрузка подключена к фа-
зам В и С, Рвс=^ Мвт, Qec=2,5 Мвар, <р = 30°.
Решение. Определяем коэффициент несимметрии напряжения:
а = J 3 /2(РАВ — Рса) ~ 1 Улв ~ Qca) + ^вс ~
= 1 3/2(0 —0) -у (0-0) + 2,5= 2,5;
₽ = 1 /2 (РАВ - РСА) - Уз/2 (QAB -QCA) + pbc = ^ 33;
bU = (Ut — ияом)/ияом = о (принимаем Ut = (7НОм);
ф(У = arctg (р/а) = arctg (4,33/2,5) = 60°;
С(/ = (1 + &/) У а2 + р2 e^u/SK =
= (1 — 0)]/2,52 + 4,332е/60/136 = 0,0368е'6°.
По полученным значениям видим, что еи превышает допустимое
по ГОСТ значение в 1,84 раза, поэтому необходимо установить сим-
метрирующее устройство.
Определяем параметры симметрирующего устройства. Принимаем
h=0, ес;=еСдоп=0,02 и находим следующие вспомогательные мате-
матические величины:
= е0'доп C0S1l’u/(l + ^доп) = 0,02-0,5/(1 4- 0) = 0,01;
~ еС/доп s’n Ч'1//(1 + ^доп) = 0,0173;
С == + $АВ ** (60' - ад - Рвс + SCA cos (60° + фсл) 1 >98;
Д — <4 +Win(6(r-^fi)+ Qbc-Sca sin(60° + <p^)=-. 1,14.
Определяем реактивные мощности элементов устройства:
264
==_у [Кз(— 1,98) —
,'14-(-s>(1-»,oi_KJ.0,oi7;>)I
j =—0,077;
^“-Т1ад-вс.у(1+2Л)| =_Д12.114_
— (—5)(1 +2-0,01)] =—2,46;
«СЛ = 4- ] V 3 С + Д + у [, _ А + у -в ) ] _
= [Из (_1,98) + 1,14+ (_ 5) (1 -0.01 + .0,017э)] _
=—2,46;
<?с.у= QfiC+ Qca =-(0,077 + 2,46 + 2,46) «5000 квар.
Отметим, что для полной компенсации несимметрии напряжений
=тся большая установленная мощность элементов, ч"“
Глава десятая
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
10.1. РАСЧЕТ И ИЗМЕРЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ
НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электроснабжение крупных промышленных
предприятий от энергосистемы производится через понижа-
ющие подстанции при раздельной работе трансформаторов
на стороне вторичного напряжения 6—10(20) кВ. На рис.
10.1 показан участок электрической сети 6—10 кВ промыш-
ленного предприятия с нагрузками SH— низкого напряже-
ния (ниже 1 кВ) и SB — высокого напряжения (6 —10 k-j),
получающими электропитанье от одного главного ранс-
форматора 35—220/6—10 кВ. Показаны средства регули-
рования напряжения 0,4—0,66 кВ: регулирование коэффи-
циента трансформации главного трансформатора под на
грузкой, регулирование коэффициента трансформ< 1«и
трансформаторов 10/0,4 кВ с перек учением
первичной обмотки при снятом напряжении, f’ Ь * ‘
источники реактивной мощности батареи Д Р
и синхронные двигатели до 1 кВ и выше.
26а
Если бы подведенное от энергосистемы напряжение под.
держивалось всегда неизменным: 77i=const, то напряже-
ния U2 в распределительной сети 6—10 кВ и U3 в сети
380—660 В были бы различными в разных точках сети и
в разные периоды времени. Причина этого—различные
потери напряжения в элементах сети, зависящие от мощ-
ности и расстояния электропередачи.
Выражение для потерь напряжения имеет вид
AU = ^3/ (Rcos ф2 + х sin ф2) = , (10.1)
где 7? и х — активное и реактивное сопротивление цепи;
I — расчетный ток; Р и Q — расчетная активная и реактив-
ная нагрузка цепи; ф2 — угол сдвига по фазе вектора тока
/ относительно вектора напряжения U2 в конце участка
цепи.
Напряжение в конце участка цепи U2 при известном
значении напряжения источника питания U\ равно;
U2 = Ul~ AU, (10.2)
Рис. 101. Схема размещения
и .очников реактивной мощно-
сти в распределительной сети
промышленного предприятия
Из выражения видно, что на-
пряжение U2 в распредели-
тельной сети зависит от Д77,
которое, в свою очередь, зави-
сит от изменений нагрузки
Р и Q. В связи с тем, что из-
менения нагрузки на предпри-
ятии происходят закономер-
но— по графику и случайно —
в зависимости от случайных
технологических операций
(особенно для нагрузок удар-
ных и повторно-кратковремен-
ных), можно представить из-
менение потерь напряжения Л £7
как сумму двух величин: мед-
ленно происходящих измене-
ний, называемых отклонения-
ми напряжения, и быстро про-
текающих (свыше 1 % в се"
купду) изменений, называемых
колебаниями напряжения.
Приемники электроэнергии
обеспечивают наиболее эффек-
266
тивную работу при номинальном напряжении Поэто-
му отклонения и колебания напряжения MJ на зажимах
электроприемника от Спом ограничиваются (см. § 2 2) При-
чины, вызывающие отклонения напряжения и колебания
напряжения, различны. Поэтому различны и мероприятия
по устранению отклонений и колебаний напряжения.
Мероприятия по снижению отклонений напряжения на-
зываются далее регулированием напряжения, а по сниже-
нию колебаний — стабилизацией напряжения. Отклонение
напряжения от номинального значения вызывается измене-
нием среднечасовой нагрузки предприятия, т. е. зависит от
графика нагрузки. Колебания напряжения возникают из-за
нестабильности нагрузок электропечей, прокатных станов,
сварки и других резкопеременных нагрузок.
Для одиночной линии при нагрузках Рр и Qp потери на-
пряжения от номинального напряжения Сноч (кВ) опреде-
лятся согласно (10.1), %:
ДС/% = PpP + Qp.x
Если заданы длина линии и удельные сопротивления ее
проводов Го и х0, то
ДС'% _ (fo + y»tg(l)PPf
юо2№М
где tg(p=QP/Pp—коэффициент реактивной мощности на-
ГРУПодЛрегулированием напряжения следует понимать
комплекс мероприятий по ограничению отклоненииi напря-
у электроприемников в установленные
Для большинства электроприемников эта пределы состав
ЛЯ ЮТ
у _ U —ином
Уном
(10.3)
(Ю.4)
(Ю.5)
\ ^ном /
На этом основании для линий распределительных сетей
промышленных предприятий до 1 кВ допускаются общие
потери напряжения от шин трансформаторов до зажимов
приемника до 5 % С4ом- Снижение потерь напряжения ни-
же 5 % в расчете сети НН приводит к повышению сечений
Линий и к перерасходу цветного металла на провода. А по-
вышение потерь напряжения свыше 5 % приводит к ущер-
бу у потребителя. Поэтом}' предусматриваются мероприя-
тия по выполнению требований ГОСТ по качеству напря-
жения в сетях потребителей.
2t7
В условиях эксплуатации систем электроснабжения
промышленных предприятий необходимо контролировать
ьачество напряжения. Но измерение напряжения с помо-
щью вольтметров не решает задачи оценки качества на-
пряжения. Необходимы статистические данные для анали-
за режима напряжений за контрольный период времени.
С этой целью производятся измерения в контрольных точ-
ках сети 1—2 раза в год за несколько суток. Кроме щито-
вых и регистрационных (регистрирующих) вольтметров и
ваттметров, контрольных счетчиков и клещей Дитца (для
проверки симметрии токовой нагрузки фаз) требуются
приборы, измеряющие показатели качества электроэнергии
за длительный период —так называемые интегральные по-
казатели.
Процессы включения, отключения, изменения нагрузок
в технологическом процессе носят случайный характер.
Поэтому потери и отклонения напряжения, уровень напря-
жения являются функциями случайных величин и должны
характеризоваться основными числовыми характеристика-
ми теории вероятности: математическим ожиданием и сред-
неквадратичным отклонением. Для целей получения интег-
ральных показателей качества напряжения применяется
прибор типа САКН — статистический анализатор каче-
ства напряжения. Прибор позволяет также оценивать ре-
зультаты мероприятий по повышению качества напряжения
в сети. Разрабатываются и другие приборы для эксплуата-
ционного контроля показателей качества электроэнергии
на основе интегральных критериев [19].
10.2. ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
В системе электроснабжения промышленного
предприятия регулирование напряжения осуществляется
тремя способами: созданием добавочного напряжения £7дОб
с помощью последовательно регулировочных трансформа-
торов или изменением коэффициента трансформации тран-
непирмTnnrfn Иа ПОдстанииях данного предприятия, изме-
реаети • РЬ -пряжения путем регулирования потоков
линиях электпы^г°СТ”И В пи’гающих и распределительных
пеИСИПУЮШИХ^стпЛ0И Се™ ПРедпРИЯТИЯ с помощью ком-
ления этементов^ п₽СТВ’ измепе1,ием реактивного сопротив-
ления элементов электрической сети.
2ЬЪ
ГППН(Рйа^““#ДХХДГкВЯ “Г"™'™ U‘ “"««
кабелями и имеет небольшую’ппДИ.Г[Оследняя выполнена
щее указанные выше способы >’Чить|ваю-
из (10.1) и (10.2) и имеег вид Р У Ирования> получается
U2 - Ц ± URo6------'Р_________Ок.У )(*L-*c)
~ » (Ю.б)
^2пом
где Ui~ напряжение питающей сети, подведенное к ГПП
предприятия (приведенное к 1/2); и2 и ^2пом — текущее и
се7иИ6--^Ь0Н°кВ3™е\еппЯ напряжения в Распределительной
предприятия, /?, xfj и хс— эквивалентные со-
противления питающей сети от системы до узла на-
грузки; /? —активное, xL — индуктивное, хс —емкостное
сопротивление установок продольной компенсации (если
таковые предусмотрены); £/дпб-добавка напряжения, обе-
спечиваемая переключением ответвлений обмотки транс-
форматора или последовательно регулировочного транс-
форматора; QK,y — регулируемая мощность компенсирую-
щих устройств; Рр и Qp — расчетная активная и реактивная
нагрузки предприятия с учетом потерь.
Для регулирования напряжения 02 согласно (10.6) мо-
жно осуществить регулирование подводимого от энерго-
системы напряжения И\ Это возможно, например, путем
изменения возбуждения генераторов при оперативном уп-
равлении диспетчера системы. Этот способ централизован-
ного по району регулирования не вполне и не всегда соот-
ветствует режиму работы данного предприятия.
г Изменение ДДОб с помощью последовательно регулиро-
вочного трансформатора и РПН на главных понижающих
трансформаторах предприятия позволяет вести централи-
зованное регулирование, независимое от
исходя из требований данного предприятия. Выбирая нуж
ное°ответвление первичной обмотки можно рег^ь
напряжение в достаточно широких предка., возмож-
ход с одного ответвления обмотки на дру, да J007BeTCT.
ность изменить коэффициент трансф Р-ответвлений
венно наиряжелне) на 1 5 . регулировочные транс-
составляет 11—1У. послед, яХ энергосистем. На
форматоры применяются нае обычно примени,
предприятиях это дорогое 6адьшой мощ-
ется лишь в преобразовательных агрегата
ет,,. цеховые трансформаторы имещт переключение без
возбуждения в пределах * ^ння в активном сопротив-
Уменьшение потерь н/"Р^меН" ответствующего выбора
.пении R можно п°лучУТ йУв|чектрпческой сети. Для дей-
/ целях регулирования
ПаКакХ"коеП^мен^ находит снижение реактивно-
Практические у Уменьшение х можно полу-
” “^“с^яТоХрХов, фазы которых рас-
щеплены (состоят из нескольких проводов). Уменьшение
реактивного сопротивления х в промышленных электросе-
тях обычно осуществляется с помощью продольной емко-
стной компенсации (см. § 4.4). В промышленных электро-
сетях также применяется способ уменьшения потерь напря-
жения снижением передачи реактивной мощности за счет
повышения мощности компенсирующих устройств Qk^
Источниками реактивной мощности на промышленных
предприятиях являются батареи конденсаторов и синхрон-
ные машины.
{Наиболее эффективно комплексное регулирование, ког-
да одновременно с изменением С/ДОб согласованно изменя-
ется реактивная мощность компенсирующих устройств,
имеющихся на предприятии.
Во всех случаях мощность компенсирующих устройств
необходимо регулировать в диапазоне, определяемом ре-
жимом наибольших и наименьших нагрузок, задаваемых
предприятию энергосистемой, т. е. в пределах от Q3max до
Qnnin перетока реактивной мощности из системы.
Реактивное сопротивление в несколько раз больше ак-
тивного. Следовательно, в выражении (10.6) зависимость
напряжения U2 на шинах 6—10 кВ (представим шины как
ПРДДПРИЯТИЯ) от реактивной нагрузки все-
°к,у в основном зависит от произведения
го узла Q = QP—Q
Qx (x—xL — ^c)_i
тчя^и ппгт приведена схема питающей сети предприя-
ной мощнмти 0=Г2!пОСТЬ иапРяже™я от реактив,
зависимость Ц. = ,,п, ^',У' полУчаемой из системы. Эта
шом потоебтении nF представлена кривой /, При неболь-
q“«Q. ) 'величий;ам """°" “ощноети из системы (когда
узле на 60=0____о нчмМаЛа' изменении нагрузки в
LeM« Мнение Д{/ мало „ Д(?/Ду7назь1.
При увеличевиТп“„“ и ₽мУТИЭ"Ы имеет ,[1W»K 10-
передачи мощности из системы потребля-
Рис 10 2 Зависимость напряжения в
нои мощности из системы
узле нагрузки от потока реактив-
егся реактивная мощность от удаленных электростанций
и значение потерь напряжения растет.
Поэтому коэффициент крутизны постепенно уменьша-
ется (рис. 10.2, б): при AQ = Q4—Q3 Кк=2-?-3, а при AQ=
= Qe—Q5 Кк<1. Это надо учитывать в устройствах авто-
матики РПН. Таким образом, в зависимости от передавае-
мой из системы реактивной мощности Q одно и то же из-
менение ее величины AQ требует различного регулирования
напряжения А 67 в зависимости от коэффициента крутизны
Кк. Это регулирование на А67 можно осуществить измене-
нием добавочного напряжения 67ДОб с помощью последова-
тельно регулировочного трансформатора, РПН главного
трансформатора или централизованно в системе. Тогда ха-
рактеристика 1 (рис. 10.2,6) переместится в положение 2,
3 и т.д.
Потребление реактивной мощности в узле нагрузки 67Р
при изменении напряжения U2 изменяется по статическим
характеристикам Q=f(67). Статическая характеристика
Q (U) рассматриваемого узла нагрузки на рис. 10.2,6 по-
казана в виде кривой 5 для заданного значения нагрузки
Qn. При понижении Qp (например, при включении Ы\) ста-
тическая характеристика займет положение 4, а при рос-
те Qp и отключении БК на заводе положение .
Баланс потребления и генерации реактивной
пусть первоначально устанавливается ь тс ше г ter
271
“узки'^а“«Р^^^°вП~л®жв,,ие
E"Z=e:r=^^,,^:
н .З.ИСЯ от 14 ДО 14- При регулировании 1/дМ (например,
' помощью РПН трансформатора) характеристика 1 пере-
Jo" ит в положение 2, а точка пересечения - в точку и
Тогда напряжение повысится на 1,5-1,78% в соответствии
с изменением коэффициента трансформации главного тран-
сформатора.
При дальнейшем росте нагрузки точка баланса реак-
тивной мощности перейдет в положение г и т. д. по ре-
гулировочной характеристике 8. Если одновременно регу-
лировать и реактивную мощность, потребляемую от систе-
мы за счет регулирования QK,y на предприятии, то можно
добиться постоянства напряжения 1/2 ПРИ заданном опти-
мальном значении перетока реактивной мощности; при от-
сутствии РПН главных трансформаторов нет возможности
добавления Цдос переходом с характеристики 1 на 2, 3...
Тогда регулирование напряжения можно осуществить лишь
неоптимальным изменением потока реактивной мощности
Q из системы за счет регулирования QK,y, обеспечивая пе-
реход из точки б в точку а кривой 1.
( 10.3. МЕСТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Централизованное регулирование напряжения
в электрической сети промышленного предприятия решает
задачу поддержания требуемого уровня напряжения для
юльшинства электроприемников, но не для всех: отдель-
вые цехи, промышленные площадки, насосные станции мо-
гут быть удалены от центра питания больше, чем другие
объекты. Это повышает потери напряжения в их линиях и
1 л е^_ уровень напряжения на зажимах электроприем-
, 1 , . ^ельные объекты могут иметь отличный от дру-
тоебХ^нй “агрузки’ что также приводит к несовпадению
ется ш йи2еГУЛИР°ВаНИЮ напряжения. Поэтому требу-
т J 1ьное регулирование напряжения в отдель-
этиу прпрй*’ называемое местным регулированием,
нагрузкой и/т>у10ТСЯ ИСТ0ЧНИк„ реактивной мощно-
1У > оюрых можно управлять. В распредели-
ных
Для
сти,
272
тельных сетях такими источниками
двигатели и отключаемые К011деисато1)11ые'0^аии’п7"'Ые
няются также устрой™, создающХ дХ"! ва«'
кенияЛР^/""'еИ"иС рег>'л"тоРи " стабилизаторы „а"™
жения. Рассмотрим связь между реактивной мощностью ц
напряжением в узле нагрузки, позволяющую ос^щесХп
местное регулирование напряжения.
При включении или отключении компенсирующих уст-
ройств напряжение в точке подключения изменится соглас-
но (10,6) на значение (на ступень)
V = ^. (10.7)
где Qk,y — мощность компенсирующего устройства; х —
реактивное сопротивление цепи система — точка подключе-
ния компенсирующего устройства; U — напряжение в точ-
ке подключения.
Если принять, что напряжение U в точке подключения
КУ равно Ином, то значение повышения напряжения V, %,
у = 100 = 100. (10.8)
г/2 SK
НОМ
Реактивная мощность компенсирующего устройства, не-
обходимая для повышения напряжения на заданную сту-
пень Ер», определяется из (10.7)
= V„U!x. (I».»)
Если напряжение и Vp заданы в относительных едини-
цах V р*, то
и2
и ном
(10.10)
Qper р* ном*
ГТпи подключении БК напряжением 380 В к шинам
трансформаторной подстанции повышение напряжения в
Момент включения БК можно определить так.
v _ V (Ю.Н)
где Shom.t — номинальная
напряжение КЗ трансф P ’ЙЮ’трансформатора и со-
ных' единицах равно со"₽о™^^ (без учета
противлению цепи К>3 - "
Х'сист). I 273
18—721
.n 1 Пользуясь приведенными выше выражениями, опре-
Пример 10 1.П°л“>бход1 ю для регулнровання напряжения на
делим мощность БК. , Ю.2,а). При отсутствии БК на-
,И’Е“ (5'® “В) " ’ РеЖГ *
пряжение в режиме б ется отрегулировать, обеспечив
”sT. 6.0 -В » Р“‘““ нагрузок.
С™Огаоа>геаьиое0эиаче|ше наметена» напряжения а режиме нанболь-
ппг нагрузок, которое необходимо получить согласно заданию, равно:
6,5—5,85 п
р =—------------------= 0,11 отн. ед.
l_p*tnax
6
Мощность БК, необходимая для повышения напряжения на
V . =0,11, т. е. до 6.5 кВ по (10.10),
‘ p’znoc ’ ’
0,11-1,0.6®
п -------------------— = 18 Мвар.
ЧЬЮпах — 0 22
В режиме наименьших нагрузок согласно заданию требуется по-
лучить
6 — 5,95
v , =------------= 0,0083 отн. ед.
‘ Р*тт g ’
Мощность БК, необходимая для получения напряження 6 кВ,
0,0083-1,0.62
°БКтй1 — 0 22 = 1.35 Мвар.
.'Мощность конденсаторов 1,35 Мвар может быть нерегулируемой, что
несколько снижает се стоимость.
Остальная часть конденсаторов (16,65 Мвар) должна
периодически включаться и отключаться для заданного ре-
гулирования напряжения при отсутствии РПН трансфор-
...агора. При наличии РПН величина Кр изменяется ступе-
нями с помощью РПН, и тогда мощность БК и ее диапа-
зон регулирования выбираются по условиям оптимизации
режима.
т Й распределительных сетях промышленных предприя-
тии линии 6 10 кВ обычно имеют небольшую длину и ма-
лое сопротивление. Поэтому регулированием мощности БК
.дается получить эффективное местное регулирование
засчет РПЧ ггп?теТСЯ UPhrPajIH30BailII°e регулирование
пимпгУь о 1ПП’ ,юлстанвия глубокого Впода). Необхо-
R то месгИ0м регулировании возникает в сетях до
‘ . где рациональным сочетанием отключаемых н неот-
274
ключаемых БК можно обеспечить и заданный уровень на-
пряжения, и его регулирование.
Регулирующий эффект включения — отключения БК на
шинах 380—660 В в трансформаторной подстанции прибли-
женно можно вычислить по формуле (10.11).
При повышенном требовании потребителя к качеству
напряжения (например, в сетях электроосвещения) приме-
няются устройства автоматического регулирования мощно-
сти конденсаторной батареи типа APKOHJ (рис. 10.3).
Командный блок измеряет уровень напряжения и с выдер-
жкой времени 1—3 мин выдает команды на включение —
отключение секций 2, 3 БК. В качестве параметра регули-
рования может применяться не только напряжение, но и
ток ввода трансформаторной подстанции — коррекция по
полному току (см. § 10.4).
10.4. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
к НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
Оптимальное регулирование напряжения с^ ис-
пользованием РПН трансформаторов и учиты-
ноети БК осуществляется \ „а-
вающиш, местные умов»» работыМДО„„. аф„ка
пряжению, наличие резерва реакти изованного ре-
нагрузки и др. Основным ооъек о* ц г
18*
Рис. 10.4. Зависимость
числа переключений
РПН т от величины зо-
ны нечувствительности е
регулятора
гулирования напряжения и объек-
том автоматизации является РПН
главных трансформаторов.
Для автоматического регулиро-
вания коэффициента трансформации
создаются регуляторы, реагирующие
на изменения напряжения и нагруз-
ки. Во избежание непрерывного пе-
реключения РПН, на которое пере-
ключающее устройство не рассчита-
но, автоматика должна иметь зону
нечувствительности е. Зона нечув-
ствительности выбирается так, что-
бы переключение РПН с одной сту-
пени на другую, вызывающее изме-
нение напряжения П2 на Пст, не
приводило к обратному переключе-
нию в исходное положение. Отсюда
следует, что зона нечувствитель-
ности должна быть больше напряжения ступени: E>t/CT.
Обычно выбирают е= (1,44-1,5) ЙСт.
На рис. 10.4 показана зависимость числа переключений
автоматизированного РПН от зоны нечувствительности
Е. При Ост = 2 %
е = 1,5(7СТ= 1,5-2% = 3%i/H0M, (10.12)
число автоматических переключений РПН получается око-
ло 20 раз в сутки, и это принимается в качестве рекомен-
дации. Если увеличить зону нечувствительности е, то умень-
шится точность регулирования напряжения, равная ±е,
так как только при отклонении напряжения от оптималь-
ного уровня свыше 3 % {7НОМ сработает автоматика РПН.
J меньшение напряжения ступени регулирования С/ст ниже
принятых значений (1,5—1,78) (/пом приводит к резкому
увеличению числа переключений РПН, что повышает из-
нос, аварийность переключателя и его стоимость. Следует
отметить, что достигнутый уровень надежности РПН еще
не удовлетворяет требованиям эксплуатации
vct иŠðР"апРяже?ия воздействует на переключающее
Х^!еТВЛе11,1И 'Р^ФоР^ора под нагрузкой и
таким образом поддерживает заданное напряжение U2:
^2 = П|//<т = const, (10.13)
где Pj-напряжение, подведенное к трансформа юру от
276
системы, в общем случяр .,Ог.
МаТН?Р™Д 1"5"оВкИ:“аи₽оеТаХ,’а- М<>™ ’'"И'*0'”
срабатывания исрх, возврата £ С°°г™Ше"",е, “а"Р“е,шй
чувствительности должно быть оХСп\У"е"" t/" и змы "<-
го деветвив автоматики Рш F, для правильно-
импульс „а срабатывание Х/ноТ^хак^зма
замкнув
следует
Рис. 10.5. Соотношения между зоной нечувствительности, степенью ре-
гулирования и точностью:
1 и 2— верхняя н нижняя границы зоны нечу вствителыюсти — уровня срабатыва-
ния реле; 3 — уровень напряжения уставки реле, поддерживаемый с точностью
±е %: 4 — зона нечувствительности, равная 2е; 5 — ступень регулирования; в—зо-
на задержки возврата реле; 7 — уровень напряжения отпускания реле
переключателя. Через время работы механизма РПН t2
произойдет переключение ответвлений, при этом напряже-
ние повысится на величину ступени регулирования 5 ((7Ст) -
Пунктирными линиями 7 ограничены зоны задержки
возврата реле 6 (17Вз)- Эти зоны необходимы для предот-
вращения вибраций контактов реле при медленных 113М
пениях напряжения вблизи границ Рераб, следовате.. ь ,
для увеличения срока службы контактов. До> те. Р’
напряжение находится в пределах зоны 6, контакты
югся надежно замкнутыми. выдерж-
Выбор ширины зоны нечувстви у зависит
ки времени 6 имеет бо‘^Ое ^пе напряжения и число
допускаемое автоматикой oik. «рчтвствительноств,
срабатываний РПН. Чем меньше зона «чувств.
Ъ’
тем выше качество регулирования, и —-------- с
Iohv нечувствительности иметь по возможности наимень-
шей но она должна превышать ступень регулирования. По-
4TOMV с целью уменьшения зоны нечувствительности стре-
мятся уменьшить цену деления ступеней регулирования
С' (рис. 10.5).
Автоматическое регулирование напряжения изменением
мощности включенных конденсаторных батареи основано
на изменении потерь напряжения V в сопротивлении х
110 7) в зависимости от мощности включенных в работу
компенсирующих устройств. Изменение напряжения будет
положительным +V при включении компенсирующего уст-
ройства и отрицательным — U при отключении КУ.
Выполнив расчеты по выражениям (10.8) — (10.11) (см.
пример 10.1), получим, что если требуется изменить напря-
жение на 1 % t/ном включением или отключением компен-
сирующего устройства, то на стороне вторичного напряже-
ния трансформатора 1000 кВ-А для этого надо изменить
мощность компенсирующего устройства на 180 квар, а на
стороне 380 В трансформатора 1600 кВ-A (т. е. за мень-
шим сопротивлением) надо включить (отключить)
300 квар, за кабельной линией 380 В длиной 100 м —
240 квар, а за кабельной линией 10 кВ длиной 1 км —
12 500 квар. Таким путем можно выбрать ступени регули-
рования реактивной мощности компенсирующего устройст-
ва при автоматическом включении — отключении их с по-
мощью автоматики. Для регулирования напряжения таким
способом в сетях выше 1 кВ требуется большая мощность
компенсирующих устройств.
Основными источниками реактивной мощности, уста-
навливаемыми специально для компенсации и регулирова-
ния напряжения в электрических сетях промышленных
предприятий, являются батареи конденсаторов. В целях
регулирования напряжения БК разделяются на секции, от-
ключаемые и включаемые своей коммутационной аппара-
турой. Автоматическое включение — отключение БК осуще-
с ьляечся по следующим параметрам режима электропот-
рсбителей: по напряжению, по току нагрузки, по направле-
нию реактивной мощности, по коэффициенту мощности, по
в -c, ени су эк, а также по комбинации нескольких пара-
метров. 1
Регулирование мощности батарей по напряжению ос-
на зависимости напряжения сети от согласно
выражениям (10.7) —(10.8). Отключение секции БК при-
, ...i, превы-
. ---„uiuvM изменении мощности. Это может
быть за большим сопротивлением, в удаленных точках рас-
пределительной сети nnoMHiitпримете предприятия и на
трансформаторной под-
к шинам 6—10 кВ ГПП и
______________________________________: автоматические ре-
___________________________________________ ___J со-
и называемые
измери-
данным выр1ХХе7тРЯ>Кения »з ступень о
трансформаторов сРП? *е Как и Регулят'оо ределяемУю
ров должен иметь Ju’ РегУлятор мОщнпгтР НапРя*ения
изменение напряжен^ ГУВСТВИТель«оХ п" конденсате-
одной секции БкенаЯзо”й"%Р;И ВМЮЧе«“’и-"™“Х
Регулирование мощности БК „ W.14)
жения целесообразно применять?ависимос™ от напря-
имеет место значительное иХениЛ* Т°ЧКаХ сет»- где
"₽“ н^ьшом
ппгИк1еНИеМ’ в УД2ленных точках“пас-
стороне вторичного напряжения™0™ П0епппнат”" " ’
станции.
Для батарей, подключенных к ШППЙ
распределительных пунктов, применяют г-
гуляторы (мощность конденсаторов), действующи? н7
четании изменений напряжения и нагрузки н“Т
регуляторами с токовой компенсацией. При эго»
тельный орган регулятора действует на параметр
I7p = U ± 1Z,
где I — ток нагрузки; Z — сопротивление схемы
компенсации, регулируемое при наладке; (/ — отклонение
напряжения в контролируемой точке.
Если возникает неустойчивость регулирования между
регуляторами БК и главного трансформатора, то в каче-
стве второго параметра применяется не потный ток 1, а
его реактивная составляющая, или компенсация по фазно-
му углу. Такие регуляторы применяются для крупных ба-
тарей конденсаторов. Мелкими батареями управляют по
напряжению и току и по времени суток с помощью контакт-
НЫ Синхронные двигатели обеспечивают плавное
рование напряжения с помощью автомати^ реактивной
ров возбуждения и дают резкое повышение ре=ои
мощности на короткое время (• У СИНХронные двига-
форсировки возбуждегреактивную мощность
тели могут потреблять избыто У Р д понизить на.
в режиме недовозбуждения, •• такиМи же свойствами
пряжение в контролируемой то генераторы, подклю-
обладают синхронные компенсаторы и генера Р
(10.15)
токовой
чаемые в отдельных случаях к распределительным сетям
6—10 кВ промышленных предприятий.
Преимущества синхронных машин как регуляторов на-
пряжения по сравнению с конденсаторными батареями осо-
бенно существенно проявляются при авариях. Свойство
форсировки н расфорсировки возбуждения способствует
восстановлению нормального режима работы в послеава-
ринном режиме и ускоряет процесс восстановления нор-
мального режима в аварийных условиях, повышает устой-
чивость в узлах нагрузки.
Форсировка напряжения применима и на трансформа-
торах с РПН путем максимально возможного снижения ко-
эффициента трансформации, и на конденсаторных батаре-
ях. На конденсаторных батареях форсировка напряження
осуществляется путем переключения схемы батареи из
звезды в треугольник, а схемы треугольника — в два па-
раллельных треугольника. При этом напряжение на каж-
дом конденсаторе повышается соответственно в У3 раз
и в 2 раза, а мощность — в 3 и 4 раза. Но такое резкое по-
вышение номинального напряжения снижает надежность
работы конденсаторов. Поэтому форсировка мощности БК
и трансформаторов с РПН не нашла широкого практиче-
ского применения из опасения аварийности. Форсировка
возбуждения синхронных машин находит применение прак-
тически на всех синхронных машинах и является средст-
вом снижения аварийности в системах электроснабжения.
Глава одиннадцатая
САМОЗАПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
11.1. ПРОЦЕСС САМОЗАПУСКА И ЕГО РАСЧЕТ
При КЗ в системе электроснабжения предприя-
тия резко понижается напряжение в сети, отключается
часть электросети и вновь восстанавливается ее питание от
того же или от другого источника благодаря действию уст-
ройств прогивоаварийной автоматики (АПВ, ЛВР). В пи-
2ьи
zae,o
Г
0 t
Pnc. 11.1. Изменение сопротив-
ления н тока электродвигателя
в период времени выбега
или ^шо7°Х'"н"К“пр"же.|™на"врЛемя'оТ б'Т’
ме^пВаеТСЯ момент°м сопротивления механизма, привода
мого в движение. При значительном снижении напряже-
ния на зажимах электродвигателя и тем более при полном
его отключении происходит выбег электродвигателя т е
снижение частоты его вращения, при восстановлении на-
пряжения в сети, если двигатель не отключен выключате-
лем, происходит самозапуск двигателя, т.е. восстановление
частоты вращения. В процессе
самозапуска изменяются со-
противление и ток двигателя.
На выбеге сопротивление ра-
стет, а ток снижается во време-
ни (рис. 11.1).
В первую секунду выбега
частота вращения электродви-
гателя снижается приблизи-
тельно на 1 % за каждые 0,1 с.
За время 0,4—0,6 с частота
вращения двигателя снизится
иа 4—6 %, сопротивление тоже
снизится, но еще не до пускового значения. Поэтому при
восстановлении питания ток самозапуска будет меньше пу-
скового тока. Чем дольше длится бестоковая пауза, тем
ближе /дв к пусковому значению, а ток самозапуска — к
пусковому току, превышающему номинальный ток электро-
двигателя в 5—7 раз.
Групповой самозапуск, в котором участвуют HeCboflbK
одинаковых двигателей, приводит к возрастанию том са-
мозапуска в такой же кратности по отно * бодь.
номинальных токов двигателей всея 1У •
шой ток создает повышенные
источник — двигатели и вызывает напряжения
в сети. При определенной в^ ч^оТпуск не происходит,
наступает предел, ВР" K°J°РЭлектродвигателя, пропорцио-
так как момент врашент зажимах, становится
пальный квадрату напряж двигатель затор-
мепьше момента нагрузки на его валу,
маживается.
2b 1
Чгп ,„ачит что при кратковременном перерыве питания
«»,„ оставлять включенными только выключатели наибо-
лее ответственных двигателей. Остальные двигатели отклю-
S в процессе самозапуска не участвуют.
При проектировании процесса самозапуска выполняют-
ся следующие расчеты в анализ." выявление ответственных
агрегатов, для которых необходим самозапуск с целью со-
хранения технологического процесса или повышения без-
опасности; выявление механизмов, для которых самозапуск
недопустим по условиям технологического процесса или
техники безопасности; определение максимально допусти-
мого перерыва питания каждого из электродвигателей, пос-
ле которого еще целесообразно и возможно восстановление
нормального режима путем самозапуска; сбор данных для
расчета режима самозапуска: схемы электропитания, па-
раметров двигателя, уставок защиты и автоматики; расчет
режима самозапуска; проведение экспериментальных ис-
следований самозапуска группы электродвигателей, если
это возможно и нужно; разработка мероприятий по обес-
печению самозапуска, в том числе изменение схем и уста-
вок релейной защиты и автоматики, схем управления при-
водами и технологической автоматикой.
Для упрощения расчета самозапуска электродвигателей
напряжение на их зажимах определяют без расчета урав-
нения движения ротора по выражению
Vo
— • V11 ч
вн + Хдв2 )/К
где Хдве —суммарное (эквивалентное) индуктивное сопро-
тивление электродвигателей в неподвижном состоянии (при
скольжении s=l); хВп — внешнее сопротивление между ис-
точником питания и шинами, к которым подключаются
электродвигатели; К — кратность тока самозапуска, отно-
шение суммарного пускового тока электродвигателя при
данном скольжении к суммарному току электродвигателя в
заторможенном состоянии.
Коэффициент 1,05 в формуле (11.1) учитывает превыше-
ние ЭДС источника над номинальным напряжением элек-
тродвигателя. Индуктивное сопротивление электродвигате-
ля в заторможенном состоянии, приведенное к базисным
условиям, определяется из выражения
хДв = —'----
Кдь 5ДВ
2<*2
(11.2)
где КдВ==/т1/Л1ом — кратность пускового тока электродви-
гателя; Sc,аз — базисная мощность; 8ДВ— номинальная пол-
ная мощность двигателя.
Индуктивное сопротивление группы двигателей в затор-
моженном состоянии
-----• (И-3)
V 1
Хдв£
i=l
Индуктивное сопротивление питающего трансформатора
• XZW ОН0М т
где ик — напряжение КЗ, %; 8НОм,т— номинальная мощ-
ность трансформатора.
При расчете самозапуска электродвигателя напряже-
ний до 1 кВ за величину хвн можно принять хтр, так как ос-
тальные элементы хвн имеют малое по сравнению с хтр со-
противление. Для двигателей 6—10 кВ следует учитывать:
сопротивление реактора
*р %_______^баЗ .
100 /з ир1р ’
(11.5)
индуктивное сопротивление линии
Хл = Хл ^?баз/(7ноМ1 (11 -6)
где х°—удельное сопротивление линии; I — длина линии.
Сопротивление питающей сети источнка можно опреде-
лить по мощности КЗ SK:
хс = $Саз/$к- U1-7)
Тогда внешнее
сопротивление
•*вн ~ “Ь ^с< (11.®)
При перерывах питания, превышающих 0,7—0,8 с, со-
противление асинхронных двигателей напряжением до 1 кВ
можно принимать равным хдв при /(=1. Учитывая, что
практически самозапуск осуществляется при перерывах пи-
тания на 1 с и более, формулу (11.1) можно изменить:
Самозапуск электродвигателя можно считать успешным,
если напряжение на шинах и частота его вращения восша-
1’53
(Н.9)
ппрмя в течение которого технологический
,ЮВНЛ'К еше не нарушен и нагрев двигателей не вышел за
Пр м^поедеш Успешность самозапуска оценивает-
Допустнмые щ ед . г. {мому напряженИю в момент вос-
СЯ по МИШ ма. котором вращающий момент
становлегсамоз* пусКа. Самозапуск асин-
Хнных двигателей до 1 кВ при нагрузке 80 % и более
Sun бывает успешным, если перерыв питания не превы-
шает 3 с и напряжение не снижается ниже 0,/ Цри
Перерыве питания 0,5-0,7 с минимальное напряжение са-
мозапуска составляет 0,65 Umu. При загрузке асинхронно-
го двигателя на 70 % HmJ-„ = 0,6 Ином при перерыве до 2 5 с,
=0,55 ПНом, если перерыв питания составляет 0,5—
0,7 с.
Если уровень напряжения оказывается ниже приведен-
ных значений, то требуется определить предельную сум-
марную мощность неотключаемых двигателей, самозапуск
которых обеспечивается. Остальные двигатели необходимо
отключать. Как известная величина принимается в этом
случае £7СЭ, и рассчитывается эквивалентное сопротивление
неотключаемых двигателей из выражения (11.9):
х
(П.Ю)
Допустимая суммарная мощность двигателей, самоза-
пуск которых обеспечивается, определяется из выражения
п
\в£ ^дв ~ *$баз /ХДВ2-
(11.11)
В пределах этой мощности и формируется группа дви-
гателей, участвующих в самозапуске.
11.2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Для выполнения самозапуска необходимо обес-
печить отключение контакторов и выключателей двигате-
лей, не участвующих в самозапуске, защитой минимально-
го напряжения. Двигатели, участвующие в самозапуске, не
отключаются: их коммутационные аппараты остаются во
включенном положении. Иногда отключаются все двигате-
ли, а после восстановления питания включаются только не-
которые из них,
264
На промышленных предприятиях целесообразно приме
пять групповые устройства самозапуска электрических дви-
гателей всей технологической установки, так как если при
восстановлении напряжения на сборных шинах не возобно-
вится работа хотя бы одного ответственного электродвига-
теля технологической цепи, технологически процесс всей
установки будет расстроен и прервется.
Если суммарная мощность ответственных электропри-
водов превышает допустимое по самозапуску значение
(11.11), можно применить самозапуск этих двигателей в
несколько приемов — ступенчатый самозапуск, используя
блок управления БУ-ЗМ, предназначенный дли ступ
того самозапуска электродвигателей станков-качалок,
прессоров, насосов (рис. 11.2).
Одним из важнейших мероприятий
дежиого электроснабжения на
самозапуску значение
этих двигателей в
, ------j ,1
предназначенный для ступенча-
--------“ ______ком-
по обеспечению не-
промышленных предприяти-
Рис. 11.2. Схема автоматического
устройства для обеспечения самоза-
пуска группы электродвигателей
Рис. 11.3. Принципиальная схе-
ма АВР секционного выключа-
теля
285
/ = 0 2—5 с является примене-
ях путем Р^^ческого включения резервного ис-
ние устройств ав квелом типовые схемы АВР удовлетво-
точника питания. В целом типов^^ из) Hq
ряют пРедъявляемв * ном самозапуске ответствен-
на срабатывания и Д большой мощности напряжение в
ных электродвиг • • миНалЬного. Таким обра-
напряжения „а секции под-
сташш. по"?е включения АВР может произойти отключе-
• е ли гателей из-за длительного протекании токов самоза-
тска что в свою очередь вызовет расстройство всего
Технологического процесса, массовый брак продукции ит.д.
Для поддержания более высокого уровня напряжения
на шинах подстанции после срабатывания АВР предлага-
ется схема ступенчатого самозапуска электродвигателей.
Уровень напряжения на шинах подстанции определяется
из условий механических характеристик двигателей и воз-
можности включения пускателей или контакторов. Схемой
предусматриваются две ступени самозапуска со сдвигом во
времени между первой и второй ступенями. Пауза между
ними определяется в основном технологическими требова-
ниями.
Предлагаемая схема не изменяет общепринятых схем
автоматики АВР и схем управления двигателей, а лишь до-
полняет их небольшим количеством элементов. В схему
АВР добавляются реле 2 KL типа РП-252 и реле 3KL ти-
па РП-40, а в схему управления двигателя второй ступени
(рис. 11.4)—тиристор, конденсатор и два резистора, кото-
рые подбираются в зависимости от параметров тиристора
и длительности перерыва в питании двигателей второй сту-
пени. r J
Схема ступенчатого самозапуска двигателей обеспечива-
Го?ЛТ0МаТИЧеСК05 включение и последующее включение
ппЛт1и?еИ ВТОрОИ Ступени при и после срабатывания АВР
топы» n“,"Lri0M0'C,‘” Релей|ю-™ристорных элементов, ко-
отмючек™ п«он СММу “ "овышают ее надежность. После
ё™ ь Л “Кции ’’“«Л4 ^абатываег и замыка-
(см рис. Ц.З) рё,ё«еАГ/еёе„ ’ 3KL " “««тактора КМ
гате-ти второй ступени^ примерно за 0,1 с отключает дви-
Да выключателя вво^яЧеяРе3 размыка1°Щий контакт приво-
через 0,3 с включает ппии КОНТактоР КМ приблизительно
С включениемXX Д СекцИон»<>го выключателя,
мозапуск двигателей пеовойТЛ^^4316^ ПРОИСХ°ДИТ са*
первой ступени, а через заданную вы-
ГамозапускяРИНЦИПИаЛЬНаЯ СХема >’пРавления Двигателя второй ступени
держку времени размыкаются контакты реле ЗКТ и
обесточивают реле 2KL и 3KL, контакты которых кратко-
временно замыкают цепь разряда конденсатора через уп-
равляющий переход тиристора. С подачей импульса на
управляющий переход тиристор открывается и включает
контактор К.М, который подает питание на привод выклю-
чателя двигателя второй ступени. Если двигатель находит-
ся в резерве, включение его при и после срабатывания АВР
не произойдет, так как конденсатор в схеме управления
разряжен.
При применении схемы ступенчатого самозапуска необ-
ходимо учитывать мощность источника питания приводов
выключателей двигателей второй ступени в случае одно-
временного их включения. Схема ступенчатого самозапус-
ка электродвигателей обеспечивает успешный самозапуск
благодаря поддержанию более высокого уровня напряже-
ния на шипах подстанции после срабатывания устройств
АВР, что в свою очередь обеспечивает простоту и надеж-
ность эксплуатации, уменьшение уставок токовои защиты
секционного выключателя (СВ) и вводов подстанции и г
самым увеличивает чувствительность защиты;
Автоматическое управление ступенчатым самозапуско
осуществляется таким образом. При полном снят».. ..апря-
287
жен1,я (В бестоковую паузу противоаварийной автоматики
?пй АВР) и при глубоких посадках напряжения, продол-
жающихся не свыше 1,5 с, двигатели работают на выбеге,
снижая частоту вращения. Каждый двигатель имеет защи-
£ от сверхтоков КЗ и от сверхтоков перегрузки при само-
запуске. Защита выполняется с помощью токовых реле с
ограниченно зависимой выдержкой времени Если, напри-
мер на компрессорной станции работают 10 16 агрега-
тов'то для ступенчатого самозапуска их разделяют на три
группы В период кратковременного перерыва питания все
три группы электрических двигателей остаются подключен-
ными к сети и совместно работают на выбеге. При вос-
становлении напряжения (в пределах 1,5 с) все 10—16 дви-
гателей начинают разгоняться. Если за 3 с электродвига-
тели первой группы не разогнались так, чтобы их пусковой
ток снизился ниже 3/ном, их отключает токовая защита, и
при этом уменьшится общий ток самозапуска 2-й и 3-й
групп двигателей и несколько повысится напряжение на их
зажимах.
Если в течение 5—6 с не закончится самозапуск 2-й
группы электродвигателей, она тоже будет отключена то-
ковой защитой. Таким образом, создаются условия для ус-
пешного завершения самозапуска 3-й группе двигателей
наиболее ответственных электроприводов. Но и 3-я группа
электродвигателей отключается, если за 8—10 с не завер-
шится ее самозапуск. Тогда осуществляется поочередный
пуск электродвигателей автоматически или с участием
персонала.
Предусмотрено отключение 1-й группы электродвигате-
лей зашитой минимального напряжения в самом начале
процесса самозапуска, если условия самозапуска оказались
более тяжелыми, чем расчетные: бестоковая пауза продол-
жалась больше 1,5 с, или напряжение резервного источни-
ка, включенное действием АВР, оказалось ниже номиналь-
ного. Защита минимального действия Umin отключит 1-ю
rj.jnny электродвигателей при снижении напряжения в про-
пессе самозапуска до 0,6 ПНОМ1 а затем и 2-ю группу-при
па УпХ В самозапУске будет участвовать только 3-я труп-
"п1ДЛ^еСКНХ двигатс«в. а "осле завершения ее само-
2'Й’ Э ЗЭТеМ *-Й Г₽УП" УСТ₽0ЙС™
пеичатого eTvnff76 автоматического обеспечения трехсту-
»а на рис. П 2 ПУ ГРУ"П электР°Двигагелен приведе-
р снижении напряжения до уставки
2бв
срабатывания Реле напряжения К1/
ле времени ° ко'« VТк«ч°М "с‘
промежуточного реле к? °В "J? Обк,оч™а™ю кД“Х
цепь питания реле 1КТ „ по^*Т™ °&™,,ваек“
цепи катушек реле времени ? й аются к включению
ML, 2KL. 3KL, замыкаХ" "У промежуточных
ют кнопки «Пуск» Щ К0НТактЬ1 которых шунтиру-
Контакты реле времени обеспечив
пенчатого самозапуска электппЛ? возможность сту-
как описано выше.Ълн Якова™" 8 три очереди,
четную выдержку времени релХ I превышает Рас-
размыкает цепь включения реле 1KL wT™ реле 2КТ
не происходит. одц и самозапуск
11-3. ОСОБЕННОСТИ ПУСКА И САМОЗАПУСКА
СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Самозапуск синхронных двигателей (СД) имеет
по сравнению с асинхронными двигателями особенности
обусловленные действием системы возбуждения. На выбе-
ге синхронного двигателя автоматические регуляторы воз-
буждения и форсировка поддерживают ток возбуждения
на максимальном уровне и поэтому на выводах синхрон-
ных двигателей и на сборных шинах, к которым они под-
ключены, долго удерживается напряжение. Например, син-
хронный двигатель компрессорной установки мощностью
2000 кВт на выбеге удерживает напряжение свыше 0,71/ном
в течение 8,4 с, а свыше 0,4 ияОм — до 20 с. Тот же двига-
тель при отключенном токе возбуждения удерживает на-
пряжение 0,7 7/Ном лишь 0,33 с, а свыше 0,4 биом — всего 1 с.
Действие АВР, реагирующего на понижение напряже-
ния сильно задерживается, если возбуждение двигателя нд
выбеге не отключено. Для устранения этой задержки в ав-
томатическом вводе резервного питания в качестве основ-
резкого понижения или » ре-
гим способом уменьшения з д Р еРчастотЫ1 посколь-
является применение пуска АВРoj ре- н быстрей>
ку частота в отключенной части сен
чем напряжение.
28У
19—721
Отключение автомата (или контактора) гашения поля
пч выбеге синхронного двигателя осуществляется действи-
ем или реле минимального напряження, или реле частоты,
или репе тока с зависимой характеристикой типа РТ, кото-
рое используется как реле минимального тока в момент га-
шения поля и при ресинхронизации.
Самозапуск синхронного двигателя, как и пуск, в боль-
шинстве случаев производится в два этапа: сначала без
возбуждения (как асинхронный двигатель) при замкнутой
на сопротивление гашения обмотке возбуждения, затем
при достижении частотой вращения подсинхропного значе-
ния происходит автоматическая самосинхронизация. Асин-
хронный момент при самозапуске синхронного двигателя
можно определить по известной формуле Клосса [25]:
т =------, (11.12)
А'к J s
s sK
где т — максимальный момент двигателя по асинхронной
характеристике при критическом скольжении s,tp; s —
скольжение в установившемся асинхронном режиме.
Длительность асинхронного пуска синхронного двига-
теля можно определить по формуле
t =__________________________D_______
П I 19
U- та,ср — wc,cp
где ша,ср — средний асинхронный момент; mc.rp — средний
момент сопротивления; Р„ — мощность двигателя; п — ча-
стота вращения синхронного двигателя.
Практический интерес представляет рассмотрение груп-
пового выбега асинхронных и синхронных двигателей.
В этом случае наблюдается их взаимное влияние в течение
небольшого промежутка времени (0,5—1,5 с), пока оста-
точное напряжение па шинах снижается примерно до 25 %
номинального; часть синхронных двигателей переходит в ге-
нераторный режим, отдавая энергию. Необходимо учиты-
вать наличие возбуждения у синхронных двигателей при
ресинхронизации, которое может быть усилено форсировкой
возбуждения. 4
ченирм6^г°СТЬ самОзапУска во многом определяется зна-
бшь ПГл^иТ0Ч1ЮГ0 м™ента’ который при разгоне должен
ного мехХЛеяЛЬНЫ^ Для Успеш“°™ разгона загружен-
необходимы улучшенные моментные ха-
(11.13)
при этом скольжении.
РЙХ™’“ ,“се" —*
буется знать время разбега из лек|подвигателей тре-
до подсинхронной скорости и значенир^м°Ч110Г0 положения
при этом скольжении. знание момента двигателя
Остаточное напряжение на секции при самозапуске пня
конкретной схемы электроснабжения определяется по фор
муле (11.1). Значение напряжения на секции при ресин-
хронизации синхронных двигателей, выраженное в оро-
сительных единицах, приближенно определяется по фор-
муле (11.9). 11
Синхронные двигатели, в том числе с трехфазной пус-
ковой обмоткой в схеме замещения, представляются пере-
ходными индуктивными сопротивлениями. Гашение поля
синхронных двигателей производится для снятия остаточ-
ного напряжения на сборных шинах, а также с целью сни-
жения усилий, воздействующих па лобовые части обмотки
статора синхронного двигателя, которые значительны при
несинхронном включении. У тиристорных возбудителей ти-
па ТВУ гашение поля производится переводом выпрямите-
ля в инверторный режим и автоматическим включением
разрядного сопротивления, что достигается и при отклю-
чении автомата гашения поля. При анализе изменения час-
тоты вращения и напряжения на синхронном двигателе на
выбеге и при самозапуске, а также длительности асинхрон-
ного пуска (11.13) большое значение имеет механическая
постоянная времени Т/.
т = Jn2
j 365PIIOM ’
где J — момент инерции двигателя; п- частота вращения;
Аюм мощность,но что если асинхронный
моХпта".°аВ То'% ’"Ревы1^
меитов: Рсак'™"оог“е’"а“"1С’ву,одай с двойкой часгогой.
Реактивный момент, д т
JP/J________L\sin26 (11U>
/ПР 2 \ Xd '
обсспсчИВс1£ 1 ВI Я! и
обычно не превышает о,3 О>ш е^а исключением некоторых
ванне двигателя в синхр агрузки. Для успешного
случаев при отсутстви 291
19*
(11.15)
гивания в синхронизм двигателя включается ток возбуж-
дения При включении тока возбуждения без синхрониза-
ции возникает знакопеременный момент, пульсирующий с
частотой ротора двигателя:
Отв=
-'d
где £ ЭД С, определяемая по спрямленной характеристи-
ке холостого хода синхронного двигателя.
Тормозной нагрузочный момент от тока статора двига-
теля, также пульсирующий с частотой скольжения, равен:
(11.16)
Г;
тт =-----
т 1 —s
где ri — активное сопротивление цепи статора синхронного
двигателя.
Кратность тока статора при пуске
А,-=1/4 (11.17)
Способ пуска (прямой, реактивный, или автотрансфор-
маторный) выбирается исходя из следующих ограничений:
напряжение в сети не должно снижаться более чем на
15 % при наличии осветительной нагрузки и на 20 % —при
силовой нагрузке, кратность тока пуска синхронного дви-
гателя ограничивается его механическим воздействием на
лобовые части обмоток и на вал.
Нагрев обмоток статора при пуске синхронного двига-
теля не должен повышаться более чем
проверяется формулой
о ___ ^НОМ (^г Щ2 {п
VCT -
на 50—55 °C, что
175
где 7Ном — номинальная плотность тока
двигателей 6 кВ JHOM=4,5-j-5,2 А/мм2; ’
кратность пускового тока; t,
(11.18)
для синхронных
KiU— начальная
„ п — длительность разворота до
oaSXn очТ частоты вРаЩения синхронного двигателя,
Нагрев обмотки ротора 0Р^ЗОО°С:
0 = 195Q ... Tj Рном U- та.ср_
п6’п,о U2 >”a.cp Ч~ тс,ср
мощность-м^хапическая постоянная; Рном— номинальная
мощность, П~ частота вращения; Сц>0-вес пусковой об-
292
(11.19)
(11.20)
^°oTK"Len,S)”СРеД,,Ие “0Ме"™ .............» №
Снижение частоты впашения Г11,...
при выбеге идет по экспоненте. При выбеге^ сиТ
хронных двигателей без отключения возбуждения пгюисТо
ДИТ групповой выбег, который можно предДви?ь как вы-
бег одного эквивалентного двигателя. Выбег синхронного
двигателя происходит взаимосвязанно, пока напряжение не
снизится почти до нуля. Ток включения синхронного дви-
гателя на выбеге с возбуждением равен:
I" —
ft
Xd
При несинхронном включении синхронного двигателя с
ЭДС Eq в сеть с напряжением Uc, которые примерно рав-
ны по модулю и могут находиться в противофазе, ток мо-
жет превысить пусковой ток в 2 раза (допускается только в
3 раз). Поэтому рекомендуется автоматическое гашение
синхронного двигателя при самозапуске с последующей са-
мосинхронизацией.
В процессе самозапуска может не произойти втягива-
ние двигателя в синхронизм и возникает затянувшийся
асинхронный ход двигателя. В таком случае должна дей-
ствовать релейная защита синхронного двигателя от асин-
хронного хода. На рис. 11.5, а показана диаграмма колеба-
ний тока от Imin ДО 1тах, которые происходят с частотой
скольжения ротора синхронного двигателя с периодом П
На рис. 11.5,6 показана принципиальная схема защиты
® На отключе-
ние или на
разгрузку
Рис. 11.5. Изменение тока статора синхронного двигателя, выпавшего из
синхронизма (а), и схема его релейной защиты (б)
293
I -------------------------------------------------
I синхронного двигателя от асинхронного хода,, осуществля-
емая токовым реле с ограниченно зависимой характери-
стикой типа РТ-80. По мере роста тока до значения 1СЗ, до
тока срабатывания защиты (точка а), реле КА приходит
в действие, но не успевает замкнуть свои контакты, так как
начинается снижение тока ниже /Сз (точка б). Но реле
РТ-80 имеет большое время возврата и за время Аг не успе-
вает возвращаться в исходное положение. И после несколь-
ких периодов биений тока статора реле срабатывает — реле
| тока РТ-80 надежно срабатывает при скольжении 2,5 %, ког-
да период колебания тока составляет 0,8 с. Для синхрон-
ных двигателей отношением короткого замыкания меньше
I 1 с тиристорным возбуждением и с резкопеременной на-
грузкой на валу применяются другие типы защит.
Длительность работы синхронных двигателей в асин-
хронном режиме ограничивается, и для ускорения разгона
двигателя до подсинхронных оборотов при необходимости
производится разгрузка двигателя при самозапуске. В си-
стемах электроснабжения промышленных предприятий
обычно предусматривается АВР на секционных выключа-
телях и АПВ на выключателях питающих линий. Пусковым
органом АВР при самозапуске асинхронных двигателей
служит реле минимального напряжения. Если имеются и
синхронные двигатели, то применяется схема АВР с ком-
бинированным пусковым органом по частоте и напряже-
нию.
11.4. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ САМОЗАПУСКА
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Вопросы применения самозапуска решаются с
учетом того, допустим или не допустим останов агрегата и
на какое время, возможен ли самозапуск двигателя данной
конструкции, можно ли обеспечить самозапуск за время,
не превышающее допустимую продолжительность переры-
ва электроснабжения. Например, самозапуск электродви-
гателей нагнетателей на коксохимическом заводе необхо-
дим, потому что при прекращении их работы газ из печей
пойдет в воздушное пространство цеха. Внедрение самоза-
пуска на главных приводах прокатного стана не обязатель-
™La\KaK ИХ остановка приводит лишь к браку одного
ва эпектп/гЛ г3’ находящегося в валках в момент переры-
ва электроснабжения. 1 1
1 294
ей конструкции ^п^схем^уппТо3*01 СдМ0запУск по сво-
гатели с фазным ротором и с Шустовым ДсипхРонные Дви-
участвуют в самозапуске так как СОпР°™влением не
время нет возможности обеспми.-г 32 столь ограниченное
пуска с вводом - выводом п;сковХ^паЛЬНЫе условия их
запуск многих низковопьтных ™ ° сопРотивления. Само-
отсутствия «оммутХХб Зат₽удм"
меня на отпадание пр“ ИсЧезн„ве„?^Л„ВЫда вре'
Оцеика целесоо6р^Иое™ХНз"у^Р™“™
леи по соотношению продолжительности перерыва эпекХ
питания с минимально допустимой паузой в Электроснаб-
жении данной электроустановки является одним из важ-
нейших условии. Потребитель чувствует перерыв электро-
снабжения как аварийную ситуацию в том случае, если
длительность этого перерыва превышает некоторую'вели-
чину Та. При меньшей длительности перерыва в поступле-
нии электроэнергии аварийного нарушения технологичес-
кого процесса не произойдет из-за инерционности электро-
двигателей и технологических механизмов, специфики
технологических процесов и т. д. Значение Та очень важно
для определения возможности самозапуска и установок
реле времени процессов самозапуска, при выборе техноло-
гического и электрического резерва, при определении ущер-
ба от перерыва электроснабжения.
Определение значений Га представляет значительные
трудности и требует изучения аварийной статистики и про-
ведения проектных расчетов. Ориентировочные значения
Та для некоторых производств металлургии и химии по дан-
ным [241 приведены в табл. 11.1.
Наименьшая длительность перерыва питания и значи-
^ькз° <=» "=
КЗ
АПв! АВР. Таким образом
может обеспечить восстанов чпектроснабжения даже
боты потребителя после пер1 „енипР питания, которое
при наиболее быстром во автоматика. В таких случаях
могут обеспечить защи кроме самозапуска элек-
требуются другие мероприятия кроме
тродвигателей. самозапуска и практи-
Рассмотрим способы У“°’е „асосны.х и ком”РксоР‘
чески полученные результаты для
Таблица 11.1. Ориентировочные значения Та для различных
потребителей ________________________________________
Наименование электропотребителей га
Коксохимическое производство: гравитационное, сушильное, флотационное от- деления обогатительной фабрики Коксовые батареи, коксовый цех Насосы охлаждения, эксгаустер с электроприводом Потребители цеха сероочистки 1—2с 10 мин 1—2 с 30 мин
Окускование: корпус дробления кокса, конвейер подачи агло- мерата в бункере доменного цеха, конвейер ока- тышей Агломашина, обжиговая машина Прокатные станы: 1 с 10,2 мин
непрерывные реверсивные Водонасосные, кислородные, компрессорные станции металлургических заводов Завод синтетического спирта Каталитический крекинг Газофракционирующая установка Завод синтетического каучука 1 с 0,5—10 мин 1 —1,5с 0,2о 3—5 с 20 с 1—5 с
пых станции, где применяются синхронные двигатели. На
рис. 11.6 приведены зависимости [25] изменения напряже-
ния синхронных двигателей насосной станции на выбеге в
трех режимах: при выбеге
под нагрузкой (т. е. с от-
крытой задвижкой насоса)
и с возбуждением синхрон-
ного двигателя, при выбеге
без нагрузки (закрыта за-
движка) с возбуждением
СД, без нагрузки и без воз-
буждения при отключен-
ном автомате гашения поля.
Рис. 11.6. Изменение напряжения
и частоты вращения синхронного
двигателя на его выбеге:
/ — выбег при нагрузке; 2—выбег без
нагрузки; 3 — выбег без нагрузки И без
возбуждения
2%
Сплошными линиями показана i
^Г()7"'|Ми -
“ '«оюгы вращения
ИЗ рИС. Ц.6 ВИДНО, Чю быгтп
щения-вдвое за 4 с —nP0Hcxi7uTC"H>Keillie час™ы вра-
нагрузки иа валу двигателя ГбХагТК0 При ,1аЛи'1и,‘
ставляет лишь 2-4 % (кривые А ??Уи" ИЗМе»™ие со-
лось до 0,8 (У11ОМ (минимальное иаИпр^>;е^РЯп1е,1ИРС,,ИЗИ-
двигатели насосов надежно ВТОг, Р е’ ри ко™ром
режимах 1. 2, 3 за время 2 и оч рГ'’ В »
врем,, задерживается сра’батмв^и^АВР^":'''
чаегся ток возбуждения двигателя Пуск „ огклю'
сипхроииых двигателей иасосимх станций рекоХдтся
производить при отключенном автомате гашенияполя той
открытой задвижке-под нагрузкой, что допустимо и S"
гидравлическим условиям работы трубопроводов.
Самозапуск синхронных двигателей центробежных ком-
прессоров типов СТМ и СТД имеет особенность: для бы-
строходных двигателей данных агрегатов не предусмотрена
пусковая обмотка, а ее роль выполняет массивная боч-
ка ротора с клиньями. На выбеге частота вращения сни-
жается постепенно на 5 % через 1с, 10 % через 3 с, 20 % за
5 с. Напряжение удерживается постоянным за счет форси-
ровки возбуждения несколько секунд и лишь всего 6 с сни-
жается до (7=0,8, через 8,5 с —до 0,6 (7110м и через 12 с —
до 0,4 (7Н0М.
Поскольку частота вращения двигателей снижается бы-
стрей, чем напряжение, для более быстрого ввода АВР
целесообразно применить пуск АВР от реле частоты. Это
мероприятие и применение ресинхронизации двигателей с
гашением поля в начале бестоковой паузы позволяют обе-
спечить самозапуск двигателей компрессоров за 3 с.
Самозапуск синхронных двигателей поршневых ком-
прессоров усложняется тем, что момент сопротивления
поршневого компрессора мало зависит от часгшы вРа^
ния двигателя. Поэтому без РазгРУзк“ ^^^хвозмож-
запуск затруднен, а разгрузка не в0 в уск синхрон-
па. Если она имеется, то применяете применением
ных двигателей поршневых компр _
гашения поля и ресинхронизаци дви' токовые реле,
В схемах ресинхронизац асинхронном режиме,
реагирующие на увеличение возбуждения на выбеге.
Реле тока отключает контв РдИТ пусковая авгоматика
Включение возбуждения производит пуск
достижении двигателем частоты вращения, близкой к
Ххрощой. На синхронных двигателях с тиристорным
возбуждением схема ресинхронизации не требуется, так
как тиристорный возбудитель получает питание с тех же
сборных что " W,,rа,еЛ"' Гаше,,ие поля 'Ч’оксхолит
вследствие исчезновения напряжения па общих сборных
шшах. Защита минимального напряжения электродвига-
тетей участвующих в самозапуске, отстраивается по вре-
мени.'Выбирается выдержка времени 4—9 с, за это время
самозапуск заканчивается. Перспективно применение груп-
пового самозапуска, благодаря которому повышается на-
дежность работы всей технологической линии.
11.5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ САМОЗАПУСКА
ЭЛ ЕКТРОД В ИГАТЕЛ ЕИ
Эффективность самозапуска электродвигателей измеряется
сокращением ущерба благодаря ускорению ликвидации аварийного
состояния и сохранению в рабочем состоянии двигателей.
Нарушения нормального режима электроснабжения влекут за со-
бой экономический ущерб из-за расстройства технологического процес-
са. Этот ущерб подразделяется на прямой ущерб от брака продукции,
повреждения оборудования, затрат на восстановление технологического
процесса н на дополнительный ущерб, зависящий от недовыпуска про-
дукции (см. гл. 12).
Для ориентировочной оценки ущерба определяется приближенное
значение ущерба по удельному значению его на 1 кВт отключенной
мощности. Например, для металлургических предприятий [15] прини-
мают Ууд=1,5 руб/кВт, для предприятий химической промышленности
^>д=4,7 руб/кВт.
Проведенный по некоторым предприятиям анализ показывает, что
самозапуск электродвигателей наиболее ответственных механизмов —
одно из наиболее эффективных мероприятий по снижению ущерба от
перерывов электроснабжения промышленных предприятий, не требую-
щих больших капитальных затрат на его осуществление. Но вполне
шное действие автоматических устройств и выполнение всей опе-
р ин самозапуска требуют проработки с учетом требований всех про-
Д ениых служб, расчетов динамики электропривода еше на ста-
Порядок”,У Гз »
Глава двенадцатая
'кнадБЕжИНосПтОиНГ„"ЯТ,>ебования
зано со з“Хл™мЛе„КХС!,а6Же,гИЯ свя-
Tpc^afoKeHim*^
выполняться
дежностн систем электроснабжения промышленных об^
тов присущи свои особенности.
Термины и определения, применяемые при анализе на-
дежности систем электроснабжения, приведены в ГОСТ
21027 75 «Системы энергетические. Термины и определе-
ния», ГОСТ 27.022—83 «Надежность в технике. Термины
и определения», сборнике Комитета научно-технической
терминологии АН СССР «Надежность систем энергетики.
Терминология. Вып. 95» и некоторых других.
Надежность — свойство системы электроснабжения вы-
полнять заданные функции в заданном объеме при опреде-
ленных условиях функционирования.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспо-
собность до наступления предельного состояния при уста-
новленной системе технического обслуживания и ремон-
тов.
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохра-
нять работоспособность в течение некоторого времени.
Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающее-
ся в приспособлении к предупреждению и обнаружению
котором ок способен выполнять все или часть
функций в полном или частичн^^^ сосТоянне объекта, при
Неработоспособное сос все заданные функции,
котором он не способен ° объекта, при котором он
Рабочее состояние - состоя . ццй в иолНом или
выполняет все или часть оадаины. уу
частичном объеме.
Повреждение -нарушение исправности объекта или
₽г о составных частей в результате влияния внешних воз-
Х1вий. превышающих уровни, установленные норматив-
но-технической документацией.
Преднамеренное отключение отключение, намеченное
и выполненное обслуживающим персоналом.
Восстановление — событие, заключающееся в переходе
ИЗ неработоспособного состояния в работоспособное.
Оперативное переключение—изменение схемы или ре-
жима работы объекта, выполняемое обслуживающим пер-
соналом.
Показатель надежности — количественная характери-
стика свойств, определяющих надежность объекта.
Среднее время восстановления — математическое ожи-
дание суммарного времени восстановления за расчетный
период (обычно за год).
Средний недоотпуск электроэнергии (продукции) — ма-
тематическое ожидание количества электроэнергии (про-
дукции), недоотпущенной потребителю за расчетный пери-
од времени.
Экономический ущерб от ненадежности. Ущерб — де-
нежная оценка дополнительных материальных и трудовых
ресурсов, затрачиваемых в результате нарушений надеж-
ности объекта.
Удельный ущерб — ущерб, отнесенный к единице недо-
отпущенной электроэнергии или выпускаемой продукции.
Ниже будет использовано также понятие функции ре-
акции— свойства системы электроснабжения или потреби-
теля реагировать на изменения напряжения в зависимости
от его величины и продолжительности [31].
Одним из основных понятий теории надежности являет-
ся понятие отказа.
Отказ работоспособности (функционирования)—собы-
тие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня
работоспособности (функционирования) на другой, более
низкий.
Локализация отказа — управление объектом, направ-
ленное на уменьшение последствий отказа.
Вероятность безотказной работы — вероятность того,
что в пределах заданной продолжительности работы объ-
екта отказ не возникнет.
Частота отказов. Средний параметр потока отказов —
о ицение математического ожидания числа отказов объ-
300
гаиервал време"и к
При практических’ расчетах наибпл"’""*"11’11"" отказов,
ся дпффереицйаци Р JХисиХ 0,™’°“ УП°Гребляет-
перерыва электроснабжения, обусловле™”™™"^”
время Т. восстановления работоспособности отказавшего
элемента (обычно Т.=4-10 ч. но в тяжелых случаяГиа-
пример при разрушении опоры линии электропередачи Т
может составлять несколько суток), на время Тп опеоатив"
Х\ПяТК-ЮЧеН<?Й’ ВЫ1ЮЛНяемЬ1х дежурным персоналом
подстанции либо оперативно-выездных бригад^ (от не-
скольких минут до 4—6 ч), кратковременный перерыв пи-
тания потребителей на время 7а автоматического ввода ре-
зерва или автоматического отключения поврежденного
участка сети (несколько секунд).
Различают также полные и частичные отказы (по сте-
пени нарушения работоспособности), зависимые и незави-
симые (по причинной связи с отказами других элементов
системы); по характеру проявления отказы бывают вне-
запными (приводят к резкому снижению уровня работо-
способности, например, вследствие ошибочных действий
персонала, нарушения условий работы) и постепенными
(характеризуются плановым изменением параметров объ-
екта в результате старения или износа), по времени суще-
ствования — устойчивые (для восстановления работоспо-
собности требуется ремонт элемента) и неустойчивые (для
восстановления работоспособности требуется отключение
элемента или изменение режима его работы).
Отказы (повреждения) элементов системы электроснаб-
жения обусловливаются различными причинами и зависят
от типа элемента.
Пинии электропередачи. Повреждения воздушных ли-
грозовыми перекрытиями из ’ ’ ми вибрацией и пляс-
ми отложениями, ветровым 1)’о ослаблением
кой проводов, возгораниеР „ Q ' повреждением опор
механической прочности Д механизмами и пр., превыше-
и проводов автотранспорт ‘ , расчетных значений, де-
нием фактическими нагрузками расч т одощ и30ля-
фектами изготовления и монтажа
ции и арматуры.
314
Юзанные неблагоприятные воздействия вызывают пе-
5казан ые н разрыв изоляторов, оплавление ме-
гекрЬХгих дета пей Робрыв проводов, ослабление их ме-
>анХХй прочности при вибрации и пляске проводов, по-
Jj ку деталей, падение опор вместе с проводами.
Основными причинами повреждения кабельных линий
шляются нарушение их механической прочности строи-
тельными машинами и механизмами при земляных рабо-
тах старение изоляции, электрическая и химическая кор-
розия покрытия, перегрузка кабеля, попадание влаги, по-
вреждение изоляции грызунами.
Силовые трансформаторы. Причинами их повреждения
обычно являются: повреждение изоляции обмоток транс-
форматора из-за дефектов конструкции изготовления, а
также вследствие перенапряжения и токов КЗ; поврежде-
ния переключателей, имеющих конструктивные или техно-
логические дефекты; повреждения вводов.
Коммутационные аппараты. Выключатели, разъедини-
те ти и отделители повреждаются как вследствие механи-
ческих воздействий (например, из-за нарушения правил их
эксплуатации), так и вследствие электрических воздейст-
вий (перекрытия изоляции при внешних и внутренних пе-
ренапряжениях, пробой внутрибаковой изоляции и т.п.).
Показатели надежности элементов систем электроснаб-
жения приводятся в многочисленных публикациях, в част-
ности в [31].
В зависимости от характера и последствий отказов ава-
рийные нарушения электроснабжения подразделяются на
аварии, отказы в работе первой степени, отказы в работе
второй степени, потребительские отключения.
Аварией считается:
нарушение нормальной работы электрической сети на-
пряжением 6 кВ и более, вызвавшее: перерыв электроснаб-
жения одного и более потребителей I категории, имеющих
питание от двух независимых источников, на срок, превы-
шающий время действия устройств АПВ или АВР; пере-
рыв электроснабжения при несоответствии схемы питания
потребителей 1 категории требованиям ПУЭ на срок более
До ч; перерыв электроснабжения одного и более потреби-
ппилгл КЛТеГОрИИ СРОК более 2,5 ч; перерыв питания
одного „ более потребителей III категории „а срок более
20 МВт « ?7СК мек,1>'лнергни потребителям в размере
эХоснабжеХ; "eSa“° Амтеле,ости перерыва
302
10 ^В^А^более^есл0^ восстановле*015^1310^3 Мошностью
нецелесообразно- вление его невозможно или
и -кВ
£ ХТнТЛ™ХГзП ™'“й 110 «« "₽XVe S:
пожар на подстанции с высшим напряжением 110 кйи
болДе’ вызвавшии ее обесточивание на срок 8 ч и более
Отказом в работе первой степени считается:
нарушение нормальной работы электрической сети вы-
звавшее перерыв электроснабжения одного и более потре-
бителей I категории при несоответствии схемы их питания
liyj, либо одного и более потребителей II категории на
срок от 0,5 до 2,5 ч; одного и более потребителей III кате-
гории на срок от 8 до 24 ч; недоотпуск электроэнергии от
5 до 20 мВт-ч;
повреждение основного электрооборудования сетей, тре-
бующее восстановительного ремонта в установленные сро-
ки;
повреждение воздушной или кабельной линии 35, НО кВ,
требующее восстановительного ремонта в срок до 24 ч.
Отказами в работе второй степени являются:
перерывы электроснабжения потребителей, не являю-
щиеся аварией первой степени;
повреждения некоторых видов оборудования;
недовыполнение диспетчерского графика электронагруз-
ки или оперативного задания диспетчера;
автоматическое отключение или ошибочное отключе-
ние оборудования персоналом;
обесточивание участков электросети напряжением ни-
тке б к
Потребительским отключением называется отключение
оборудования из-за неправильных действии персонала по-
Здакржккяг
ся четырьмя степенями^311 й _ С11МаЛьНая, когда
Первая степень послелстДв“й (.о371ает угрозу жизни
прекращение работы пОТРе “ ‘ парушений окружающей
людей, возникновению глубоки. 1.
303
„ повреждению уникального и дорогостоящего обору-
среды, пов»1е^ потребителей невозможно установить
ча сырья брак продукции или материалов, необходимость
затраты больших средств на возобновление технологичес-
кого процесса, нарушение нормальной работы Дру1их про-
изводств, связанных с данным).
Третья степень — нормальная; при этом материальные
потери хотя и имеют место, но они невелики.
Четвертая степень — незначительная. Сюда относятся
отказы элементов системы, которые либо незначительно
влияют на потери производства (восполнение недовыпу-
щенной продукции осуществляется без особых затрат тру-
довых и материальных ресурсов), либо происходят в пе-
риод простоя потребителя.
Общие требования к надежности электроснабжения по-
требителей приведены в ПУЭ, согласно которым потреби-
тели подразделяются на три категории.
К I категории относятся электроприемники, перерыв в
электроснабжении которых может повлечь за собой опас-
ность для жизни людей, значительный ущерб народному
хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, мас-
совый брак продукции, расстройство сложного технологи-
ческого процесса, нарушение функционирования особо
важных потребителей коммунально-бытового хозяйства.
В этой категории выделяется особая группа потребите-
лей, работа которых необходима для безаварийного оста-
нова производства с целью предотвращения угрозы для
жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогосто-
ящего оборудования.
Ко II категории относятся электроприемники, перерыв
в электроснабжении которых приводит к массовому недо-
озпуску продукции, массовым простоям рабочих, механиз-
мов и транспорта, нарушению нормальной деятельности
Юльшого количества городских и сельских жителей.
Остальные электроприемники относятся к III категории.
К нвдежности электроснабжения различных
ре-|(>мГ1»Ь'Х потребителей уточняются и детализируются в
сохимиЛЛгмХ н°РматиВ1,ых документах. Например, в кок-
совые Установки°И-ЗВ°ДСТВе осповные химические цехи, га-
, загрузочные машины коксового блока
304
являются потребителями 1 кят₽
снабжение химцехов - П0Г1Х шихтовый двор, ВОНО-
ДЬ,ВГПУ^П0ТРебИТеЛЯМИ 111 катеТрии Категории , скла-
В ПУЭ предписываются оеЛ Р
обеспечения необходимого уровня Техиические способы
жения потребителей всех категопий Д НОСТИ ,лектР°снаб-
Электроприемннки I категопии'
троэнергией от двух независим^ обесцениваются элек-
рерыв „х электроснабжения™
ков допускается только на время ЯПТЛ Д из источни-
некий при переводе схемы на питание'отТоХXX
ка. Независимыми нсточннкамн-счвтаются две сек“"и
системы шип одной или двух электрических стан™.™ я™
подстанции при соблюдении одного из требований: а) ка™
дая из секции (или систем шин) питается от независимого
источника; б) секции или системы шин не связаны между
собой либо эта связь автоматически отключается при нару-
шении нормальной работы одной из секций (систем) шин.
В схемах электроснабжения особой группы потребите-
лей I категории необходим третий независимый источник
питания, причем он должен находиться в постоянной готов-
ности и автоматически включаться при исчезновении на-
пряжения на обоих основных источниках. Мощность треть-
его источника должна быть такова, чтобы обеспечить нор-
мальное функционирование только потребителей особой
группы энергосистемы.
В качестве независимых источников питания обычно ис-
пользуются местные электростанции, заводские ГЭЦ, ак-
кумуляторные батареи и т. д.
Электроприемники II категории должны питаться от
двух независимых источников, но в отличие от потребите-
лей I категории здесь допускается перерыв электроснабже-
ния на время ввода резервного питания вручнУ^Допуска-
ется питание этих объектов по одной во уr fiHJr0 ре_’
если имеется возможность проведения .р нсф
монта в течение одних суток, а такж трансфор-
матора, если имеется централизованный резерв тра Ф р_
маторов и возможность замены поврежденного тр
матора в течение суток. ут ПИТаться от од-
Электроприемиики III катег°РИ1‘ электроснабже-
ного источника при Усл°®^та ипиЗамены поврежденного
ния, необходимые для ре превышают суток,
элемента питающей сище , промышленных пред
Основнымн источниками питания р
305
20—721
ппнятий являются электрические станции и подстанции
энергосистемы. Если на проектируемом объекте имеются
потребители 1 категории, то его электроснаожение следует
= ;е менее чем по двум цепям воздушной линии,
а при наличии технологических установок, аварийный про-
стой которых влечет за собой большой народнохозяйствен-
ный ущерб, бывает целесообразно использовать две одно-
цепные линии. Решение принимается после проведения
технико-экономических расчетов. м
Дтя электроснабжения потребителей I и II категории
рекомендуется выбирать схемы с глубоким секционирова-
нием шин во всех звеньях системы распределения энергии,
от питающей подстанции до шин низкого напряжения.
Обычно стремятся применять простейшие схемы электрн-
ческих соединений с минимальным количеством аппарату-
ры на стороне высшего напряжения (блочные схемы под-
станций без сборных шин).
Требования, предъявляемые к надежности электроснаб-
жения промышленных потребителей, зависят от особенно-
стей производственного процесса, в частности от наличия
или отсутствия технологического резервирования.
Указанные требования классифицируются по группам
[31]: 1-я группа — потребители электроэнергии, требующие
бесперебойного электроснабжения, не допускающие откло-
нений по качеству электроэнергии и ограничений по мощ-
ности; 2-я группа — потребители, имеющие технологическое
резервирование, допускающие кратковременные и нечастые
перерывы в электроснабжении, а также отклонения каче-
ства электроэнергии от заданных нормативными докумен-
тами без ограничения мощности; 3-я группа — потребители,
не имеющие технотогического резерва; возможны перерывы
в электроснабжении на время ввода резерва вручную и
кратковременные ограничения по мощности; 4-я группа —
потребители, для которых возможен перерыв в электро-
снабжении на время ремонта и которые не предъявляют
особых требований к качеству электроэнергии и частоте
перерыва.
122. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТРУКТУРНОГО
АНАЛИЗА
ио В с00тветствии с характером учитываемых факторов обыч-
мышлеиньнГш^ с<Х1ав‘„яющие надежности схем электроснабжения про-
ческую. q ДП^иятии — Ст₽УктУРнУю. Функциональную и технологи-
а структурной надежности предполагает определение по-
казателей надежности система =
ния ее конфигурации вследствие отказов Z”' *” "™т'
Под элементом здесь поним1ютесяОеди3нииыОбРаЗУЮЩИХ ** ЭЛементов'
вания и линии, различающиеся своим 2 ЭЛектрическОго ^Ре-
конструктивным испочнением по Функциональным назначением.
хг—
жима, влияние которых на работоспособность системы очевидно без
2хтрасчетов-Поэтому при °ценке бурной ::ХстИ
анализируются только аварийные ситуации, связанные с полным пере-
рывом электроснабжения потребителей электроэнергии, и вводится
предположение о неограниченной пропускной способности элементов
схемы. В то же время при расчете структурной надежности, как прави-
ло, учитываются функционирование и отказы релейной защиты и ав-
томатики, а также противоаварийная деятельность дежурного персона-
ла. В этой связи разделение структурной и функциональной надеж-
ности достаточно условно.
Под оценкой функциональной надежности обычно понимается
анализ аварийных ситуаций в системе электроснабжения на основе
количественных показателей аварийных и послеаварнйиых режимов.
Технологическая надежность определяется совокупностью участ-
ков производства, одновременно лишенных электроснабжения, возмож-
ностями их технологического резервирования, последствиями аварийно-
го прекращения и способом восстановления технологического процесса.
Целостное представление о надежности системы электроснабжения
может быть получено лишь при комплексном учете ее структурной,
функциональной и технологической надежности.
Классические методы определения показателей надежности элект-
роэнергетических объектов, как правило, требуют специальной адапта-
ции к условиям массовых проектных расчетов показателей надежности
систем электроснабжения промышленных предприятий (автоматизации
очень трудоемких вычислений, учета физических особенностей электрн-
ческнх схем, допустимее™ представления схемы иенлаиарныч графом,
оценки технико-экономических последствий и послеаваринви. ««►
ннй параметров режима для потребителей злестроэяергии и т.л . Нее»
холимо также иметь в ПИДУ, что наиболее не
методы автоматизированной оценки иа подго1’овку исходных
при сравнительно небольших за,Ра”' е показателей падежное™
данных получить достаточно широкий спектр
исследуемой системы электроснабжении[ЗД<
Для схем электроснабжения1 пр покаэателей структурной
очередное вниманиенастОяЩСе время методах оценки надеж-
надежности, и в известны
20*
ности таких систем электроснабжения (а также электрических систем
и схем электрических станции) основное внимание уделяется расчету
именно этой составляющей надежности [31, 32]. Допущения, в рамках
которых работают методы оценки структурной надежности, обычно
формулируются следующим образом.
1. Наличие хотя бы одного пути передачи электроэнергии к дан-
ному узлу нагрузки соответствует 100 %-ному уровню функциониро-
вания системы электроснабжения относительно него. Пропускная спо-
собность элементов схемы и мощность источников питания считаются
в этом случае неограниченными.
2. При успешном выполнении АВР, АПВ и автоматической лока-
лизации отказавшего элемента системы электроснабажения, в том чис-
ле при работе резервных релейных защит и устройств регулирования
обмотки возбуждения, не возникает отрицательных последствий для
потребителей электроэнергии. Функционирование релейной защиты
и автоматики «отстроено» от любых аварийных изменении режима
системы электроснабжения. При развитии отказа его воздействие огра-
ничивается цепочкой отказавших коммутационных аппаратов и закан-
чивается на следующем по цепочке выключателе независимо от чувст-
вительности его релейной защиты к рассматриваемому отказу.
3. Состояние системы электроснабжения полностью определяется
состоянием ее элементов, релейной защиты и автоматики и действиями
дежурного персонала. Элементы системы функционируют нормально в
состояниях рабочем, нагруженного резерва, ненагруженного резерва
с автоматическим вводом, и имеют полный отказ функционирования
в состояних аварийного или преднамеренного отключения, зависимого
простоя, ненагруженного резерва с вводом вручную. Отказы элементов
системы электроснабжения являются независимыми, за исключением
взаимосвязанных отказов, вызванных одной внешней причиной. Сов-
местный зависимый простой элементов системы электроснабжения вы-
зывается развитием отказов при отказах срабатывания и неправильном
функционировании коммутационных аппаратов и релейной защиты, а
также отсутствием коммутационных аппаратов между элементами си-
стемы. Отказы элементов могут быть устойчивыми и неустойчивыми.
Действиями персонала определяются послеаварийные оперативные из-
менения электрической схемы, время их проведения, а также время
выполнения аварийных ремонтов и преднамеренных отключений эле-
ментов системы электроснабжения.
4. Поток отказов (кроме отказов срабатывания) элементов си-
стемы электроснабжения традиционно считается простейшим пуассо-
новским. При этом предполагается, что рассматриваемые периоды ра-
боты данной системы настолько малы или, напротив, настолько велики,
что можно не учитывать их сезонную нестационарность и процессы
приработки и старения,
30'
12.3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАПРЯЖЕНИЯ НА
^ХЖви™иЛЕКТ₽ОСНЧБЖЕНИЯ
ников мож^Рб'ыт1ЬХушеноКм
элементов системы, но и по причине резког^ухудшения
качества электрической энергии [31 33 34]
гЛпп«°ВИЯ ненадежной работы ’ потребителей можно
сформулировать следующим образом.
Va < Ун.т при t>tKp,
где VA, VHT соответственно фактическое и технически
допустимое отклонение напряжения на зажимах электро-
приемника (либо на устройствах его управления); t, tKP —
соответственно продолжительность недопустимого режима
и критическое время для данной установки при данном от-
клонении напряжения.
Известен удобный для практического применения ме-
тод оценки надежности электроснабжения потребителей,
основанный на использовании понятия функции реакции
сети и потребителя, учитывающий влияние режима. Он
состоит из нескольких этапов.
Определение функции реакции сети. Моделируются со-
стояния отказа элементов схемы, оцениваются вероятность
и частота их возникновения [31]. Рассчитываются вызван-
ные ими токи КЗ и соответствующие им отклонения напря-
жения в узлах нагрузки; фиксируется время локализации
аварии. По результатам, полученным после рассмотрения
всех возможных ситуаций, для каждого узла или для. каж-
дого электроприемника и для каждой аналнзируемойава-
рии строятся графические зависимости U—f (0 или V /( )
(рис. 12.1), которые называются функциями реакции сети.
Определение функции реакции потребителя. На осно-
вании натурных исследований, модельных экспериментов
и теоретических расчетов выявляется область надежного
функционирования каждого электроприемника, установки
или узла нагрузки, называемая функцией реакции потре
У ' г Лия ппепставляет собой нижнюю правую гра-
ь. т ;
вание данного п0'^бнт^^ отклонение напряже-
ли в некотором режиме наблюдается^ инатами (И
ния УА длительностью д работа потреби-
Ь) лежит выше и левее fn (рис. 1^), ™ ра
,09
Рис. 12.2. Примеры функций реак-
ции потребителя:
1 — обычные контакторы; 2 — контак-
торы. оборудованные замедлителями;
3 — силовой привод асинхронного дви-
гателя без защиты минимального на-
пряжения
Рис. 12 1. Примеры функций реак-
ции сети:
1 — КЗ па линии, защищенной предо
хранителем; 2— КЗ на отходящей ли-
нии, снабженной выключателем: 3—
КЗ на питающей линии, резервируе-
мой АВР
Наиболее чувствительными в
осветительные приборы, особен-
которые выходят из строя при
на время, большее 6 мин. Спи-
чем на 20 % даже на доли се-
теля А в этом режиме надежна, если ниже и правее fn —
ненадежна.
Различные электроприемники по-разному реагируют на
отклонения напряжения,
этом отношении являются
но газоразрядные лампы,
исчезновении напряжения
жение напряжения более
кунды приводит к отключению некоторых видов контакто-
ров, питаемых на оперативном переменном токе, а значит,
к останову управляемых ими приводных механизмов.
Сильные отклонения напряжения грозят неприятными по-
следствиями и могут вызвать, например, неудачный само-
запуск ответственных электродвигателей и развал техно-
логического процесса. Чувствительно к отклонениям
напряжения любое оборудование, работающее на элект-
ронных схемах (ЭВМ, тиристорные блоки
др.).
оценка показателей надежности Для
управления и
____________________________________ ... выяснения во-
проса о влиянии режима напряжения на надежность по-
треби е ей необходимо сопоставить функции реакции сети
функцией реакции каждою потребителя Если все ава-
нииние < итуации описываются точками (Уд, t J принад-
то отклей*30”6 Устойчивой работы данного потребителя,
иия напряжения практически не ухудшают
310
ИЙДеЖНОСТИ УСТЙНОКиы П
следующие расчеты пРОтивном случае ВЫПОЛНЯЮТСЯ
зывающей отключен™ потребителя да“яой амПи" /• »«•
™ото режима напряжения
яростью qh оценивается средняя часто ~ Д ” Вер°
длительность ТА погашения < та»™ астота и средняя
од (обычно равный году)” УСТаН0Вки за Расчетный пери-
_ к
= У соу-;
/=1
к
т>- 2 “Л
/=»
где /С — число аварий, соответствующих зоне неустойчивой
работы потребителя Л; бд (7J — среднее время восстанов-
ления нормального функционирования установки после
перерыва электроснабжения на tf.
tj = 8760;
2) оценивается ожидаемый ежегодный недоотпуск элек-
троэнергии
Wa = Pa 2^тД/’
/=1
где Ра — средняя мощность электроустановки;
т. = птах [6А Л],
поскольку восстановление схемы питания потребителя мо-
жет продолжаться дольше, чем восстановление нарушен-
ного технологического процесса, и наоборот.
Необходимые для расчетов показатели надежности
элементов системы электроснабжения определяют и
СПТ«Гелу«”яГХ6'пм^ея янферпацн» У «Р*.
обусловленном перерывами питания „
энергии или наряду с ним " ущерба У. Послед-
311
Таблица 12.i. Показатели надежности элементов системы
электроснабжения
ОД 3d ГО С < СО о <8 СУ С.
52 го 3 ® ь Л
Название элемента * Е^- СХ £ О* со О 4 S - О Е 33 Е
к s О СУ <У
с: со д ГО г* Со СУ $ О. о CQ Й S £ & < Е Длит монта
Выключатель баковый с ре- 220 I 0,05 25 3 260
ле защиты и автоматики 110—154 0,03 20 3 200
(РЗиА) 20—35 0,01 20 3 60
Выключатель воздушный с 220 0,15 35 2 440
РЗиА 110—154 0,15 30 2 220
20—35 0,1 25 2 130
6—10 0,03 20 2 50
Выключатель маломасляный ПО 0,1 20 3 200
с РЗиА 20—35 0,095 20 3 60
6—10 0,035 10 3 70
Выключатель масляный с 220 0,03 23 4 260
РЗиА ПО 0,03 20 3 200
20—35 0,01 20 3 60
6—10 0,01 10 3 70
Выключатель баковый без 220 0,05 25 3 260
РЗиА 110—154 0,03 20 3 200
20—35 0,01 20 3 60
Выключатель воздушный без 220 0,15 35 2 440
РЗиА 110—154 0,15 30 2 220
20—35 0,1 25 2 130
6—10 0,03 20 2 50
Выключатель маломасля- по 0,1 20 з 200 60
ный без РЗиА 20—35 0,095 20 3
6—10 0,035 10 3 70
Выключатель масляный без РЗиА 220 ПО 20—35 0,03 0,03 0,01 23 20 20 4 3 3 260 200 60
°ТбйЛ^еННгЙ 1Рыключатель баковый без РЗиА Откчючеииый выключатель воздушный без РЗиА Отключенный выключатель маломасляный без РЗиД 6—10 220 110—154 20—35 220 110—154 20—35 6—10 ПО 20-35 6—10 0,01 0,05 0,03 0,01 0,15 0.15 0,10 0,13 0,1 0,095 0,035 10 25 20 20 35 30 25 20 20 20 10 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3 3 70 260 200 60 440 220 130 50 200 60 70
>12
Продолжение табл. /2 1
9 2 И
£ * о 3
Название элемента X X О W X н н Q —
* в? н - щ S ° и о 4 5 - Ф Ef 1s
с то то 2 сьЯ S = Я Ж ? =
X сё Ш с; < с R.CX
Отключенный выключатель 220 0,03 23 4 260
1 масляный без РЗиА 110 0,03 20 3 200
i 20—35 0,01 20 3 60
6—10 0,01 10 3 70
Автоматический выключи- 0,4 0,025 4 1 10
тель
i Отделитель 220 0,05 20 3 30
НО 0,05 20 3 30
35 0,01 20 3 30
Выключатель нагрузки 6—10 0,015 6 3 10
Предохранитель 35 0,33 0,25 — —
6—10 0,1 0,25 — —
Разъединитель 220 0,008 15 3 35
НО 0,05 15 3 30
35 0,008 15 3 7
6—10 0,01 15 3 5
Воздушная линия на 1 км: на деревянных опорах 220 но 0,007 0,014 14 10 4 4 200 125
1 35 0,022 8 3 50
i на металлических опорах 220 НО 0,0042 0,0088 14 10 4 4 200 125
35 0,0073 8 3 50
на железобетонных опо- 220 ПО 0,0026 0,0081 14 10 4 4 200 125
рах 35 0,0067 8 3 50
1 двухцепная (обе цепи) ПО 35 0,0012 0,00014 10 8 4 3 125 50
Кабельная линия (на 1 км)
при прокладке в: 35 0,07 90 1 я
земле 6—Ю 0,07 74 1 8 8 8
воздухе 35 6-Ю 0.05 0,05 60 74 1 1 1
6—Ю 0,018 74 1 8
тоннеле 6—Ю 0.14 74 I 8
f блоках 6—Ю 0,15 74 3 з 30
траншее НО—220 0,02 15 30
Короткозамыкатель 35 0,01 10 1 6 4
6-Ю 0,04
Реактор 313
Продолжение табл. 12 1
Нгзвание элемента Напряжение, кВ Параметр потока отказов, 1/год Время восста- новления, ч Межремонтный период, лет 1 Длительность ре- 1 монта, ч
Секция шин 220 0,07 4 6 15
110 0,05 3 6 Ю
35 0,02 4 6 10
6—10 0,03 4 6 Ю
Токопровод жесткий: 6—10 0,36 3 1 8
открытый в тоннеле в пристроенной галерее в отдельной галерее в здании 6—10 6—10 6—10 6—10 0^23 0,18 0,05 0,06 3 3 30 30 1 1 1 1 8 8 8 8
Трансформатор 220 110—154 0,03 0,03 200 180 6 6 540 500
35 0,02 180 5 260
6—10 0,04 60 5 260
В том числе:
мгсляный 6—10 0,011 85 5 260
преобразовательный 6—10 0,009 85 5 260
печной 6—10 0,14 82 5 260
Электродвигатель 1 0,08 160 — —
1 0,1 50 — —
Примечания: 1. Вероятность отказа в срабатывании АВР равна 0,18.
2. Вероятность неуспешного АПВ равна 0,3.
рушения нормального электроснабжения нагрузки. Однако
получение достаточно корректного аналитического описа-
ния ущерба в функции влияющих на него факторов пред-
ставляет собой сложную и трудоемкую проблему, еще не
решенную в полном объеме.
Наличие многочисленных исследований [33, 34 и др.],
посвященных оценке ущерба конкретных потребителей,
дает возможность учитывать У при расчетах показателей
надежности промышленных объектов. Рассмотрим в об-
шей форме основные принципы определения ущерба.
ед^льтирующий ущерб У, вызванный перерывами
т₽^пР°гН\/бЖеНИЯ’ ПРИНЯТО подразделять на потреби-
тельский а пр и системный Ус:
~ ^пр + У с»
I
Ы4
отельный у"0” °',С|1™' делятся "я » допол-
скоРоРппоцксТпоо«йСеГеН р3“т1"*™“ техиоло™,..
CKU1 и процесса, порчей сырья и материалов ппостпем
леи, браком продукции или снижением ее качества по-
вреждением оборудования и сокращением срока его служ-
бы увеличением затрат сырья и материалов сверх тор™
И другими подобными причинами. Р
Дополнительный ущерб вызывается недовыпхском про-
дукции и повышенными затратами, связанными с его ком-
пенсацией. Различают четыре группы Уд:
1) Уд1 — перерыв электроснабжения приводит к невос-
полнимому уменьшению выпуска продукции;
2) <Удц — недовыпущенная продукция может быть про-
изведена в дальнейшем за счет сверхурочных работ;
3) Удит — восполнение продукции можно осуществить
интенсификацией производственного процесса;
4) Ущу — нарушение электроснабжения не влечет
уменьшения выпуска продукции.
Описания У пр и Уд весьма индивидуальны для различ-
ных производств и нередко представляют собой функции
сложного вида (ступенчатые, линейно-нелинейные, с изло-
мами и т. д.) (рнс. 12.3—12.6).
Для УПР обычно используется трехчленное выражение
Упр = Упр 4" Уцр (4) 4“ ,(тех)>
где у' — ущерб, обусловленный самим фактом перерыва
питания; Ут(1.) - ущерб, вызванный оспнжл»
C1 па на время восстановления электроснабжения G,
У % )_ ущерб от момента восстановления электро-
Доведения техно.,отческого процесса до
Н°РТа“им образом, величина У™ Х^^дл^одной
факторами и может су1десТ^“стп Рот конкретных условий
и той же установки в Дав^ перерыва, сложности
аварийной ситуации ^Х^ой программы которая имела
и стадии той технологической ^0^^;^^^^ резеР-
место в момент отказ > данном случае сырья, вье-
ва стоимости используемого в дани
запности отключения нт nJ- тывать увеличение
При системном УПР “е°б* Дне отклонения послеава-
потерь электроэнерпп! вследствиептим^ьного> д0пОлни-
рииного потокораспред .
-------- увеличение
отклонения послеава-
315
Рис. 12.4. Зависимость
ущерба от недовыпуска
продукции из-за порчи
сырья и материалов от t.
Обозначения см. на рис.
12.5
Рис. 12.3. Зависимость Уил от
I (Ут — составляющая У пр.
обусловленная внезапностью
перерыва электроснабжения на
время /); в отраслях промыш-
ленности:
I — машнно- и станкостроительной;
2 — автомобильной; 3 — электротех-
нической; 4 — металлургической;
Ь — химической; 6 — текстильной;
7 — промстройматериалов
тельный расход топлива на электростанциях и снижение
экономичности их работы и т. п. Эти составляющие, есте-
ственно, не учитываются для аварийных состояний с ма-
лым временем восстановления, равным секундам или ми-
нутам.
Для определения дополнительного ущерба известны
следующие формулы [31]:
У — К + С .
д[ т 1пр>
7 п.г
V _ Ф-1)сзп + рс0
а ди ~;
1 п.г
Уд1п = поа ;
yAIV=0,
ные фонды предприятия; С—•
1ства; Тпг — годовой фонд вре-
тлр — длительность перерыва
Р коэффициент увеличения
Щ работы; Сзп — годовой фонд
где /( — основные и оборот
ХиТягИЗДе1,ЖКИ пР°извод
предприятия;
ЗаппА еСК0Г° "РОЦесса;
Зарплаты за cBenxvnnuur.
простоя раоочих и сверхурочных ра-
бот по t. Обозначения см. на рис.
12.5
у.ру5/(кВтч)
Рис. 12.6. Зависимость суммар-
ного ущерба предприятия от t.
Обозначения см. на рис. 12.5
зарплаты персонала, работающего сверхурочно; Со —го-
довой фонд зарплаты персонала, обслуживающего обору-
дование, работающего сверхурочно; По—-часовой выпуск
продукции при номинальном режиме работы предприятия;
а переменная часть издержек производства, отнесенная
к единице продукции и меняющаяся при формировании
технологического режима; б — коэффициент, учитывающий
увеличение затрат в форсированном режиме; у — увеличе-
ние выпуска продукции в форсированном режиме.
При расчетах удобно пользоваться понятием удельного
ущерба у0, т. е. ущерба, отнесенного к какому-либо пара-
метру производства, режима или системы. Это дает воз-
можность по единым справочным данным оценивать ущерб
для однотипных предприятий, различающихся объемом
выпускаемой продукции и установленной мощностью, а
также сопоставлять последствия отключения одной и то
же нагрузки на различных объектах и на различное время
(что приходится делать, например, при Ре^“Р^вввв“
графика нагрузки промышленного nPe^nPl,
максимума мощности энергосистемы). Наиболе* часто
употребляются удельные ущербы, отн <
317
”. nnnnvKUHi! рубль на единицу продукции, од-
ВЫПУСХ7перерыва электроснабжения, рубль в час, одпо-
яТюиоватт Sacy недоотпущенной электроэнергии, рубль
на 1 S-ч, одному киловатту установленной мощности,
рубль на 1 кВт.
12 4 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
НАГРУЗОК ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Известно, что в определенных условиях нагруз-
ка может оказаться неустойчивой. Так, на пример, асинх-
ронные двигатели, составляющие до 70 % всей нагрузки
энергосистемы, при значительном снижении напряжения
могут «опрокинуться» и остановиться. Устойчивость
нагрузки зависит от изменения потребления электроэнергии
в системе электроснабжения при снижении напряжения в
узловой точке сети. Режим напряжения непосредственно
влияет на работу производственного оборудования, поэто-
му необходимо исследовать вопросы взаимосвязи парамет-
ров режима с поведением электрических нагрузок и кри-
терии устойчивости нагрузки, являющиеся одновременно
условиями надежного функционирования промышленных
установок.
Главными составляющими комплексной нагрузки сис-
темы являются асинхронные и синхронные электродвига-
тели, преобразовательные и печные установки, а также
этектроосвещение. Известно, что при изменении напряже-
ния и частоты в системе изменяются величины активной и
реактивной составляющих комплексной нагрузки что по-
казано на рис. 12.7, 12.9.
Полагая изменения частоты в системе незначительны-
ми, рассмотрим изменения характеристик основных элект-
роприемников при отклонениях напряжения и влияние по-
следних на устойчивость их работы.
.,.,±ИНХР°ННЫе дв”гатели- Аналитическое выражение ак-
Г обпя-нп^н^111 Ра'я асинх1’онного двигателя найдем из
Г-образнои схемы замещения, которую еще более v по ос
тнм, отказавшись от учета активных У Р
лепим), как представлено на рис. 12.7,
Р
а. Д
потерь (и сопротив-
, а;
/?2+(XsS)2 ’ U
2 ^2 U2
4 (W+^
S
iXXe 7РУЗКИ 1 ВЬ1ран;ен-^£1^ U и сопро-
эивченке двигателя z== 1 /р /s l2 । 7» . с
• । *s , s — скольжение.
Рис. 12.7. Упрощенна
и его характеристики
жения:
я схема замещения асинхронного двигателя (о)
при различных значениях подведенного напря-
б-ра,Д (s): e~pa.nW
Графическое изображение полученной зависимости
при разных значениях напряжения показано на рис.
12.7,6. Из рис. 12.7 видно, что при понижении напряже-
ния максимальное значение мощности Ртах уменьшается и
при определенном значении напряжения U наступает кри-
тический режим: U1<p и sKp. В этом режиме максимальная
электромагнитная мощность, которую развивает двига-
тель, становится равной мощности Рмех, потребляемой при-
водным механизмом. Работа двигателя при скольжения
s>sKp невозможна, так как двигатель затормозился бы,
поскольку максимальная мощность его становится меньше
потребляемой мощности Рмех.
Из выражения (12.1) можно найти связь между напря-
жением U и скольжением s. Зависимость s(U) представ-
лена на рис. 12.7,в. При напряжении С >Ркр могут суще-
ствовать два установившихся режима работы двигателя,
различающихся по величине скольжения. Например, ври
U = 0,9 t/ном двигатель может работать со скольжением
s, и s6, т. е. в точках 2 и 6. При снижении напряжение
происходит переход с верхней характерис,ики на ол^
низкие, соответствующие напряжению > • Р
изменяется скольжение, но не изменяется мощность, так
как поддерживается равновесие моментов на валу.
319
р = р .
‘ а, д мсс
Поэтому статическая характеристика активной мощно-
сти асинхронного двигателя по напряжению Ра,д=/((7)
представляется прямой горизонтальной линией (рис.
12.7, г). В § 12.5 показано, что из двух точек каждой ха-
рактеристики асинхронного двигателя, представленных на
рис. 12.7,6 (/ и 7, 2 и 6, 3 и 5), только одна отвечает ус-
ловию устойчивости.
Реактивная мощность, потребляемая асинхронным дви-
гателем, как видно из схемы замещения на рис. 12.7, о,
имеет две составляющие: намагничивающую мощность Q(l,
мощность
рассеяния
мощности
(12.2)
(12.3)
току хо-
связанную с намагничивающим током /ц, и
рассеяния Qs, обусловленную созданием полей
в статоре и роторе:
О =0+0.
Выражения дтя составляющих реактивной
и Q. из рис. 12.7, а:
где /и — ток намагничивания, численно равный
л ос того хода.
Если не учитывать насыщение стали магнитопровода и
считать сопротивление постоянным при любой нагрузке
двигателя, то согласно (12.3) зависимость Qu(J7) имеет
вид квадратичной параболы (кривая 1 на рис. 12.8,6).
В действительности сопротивление Хц изменяется с изме-
подведенного к двигателю напряжения по кривой
дц(^/ (рис. 12.8, а). С ростом напряжения сопротивление
уменьшается и характеристика Q»(U) проходит выше
квадратичной параболы (кривая 2).
Реактивную мощность рассеяния Qs в соответствии с
выражением (12.2) можно представить в виде
=/ах = —2XgS2 ,
«1 + ^s2
гзе ^2 + xt = Z-д —полное сопротивление асинхронного
двигателя (в квадрате).
попнионалк^ЯННОИ нагРузке ^а.д мощность рассеяния про-
цент, няппа- сколь?кепию: Qss==s. Скольжение s при изме-
I жения О изменяется по кривой s ((/) (см. рис.
Зм
Рис. 12.8. Изменение составляющих реактивной мощности и реактивного
сопротивления асинхронного двигателя в зависимости от напряження:
в зависимость сопротивления намагничивания х от напряжения; б — х =
“const; в — зависимость реактивной мощности рассеяния Qs от напряжения; г —
зависимость всей потребляемой асинхронным двигателем реактивной мощности Q
от напряжения
12.7, в). Поэтому зависимость Qs (U) асинхронного двига-
теля изображается такой же кривой (рис. 12.8, в), как и
пропорциональное ей скольжение s (U), показанное на
рис. 12.7, в.
Выполнив графическое сложение составляющих реак-
тивной мощности, получим на рис. 12.8, г зависимость всей
потребляемой асинхронным двигателем реактивной мощно-
сти от напряжения Qa,n (^)- Полученная статическая ха-
рактеристика имеет две ветви. Верхняя ветвь (выше точки
(71[р) входит в зону неустойчивой работы двигателя.
Синхронные двигатели. Выражение активной мощное гл
синхронной машины, подключенной к шипам системы с: на-
пряжением £/=const, получено для синхронного генератора
в таком виде:
sin 6.
Это выражение сохраняет свое 2* вер-
ных двигателей, лишь изменяется зн у •
21—721
п,„ „3 вращение ротора поступает не от турбины, как на
ГеНн,а™а|239С‘»Т«"показаньг векторные диаграммы син-
двигателя, работающего с перевозбуждением и с
^™Хжденнем. Реактивная составляющая тока / при
перевозбуждении синхронного двиган ля опережает напря-
жений, а при иедовозбужденич отстает от него.
Рис. 12.9. Векторные диаграммы синхронного двигателя, работающего
с перевозбуждением (а) и недовозбуждением (б). Статические харак-
теристики активной (в) и реактивной (г) мощности синхронного двига-
теля
Мощность синхронного двигателя изменяется прямо
1 щ.чорционально напряжению. Но если механическая мощ-
ь риводимого синхронным двигателем в движение ме-
ханизма постоянна, то и электрическая мощность синхрон-
ного двигателя из условия равновесия должна быть посто-
янной:
Р
с.д мес‘
чмр^ТОВДтельно’ статическая характеристика PC,R(U)
’* {’Изонтальнои прямой (рис. 12.9, в), как и для
322
асинхронного двигателя Постоя но-™
изменении напряжения получаетсяТВУ м°ЩН0СТи А, д при
вследствие нарушения баланса момента и « Т™У' "™
ного двигателя ротор двигатеп я ппп у синхрон-
перемещение относительно попя гт°яЛуЧаеТ дополнительное
нения угла б компенсирует изменение^/2 УГ°Л 6’ Изме‘
гателю напряжения. изменение подводимого к дви-
Выражение реактивной мощности, выдаваемой синхоон-
ным двигателем в сеть или потребляемой из сети можно
получить из векторной диаграммы (рис. 12.9, а б) Проек-
ция вектора ЭД С синхронного двигателя по продольной
оси Ед на направление вектора (У равна Eg cos 6. Она также
равна сумме U и проекции вектора падения напряжения
^/"З/xj на направление U. Отсюда получается равенство:
Eg cos б = U 1^3/Xd sin ф, из которого определяется V^S/sine^
Eq COS 6 t7 ,, ,
= —---------------. Умножив обе части полученного выра-
Xd xd
жения на U, получим выражение реактивной мощности
синхронного двигателя
п Eqll я и-
Q = —*— cos б-------
с,д Xd Xd
Знак реактивной мощности Qc, д зависит от соотношения
между Eq cos б и 17. Если Eq cos б>(7, то синхронный двига-
тель, работая в режиме перевозбуждения, выдает реактив-
ную мощность в сеть. Этому случаю соответствует векторная
диаграмма рис. 12.9, а. А если Egcos6<t7, то синхронный
двигатель потребляет реактивную мощность из сети рабо-
тая с недовозбуждением. Этому случаю соответствует век-
имеют ст=ек№ ха-
ракте^встикп P(U)
пояжения и углов коммутации и р у и
тических характеристик показан на pi .
(12.4)
Рис. 12.10 Статические характеристики
агрегата:
а — активной; б-реактивной
21*
Осветительная нагрузка. Активная мощность, потребляе-
мая осветительной установкой, зависит от типа ламп. В лам-
пах накаливания потребляемая мощность при повышении
напряжения увеличивается приблизительно в степени 1,6.
где Роев, ном — мощность осветительной нагрузки при номи-
нальном напряжении (/ном-
В установках электроосвещения с газоразрядными лам-
памп активная нагрузка мало изменяется при изменении
напряжения в допускаемых пределах.
Комплексная нагрузка системы электроснабжения в це-
лом слагается из разнородных электроприемников, стати-
ческие характеристики которых показаны выше. Статичес-
кие характеристики комплексной нагрузки зависят от до-
левого участия разных электроприемников. Вид статических
характеристик P(U) и Q(^) по системе в целом прибли-
жается к вид)' статических характеристик асинхронных дви-
гателей. Это свидетельствует о большом проценте асин-
хронной нагрузки в балансе нагрузки энергосистемы.
Как комплексная нагрузка, так и ее составляющие из-
меняются при изменении напряжения в системе. Соответ-
ственно при регулировании нагрузки будет изменяться на-
пряжение в сетях. Взаимное влияние нагрузки и напряже-
ния называется регулирующим эффектом нагрузки.
Регулирующий эффект характеризует степень снижения
активной и особенно реактивной нагрузки при уменьшении
напряжения на ее зажимах. Значение регулирующего эф-
ярТш НЗГ/о ЗКИ по иапРяжению равняется производным
aP/dU и dQ/dU. Для простейшей нагрузки, представленной
неизменными по значению сопротивлениями 7?нг и хт, по-
’Р|брЯе^я2“ощн°с7ь пропорциональна квадрату напряже-
Регулирующий эффект нагрузки по активной и реактив-
ной мощностям: 1
dP„ _ 21/ Ш ' R,, У _ 2Р„ . У УЯп и '
__ 2Ц_ У _ 2U2 = 20,, С/ Ux„ у ’
В относительных единицах ппи Р ___r> ti 1
РУющий эффект равен 2 Р регули-
Для комплексной нагрузки i
регулирующий эффект ак-
тивной нагрузки по напряже-
нию обычно находится в пре-
делах 0,3 0,75, а реактивной
нагрузки—1,5—3,5. Из рис.
12.11 также видно, что актив-
ная комплексная нагрузка ма-
ло изменяется при изменении
напряжения, а реактивная на-
грузка изменяется очень силь-
но. Поэтому необходимо
иметь в виду, что повышение
напряжения в узле нагрузки
выше номинального значения
приводит к резкому ‘повыше-
нию реактивной мощности и к
ухудшению коэффициента
мощности.
Для повышения коэффициента мощности непосредствен-
но у потребителей устанавливают конденсаторы. Реактив-
ная мощность конденсаторов, как и любого постоянного
Сопротивления, пропорциональна квадрату напряжения:
Рис. 12.11. Типовые обобщен-
ные статические характеристи-
ки нагрузки (в отн. ед.):
1 — активной: 2. 3 — реактивной
напряжением 6 кВ
где Хс=1/юС — сопротивление конденсаторной батареи;
знак минус поставлен потому, что знак емкостного сопро-
тивления противоположен знаку индуктивного сопротивле-
ния, принимаемому положительным.
Регулирующий эффект БК
=_ (12.5)
dU хс У
отрицателен и равен —2. Это значит, что при понижении
напряжения в сети конденсаторы, вместо того что ы1
лепживать уровень напряжения, спосооствуюг его пониже
из-за которого мощность Q* снижается при (
квадрату напряжения. ныгОЛНЫМ регулирующим эф-
13 этом отношении более вводным Р “нн.‘р0Нные дви-
фектом по реактивной ^0Щ“°СТИ „ 11Х реактивной мощ-
гатели и компенсаторы. Выражение и 1
пости, выдаваемой в сеть, полу
3.5
Q _ _ЕчУ— cos 6----.
Чсм щ
значение реактивной мощности (при
.Максимальное
cos 6=1) равно:
Q
VcM г . ХА
Xd Л(1
Регулирующий эффект, определяемый как первая про-
изводная этого выражения по напряжению, равен.
Регулирующий
dQcu = Е<1 ~ 2^
dU xd
Регулирующий эффект синхронных машин по реактив-
ной мощности зависит от тока возбуждения. При пониже-
нии напряжения в узле нагрузки ток возбуждения под дей-
ствием автоматического регулятора возбуждения повыша-
ется и соответственно растет ЭДС. При форсировке
возбуждения получается £д>2£Ном- Поэтому регулирую-
щий эффект синхронных машин оказывается положитель-
ным и способствует стабилизации напряжения в узле на-
грузки.
12.5. УСТОЙЧИВОСТЬ НАГРУЗКИ
Устойчивый режим работы потребителей при по-
стоянстве частоты в системе / = 50+0,2 Гц создается при
устойчивом режиме напряжения в нагрузочном узле. Для
этого необходимо соблюдение баланса по реактивной мощ-
ности между источниками и потребителями. Увеличение по-
требления реактивной мощности, кратковременное или про-
должительное, при отсутствии достаточной мощности ис-
точников приводит к снижению напряжения и при
достижении определенного критического значения (/Ер— к
опрокидыванию и остановке электродвигателей.
Синхронные двигатели выпадают из синхронизма и за-
тормаживаются в г'ом случае, если тормозной момент на
У Двигателя превышает электромагнитный момент,
едмнипяу агн1,тны“ момент Mt.,a равен в относительных
ю мощности Рс,д, определяемой из выражения
Л Eq U . £
-у—Sin 6,
1а'еля’'7^/ИВ’1р0Н"0Й маш“"ы. в Данном случае дви-
пряжение на зажимах синхронной машины;
326
еГ°Максим' 6 ~ ^^Ду и р. И Пнтающ<*
лей ДОстигается°прГугл^Н^ двигате-
р _ £<? и
max-------.
то Уменьшается^его'^ЙЕапьно^о25”’’’1^ двигателя’
мощность. При достижении крити5еско™МанаппКТИВНаЯ
ркр Ртах снизится до значения мощности нагрузки навалу
Р° и дальнейшее снижение напряжения приведетк нарте-
атЮелУяСТЗна\^нТР Раб°™ И К ^Рмаживанию^-
гателя. .значение UiW определяется при Р~Р0:
г/ _ рохъ
к₽ Е~'
Предельно возможная мощность синхронной машины
при отсутствии на ней регулятора возбуждения и при со-
противлении сети хвн
Р -- Ечу
max V V ’
xd Т ’•вн
где Ед — синхронная ЭДС машины, пропорциональная току
возбуждения; U — напряжение в приемной точке сети; хд —
синхронное индуктивное сопротивленце двигателя; л'ви
индуктивное сопротивление сети.
При наличии АР В любое отклонение напряжения, тока
или угла сдвига ротора относительно предшествующего
значения 6° приводит к изменению тока возбуждения на
величину, необходимую для поддержания Уровня напряже-
ния или ЭДС в заданной точке. Регуляторы пропорциональ
ного действия, например АРВ с компаундированием.( по. го-
ку статора, обеспечивают постоянство ЭДС Е, за сопро ..
лением x'd и тогда выражение £7К₽ принт
(12.6)
U — _£Д—------— ,
Vk₽ f
Ea
где E' - переходная ЭДС синхронной машнньь
Регуляторы возбуждения си. ВЫВОдах генератора, так
ют постоянство напряжения г в зависимости не
как регулируют его ток - > регулируемого параметра
только от значения отклонения регу. РУ
(&JU д/ Л6). но и or скорости его изменения, равной пер-
вой производной dU/dt, dl/dt или^-, И ОГ ускорения, рав-
d2 / d2 6
кого второй производном diu/dt2, или .
В этом случае выражение t/Kp имеет вид
г j (хо + Хв»)
Щ’
где хо — реактивное сопротивление рассеяния синхронной
машины.
При наличии АРВ на синхронных машинах значение иЕр
получается ниже, чем при отсутствии регулятора. Поэтому
нарушение устойчивости синхронных машин, имеющих АРВ,
происходит значительно реже, в основном при снижениях
напряжения при КЗ в данном нагрузочном узле.
Асинхронные двигатели. Устойчивый режим работы
асинхронного двигателя в установившемся рабочем процес-
се получается при условии равновесия моментов на валу,
т. е. при равенстве мощностей двигателя и приводного ме-
ханизма: Ра>д=Р0, Эго равенство выполняется в обеих
точках пересечения характеристики электромагнитной мощ-
ности двигателя с механической характеристикой привод-
ного механизма. Но лишь одна точка пересечения соответ-
ствует условиям устойчивости двигателя при данной
нагрузке: та точка, которая находится в пределах сколь-
жения от 0 до 5кр. На рис. 12.7, б это точки 1—3.
В этих точках, соответствующих разным нагрузкам и
лежащих слева от критической точки 4, вращающий момент
при увеличении скольжения s возрастает, а тормозной мо-
мент не увеличивается Если по какой-либо причине возник-
нет на валу избыточный момент, то повысится частота
вращения двигателя и уменьшится его скольжение. Следо-
i тельно, при работе в устойчивой зоне случайное изменение
момента па валу компенсируется ускорением ротора за счет
з ьпоччого момента. Процесс работы двигателя приводит
к возврату в исходную точку.
точка5”/Э7°Те ДВнгателя ь 30,1 е больших скольжений — в
1 ‘ х '> 1 ве s>s„p, случайное увеличение скольжения
- it юльшом толчке на1рузки на валу приводит к умень-
ши? ^KrpoMaiHMrnoro момента и к возникновению от-
q * го тормозного — момента на валу двигателя.
хвонмагп0^17 К ПР01 Ресс,фУюц1емУ росту скольжения асин-
I игателя, впло1ь до его остановки,
328
асинхронного^двигател^явРяется^отож0' устойчивос™
роста момента Р=Ра _____- положительный знак йри-
на ds, т. е. условие мех ПрИ увеличении скольжения
— -^ра.д dPMov.
di ds ds '
Область устойчивой работы асинхронного двигателя на-
ходится в зоне а
О < S < 8Кр.
Критерием устойчивости может служить и знак прироста
реактивной мощности при изменении напряжения в точке
подключения двигателя:
— - <0,
dU
где Q = Qr— Qhom—небаланс реактивной мощности в точ-
ке подключения двигателя.
Из рис. 12.8, г видно, что условие (12.6) нарушается при
отклонении напряжения ниже Uvp. При этом увеличение
потребления реактивной мощности двигателем не компен-
сируется и двигатель опрокидывается.
Мощность асинхронного двигателя равна максимально.
Ртах при $ = $кр. ЕСЛИ ВЗЯТЬ ПрОИЗВОДНУЮ ОТ МОЩНОСТИ
(12.1) по скольжению и приравнять ее нулю
лр R2-x2ss2
— = U2R--------^-. = °'
ds [R + xs s )
то получим ма
теля или равный ей опрок д *
р = —
г max 2xs
при критическом скольжении
(12.8)
нагрузка Ро
Ппп (J максимальная АЮЩНОСТ Лодставив это
Пр.1 t/кр м. * (точка 4 на рис. '’п^ического напря-
равны: Ртах - М получим значение крит
равенство в (1^ 'Ь 3
жения: (
г_р Й—Рп/Рном — коэффициент загрузки асинхронного дви-
?ате.тГ равный отношению его действительной нагрузки к
,ЮМВсю асинхронную нагрузку нагрузочного узла можно
пре ставить одним эквивалентным асинхронным двигате-
Мощность эквивалентного двигателя ввиду большой
асинхронной нагрузки в системах электроснабжения
лем.
доли
предприятий соизмерима с
мощностью источников и про-
пускной способностью элемен-
тов электросети. Соответствен-
но и сопротивление эквива-
Рис. 12.12. Схема замещения
(о) и характеристика эквива-
лентного асинхронного двига-
теля (б):
7 — без учета внешнего сопротивле-
ния питающей сети; 2 — с учетом
внешнего сопротивления
такой вид:
лентного асинхронного двига-
теля xs (рис. 12.7, а) соизмери-
мо со значением внешнего со-
противления Хвн = ^л,т+Хг,
включающего сопротивление
линий, трансформаторов
(х'л.т) и генераторов (хг) си-
стемы внешнего электроснаб-
жения. Схема замещения эк-
вивалентного двигателя и се-
ти приведена на рис. 12.12, а.
В формулах (12.7) и (12.8)
учитывалось лишь сопротив-
ление двигателя. С учетом же
Дин эти выражения получают
Е2
Р =
тах 2(xs-J~xBH) 1
^кр — (xs + Л’вн);
S - Р
К₽ *вн + xs ’
£ ЭДС источника питания (эквивалентного генерато-
ра системы), которая поддерживается постоянной благода-
ря Действию автоматических регуляторов возбуждения.
валыюгТп^ АР^лп==^; Г,РИ наличн” АРВ пропорцио-
• юго действия (АРВ с компаундированием) Е=Е', а
пвоизвачмы^ А/?гп^ИЛЬНЯГ0 девствия (с регулированием по
быстпое пег; И обеспечивающего наиболее
т е вЛЛ1УЛИрОВаИИе возбУжДения генераторов, E = Ur,
генератора ННЫМ п°ДДеРживается напряжение иа выводах
(12.10)
(12.11)
Из сравнения выражений (12 71 „ ним
же при E=Ur, т. е. пр„ наиболее .жж 10) Видно- '*'<> Да-
вании возбуждения генераторов Ма£, 'ВН0М РегУ™РО-
мошность двигателя Рта, уменьшаетсядопУ™ая
него сопротивления хви, уменьшается и V иЛИЯНия B,ieui
показаны характеристики эквивалентного ЯРИС 12 12’6
двигателя без учета и с учетом v 0 асинхронного
видно влияние хвн на запас устойчивостиТЛ™* КОТ°РЫХ
асинхронного двигателя. У пости эквивалентного
При большом сопротивлении сети энергосистема-на
грузка влияние внешнего сопротивления может обусловить
неустойчивость всей асинхронной нагрузки, хотя каждый
двигатель в отдельности по формуле (12.8) и обладает до-
статочным запасом устойчивости.
Наиболее вероятной причиной нарушения устойчивости
асинхронной нагрузки является снижение напряжения в
сети, вызванное качанием синхронных машин, КЗ в сети,
пуском крупных двигателей и т. п. Из рис. 12.8, г видно, что
при снижении напряжения до Сфр реактивная мощность,
потребляемая асинхронными двигателями, резко увеличи-
вается. Это приводит к увеличению потерь напряжения в
сети 7лвн и к еще большему снижению напряжения — ниже
хкр. Получается прогрессирующий процесс снижения напря-
жения в узле асинхронной нагрузки, называемой лавиной
напряжения. В результате такой аварии происходит массо-
вое опрокидывание асинхронных двигателей, отключение
источников питания.
Основными факторами, влияющими на устойчивость
двигателей, являются их загрузка по активной ।
значение внешнего сопротивления системы. Кроме
этих показателей запас устойчивости ум ’е влиЯ.
того, на устойчивость -инхроннои^агруз^ в
нпе оказывает мощность конд ртельНОГО регулирую-
данном нагрузочном узлеИз-з Р уменьшая выдаваемую
щего эффекта (12.5) кондеас с£„Жении напряжения в се-
пии реактивную мощность пр . а реактивной мощ-
тп, способствуют увеличению д J ния
ности н возникновению лавины 0ТВращенню наруше-
Основными меРопРияТИЯ\ИПяюТся увеличение установ-
или устойчивости нагрузки гателей на предприятиях
ленной мощности синхро генераторов. компеж то]
и обеспечение всех сп„н'Хоматическнми регуляторами во^
и мощных двигателей автома чное быстродействие
буждения, обеспечивающими дос
регулирования тока возбуждения. Благодаря АРВ синхрон-
ные машины, особенно двигатели, непосредственно в нагру-
зочном узле поддерживают напряжение и предотвращают
условия возникновения «лавины напряжения».
Для количественного учета влияния поперечной емкост-
ной компенсации необходимо преобразовать выражение
(12.11) с учетом емкостного сопротивления конденсаторов
—Для этого схема замещения асинхронного двигателя
с поперечной компенсацией (рис. 12.13) заменяется экви-
Рис. 12.13. Схема замещения (а) и эквивалентная ей схема замещения
асинхронной нагрузки с поперечной емкостной компенсацией (б)
валентной схемой, в которой внешнее сопротивление хВн=
=л'г-|-хт4-хл складывается параллельно с емкостным со-
противлением —хк (рис. 12.13, б):
Хак = Хвн(~Хк) = —ВиХк . (12.12)
Напряжение U сети заменяется эквивалентным напря-
жением:
L' = U —-------
*к хвн
Тогда критическое напряжение будет равно:
^эк.кр = /2рР0(х6 4- хэк). (12.13)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СССР —6-е изд Рперераб /доп м т электроустановок,Минэнерго
2 ИнстпХио, Р М Энергоатомиздат, 1985.
2. Инструкция по проектированию электроснабжения поомыштеп
вых предприятии: СН 174-75/Госстрой СССр’ М„ Стройиздат Ю76
3. Инструкция по проектированию силового и осветительного элек-
трооборудования промышленных предприятий: CH 357-77/М Стоойиз-
дат, 1977. ' h
4. Указания по проектированию компенсации реактивной мощно-
сти в электрических сетях промышленных предприятий/Инструктивные
указания по проектированию электротехнических установок. М.: Эиер-
гоатомиздат, № 1, 1984.
5. Проектирование промышленных электрических сетей/В. И. Кру-
повкч, А. А. Ермилов, В. С. Иванов, Ю. В. Крупович. М.: Энергия,
1979.
6. Правила пользования электрической и тепловой энергией/М.:
Энергоиздат, 1982.
7. Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных пред-
приятий. ДА . Энергоатомиздат, 1983.
8. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснаб-
жения промпредприятнй. М.: Энергоатомиздат, 1984. кЯЦРГТлП
9. Жежеленко И. В., Рабинович М. Л., Божко В• М \ачес™
электроэнергии на промышленных предприятиях. ення/
Ю. л £= дакя
Э” н"’г«»терИик С. Р. Электр;».™.™»^процессы п »<»-
ных статических преобразователей. - •• > q^-j-ц НКТП, 1934.
12. Петров Г. Н. ТРансФ0Рма™Р“ники геиерпруемые трансформа-
13. Либкинд М. С. Высшие гармоники, геиериру
торами. М.: Изд-во АН СССР, 1-6> - машин. М Энерго-
14. Вагин Г. Я- Режимы электросваро
атомиздаг, 1985. Управляемый статический источ-
15. Худяков В. В., Чванов В ЛИавл^ № ( 29_3э.
ник реактивной мощности, л Р мощности в электрических
16. Статические иегочники реак Ка‘рташев, Ю. П Рыжив. с
сетях/В. А Веников, Л А- Жуков,
Энергия, 1975. неактивной мощности и пов
*17. Железко К>. С. К°^Пд^ эиергоатомиздат. 1985.
пне качества электроэнерг
333
. У1ШЧ) i - ".j-11 » -* т ярник Я. я. лвтоматпческая кон
денсаторная установка. Сб. Новая техника в электроснабжении про
мышленных предприятии. М.: МДНТП, 1983, с. 84 89. (|
19 Повышение качества электрической энергии в промышлении
электрических сетях. Материалы конференции. М.: Л4ДНТП, 1982.
20. Баркан Я. Д. Автоматизация регулирования напряжения в рао>
пределптельных сетях. М.: Энергия, 1971.
21 Куренный Э. Г., Дмитриева Е. Н., Иванов В. С. Вычисление
характеристик резкопеременных графнков//Инструктивные указания по
проектированию электротехнических установок. М.: Энергия, 1974
№ 7, с. 6—9.
22. Гуревич Ю. Е., Либова Л. Е., Хачатрян Э. А. Устойчивости
нагрузки электрических систем. М.: Энергоиздаг, 1981.
23. Милях А. Н., Шидловский А. К., Кузнецов В. Г. Схемы ci
метрирования однофазных нагрузок в трехфазных цепях. Киев: Наук
ва думка, 1973.
24. Соколов В. И. Использование генераторов в режиме синхрон-
ного компенсатора. М.: Энергия, 1968.
25. Бабаханян И. С. Обеспечение надежности электроснабжения
электроприемников особой группы первой категории на промышленны.
предприятиях//Инструктивные указания по проектированию электро-
технических промышленных установок. М.: Энергия, № 6, 1980.
26. Гамазин С. И., Жохов Б. Д. Обеспечение самозапуска элект-
родвигателей. Сб. Межотраслевые вопросы науки и техники. М
ГОСИНТИ, 1981. Вып. 12.
27. Федоров А. А., Иванов В. С., Слуцкер И. В. Параллельная ра-
бота силовых фильтров высших гармоник в промышленных сетях//
Инструктивные указания по проектированию электротехнических уста-
новок. М.: Энергия, 1976, № 7. С. 3—7.
28. Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения про-
мышленных предприятий. Материалы конференции. М.: МДНТП, 1984.
29. Качество электроэнергии в сетях промышленных предприятий.
Материалы конференции. М.: МДНТП, 1977.
30 Федоров А. А., Каменева В. В. Основы электроснабжения про-
мышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984.
ПС1, 1 J?aae>KHOClb систем электроснабжения/В. В. Зорин В В Тис-
ленко ф Клеппель, Г. Адлер. Киев: Виша школа, 1984. 192 с.
поснабже^а Им°‘Туфанов А- Оценка надежности систем элект-
роснабжения. М.. Энергоиздат, 1981 224 с
энергии ,м“™ ™. №?'368°С ” П0Требитсл" ^«трической
^электроснабжения рромышленных
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
едцсловне
пава первая
ромыШлеРнньТкРХ7ЙГМНИКОВ “ СИСТем электР°снабжеиия
ропХебитЗ3™ Р»™« элект-
условия работы систем электроснабжения'при нали-
чии дуговых сталеплавильных печей . ,
словия работы систем электроснабжения металлур-
гических заводов с прокатными станами
Условия работы электрических сетей сварочных цехов
лава вторая
i
*6
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
3
8
«
14
18
24-
32
лчество электрической энергии в сетях промышленных пред
оиятий и мероприятия по его обеспечению ....
2.1. Основные положения...................... .
2.2. Нормирование параметров качества электроэнерпп
2.3. Отклонение частоты ...................
2.4. Колебания частоты .....
2.5. Отклонения напряжения ................... •
2.6. Колебания напряжения .......................
2.7. Несимметрия и неуравновешенность напряжения
2.8. Несинусоидальность напряжения ...
2.9. Выбор схем электроснабжения для улучшения качест
вз электроэнергии в промышленных сетях
Глава третья м
Режимы потребления и регулирования активной мощности иа
промышленных предприятиях • п,.тп1,нг,го гоа-
3.1. Задача рационального регулирования у
фика активной нагрузки - ’^ков нагомзки
3.2. Мероприятия п0 Р^^нй н их экономический' эф-
промышленных предприятии н ил . .
3 3 &ро.а«»е’ режим'3
приятпях при деФИЦпр^Тп0Энергин в промышленных
3.4. Режимы экономии элсктроэнерг
установках . * •
Глава четвертая „помышленными электропри-
Потребление реакт.ней .
емннками как параметр режима эл
4.1. Реактивная мощность как пар и ;
ческой системы Hoft моШНОСТн асинхронн
I 4 ’ "««мп"» .
<*дада“““
34
34
35
38
41
41
44
48
51
54
61
61
64
66
71
79
79
83
86
335
4.4 Потребление реактивной мощности преобразователь-
ными агрегатами . ........................ 9
Глава пятая
Источники активной и реактивной мощности промышленных
предприятий ......................г ‘ ‘
5.1. Основные источники активной и реактивной мощности И
5.2. Синхронные компенсаторы и двигатели .... 97
5.3. Комплектные конденсаторные установки . ... 101
5.4. Продольная емкостная компенсация .... 106
5.5. Сравнение характеристик синхронных и емкостных
источников реактивной мощности , . . . . 109
Глава шестая
Режимы систем электроснабжения с нелинейными нагрузками . 111
6.1. Нелинейные нагрузки и высшие гармоники напряже-
ния и тока в промышленных электрических сетях . 111
6.2. Вентильные преобразователи....................113
6 3. Дуговые сталеплавильные печи ...... 133
6.4. Сварочные нагрузки ........................135
6.5. Печи сопротивления с тиристорным регулированием 13э ,
6.6. Реактор с тиристорным регулированием .... 138
6.7. Батареи конденсаторов в сетях с высшими гармони-
ками ...................................................141
6.8. Фильтры высших гармоник в сети, питающей нелиней-
ную нагрузку............................................151
6.9. Параллельная работа силовых фильтров высших гар-
моник в промышленных сетях............................ 155
Глава седьмая
Режимы систем электроснабжения с несимметричными нагрузками
7.1 Общая характеристика несимметричных режимов элек-
трических систем ....................................
7 2. Многофазные электрические сети промышленных пред-
приятий при несимметрии нагрузки ....................
7.3 . Влияние несимметричных нагрузок на режимы работы
электроприемвиков ................................
7.4 . Симметрирование напряжений в системах электро-
снабжения промышленных предприятий . . . .
7.5 Расчеты коэффициента несимметрии при симметриро-
вании нагрузки
7.6 . Влияние схемы соединения обмоток цеховых транс-
форматоров на показатели несимметрии в распреде-
лительных сетях напряжением ниже 1 кВ , . ,
Глава восьмая
“ систсм электроснабжения с резкопеременными нагруз-
8 1. Отклонения и колебания напряжения при работе рез-
копеременных нагрузок ...
82 ^п^ебаНИЯ часто1ы “Ри работе резкопеременпых па-
*рузик е в
Т,оГг°ВЬ1е Сгалепласильные печи в системах электро-
’наожения ...
8 4. Вентильные преобразоваюли прокаинах станов и си-
стемах электроснабжения
336 ........................
163
163
164
168
171
174
176
180
180
186
189
191
ycTpofe”
8.6. Специальные быстродейе™,^ снихропп’ые ком’псн-
8Л устХе,?1ВУЮЩ№ ’ п™’«™= ’ «енрувне
М' наЫг“Ие’аТК’,И™ П>зф«к-„;
Глава девятая
Компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения
промышленного предприятия
9.1. Общие исходные положения по компенсации реактив-
ной мощности в распределительных электросетях про-
мышленных предприятий ........
9.2. Компенсация реактивной мощности в электрических
сетях общего назначения напряжением до 1 кВ . .
9.3. Компенсация реактивной мощности в электрических
сетях общего назначения напряжением 6—10 кВ .
9.4. Регулирование батарей конденсаторов . . . .
9.5. Компенсация реактивной мощности в электрических
сетях со специфическими нагрузками . . . .
Глава десятая
Регулирование напряжения в электрических сетях промышленных
пред P^i. раСчет и измерение отклонении напряжения в сетях
потребителей электроэнергии • • • ’
1 0.2. Централизованное регулирование напряжения в про-
мышленных электрических сетях . . ' ’ ‘ ’
1 0.3. Местное регулирование напряжения в р Р
тельных сетях няппяження в про*
10 4 Автоматическое регулирование напряженн
мышленных электрических сетях
Глава одиннадцатая системах электроснабжения
Самозапуск электродвигателей ................. .
промышленных предприяти* • • асчет ...................
Р 11.1. Процесс самозапуска и ^ Рсамозапуска электро-
11 2 Мероприятия по обеспеч ...............
п'з. Д0ВХ»х™ пуска и сам»запу««
,1.4. Область
1 Технико-экономическая эцду . . .
электродвигателей
1 2.3. Влияние режима лей * „ромышлен-
снабжени ₽электрических Р . . .
• 9 4 Характеристики , .
ных пРеДДР“ нагрУзки ' • ‘ ‘
12 б Устойчивость . . .
список литератУРи
192
193
НИ ПН § И и ПИ = 8 и
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ