Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Ущерб при колебаниях напряжения - Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Оглавление
Качество электроэнергии на промышленных предприятиях
Нормирование качества электрической энергии
Характеристики измененного стандарта на качество
Состояние качества электрической энергии на промышленных предприятиях
Расчет отклонений напряжения
Расчет колебаний напряжения
Экономический ущерб
Ущерб, обусловленный отклонениями напряжения
Ущерб при колебаниях напряжения
Централизованное регулирование напряжения
Местное регулирование напряжения
Рациональное решение схем электроснабжения
Специальные технические устройства для ограничения колебаний напряжения
Снижение уровня высших гармоник
Специальные вентильные преобразователи
Ограничение несимметрии напряжения
Универсальность и многофункциональность методов и средств повышения качества напряжения
Обоснование точности настройки резонансных фильтров
Эксплуатационный контроль ПКЭ

Источниками колебаний напряжения в электрических сетях являются ЭП с резкопеременным режимом работы: электродуговые сталеплавильные печи, электроприводы прокатных станов, электродуговая и контактная электросварки и т. п. Колебания напряжения влияют как на сами источники колебаний, так и на другие приемники, вызывая электромагнитный и технологический ущербы.
Электромагнитная составляющая ущерба. Колебания напряжения приводят к ухудшению энергетических показателей работы электрических сетей и электрооборудования. Рассмотрим оценку потерь мощности и энергии в наиболее важных для практики случаях — в электрических сетях с электродуговыми сталеплавильными печами и прокатными станами [18]. В первом случае колебания напряжения носят случайный характер, частота их находится в пределах 0,2—10 Гц. Спектр колебаний оказывается практически сплошным. Во втором случае при стабильном процессе прокатки, например на обжимных прокатных станах, огибающая колебаний напряжения будет иметь периодический или непериодический детерминированный характер.
При гармоническом характере огибающей потери мощности др (3) в сопротивлениях проводов, кабелей, шин и других токоведущих частях, характеризующихся активным сопротивлением г и полным сопротивлением Z (с учетом нагрузки), представляются выражением

где U — действующее значение напряжения сети при отсутствии колебаний, кВ; т — индекс (глубина) модуляции.
Относительное увеличение потерь, обусловленных колебаниями напряжения, в сравнении со «спокойным режимом» при равенстве средних значений напряжения на шинах в обоих случаях составитДаже при максимально возможных значениях индекса модуляции (т « 0,1), что соответствует сети с весьма небольшой мощностью КЗ (до 150 MB * А), потери в токоведущих частях при колебаниях напряжения возрастают не более чем на 2%. Погрешности расчетов потерь в сетях имеют большую величину, поэтому потерями АР'{д) можно пренебречь.
В случае сплошного спектра колебаний среднее значение дополнительных потерь мощности может быть определено на основании теоремы Рейли [48] по выражению

где— относительная полоса частот, в которой интенсивность модулирующего процесса постоянна; D — дисперсия случайного процесса изменения огибающей; — полоса частот, в которой интенсивность модулирующего процесса постоянна; <а0 — угловая частота.
При D ^ 0,1 увеличение потерь в линиях и электродвигателях не превышает 1%. Для сетей с электродуговыми печами, работающими в режиме расплава, когда колебания напряжения наиболее интенсивны, 0,1; в остальные периоды эта величина значительно меньше. Для сетей прокатных станов также D <0,1. Таким образом, при колебаниях напряжения, представляемых в виде случайного процесса с постоянной интенсивностью, дополнительными активными потерями можно пренебречь.
Оценим потери мощности в асинхронных и синхронных машинах при колебаниях напряжения, носящих гармонический характер. Скольжение ротора АД для вращающихся полей боковые частот
(29;
где S — результирующее скольжение при наличии составляющих напряжения с частотой сети и боковых частот; /в — относительная (в сравнении с частотой сети) частота огибающей.

Относительное значение потерь в меди ротора ДРр, от полей боковых частот определяется по выражению
(30)
где гг, г2 и хк— активные сопротивления статора и ротора (приведенные к цепи статора) и индуктивное сопротивление КЗ двигателя.
Из выражения (30) следует, что если т ^ 0,1, то ДРРщ ^ 0,02. Вращающие моменты, обусловленные напряжением боковых частот, различны в силу того, что величины их обратно пропорциональны скольжению. При fl >5 дополнительный тормозной момент превосходит вращающий. При неизменном моменте сопротивления это приводит к увеличению тока промышленной частоты и увеличению потерь в сети и электродвигателе. В случае вентиляторной характеристики приводимого механизма снижается его производительность. Указанные явления практически сказываются лишь при т > 0,1, что на практике наблюдается чрезвычайно редко.
В синхронных электродвигателях напряжения боковых частот обусловливают появление полей, вращающихся относительно ротора со скольжениями, определяемыми по формуле (29) при 5=1. Действующие значения токов статора по продольной и поперечной осям Id и 1Q, токов возбуждения It и пускового (успокоительного) контура IKd и IKq для каждой из боковых частот находятся из выражений

где ха и Хд — индуктивное сопротивление машины по продольной и поперечной осям; Td, Td, T'g(Td0, Td„, Tqa) — переходная и сверхпереходные постоянные обмотки статора при замкнутой (разомкнутой) обмотке ротора.
где Xafd, *aid, xaiq — сопротивления взаимоиндукции между контурами статора и обмоткой возбуждения, продольным и поперечным успокоительным контурами; rf, rkd, rkq — сопротивления обмотки возбуждения, успокоительной обмотки по продольной и поперечной осям; Г/а, Tda — постоянные времени обмотки возбуждения и успокоительной обмотки по продольной оси.
Потери мощности в сопротивлении цепей статора и ротора находятся по закону Джоуля — Ленца. Для /б ^3 Гц и m 0,1 дополнительные потери в синхронных электродвигателях при колебаниях напряжения не превосходят 1 % номинальных потерь. При наличии напряжений боковых частот в синхронном двигателе, как и в асинхронном, появляются дополнительные вращающие моменты. При т^.0,1 величина их пренебрежимо мала (менее 1% номинального вращающего момента).
При колебаниях напряжения, наблюдаемых в заводских сетях, дополнительные потери оказываются небольшими: при колебаниях до 3% увеличение потерь энергии не превышает 2% от их значения при отсутствии колебаний напряжения.

Технологическая составляющая ущерба.

Наиболее подробно в СССР и за рубежом исследованы особенности воздействия колебаний напряжения на осветительные установки, влияющие на зрение человека. Раздражение органов зрения зависит от глубины и частоты миганий освещения. При частых колебаниях напряжения возникают неприятный психологический эффект, утомление зрения и организма в целом, вследствие чего снижается производительность труда. Степень воздействия колебаний напряжения на зрение зависит от типа источника света. Например, при одинаковых колебаниях напряжения лампы накаливания оказывают значительно большее воздействие на зрение, чем газоразрядные источники света. Колебания напряжения с размахом более 10% могут привести к погасанию газоразрядных ламп. Зажигание их в зависимости от типа ламп происходит через несколько секунд и даже минут. При глубоких колебаниях напряжения (более 15%) могут отпасть контакты магнитных пускателей, вызвав сбои в производстве. Колебания напряжения с размахом 10—25% могут привести к выходу из строя конденсаторов, а также вентилей выпрямительных агрегатов, что в конечном счете может вызвать значительное снижение производительности установок. Обнаружено влияние колебаний напряжения и на другие электроприемники. Например, колебания напряжения в сети, питающей дуговую сталеплавильную печь, приводят к увеличению времени плавки.
На металлургических заводах к числу ЭП чувствительных к колебаниям напряжения относятся, в частности, станы непрерывной прокатки. Для получения качественной продукции недопустимы растяжение или сжатие металла при прокатке. Это требование обеспечивается постоянным соотношением скоростей клетей стана. Колебания напряжения (более 5%) приводят к рассогласованию скоростей работы приводов клетей стана. Возбуждение двигателей постоянного тока этих приводов управляется с помощью магнитных усилителей, режим которых зависит от напряжения. Рассогласование приводит к нарушению работы стана, связанному с браком и недовыработкой продукции.
При колебаниях напряжения возникают качания турбогенераторов. Для самих турбогенераторов такие качания не опасны, однако, передаваясь лопаткам турбины, они могут привести в действие регуляторы скорости. Заметное влияние оказывают колебания напряжения на асинхронные двигатели малой мощности. Они представляют опасность для текстильного, бумагоделательного и других производств, предъявляющих особенно высокие требования к точности поддержания частоты вращения электроприводов, в качестве которых используют асинхронные двигатели. В целом можно отметить, что асинхронные двигатели фильтруют колебания напряжения и лишь значительные по величине и продолжительности «посадки» напряжения могут привести к уменьшению момента до значения, при котором возможно «опрокидывание» двигателя.
Подробно исследовано влияние колебаний напряжения на электролизные установки. При производстве хлора и каустической соды колебания напряжения с размахом +- 5% вызывают резкое увеличение износа анодов, нарушение нормальной работы отдельных технологических цехов и снижение производительности предприятия в целом. При относительно больших частоте и размахе колебаний напряжения срок службы электролизной установки снижается с 9 до 7 месяцев. Колебания напряжения на заводах химического волокна приводят к колебанию частоты вращения асинхронных двигателей намоточных устройств. В результате, например, капроновые нити рвутся либо становятся разной толщины — это приводит к браку и недоотпуску продукции.
Колебания напряжения не оказывают существенного влияния на дуговую электросварку. На сварку, выполняемую контактным способом, колебания влияют в значительно большей мере, причем это воздействие сказывается как на качестве самого сварочного процесса, так и на надежности работы схемы управления сваркой. На качество напряжения в сетях контактной сварки накладываются довольно жесткие ограничения как по размаху колебаний (+ 5% для сварки обычных сталей и + 3% для сварки титановых и других жаропрочных сталей и сплавов), так и по длительности. Если продолжительность колебания меньше половины времени сварки (время сварки у машин этих типов лежит в пределах 0,02—0,4 с), то в этом случае можно допускать большие пределы колебаний напряжения. Продолжительность допустимых колебаний напряжения для аппаратуры управления машинами контактной электросварки должна быть ограничена величиной не более 0,2 е во избежание ложной работы этой аппаратуры (особенно при управлении на логических элементах).
Колебания напряжения отрицательно влияют на работу радио- и электроаппаратов, уменьшая срок службы их. К электроприемникам, чувствительным к колебаниям напряжения, относят также вычислительные машины, рентгеновские установки, радиостанции, телестанции и т. д. При работе ЭВМ в режиме управления иногда оказывается достаточным одного-двух колебаний с размахом 1—1,5%, чтобы возник сбой в какой-либо ячейке машины и, как следствие, возникли ошибки в командах управления. Аналогичный сбой в ЭВМ при производстве расчетов приводит к неправильным результатам. Поэтому в зарубежной практике в специальных случаях для питания ЭВМ предусматривают автономные источники, например, двигатель-генераторы с маховиками. Таким образом, при значительных колебаниях напряжения возникает ущерб, в котором преобладает технологическая составляющая.

При воздействии резкопеременной нагрузки напряжение меняется не только по модулю, но и по фазе. Например, при работе вентильных электроприводов прокатных станов возникают резкие набросы активной и реактивной мощностей, имеющие практически вертикальный фронт. В связи с этим в сетях возникают колебаниия амплитуды и фазы питающего напряжения. Сдвиг по фазе между напряжением на шинах ударной нагрузки и ЭДС энергосистемы определяется поперечной составляющей падения напряжения. При изменении активной и реактивной нагрузок от значений Рг и Qi до Р2 и Q2 происходит изменение фазы напряжения на шинах, определяемое выражением
(31)
где X и R — активное и реактивное сопротивления сети, Ом.
Эти сопротивления можно выразить
(32)
Значение коэффициента Kr для сетей 6 и 10 кВ составляет 0,1—0,3. Преобразовав выражение (31) с учетом значений (32) (с дополнительной погрешностью не более 3%) получим

где АР = Pi — Р2 и AQ = Qi — Q2 — набросы активной и реактивной мощностей.
При ориентировочных расчетах значением Kr&Q можно пренебречь. Расчеты показывают, что в конкретных случаях значения Д0 не превышают 2—6°. Известно, что колебания фазы напряжения сети практически не влияют на работу асинхронных электроприводов. Влияние на работу синхронных машин оказывается существенным, поскольку колебания фазы напряжения приводят к возникновению электромеханических переходных процессов в двигателях и генераторах. Колебания фазы могут быть непериодическими, однако, в некоторых случаях (непрерывно-заготовочные прокатные станы, блюминги и др.) они оказываются достаточно близкими к периодическим, в этом случае амплитуда колебаний фазы для v-й гармоники A0vm может быть оценена по выражению
где— максимальный размах колебаний.
Для указанных случаев найдем уравнение, описывающее изменение угла a(t), характеризующего колебания оси ротора (вектора ЭДС) относительно среднего значения 0ср. Заметим, что при колебаниях напряжения значение 0ср может отличаться от соответствующего значения, имеющего место при отсутствии колебаний на 2—5% .
Будем исходить из уравнения избыточных моментов

где М/а, ДМса, АМуа, AM„arp — инерционный момент и приращения синхронизирующего, успокоительного и нагрузочного моментов, обусловленных отклонением оси ротора на угол а; Кв — постоянный коэффициент, характеризующий значение момента сопротивления синхронного двигателя, нагрузка которого имеет вентиляторную характеристику.
Приращение момента и нагрузки равно нулю для электродвигателя при постоянном моменте сопротивления приводимого механизма, а также для генераторов, если предположить, что впуск пара или воды в турбину при колебаниях не изменяется. Уравнение для инерционного момента



где J — момент инерции вращающихся частей; Р — число пар полюсов машины.
Синхронизирующий и успокоительный моменты зависят от угла р между векторами первых гармоник напряжения и ЭДС электродвигателя (моментами, обусловленными высшими гармониками напряжения в кривой колебаний, можно пренебречь):
где— амплитуда и угловая частота 1-й гармоники колебаний фазы напряжения сети.
Уравнения моментов
где Мс и Му — значения синхронизирующего и успокоительного моментов при

Решение этого уравнения по аналогии с решением уравнения для установившегося значения тока в цепи R, L, С имеет вид
.1

где ip* — начальная фаза 1-й гармоники колебаний фазы. В случае, если приводимый механизм имеет вентиляторный момент сопротивления, в знаменателе выражения (33) вместо Мс следует поставить Мс — К.
Наибольшая амплитуда колебаний оси будет иметь место при Мс — — kB — Q1J/P = 0, определяющем приближенное значение угловой частоты собственных колебаний машин
При углах 0ср = 20—25°, с которыми работают обычно синхронные двигатели и генераторы блок-станций на металлургических и других крупных промышленных предприятиях, значения Q10 будут в пределах 0,01—0,75 Гц, что характерно для таких ударных нагрузок, как листовые и сортовые, а также заготовочные прокатные станы. Значения угла а могут достигать 2—4° в установившемся режиме колебаний и 3—6° — в переходном. Колебания частоты вращения синхронных двигателей насосов охлаждающей воды могут привести к нарушению нормального водоснабжения, что опасно возникновением аварийных ситуаций на ТЭЦ и в основных цехах предприятий, а также это опасно для валов машин.
В связи с изложенным представляется целесообразным нормировать допустимое значение колебаний фазы напряжения в питающих сетях. Помимо изложенного в настоящем параграфе, можно оценить ущерб при колебаниях напряжения посредством приращения величины отклонения напряжения, как это было показано в параграфе 1 настоящей главы.

Ограничение отклонений напряжения

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ 13109—67 достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор варианта требует технико-экономического обоснования. При этом ущерб от электроэнергии пониженного качества в технико-экономических расчетах не учитывается, так как вопрос заключается в выполнении требований ГОСТ 13109—67, а не в том, чтобы привести этот ущерб к минимуму.
Для схем электроснабжения современных промышленных предприятий характерны многоступенчатая трансформация, значительная протяженность сетей, наличие элементов со значительным сопротивлением (реакторы, токопроводы), большие перетоки реактивной мощности, радиальная конфигурация сети 6(10) кВ, а в отдельных случаях 35 — 110 кВ. В сети каждой ступени трансформации значения напряжения должны быть в определенных пределах, обеспечивающих необходимые уровни напряжения на зажимах электроприемников. Как было показано в гл. 2, отклонения напряжения носят вероятностный характер, определяемый случайным характером изменения электрических нагрузок в характерных узлах сети (шины ПГВ, РП, ТП, зажимы электроприемника), а также изменением параметров сети во времени.
Исходя из физической сущности ПКЭ — отклонения напряжения, методы и средства его ограничения можно классифицировать по способу воздействия:
а)   влияющие на параметры сети: изменением конфигурации сети (радиальная, параллельная), выполнением схемы глубокого ввода с разукрупнением ПГВ; выбором конструктивного исполнения сети (кабельные, воздушные ЛЭП, токопроводы) и ее элементов (трансформаторы с параллельной и раздельной работой ветвей вторичной обмотки, степень реактирования); последовательным включением индуктивности сети и емкости (продольная компенсация);
б)  создающие «добавки» напряжения: изменением коэффициента трансформации; ограничением перетоков реактивной мощности (управляемые статические конденсаторы (БК), синхронные компенсаторы (СК), синхронные двигатели (СД), источники реактивной мощности с вентильным управлением (ИРМ).
В зависимости от того, на каком уровне схемы сети используются технические средства, их можно отнести: а) к средствам централизованного регулирования напряжения (ЦРН), которые позволяют изменять уровень напряжения на шинах центров питания (ТЭЦ, ГПП, ЦРП); б) к средствам местного регулирования напряжения (МРН), которыми оснащаются распределительные сети промышленных предприятий (ТП, РП).
При проектировании схем электроснабжения нормируемые значения отклонения напряжения обеспечиваются выбором рациональной конфигурации и параметров сети, числа и места установки устройств для ЦРН и МРН, оптимальным размещением источников реактивной мощности.

Выбор рациональной схемы сети и ее параметров.

Схема электроснабжения промышленного предприятия, помимо передачи требуемой мощности, обеспечения надежности, соответствия минимуму затрат, должна быть проверена по условию обеспечения нормируемых отклонений напряжения в характерных узлах сети с учетом регулирующих устройств.
Расчеты и измерения в действующих электрических сетях показывают, что потери напряжения имеют место, в основном, в следующих элементах: в радиальных воздушных линиях электропередачи 35—110 кВ значительной длины, в звеньях сети с большим индуктивным сопротивлением (реакторы и трансформаторы ПГВ, трансформаторы цеховых подстанций), в токопроводах 6—10 кВ, в сетях 0,4 кВ. В кабельных сетях 6—10 кВ существенных потерь напряжения нет.
Рассмотрим схемные решения, позволяющие изменять параметры сети:

  1. Разукрупнение ПГВ и приближение их к центру нагрузок. Это позволяет сократить протяженность питающих сетей напряжением 6 (10) кВ, а также снизить неоднородность подключаемой нагрузки. С точки зрения уменьшения потерь напряжения, это мероприятие особенно эффективно для сетей 6—10 кВ, выполненных токопроводами.

На рис. 14 показана схема электроснабжения предприятия с двумя ПГВ, а на рис. 15 — соответствующий график потерь напряжения. Схема электроснабжения этого же предприятия с одной ПГВ и эпюра потерь напряжения показаны на рис. 3 и 4. Результаты технико-экономического сравнения этих схем приведены в табл. 14.
В качестве аварийного режима рассматривался случай, когда одновременно отключены ВЛ-110 кВ, один из силовых трансформаторов и одна цепь токопровода (см. рис. 3), ВЛ-110 кВ и силовой трансформатор (рис. 14). Результаты технико-экономического сравнения показывают преимущество варианта, изображенного на рис. 14.

  1. Снижение сопротивления питающей сети посредством включения на параллельную работу трансформаторов ГПП. Схема с параллельной работой трансформаторов большой мощности имеет ограниченное применение из-за больших значений токов КЗ на стороне низшего напряжения.

Схема электроснабжения предприятия
Рис. 14. Схема электроснабжения предприятия

Таблица 14


Параметры

Схема
по рис 3

Схема по рис 14

Потери напряжения для наиболее удаленной точки в схеме (точка Ж на рис. 3 и точка Д иа рис. 14),
%

14,4/23*

12,3/19,6*

Потери мощности, кВт

1033

722

Стоимость потерь электрической энергии, тыс. руб./год

110

80

Капитальные затраты, тыс. руб.

2540

2095

Приведенные расчетные затраты, тыс. руб.

536

439

* В числителе указаны потери напряжения в нормальном режиме, в знаменателе— в аварийном
Этот недостаток устраняют применением быстродействующих бесконтактных коммутирующих и токоограничивающих аппаратов (БКТА), разработанных в ЛПИ им. Калинина. Благодаря быстродействию БКТА происходит ограничение ударной полуволны тока КЗ. Схема и принцип действия БКТА приведены на рис. 34. В настоящее время БКТА 6 (10) кВ еще не выпускается электротехнической промышленностью. Помимо реактирования, могут применяться следующие схемы параллельной работы трансформаторов ПГВ: с разделением секций, когда при КЗ на отходящем присоединении секционный выключатель отключается раньше, чем отключится выключатель этого присоединения; с попарным включением на параллельную работу ветвей расщепленной обмотки (рис. 16).

График потерь напряжения
Рис. 15. График потерь напряжения; 1 — нормальный режим; 2 — аварийный режим
Схема ПГВ е параллельной работой расщепленных обмоток трансформаторов
Рис. 16. Схема ПГВ с параллельной работой расщепленных обмоток трансформаторов

  1. Устройство перемычек между трансформаторами цеховых ТП на напряжении 0,4—0,66 кВ, позволяющих в период провала нагрузок осуществить отключение части трансформаторов с целью ограничения верхнего предела отклонения напряжения на выводах электроприемника (в нерабочую смену, праздничные и выходные дни). В качестве примера рассмотрим обдирочно-термический корпус литейно-механического завода с нагрузкой 23 000 кВ * А. Для питания потребителей установлено 19 однотрансформаторных КТП 1 X 1600 кВ * А, 6/0,4 кВ. Потребители работают в две смены. В третью смену, выходные и праздничные дни работают: летом — дежурное освещение; зимой, помимо освещения, вентиляция и отопление. Нагрузка в нерабочую смену зимой — 17.00 кВ * А, летом — 100 кВ * А. Питающая распределительная сеть 0,4 кВ выполнена шинопроводами ШМА-68Н на 2500 А.

Для технико-экономического сравнения рассматриваются следующие варианты схемы питания нагрузок в нерабочую смену (зимой):
а)  питание нагрузки осуществляется от двух КТП (5 и 17) с нагрузкой 120 кВ * А и 140 кВ * А соответственно. Связь между шинопроводами, расположенными в разных пролетах, выполнена кабельными перемычками, с подключением их к шинам КТП автоматами типа «Электрон»;
План цеха с расположением КТП и шинопроводов
Рис. 17. План цеха с расположением КТП и шинопроводов 0,4 кВ
б)  питание нагрузок осуществляется от четырех КТП (10, 11, 13 и 14). Кабельные перемычки отсутствуют;
в)  питание нагрузок осуществляется от всех КТП корпуса.
Расположение КТП (1—20) и шинопроводов показано на
рис. 17. Там же для варианта питания потребителей от двух КТП показаны: потери напряжения на кабельных перемычках и уровни напряжения на концах магистральных шинопроводов. При расчете уровней напряжения в сети 0,4 кВ принималось условие постоянства напряжения на стороне подключения трансформатора 1600 кВ * А, КТП, равного 6 кВ. В табл. 15 приведены результаты технико-экономического сравнения вариантов.
Таблица 15


Показатели

Варианты

а

б

в

Наименьшее напряжение в конце магистрали, %

99,1

102,5

104,4

Наибольшее напряжение на шинах КТП 1x1600, %

102.3

104,2

104,8

Потери электроэнергии за год (зима и лето), кВт-ч

100 300

67 500

168000

Капитальные затраты, тыс. руб.

12,25

Приведенные затраты, тыс. руб.

3,41

0,76

1,95

С точки зрения экономичности целесообразным является вариант б. В отношении уровней напряжения этот вариант можно принять при условии, когда в период провала нагрузок напряжение, подведенное со стороны питания трансформаторов, не превышает номинального.

4. Устройство на токопроводах продольной компенсации. Передача по токопроводам больших мощностей сопровождается значительными потерями напряжения. Поэтому их допустимая длина ограничивается. По данным [38] токопровод из алюминиевой трубы 0210 мм при токе 3400 А и cos ф = 0,95 имеет предельную длину на напряжении 6 кВ — 1,1 км и на напряжении 10 кВ — 1,9 км. Потери напряжения в токопроводе составляют 6%.
Уменьшение потерь и увеличение длины токопровода возможно при последовательном включении в линию токопровода БК, сопротивление которой определяетсяиз выражения
где—допустимые потери напряжения в токопроводе с БК,
В; Р и Ц — активная и реактивная мощности нагрузки, передаваемые по токопроводу и протекающие через БК, кВт и кВАр; XL — индуктивное сопротивление токопровода, Ом; Хс — емкостное сопротивление БК, Ом; (/„ом — номинальное напряжение, кВ. Откуда Xc = XL — [(At/доп£/иом — PR)/Q].
Тогда необходимая мощность конденсаторов для продольной компенсации (ПК) определится из выражения

где 1  — наибольший ток нагрузки токопровода, А.
При осуществлении ПК следует предусматривать мероприятия пэ защите от перенапряжений, самовозбуждения электродвигателей и возникновения ферромагнитных субгармоник во время включения и отключения незагруженных трансформаторов. Место установки ПК определяется графиком изменения уровня напряжения в токопроводе с отпайками, а в случае отсутствия отпаек — в конце токопровода.
Обычно токопровод проектируется двухцепным с выбором сечения каждой цепи по экономической плотности тока в нормальном режиме и по длительно допустимому току (по нагреву). Поэтому число параллельно соединенных банок конденсаторов в схеме ПК должно определяться из условия прохождения по токопроводу тока нагрузки в аварийном или ремонтном режимах (одна из двух цепей отключена). При этом учитывается допустимая ОСТ 16.0.800.465—77 перегрузка конденсаторов на 30% (К™ = 1,3).
Обозначим нагрузку цепи токопровода в нормальном режиме /и, Тогда в аварийном режиме 2I„<Iдл доп.
Расчетный ток для определения числа параллельно включенных банок конденсаторов Iрасч = 2Iн/1,3 ≈ 1,5Iн.
В связи с этим для уменьшения капиталовложений на ПК на рис. 18 показана схема, позволяющая в ремонтном (аварийном) режиме переключать установки ПК обеих цепей токопроводов на одну работающую, обеспечивая этим необходимую мощность батарея в изменившемся режиме. Применение этой схемы дает возможность рассчитывать ПК по току нагрузки в нормальном режиме. Применительно к рассматриваемому выше примеру имеем фпк = = 3 * 34002 * 0,3 = 10 500 кВАр.
Выбирая тип конденсаторов, следует проверять их по напряжению и нагрузочному току. Расчетное фазное напряжение БК

Принимаем к установке конденсаторы типа КПМ = 0,6-75-1, мощность 75 кВАр, Ua = 600 В, /н = 125 А.
Определяем число параллельно соединяемых банок конденсаторов п = /н//ном. бк = 3400/125 = 27 банок.
Выполняем ПК с последовательно параллельной схемой соединения БК, с 27 параллельными ветвями и двумя последовательно соединенными банками в ветви «пк. уст = 27 х 2 х 3 = 162 банки.
Суммарная установленная мощность QriK. уст = 75 х 162 = = 12 100 кВАр.
Фактическая мощность
х 0,85+2 = 8700 кВАр.
Таким образом, реактивная мощность потребителя, остающаяся нескомпенсированной,
Схема переключения установки ПК
Рис. 18. Схема переключения установки ПК

ПК, помимо компенсации индуктивного сопротивления токопровода, улучшает баланс реактивной мощности потребителя. ПК отличается автоматичностью действия, т. е. с изменением нагрузки потребителя соответственно изменяется генерируемая реактивная мощность.

Рис. 19. График изменения напряжения и выбор места установки ПК
На рис. 19 показан график изменения напряжения и выбор места установки ПК. Рассчитаем значение добавки напряжения, создаваемое ПК в месте ее установки:
Схема ГПП со сдвоенными реакторами на вводе
Рис. 20. Схема ГПП со сдвоенными реакторами на вводе

Кроме тока, регулирующий эффект ПК обусловливается также сокращением перетока по токопроводу реактивной мощности и вызываемых им потерь напряжения. Установка ПК приводит к увеличению мощности КЗ на шинах РП. Поэтому может возникнуть необходимость в дополнительном реактировании схемы. Применение ПК должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, в котором сравниваются в одном варианте (с ПК) капиталовложения в токопровод, ПК, средства ограничения тока КЗ (при необходимости), а в другом варианте — токопровод без ПК меньшей длины, но с более протяженными кабельными линиями 6— 10 кВ.



 
« Исследование электрической прочности высоковольтных вакуумных дугогасительных камер после бестоковой коммутации   Кварценаполненные взрывобезопасные шахтные трансформаторы и подстанции »
электрические сети